Voor het initiële mechanisme erosie grasbekleding buitentalud als gevolg van golfoploop (GEBU-golfoploop) wordt onder andere beschouwd of de graszode erodeert door golfoploop. De erosie van de graszode door golfoploop wordt beschreven met de cumulatieve overbelastingmethode (graserosiemodel) welke via de software BM – Gras Buitentalud kan worden toegepast. Hieronder wordt het graserosiemodel beschreven en wordt ingegaan op de invoerparameters voor de software.

Beschrijving mechanisme

Het initieel mechanisme GEBU-golfoploop is één van de drie beschouwde mechanismen voor grasbekleding op het buitentalud. In dit mechanisme wordt het eroderen van de grasbekleding ten gevolge van golfoploop beschouwd.

GEBU-golfoploop treedt op wanneer golven (deels) over de grasbekleding oplopen. De stroming van de oplopende en neergaande golftong is turbulent, waardoor de graszode wordt onderworpen aan een snel wisselende waterdruk. De drukwisselingen planten zich gedempt en vertraagd door in de zode en de hieronder liggende grondlagen. Hierdoor en door de ruimtelijke variabiliteit van de wisselende druk over het talud wordt de zode blootgesteld aan binnen- en buitenwaarts gerichte drukgradiënten. De drukgradiënten met een buitenwaartse richtingscomponent kunnen op den duur stukken zode uit de grasbekleding trekken. De grootte van de belasting is afhankelijk van de laagdikte en snelheid van de golftong en van de turbulentie-intensiteit. Deze parameters zijn weer afhankelijk van de golfhoogte en van de hoogteligging van de te beoordelen graszode ten opzichte van de stilwaterlijn. Ook de stormduur, of eigenlijk de tijd dat een te beoordelen grasbekleding zich in de golfoploopzone bevindt, is van belang. Voor meer achtergrond in het mechanisme GEBU-golfoploop, zie het artikel Fenomenologische beschrijving gras buitentalud.

Model generieke analyse

Voor het voorspellen van erosie als gevolg van golfoploop wordt gebruik gemaakt van het model voor erosie als gevolg van golfoverslag: de cumulatieve overbelastingmethode. Zie ook het artikel Model GEKB.

Bezwijken van de grasbekleding op het buitentalud door erosie treedt op als de kritische waarde van de cumulatieve overbelasting D_crit [m²/s²] gedurende een storm wordt overschreden.

Belasting

Net zoals bij golfoverslag wordt de belasting bij golfoploop beschreven door de frontsnelheid in de i^de oplopende golf U_i [m/s]. Uit onderzoek door [Van der Meer, et al., 2014] is gebleken dat de verdelingen van de golfoploophoogte en de frontsnelheid gecorreleerd zijn aan elkaar. Op basis van deze correlatie wordt een verdeling voor de frontsnelheid bepaald op basis van de berekende golfoploophoogte.

Invloed talud

Het talud kan effect hebben op de erosieve belasting van de oplopende golven doordat de stroomsnelheid ten gevolge van gravitatie vertraagd. Deze belastingverlaging kan met de factor α_a [-] in rekening worden gebracht. Deze factor is altijd kleiner dan of gelijk aan 1,0.

Invloed overgangen en objecten

Overgangen en objecten kunnen een verhoogde erosieve belasting van de oplopende golven tot gevolg hebben. Deze belastingverhoging kan met de factor α_M [-] in rekening worden gebracht. Deze factor is altijd groter dan of gelijk aan 1,0.

Merk op dat het belastingverhogende effect van overgangen en objecten nog lastig te kwantificeren is.

Sterkte

De sterkte is afhankelijk van veel parameters maar is uiteindelijk terug te herleiden tot één parameter: de kritische stroomsnelheid U_c [m/s]. De U_c Kritieke stroomsnelheid [m/s]is afhankelijk van de graskwaliteit en het substraat, zie het artikel Parameters grasbekleding buitentalud.

Invloed overgangen en objecten

Overgangen en objecten kunnen een reductie van de sterkte tot gevolg hebben. Deze sterkteverlaging kan met de factor α_S (-) in rekening worden gebracht. Deze factor is altijd kleiner dan of gelijk aan 1,0.

Merk op dat het sterkteverlagende effect van overgangen en objecten nog lastig te kwantificeren is.

Toepassingsbereik

In het geval van de cumulatieve overbelastingsmethode is het toepassingsbereik gegeven door de wijze waarop de sterkteparameters U_c Kritieke stroomsnelheid [m/s] en D uit het artikel Parameters grasbekleding buitentalud zijn afgeleid. Hiervoor geldt het volgende toepassingsbereik:

• De graskwaliteit dient een open of gesloten zode te zijn.
• Er dient een kleilaag onder de graszode aanwezig te zijn.
• De taludhelling dient 1V:2,5H of flauwer te zijn.

Dit toepassingsbereik is tot stand gekomen omdat de U_c Kritieke stroomsnelheid [m/s] en D alleen zijn afgeleid voor open en gesloten zode op een kleilaag [Van Steeg, 2020]. Het toepassen van het model buiten het toepassingsbereik is mogelijk maar vereist specialistische kennis en mogelijk extra onderzoek.

Software generieke analyse

Met de software BM – Gras Buitentalud kan worden geanalyseerd of de graszode voldoende weerstand kan bieden tegen golfoploop. Bij deze analyse wordt voor een storm de cumulatieve overbelasting berekend. In tegenstelling tot GEBU-golfklap wordt bij GEBU-oploop de sterkte van eventuele aanwezige onderlagen van klei niet meegenomen.

Met de software wordt voor het maatgevende punt op het buitentalud in de golfoploopzone, de evaluatiehoogte, de cumulatieve overbelasting bepaald. De belastingduur voor dit punt is afhankelijk van de opgelegde storm gegeven door het belastingverloop.

Per tijdstap wordt de verdeling van de golfoploophoogtes en hieruit een verdeling van de frontsnelheden bepaald om na te gaan of de kritische stroomsnelheid wordt overschreden en of er sprake is van overbelasting. De waardes van de individuele overbelasting per golf gedurende de storm worden vervolgens gesommeerd. Wanneer de cumulatieve overbelasting groter is dan de kritische waarde, faalt de graszode.

Parameters

Voor de generieke analyse met BM – Gras Buitentalud moeten verschillende parameters ingevoerd worden.

Evaluatiehoogte

De evaluatiehoogte is het niveau op het buitentalud in de golfoploopzone waarop de analyse wordt uitgevoerd. Aangeraden wordt om de onderzijde van de grasbekleding als evaluatiehoogte te gebruiken. Indien de onderzijde onder de maximale waterstand ligt, kan een evaluatiehoogte iets boven deze waterstand worden gebruikt.

Kritische stroomsnelheid

De kritische stroomsnelheid is afhankelijk van de kwaliteit van de graszode. Voor de mogelijke waarden van de kritische stroomsnelheid zie het artikel Parameters grasbekleding buitentalud.

Geometrie

Voor het bepalen van de golfoploophoogte vereist de software een schematisatie van het dijkprofiel en de oriëntatie van de dijk (dijknormaal).

Coëfficiënt c_u Coëfficiënt voor bepalen oploopsnelheid van golven op het buitentalud [-]

De maximaal dieptegemiddelde frontsnelheid van een oplopende golf is mede afhankelijk van de waarde van coëfficiënt c_u Coëfficiënt voor bepalen oploopsnelheid van golven op het buitentalud [-] [-]. Deze coëfficiënt is standaard 1,10 en is gekalibreerd op (veld)proeven.

Hydraulische belasting

Bij de generieke analyse wordt gekeken of de grasbekleding faalt voor golfoploop tijdens een storm met een bepaalde terugkeertijd. Voor het bepalen van de belastingduur per tijdstap is het verloop van de waterstand tijdens de storm met bijbehorende golfcondities (significantie golfhoogte, spectrale golfperiode en golfrichting) benodigd. De golfcondities moeten worden afgeleid voor verschillende waterstanden tussen de minimale en maximale waterstand binnen het belastingverloop.

Golfhoogteverdeling

Bij het bepalen van de individuele golfhoogtes (en daarmee golfoploophoogte) is aangenomen dat deze Rayleigh verdeeld zijn. De verdeling geeft vooral voor diepwatercondities een realistische beschrijving van de golfhoogte, wanneer de golven niet of nauwelijks worden beïnvloed door de bodem. Echter, voor condities in ondiep water kan in sommige gevallen beter worden uitgegaan van andere kansverdelingen, zoals die van Battjes-Groenendijk.