Dit artikel beschrijft de productieberekeningen fysica ten aanzien van de golfcondities. Deze vragen – vaak meer nog dan de productieberekeningen waterstand – relatief veel rekentijd. In veel watersystemen wordt daarom bespaard op het aantal productieberekeningen golven door niet alle combinaties van basisstochastwaarden door te rekenen, maar te focussen op de afhankelijkheid van de waterstand.
Opzet productieberekeningen: varianten bij waterstand als invoer
Bij de modellering van de golven wordt quasi-stationair gerekend: een of meer momentane condities binnen een storm worden doorgerekend alsof elke afzonderlijke conditie stationair is; er wordt binnen de golfmodellering zelf geen rekening gehouden met het verloop in de tijd (zie ook Modellering golfcondities).
De golfcondities worden bepaald door:
- de windrichting
- de windsnelheid
- de waterstand
- de stroming
In de meeste gevallen wordt het effect van stroming op de golven buiten beschouwing gelaten.
Omdat de golfcondities rechtstreeks afhangen van de windrichting en windsnelheid, worden in de 'productieberekeningen golven' de reeksen waarden van de basisstochasten 'windrichting' en 'windsnelheid' sowieso doorgerekend. Wat betreft de combinaties van de basisstochasten 'windsnelheid' en 'windrichting' kan dus niet worden bespaard op het aantal productieberekeningen golven. De overige basisstochasten zijn niet rechtstreeks van invloed op de golfcondities, maar indirect, namelijk via de (lokale) waterstand. Als meerdere combinaties van die overige stochasten tot dezelfde waterstand leiden, dan hoeven de golven niet voor al die combinaties berekend te worden. Er kan dus worden bespaard op het aantal productieberekeningen golven door niet alle combinaties van die overige basisstochastwaarden door te rekenen. Hoe die besparing wordt uitgewerkt varieert.
De opzet van de productieberekeningen golven hangt daarom voor een belangrijk deel af van de wijze waarop wordt omgegaan met de waterstand als invoerparameter. De volgende varianten in de opzet van de productieberekeningen golven kunnen worden onderscheiden:
- ruimtelijk variabel waterstandsveld vanuit het waterstandsmodel:
- bij elk belastinggebeurtenis het momentane veld van waterstanden (en eventueel stromingen) op één tijdstip (variant 1a)
- bij elk belastinggebeurtenis het veld van maximale waterstanden (variant 1b)
- ruimtelijk uniforme (horizontale) waterstand
- generieke hulp-belastinggebeurtenissen gevolgd door interpolatie naar de belastinggebeurtenissen (variant 2a)
- bij elke locatie alle belastinggebeurtenissen (variant 2b)
Variant 1 is zinvol en haalbaar, als een geavanceerde golfmodellering gewenst is en er naast de windrichting en de windsnelheid maar één andere basisstochast een rol speelt. Dit geldt bijvoorbeeld voor meren.
Variant 1a: bij elk belastinggebeurtenis het momentane veld van waterstanden
In deze variant is het waterstandsveld voor de golfberekening een veld dat op een zeker moment in een belastinggebeurtenis optreedt, bijvoorbeeld aan het eind van de stormtop. In de praktijk worden overigens vaak in ieder belastinggebeurtenis op twee of meer tijdstippen rond de top van de windsnelheid de momentane waterstandsvelden quasi-stationair doorgerekend. Hiermee komen voor iedere locatie meerdere golfcondities per belastinggebeurtenis beschikbaar. Vervolgens worden per locatie de maatgevende golfcondities per belastinggebeurtenis - dat wil zeggen: de maatgevende golfcondities uit de doorgerekende tijdstippen - bepaald en in de database geplaatst.
Variant 1b: bij elk belastinggebeurtenis het veld van maximale waterstanden
In deze variant is het waterstandsveld voor de golfberekening niet een veld dat op een zeker moment in een belastinggebeurtenis optreedt. In plaats daarvan is per belastinggebeurtenis het waterstandsveld voor de golfberekening samengesteld door gedurende de waterstandsberekening (met bijvoorbeeld WAQUA) in iedere roostercel bij te houden wat de maximale waterstand is.
Variant 2a: generieke hulp-belastinggebeurtenissen gevolgd door interpolatie naar de belastinggebeurtenissen
In deze variant worden voor een reeks ruimtelijk uniforme waterstandsniveaus ('horizontale waterstand') de combinaties van windsnelheid en windrichting doorgerekend naar golfcondities. Bij iedere combinatie van windsnelheid en windrichting kunnen vervolgens de golfcondities bij een willekeurige (lokale) waterstand bepaald worden door interpolatie in de resultaten (voor die locatie) voor de reeks doorgerekende waterstanden. Op deze manier kunnen de golfcondities gekoppeld worden aan de combinaties van basisstochasten die gebruikt zijn voor de waterstandsberekeningen. Dit is bijvoorbeeld toegepast voor de SWAN berekeningen in de Benedenrivieren en Oosterschelde.
Iets anders geformuleerd:
In deze variant wordt een set generieke hulp-belastinggebeurtenissen gedefinieerd door een hulp-basisstochast 'horizontale waterstand' te discretiseren en deze te combineren met de reeksen voor de basisstochasten windrichting en windsnelheid. De resultaten kunnen vervolgens per locatie via interpolatie op basis van de lokale waterstand geplaatst worden bij alle belastinggebeurtenissen in de database.
Variant 2b: bij elke locatie alle belastinggebeurtenissen
In deze variant worden bij elke locatie alle belastinggebeurtenissen doorgerekend: de golfcondities worden bij elk belastinggebeurtenis bepaald op basis van de windsnelheid U, windrichting R en lokale waterstand. Dit kan alleen als het rekenmodel zeer snel en dus eenvoudig is, oftewel wanneer toepassing van het golfmodel Bretschneider acceptabel is.
Opzet productieberekeningen: omgaan met triviale windsnelheden
Doorgaans is windsnelheid nul de ondergrens in de discretisatie van de windsnelheid. In watersystemen waar alle golven lokaal worden opgewekt (en golven dus geen basisstochast zijn), is bij deze windsnelheid geen sprake van golven. Bij deze windsnelheid worden geen productieberekeningen golven uitgevoerd; een golfhoogte, en -periode gelijk aan nul wordt in de database geplaatst.
