Download hier de PhD thesis gerelateerd aan dit project.
Uitkomst
Dit project heeft nieuwe empirische methoden ontwikkeld om de relatieve grootte of significantie van infragravitatie-golven en de gemiddelde overslagafvoer te schatten bij zeeweringen met ondiepe vooroevers. Voor golfoverslag werden twee methoden voorgesteld: de eerste vormt een aanvulling op de traditionele benadering waarbij eerst numerieke modellering met fasegemiddelde wordt gebruikt om golfparameters bij de voet te schatten, gevolgd door een empirische schatting van de golfoverslag. De tweede benadering is volledig empirisch en gebruikt diepwatergolfparameters als input en verklaart direct de infragravitatie-golven. Deze benaderingen werden vervolgens samengevoegd tot een probabilistisch raamwerk dat in staat is om de impact van infragravitatie-golven op de veiligheid langs de Nederlandse Waddenzeekust te kwantificeren.
Figuur 1 - Boven: Dijk-vooroeversysteem in de Waddenzee, nabij Eemshaven in Noord-Nederland (Foto door Jaap van Duin). Onder: Recente veldcampagne om golven en stromingen te meten tijdens de jaarlijkse winterstormen op dezelfde locatie (Foto door Pieter van der Gaag).
Motivatie en uitdagingen
Om natuurgerichte oplossingen zoals het effect van schorren en slikken mee te nemen in het ontwerp en de beoordeling van zeedijken moeten we hun impact op golven en de kans op overstromingen tijdens extreme stormen volledig begrijpen. Hoewel de invloed van dergelijke ondiepe omgevingen op kortdurende windgolven (periodes van minder dan 25 seconden) goed wordt begrepen en verantwoord, is nog steeds niet volledig bekend wat er gebeurt met langere perioden van infrazwaartekrachtgolven (periodes van minuten). Gewoonlijk propageren deze golven tijdens extreme stormen en reiken ze tot aan de zeeweringen. Ondanks hun belang voor de veiligheid van overstromingen en de kustdynamiek, verwaarlozen de huidige benaderingen de IG-golven of houdt men hier slechts indirect rekening mee in de analyse. In Nederland doet deze uitdaging zich voor in de Waddenzee, die kilometers lang vrij ondiep is en golven verwerkt die lokaal en in de Noordzee worden gegenereerd. Het verbeterde begrip van deze golven die zich over de vooroevers propageren, is ook nuttig voor het bouwen met de natuur in andere kustgebieden, zoals de Caribische eilanden waar ik vandaan kom.
Doel van het onderzoek
Het onderzoek wil een antwoord geven op de vraag: onder welke omstandigheden zijn deze golven significant aan de voet van de constructie; en wat is hun impact op de overstromingsveiligheid, mits ze significant zijn?
Figuur 2. Onderdelen van het onderzoek om de invloed van golven dichtbij de kust in te schatten op basis van de offshore- en dijkkarakteristieken voor nauwkeurigere dijkontwerpen en overstromingsrisicobeoordelingen. Bron van de fysieke modeltests foto: Corrado Altomare en Tomohiro Suzuki (Flanders Hydraulics Research, België).
Innovatieve componenten
Om bovenstaande vragen te beantwoorden zijn de volgende methoden toegepast en zoveel mogelijk gevalideerd met veldmeetcampagnes:
- Numerieke modellering: Terwijl veldmetingen en fysieke modeltests vaak moeilijk en duur zijn om te implementeren, kunnen numerieke modellen worden gebruikt om de interactie tussen golven en de vooroever op een tijdige en kosteneffectieve manier beter te begrijpen. In dit onderzoek werden geavanceerde numerieke modelleringstools zoals SWAN, SWASH, XBeach en OpenFOAM toegepast om de golfhoogten in de buurt van de kust en de volumes van golven die over de dijk heen slaan te schatten.
- Empirische modellering: Met behulp van bestaande fysieke modeltesten en nieuwe numerieke gegevens, werd de relatie tussen de vooroever, de golven dichtbij de kust en het volume water dat over de dijk kan komen vastgelegd in simpele empirische relaties. Deze relaties kunnen adviseurs vervolgens leiden naar nauwkeurigere dijkontwerpen en overstromingsrisicobeoordelingen. Daardoor kunnen ze de invloed schatten van infragravitatie-golven, vaak versterkt door ondiep water, op basis van: (1) de grootte van de offshore-golven; (2) de kenmerken van de vooroever, zoals de helling en de vegetatiebedekking; en (3) de helling van de dijk.
Relevant voor wie en waar?
Het verbeterde begrip van golfpropagatie over ondiepe voorlanden is nuttig voor kustingenieurs, onderzoekers, ecologen en overstromingsrisicoadviseurs
De onderzoekscomponenten worden toegepast in een case study in het noorden van Nederland.
Voortgang en toepassing
Bevindingen geven aan dat infragaviteitsgolven van belang worden bij locaties blootgesteld aan hoge offshore deining met ondiepe, licht glooiende vooroevers en verminderde begroeiing. Bovendien toonde de numerieke modelvergelijking aan dat meer rekenkundige modellen geen betere nauwkeurigheid garanderen bij het voorspellen van parameters voor golven dichtbij de kust of bij de afvoer van golfoverslag.
De invloed van infragravitatiegolven dichtbij de kust is verder significant voor ondiepere wateren, flauwere vooroeverhellingen, verminderde begroeiing en mildere dijkhellingen. Bovendien kunnen, met empirische aanpassingen, modellen gebaseerd op fasegemiddelden zoals SWAN –die op zichzelf geen infrazwaartekrachtgolven modelleren – worden gebruikt om infrazwaartekrachtgolven te schatten. Voor meer details over elke bevinding, zie de gerelateerde outputs.
Aanbevelingen van All-Risk:
- Zelfs wanneer de infragravitatie-golfhoogte bij de constructie klein is, kan hun invloed op de golfperiode – en, door relatie, golfoverslag – aanzienlijk zijn.
- De invloed van infragravitatie-golven is sterk afhankelijk van lokale bathymetrische en forcerende omstandigheden. Het wordt aanbevolen om altijd een snelle controle op de verwachte grootte van de IG-golven uit te voeren met behulp van de hier ontwikkelde tools.
- Het is belangrijk om niet alleen de golfdemping te beoordelen, maar ook de evolutie van de gemiddelde golfperiode over de vooroever.
Last modified: 30/12/2021
Contributing researchers
Christopher H. Lashley
TU Delft Universiteit
Project outputs
The Influence of Infragravity Waves on the Safety of Coastal Defences: A Case Study of the Dutch Wadden Sea
Een nieuw ontwikkeld raamwerk om de veiligheid langs de vele kustlijnen over de hele wereld met ondiepe vooroevers (bijvoorbeeld kwelders en slikken) niet te overschatten. Rekening houden met de invloed van zeer lange golven, die vaak worden verwaarloosd in overstromingsrisicobeoordelingen, is belangrijk bij het berekenen van de kans dat golven de dijken overslaan.
01/11/2021 by Christopher H. Lashley et al.
Formulating wave overtopping at vertical and sloping structures with shallow foreshores using deep-water wave characteristics
Nauwkeurige schattingen van golfhoogte en periode bij de constructieteen blijken vaak moeilijk en vereisen het gebruik van fysieke modellering of numerieke golfmodellen met hoge resolutie. Hier volgen we de methode van Goda om een nauwkeurige voorspelling vast te stellen door de vooroeverhelling en de relatieve waterdiepte bij de constructieteen direct op te nemen.
31/08/2021 by Christopher H. Lashley et al.
Relative Magnitude of Infragravity Waves at Coastal Dikes with Shallow Foreshores: A Prediction Tool
Hier combineren we fysieke en numerieke modellering om: (1) de invloed van verschillende offshore-, vooroever- en dijkhellingcondities over de dominantie van infragravitatiegolven (IG) golven over die op zee en deining (SS) frequenties; en (2) een voorspellend model ontwikkelen waarmee beoefenaars snel de relatieve omvang van IG kunnen schatten.
11/06/2020 by Christopher H. Lashley et al.
Benchmarking of numerical models for wave overtopping at dikes with shallow mildly sloping foreshores
De analyse laat zien dat zwaartekrachtgolven snel afnemen over de wal, terwijl infrazwaartekrachtgolven (IG) worden versterkt. Deze bevindingen tonen aan dat de bijdrage van IG-golven aan de overspoeling van duinen langs de baai aanzienlijk is en benadrukken de noodzaak voor elke methode of elk model om IG-golven te overwegen wanneer ze in vergelijkbare omgevingen worden toegepast.
01/08/2020 by Christopher H. Lashley et al.
Comparison of Implicit and Explicit Vegetation Representations in SWAN Hindcasting Wave Dissipation by Coastal Wetlands in Chesapeake Bay
Het beoordelen van de nauwkeurigheid van nearshore numerieke modellen, zoals SWAN, is belangrijk om hun effectiviteit te garanderen bij het weergeven van fysieke processen en het voorspellen van overstromingsgevaar. De resultaten laten zien dat het behandelen van vegetatie simpelweg als verbeterde bodemruwheid (impliciet) de dissipatie van golfenergie onderschat. De expliciete vegetatieweergave vertoont echter een goede overeenkomst met veldgegevens.
24/12/2018 by Christopher H. Lashley et al.
