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Definition Wellenvorlauf und Welle nach unten

Wellenauflauf ist die Höhe bis wo Wellen (ob nach dem Brechen oder nicht) es Steigung von einem Ufer oder Deich heraufgehen; Wellenablauf ist die Höhe, auf die sich Wellen zurückziehen. Diese Höhen werden immer vertikal gemessen (und somit nicht am Hang entlang).

Geschichte

Die ersten technisch-wissenschaftlichen Messungen des Wellenauflaufs wurden vom Komitee durchgeführt Lorentz für die Schließung der Zuiderzee. ^[1]Zur Vorbereitung der Arbeiten hat das Komitee an verschiedenen Stellen die Wellenhöhe und den Wellenauflauf gemessen. Dieses Gremium hat festgestellt, dass Messwellen (nach dem damaligen Stand der Technik (1920)) im Feld bei Stürmen nicht funktionierten. Daher wurden damals auch Maßstabstests durchgeführt, die jedoch stark dadurch eingeschränkt wurden, dass in Maßstabsmodellen (damals) nur regelmäßige Wellen möglich waren. Es zeigte sich jedoch, dass die Tiefe vor dem Deich für den Wellenauflauf sehr wichtig ist und auch die Hangneigung (innerhalb des bei den Messungen beobachteten Bereichs) keine große Rolle spielt. Darauf aufbauend wurde ein Zusammenhang zwischen Wellenauflauf und Wassertiefe hergestellt. Nach derzeitigem Kenntnisstand, dass bei Stürmen und sanften Küstenhängen die signifikante Wellenhöhe der halben Wassertiefe scheint diese Kurve richtig zu sein, allerdings nur für Gefälle in der Größenordnung von 1:3.

Diese Forschung wurde während der Zuiderzeewerke fortgesetzt und führte schließlich zu der (alten) Delfter Formel für den Wellenauflauf:

${Anzeigestil Ru=8H ein Alpha}$

Darin ist

• ${displaystyle Ru}$ der Anlauf,
• ${Anzeigestil H}$ die (reguläre) Wellenhöhe an der Zehe und
• ${displaystyle alpha }$ die Hangneigung.

Diese Formel erwies sich als ziemlich allgemein gültig für glatte Hänge und ziemlich steile (Sturm-)Wellen.
Später stellte sich heraus, dass längere Wellen (Swell) zu einem größeren Hochlauf führten, daher wurde die Periode mit dem . in die Formel aufgenommen iribare Zahl${Anzeigestil xi}$. So wurde die Formel von Hunt geboren:

${displaystyle {frac {Ru}{H}}=xi}$

Diese Formel galt auch für reguläre Wellen. Die Formel von Oude Delft und die Formel von Hunt sind für Wellen mit einer Steilheit von 1/64 identisch, was etwa 2% entspricht. Für höhere Werte von ${Anzeigestil xi}$ Die Formel von Hunt ist begrenzt: für ${Displaystil xi >2{,}5}$ gilt ${Anzeigestil Ru/H=2{,}5}$.

Unregelmäßige Wellen

In der Praxis sind Wellen unregelmäßig und man kann nicht von "dem" Wellenauflauf sprechen, sondern von einem Wellenauflauf mit einer gewissen Überschreitungswahrscheinlichkeit. Dafür werden 2 % verwendet. Der Wellenauflauf ist somit definiert als derjenige Hochlauf, der von 2% der Wellen in einem Wellenfeld überschritten wird. Der Wellenauflauf entpuppt sich, genau wie die Wellen selbst, als a Rayleigh-Verteilung haben. Es wurde ein so kleiner Wert der Überschreitungswahrscheinlichkeit gewählt, dass überlaufende Wellen keine Schäden mehr an der inneren Böschung verursachen können. International wird dieser Wert von 2% verwendet, dieser Wert wurde kurz vor 1940 vom Waterloopkundig Laboratorium ziemlich willkürlich gewählt. Angesichts der Funktion hätten auch 1% oder 5% getan werden können. Der Grund für die Wahl von 2% ergibt sich aus den experimentellen Designs. Mit einer Auswahl von 2% passt ein kompletter Test gut in einen halben Tag.
Im Auftrag des Fachbeirats Hochwasserschutz, Batterien fasste 1972 alle Forschungen zusammen und gab ihr eine gute theoretische Grundlage.^[2]Diese Arbeit führte zu einer verbesserten Version der Huntschen Formel, in der explizit Parameter für den Einfallswinkel der Wellen, die Wirkung einer Berme und die Rauheit des Hanges hinzugefügt wurden. Insbesondere hinsichtlich der Rauheit und der Berme war die Menge der experimentellen Daten zu gering, um eine definitive Formel aufstellen zu können. Diese Forschung wurde in den folgenden Jahren durchgeführt, gleichzeitig hat sich der Fokus auf Welle überlaufen denn dies ist eher ein Hinweis auf die Deichhöhe als auf den Wellenauflauf. Diese Untersuchung führte schließlich zu einem technischen Bericht des TAW im Jahr 2002^[3]Die in dieser Veröffentlichung beschriebene Wellenauflaufformel ist noch heute gebräuchlich; das EurOtop-Handbuch hat diese Formel übernommen. Im EurOtop-Handbuch wurde der Geltungsbereich jedoch (mit geänderten Formeln) weiter erweitert.

Moderne Wellenauflaufformeln

Wellenanlauf gegen Haringman-Blöcke. Die "Dellen" in den Blöcken geben kaum eine Anlaufreduzierung

Das EurOtop-Handbuch gibt die allgemeine Formel (Formel 1.4 in diesem Handbuch) für den Wellenauflauf an:

${displaystyle {frac {Ru_{2/$

mit maximal ca. 3.Gebraucht iribare Zahl${displaystyle xi_{m-1.0}}$ basierend auf dem Zeitraum, der mit dem ersten negativen Zeitpunkt des Wellenspektrum.Weiter ist ${Displaystil-Gamma }$ der Reduktionskoeffizient für Widerstand, Berme usw. Es gilt:

${displaystyle gamma = gamma _{b}gamma _{f}gamma _{eta }}$

• ${Displaystil-Gamma _{b}}$ ist die Reduktion für die Berme. Eine Berme ist besonders effektiv, wenn sie sich auf der Ebene des stillen Wassers (d. h. auf Entwurfsebene) befindet. Für einen typisch holländischen Deich (Steigung 1:3, steile Wellen) gilt ${Displaystil-Gamma _{b}ungefähr {frac {6}{B/H_{m0} 6}}}$, in welchem ${Anzeigestil B}$ ist die Breite der Berme. Muss immer gelten ${displaystyle 0{,}6$.
• ${Displaystil-Gamma _{ eta }}$ ist die Reduktion für schräg einfallende Wellen, ${displaystyle gamma _{ eta }=1-0{,}0022, eta }$, in welchem ${displaystyle eta }$ ist der Einfallswinkel der Wellen in Grad (0° ist senkrechter Einfall)
• ${Displaystil-Gamma _{f}}$ ist der Einfluss der Rauheit. Dazu kann folgende Tabelle verwendet werden:

Referenztyp	${Displaystil-Gamma _{f}}$
Beton	1,0
Asphalt	1,0
Dichte Betonblöcke	1,0
Gras	1,0
Basalt	0,90
Basalton	0,90
Hydroblock, Haringman	0,90
Offener Steinasphalt	0,90
Hügelblock, ronataille	0,70 - 0,8
Einschichtiger Schuttstein	0,70
Zweischichtiger Schuttstein	0,55

Für Hillblock und Ronataille wird eine Reichweite angegeben, da der Reduktionskoeffizient für diese Blöcke von der Wellenhöhe abhängt.
Ähnlich verhält es sich mit Gras. Naturrasen ist bei hohen Wellen sehr rutschig, deshalb ${Displaystil-Gamma _{f}=1{,}0}$. Wenn die Welle jedoch sehr klein ist (Größenordnung 25 cm oder weniger), ist Naturrasen oft viel rauer. Für so kleine Wellen kann man in einem solchen Fall einen Wert von verwenden ${Displaystil-Gamma _{f}}$ Wählen Sie weniger als 1,0.

Golf-Rundown

Es gibt eine ähnliche Formel für den Wellenablauf:

${displaystyle {frac {Rd_{2/$

Viehmarke und Flutmarke

Rinderkanten auf einem Deich entlang des Bathpolders

Nach Stürmen bleibt am Hang oft eine Schwimmkante zurück (veek) leg dich hin, es Flutmarke oder Rinderzeichen. Diese Hochwassermarke kennzeichnet den maximalen Wellenauflauf während des vergangenen Sturms. Der Bestand befindet sich fast auf der Höhe des maximalen Wellenauflaufs. Da der Wasserstand meist von einer nahegelegenen Gezeitenstation bekannt ist, ist die ru_2% des Sturms leicht berechnet werden (= Stockmarkenhöhe - beobachtete Sturmfluthöhe). In der Vergangenheit wurden diese Beobachtungen bei den meisten Deichen recht systematisch gemacht, was zu einer Datei von Viehmarkierungshöhen pro Deichabschnitt führte. Zur Ermittlung der Deichhöhe kann die Statistik der Viehmarkierungshöhen verwendet werden. Die Deichhöhe muss dem Auslegungswasserstand entsprechen Wachhöhe. Die Schutzhöhe ist der maximal zulässige Wellenauflauf. Für einen Deich, der für eine Belastungswahrscheinlichkeit pro Jahr von beispielsweise 1/500 (wie bei der temporären Deichbewehrung in der Oosterschelde) berechnet werden muss, bedeutet dies, dass der Wellenauflauf 1/500 bekannt sein muss. Dies lässt sich berechnen, wenn die Wellenhöhe 1/500 am Deichfuß bekannt ist, aber dieser Wert wird selten gemessen und muss dann mit einem Berechnungsmodell wie SWAN verwendet werden. ^[4]bestimmt werden. Dies ist in vielen Fällen nicht einfach und eine Fehlerquelle. Die Analyse der Rindermarkenhöhen (durch Aufzeichnen der Daten auf Logpapier) ergibt einen direkten Wert zB des 1/500 Wellenauflaufs und damit die erforderliche Schutzhöhe.

Ein Beispiel dafür ist das begleitende Foto des Anlaufs und der Rinderkanten an einem Deich entlang des Bathpolders, Zeeland. Hier sind zwei Rinderränder, die den Wellenverlauf zweier aufeinander folgender Stürme (am 12. Oktober 2009 mit Wasserständen 2,2 m und 1,9 m über NAP) im Bathpolder in Zeeland zeigen. Im Vordergrund ein Hang mit Haringman-Blöcke, im Hintergrund eine Steigung von Elastoküste. Die Wellenhöhe bei diesen Stürmen betrug ca. 0,5 m, der Wellenauflauf an der Elastocoast liegt bei 0,80 und 0,85 m über Sturmfluthöhe, an den Haringman-Blöcken 1,05 und 1,1 m über Sturmfluthöhe. Die Steigung beträgt hier 1:4,2. Da ein Haringman-Block genau 50 cm groß ist, kann der Anlauf auf diesem Foto gemessen werden. Die Analyse zeigt dann, dass γ_f für Haringman-Blöcke ist hier 1,0 und für Elastocoast 0,8.

Wellenanlaufsimulation

Simulation des Wellenauflaufs auf dem Wattenmeer in Friesland

Um die Sicherheit eines Deiches und insbesondere die Stärke der Grasdecke auf See- oder Flussseite zu testen, kann der Wellenauflauf mit einem Wellenauflaufsimulator simuliert werden. Die Wellenbedingungen, für die ein Deich ausgelegt ist, sind selten. Darüber hinaus variiert die Stärke von Grasdeckwerken in den Niederlanden. Diese Bedingungen können mit einem Wellenauflaufsimulator in situ auf dem Deich simuliert werden. Der Leiter des jeweiligen Hochwasserschutzsystems kann dann analysieren, ob die Stärke der Grasdecke ausreicht, um unter bestimmten Extrembedingungen den zu erwartenden Wellen standzuhalten. Bei diesen Versuchen wird der Wellenauflaufsimulator am Außenhang platziert und dort kontinuierlich mit Wasser mit konstanter Durchflussmenge befüllt. Die Ventile am Eimerboden können bei allen möglichen Volumina geöffnet werden, wodurch verschiedene Wellenauflaufvolumina simuliert werden können^[5].

Der Wellenauflaufsimulator ist eine Möglichkeit, die Stärke der Grasbedeckung zu testen. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines Sodenabziehers, mit dem die Zugfestigkeit einer Sode ermittelt und in eine Festigkeit unter Belastung durch Wellenauflauf umgerechnet werden kann. Neben der Simulation des Wellenauflaufs ist es mit dem dafür entwickelten Generator und Simulator auch möglich, Welleneinschläge und Wellenüberläufe zu simulieren.

Hinweis

Wellenauflauf ist nicht zu verwechseln mit Golf-Setup (ein Anstieg des Wasserspiegels durch bekannte Wellen) oder mit Windeinstellung (ein Anstieg des Wasserspiegels aufgrund der treibenden Wirkung des Windes).