Golfoverslag: verschil tussen versies
Verwijderde inhoud Toegevoegde inhoud
k →top: Wikipedia:Wikiproject/SpellingCheck. Help mee!, replaced: terecht kom → terechtkom met AWB |
aanzienlijke uitbreiding; bladzijde aangepast aan de EurOtop2018 richtlijn; ontwerpregels toegevoegd; toelaatbare overslag gekwantificeerd |
||
Regel 1:
[[Bestand:OvertoppingVlissingen.jpg|miniatuur|Golfoverslag over de Boulevard de Ruyter in Vlissingen, 1953 of 1954]]
Bij '''golfoverslag''' slaan de [[Oppervlaktegolf (vloeistofdynamica)|golven]] over een [[Dijk (waterkering)|dijk]] heen waardoor het water op het achterliggende land terechtkomt. Teveel overslag is onwenselijk omdat het gebruik van de waterkering niet mogelijk is (bijv. bij een boulevard), er schade aan het binnentalud van een dijk kan optreden of er door een teveel aan overslag een waterbezwaar aan de binnenzijde van de dijk kan optreden.
De hoeveelheid overslag hangt af van de waakhoogte, de golfhoogte, de golfperiode en de taludhelling van de dijk. De waakhoogte is de hoogte van de kruin van de dijk boven het stil water niveau (meestal is dit de maatgevende stormvloedstand of de maatgevende rivierwaterstand). De overslag wordt meestal uitgedrukt in liters per seconde per meter dijklengte. Hierbij moet in aanmerking genomen worden dat dit een gemiddelde waarde is. Op het moment dat er een golf overslaat komt er veel water over de dijk, maar daarna langere tijd helemaal niets. Dit is duidelijk te zien in een heel duidelijke, maar wel wat gedateerde video van Rijkswaterstaat <ref name="videoTAW">
{{Citeer web
| url = https://www.youtube.com/watch?v=GsDuCpWiGGw
| titel = Overslagproef dijk in 1993, Deltagoot in De Voorst
| bezochtdatum = 21 januari 2019
| auteur = Waterloopkundig Laboratorium
| datum = 1993
| formaat = mpg
| uitgever = Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen
| taal = en
}}</ref>. Ook op de dit van de EurOtop manual is een aantal video's die de overslag in beeld brengen<ref name="videoEurotop">
{{citeer web
|url=http://overtopping-manual.com/eurotop/videos-of-wave-overtopping/
|titel= Overtopping videos
|Uitgever = Overtopping Manual
|taal = en
|datum = 2018
|auteur = J.W. van der Meer
|bezochtdatum= 22 januari 2019
}}</ref>.
Een probleem is dat éénzelfde hoeveelheid overslag kan optreden bij verschillende combinaties van waterstand en golven. Een lage waterstand en hoge golven kunnen dezelfde overslag geven als een hogere waterstand en lagere golven. Zolang de waterstand en de golfhoogte [[correlatie|gecorreleerd]] zijn is dat geen probleem, maar bij rivieren is dat wel een probleem. Golfhoogte en waterstand zijn daar niet gecorreleerd. In dat geval moet een [[probabilistisch ontwerpen|probabilistische]] berekening gemaakt worden. Meestal komt golfoverslag voor bij [[Weer (meteorologie)|extreme weersomstandigheden]], dus bij zware stormen; dan is de [[waterstand]] vaak hoger dan gemiddeld ten gevolge van de [[windopzet]].
==Het berekenen van de overslag==
Door [[Jurjen Battjes|Battjes]] is in 1978 een theoretisch juiste formule afgeleid voor de gemiddelde overslag. Deze formule is dusdanig gecompliceerd (met [[ errorfunctie|errorfuncties]] dat deze in de praktijk niet is toegepast. In plaats daarvan is experimenteel de volgende relatie gevonden:
:<math> Q=a \cdot exp(-b \cdot \frac{R}{\gamma})</math>
waarin Q de dimensieloze overslag is en R de dimensieloze waakhooge:
:<math> Q=\frac{q}{\sqrt{gH_s^2}} \sqrt{ \frac{ h/L_0 }{tan \alpha}}</math>
:<math> R=\frac{h_c}{H_s} \frac{1}{\xi}</math>
waarin:
:''h'' de waterdiepte
:''h<sub>c</sub>'' de waakhoogte
:''q'' het overslagdebiet (in m³/s)
:''H<sub>s</sub>'' de [[significante golfhoogte]] aan de teen van de constructie
:''L<sub>0</sub>'' de diepwater golflengte
:''α'' de [[talud|taludhelling]]
:''ξ'' het [[Iribarrengetal]]
:''γ'' de weeerstandsterm.
{|class="wikitable" style="float:left;"
! || ''a'' || ''b''
|-
|breaking|| 0,07 || 4,3
|-
|surging|| 0,2 || 2,3
|}
De waarden van ''a'' en ''b'' hangen af van het brekertype, zie de tabel hiernaast.
De weerstandsterm ''γ'' heeft een waarde tussen ongeveer 0,5 (voor twee lagen losgestorte breuksteen) en 1,0 (voor een glad talud). Ook wordt het effect van een berm en van scheef invallende golven via de weerstandsterm in rekening gebracht. De bepaling hiervan gebeurt op de zelfde wijze als bij het berekenen van [[golfoploop]]. Speciale glooiingsblokken die de golfoploop verminderen (bijv. [[Hillblock]] en [[Ronataille]]) verminderen daarom ook de golfoverslag. Omdat de maatgevende overslag de randvoorwaarde is, betekent dit dat door toepassen van dit soort elementen een wat lagere waterkering mogelijk is.
Onderzoek t.b.v. de EurOtop manual heeft veel extra gegevens opgelegd, en op grond daarvan is de formule iets aangepast tot:
:<math>\frac{q}{\sqrt{gH^3_{m0})}}=\frac{0,026}{\sqrt{tan\alpha}}\gamma_b \xi_{m-1,0}\cdot exp{ \left[-{\left(2,5\frac{R_c}{\xi_{m-1,0} H_{m0}\gamma} \right)}^{1,3} \right]} </math>
met als maximum
:<math>\frac{q}{\sqrt{gH^3_{m0})}}=0,1 \cdot exp{ \left[-{\left(1,35\frac{R_c}{ H_{m0} \gamma} \right)}^{1,3} \right]} </math>
Het blijkt nu dat deze formule ook een perfecte rationele benadering is van de oorspronkelijke formule van Battjes.
==Toelaatbare overslag==
De toelaatbare hoeveelheid overslag hangt af van het gebruik van de dijk, en de kwaliteit van de bekleding.<br>
Voor dammen van breuksteen (bijv. bij havendammen) en een golfhoogte van ''H<sub>m0</sub>'' van meer dan 5 m aan de buitenzijde geldt dat bij een overslag van 10-30 l/s per meter een zware breuksteenbekleding aan de binnenzijde nodig is. Bij een overslag van 5-20 l/s per meter is er een grote kans op schade aan de kruin.
{|class="wikitable" style="float:left;"
! situatie || ''q'' (l/s per meter)
|-
|breuksteen bij golven ''H<sub>m0</sub>'' > 5 m, en wat schade|| 1
|-
|breuksteen bij golven ''H<sub>m0</sub>'' > 5 m, en wat schade|| 5 - 10
|-
|goede grasmat ''H<sub>m0</sub>'' tussen de 1 en 3 m|| 5
|-
|slechte grasmat ''H<sub>m0</sub>'' tussen de 0,5 en 3 m|| 0,1
|-
|slechte grasmat ''H<sub>m0</sub>'' < 1 m|| 5 - 10
|-
|slechte grasmat ''H<sub>m0</sub>'' < 0,3 m|| onbeperkt
|}
Voor gewoon gras wordt een gemiddelde overslag van 5 l/s per meter dijk toelaatbaar geacht. Voor hele goede grasmatten, zonder bijzondere elementen zoals trappen, paaltjes en hekken, wordt 10 l/s per meter toegelaten. Overslagproeven met een [[golfoverslagsimulator]] hebben laten zien dat voor een onbeschadigde grasmat, zonder bijzondere elementen, 50 l/s per meter vaak nog geen schade geeft. Het probleem is dus niet zozeer de sterkte van de grasmat, als aanwezigheid van bijzondere elementen.
Daarbij moet in aanmerking genomen worden dat bijv. die 5 l/s per meter kan ontstaat door hoge golven en een hoog vrijboord, maar ook door lage golven met een laag vrijboord. In het eerste geval zijn er niet veel overslaande golven, maar als er een overslaat geeft die een grote snelheid op het binnentalud. In het tweede geval zijn er veel overslaande golven, maar die geven relatief lage stroomsnelheden. Dit heeft tot gevolg dat de eisen voor overslag over rivierdijken dus anders moeten zijn dan over zeedijken.
[[Bestand:Gezicht vanaf de dijk - Den Helder - 20357076 - RCE.jpg|miniatuur|Gezicht vanaf de dijk - Den Helder]]
Een goede zeedijk met doorgaande grasmat zonder trappen, zoals deze dijk bij Den Helder, kan zeker 10 l/s per meter zonder problemen hebben. De hoeveelheid water die dan de woningen binnenloopt is dan echter ontoelaatbaar, vandaar dat dit soort dijken ontworpen worden op een lagere overslaghoeveelheid.
Omdat gebleken is dat een grasmat niet zozeer bezwijkt onder invloed van de gemiddelde overslag, maar meer ten gevolge van het veelvuldig optreden van hoge stroomsnelheden, is er vanaf 2015 voor gekozen om grastaluds aan de binnenzijde van de dijk niet meer te toetsen aan het gemiddeld overslagdebiet, maar aan de frequentie van hoge stroomsnelheden tijdens de overslag
<ref name="Grasbekleding">
{{Citeer boek
| Cirkel| J.|van Dam| C.|van den Akker|E.|Nell|J.W.
| datum = 2015
| titel = Handreiking Dijkbekledingen Deel 5: Grasbekledingen
| uitgever = Deltares
| plaats = Delft
| pagina's = 197
| taal = nl
| URL =https://www.helpdeskwater.nl/publish/pages/144688/hdd5_handreiking_dijkbekledingen_deel_5_grasbekledingen.pdf
| bezochtdatum = 21 januari 2019
}}</ref>
{|class="wikitable"
! || ''H<sub>m0</sub> ='' m || ''q'' l/s per meter
|-
|Wandelaars met zicht op zee|| 3 || 0,3
|-
|Wandelaars met zicht op zee|| 2 || 1
|-
|Wandelaars met zicht op zee|| 1 || 10-20
|-
|Wandelaars met zicht op zee|| <0,5 || onbeperkt
|-
|Auto's en spoorwegen|| 3 || <5
|-
|Auto's en spoorwegen|| 2 || 10-20
|-
|Auto's en spoorwegen|| 1 || <75
|}
Voor Schade aan schepen in jachthavens kunnen de volgende getallen aangehouden worden:
{|class="wikitable"
! || ''H<sub>m0</sub>'' m || ''q'' l/s per meter
|-
|grotere schepen zinken|| >5 || >10
|-
|grotere schepen zinken|| 3 - 5 || >20
|-
|schade aan kleine schepen|| 3 - 5 || >5
|-
|veilig voor grote schepen|| > 5 || <5
|-
|veilig voor kleine schepen|| 3- 5 || <1
|-
|schade aan gebouwen|| 1-3 || <1
|-
|schade aan apparatuur en straatmeubilair|| || <1
|}
==Golftransmissie==
Als aan beide zijden van de kering water is (zoals bijvoorbeeld bij een havendam en een afsluitdam) geeft overslag over deze dam ook golven aan de andere zijde van de dam. Dit heet [[golftransmissie]]. Om de hoeveelheid golftransmissie te bepalen is het niet nodig om de hoeveelheid overslag te bepalen. De transmissie is alleen afhankelijk van de golfhoogte aan de buitenzijde, de waakhoogte en de ruwheid. Voor een glad talud is de transmissiecoëficient (= inkomende golf/golf aan de binnenzijde van de dam):
:<math>K_T= \left[ {-0.3 \frac{R_c}{H_{m0}}+0.75 \left( {1- exp(-0.5 \xi_{0p}) }\right) }\right] \cdot ({cos\beta})^{3/2}</math>
waarin ''ξ<sub>0p</sub>'' het iribarrengetal is op basis van de piekperiode van de golven en ''β'' de hoek van inval van de golven.
{{appendix |2=
*{{aut|Van der Meer, J.W.}}; {{aut|Allsop, N.W.H.}}; {{aut|Bruce, T.}}; {{aut|De Rouck, J.}}; {{aut|Kortenhaus, A.}}; {{aut|Pullen, T.}}; {{aut|Schüttrumpf, H.}}; {{aut|Troch, P.}}; {{aut|Zanuttigh, B.}} (2018): [http://www.overtopping-manual.com/assets/downloads/EurOtop_II_2018_Final_version.pdf ''EurOtop. Manual on wave overtopping of sea defences and related structures. An overtopping manual largely based on European research, but for worldwide application''], Rijkswaterstaat & Environment Agency
-----
'''Referenties'''
{{References}}
}}
[[Categorie:Vloeistofgolven]]
[[Categorie:Golven]]
[[Categorie:Waterbouwkunde]]
| |||