SSS!
Jik
iSSSSSiSth,ft«Y •;
CI.Ö2J0
• : • •I
waterloopkundig laboratorium
delft hydraulics laboratory
systematisch onderzoek naar kenmerkende
factoren voor duinafslag
verslag modelonderzoek
M 1819 deel I
INHOUD blz 1 . Inleiding 1 1.1 Voorgeschiedenis . . . 1 1.2 Opdracht 2 1.3 Samenvatting en conclusies 3 2. Doel en opzet van het onderzoek 5 3. Schaalrelaties 9 4. Model en randvoorwaarden 10 4.1 Model 10 4.2 Proevenprogramma 10 4.3 Bodemmateriaal 12 4.4 Schaalkeuze 13 4.5 Uitvoering 14 5. Meetresultaten 16 5.1 Inleiding 16 5.2 Profielen 16 5.3 Korrelgrootte 17 5.4 Golf hoogte 17 5.5 Watertemperatuur 18 6. Prototype resultaat 19 6.1 Herleiding van modelresultaten naar het prototype 19 6.2 Af slaghoeveelheid in prototype 20 6.3 Afslagprofielen in prototype 23 7. Invloed van factoren die duinafslag bepalen 24 7.1 Inleiding 24 7.2 Invloed van de golf hoogte 24 7.3 Invloed van de golf steilheid 24 7.4 Invloed van het stormvloedpeil 25
INHOUD (vervolg)
blz 7.5 Invloed van de vorm van het golf spectrum 25 7.6 Invloed van de duinhoogte 25 7.7 Invloed van de vorm van strand en vooroever 26 LITERATUUR
TABELLEN
1 Randvoorwaarden proeven met vaste waterstand 2 Randvoorwaarden proeven met verlopende waterstand 3 Duinafslag in model bij proeven met vaste waterstand 4 Duinafslag in model bij proeven met verlopende waterstand 5 Zeefanalyse proeven met vaste waterstand
6 Zeefanalyse proeven met verlopende waterstand
7 Golfhoogtemetingen bij proeven met vaste waterstand 8 Golfhoogtemetingen bij proeven met verlopende waterstand 9 Watertemperatuur tijdens de proeven met vaste waterstand 10 Watertemperatuur tijdens de proeven met verlopende waterstand 11 Prototype duinafslag bij proeven met vaste waterstand
12 Prototype duinafslag bij proeven met verlopende waterstand 13 Vergelijking berekende en gemeten afslaghoeveelheden
FIGUREN
1 Onderzoek naar duinafslag vanaf 1972
2 Stormprofiel volgens de Voorlopige Richtlijn
3 Voorbeelden duinafslagberekening volgens de Voorlopige Richtlijn 4 T.A.W. raaien langs de Nederlandse kust
5 Kustprofielen Noord- en Zuidhollandse kust 6 Geschematiseerd kustprofiel, referentieprofiel 7 Geschematiseerde kustprofielen
.8 Geschematiseerde kustprofielen
9 Aangenomen waterstandsverloop tijdens superstormvloed 10 Aangenomen golfhoogteverloop tijdens superstormvloed 11 Overzicht Scheldegoot 12 Doorsneden Scheldegoot 13 T01 Dwarsprofielen 14 T01 Dwarsprofielen 15 T02 Dwarsprofielen 16 T02 Dwarsprofielen 17 T03 Dwarsprofielen 18 T03 Dwarsprofielen 19 T04 Dwarsprofielen 20 T04 Dwarsprofielen 21 T05 Dwarsprofielen 22 T05 Dwarsprofielen 23 T06 Dwarsprofielen 24 T06 Dwarsprofielen 25 T07 Dwarsprofielen 26 T07 Dwarsprofielen ' 11 T08 Dwarsprofielen 28 TOS Dwarsprofielen 29 T09 Dwarsprofielen 30 T09 Dwarsprofielen 31 T10 Dwarsprofielen 32 T10 Dwarsprofielen 33 Tl 1 Dwarsprofielen 34 Tl 1 Dwarsprofielen 35 Tl 2 Dwarsprofielen 36 Tl 2 Dwarsprofielen
FIGUREN (vervolg) 37 Tl 3 Dwarsprofielen 38 Tl 3 Dwarsprofielen 39 Tl4 Dwarsprofielen 40 Tl4 Dwarsprofielen 41 T29 Dwarsprofielen 42 T29 Dwarsprofielen 43 Tl5 Dwarsprofielen 44 Tl5 Dwarsprofielen 45 Tl6 Dwarsprofielen 46 Tl6 Dwarsprofielen 47 Tl7 Dwarsprofielen 48 Tl 7 Dwarsprofielen 49 Tl8 Dwarsprofielen 50 Tl 8 Dwarsprofielen 51 Tl 9 Dwarsprofielen 52 Tl 9 Dwarsprofielen 53 T20 Dwarsprofielen 54 T20 Dwarsprofielen 55 T21 Dwarsprofielen 56 T21 Dwarsprofielen 57 T22 Dwarsprofielen 58 T22 Dwarsprofielen 59 T23 Dwarsprofielen 60 T23 Dwarsprofielen 61 T24 Dwarsprofielen 62 T24 Dwarsprofielen 63 T25 Dwarsprofielen 64 T25 Dwarsprofielen 65 T26 Dwarsprofielen 66 T26 Dwarsprofielen 67 T27 Dwarsprofielen 68 T27 Dwarsprofielen 69 T28 Dwarsprofielen 70 T28 Dwarsprofielen
71 Plaatsen waar de zandmonsters zijn genomen 72 Gemiddelde zeefkromme
73 Verificatie golfhoogten ter plaatse van 2 H (proeven met vaste waterstand) os
FIGUREN (vervolg)
75 Resultaat valsnelheidsproeven bij watertemperatuur van 10 C
76 Resultaat valsnelheidsproeven bij watertemperatuur van 18 C
77 T01, T02,.T03, T04 Prototype duinafslag als functie van de tijd
78 T01, T05, T06, T13 Prototype duinafslag als functie van de tijd
79. T02, T07, T08, T09, T29 Prototype duinafslag als functie van de tijd
80 T10 Prototype duinafslag als functie van de tijd
81 T04, Til, T12 Prototype duinafslag als functie van de tijd
82 T04, Tl4 Prototype duinafslag als functie van de tijd
83 T04, T15, T16, T17, Prototype duinafslag als functie van de tijd
T18, T19, T20
84 T21, T22, T23 Prototype duinafslag als functie van de tijd
85 T21, T24, T25, T26 Prototype duinafslag als functie van de tijd
86 T21, T27 Prototype duinafslag als functie van de tijd
87 T21, T28 Prototype duinafslag als functie van de tijd
88 T04 Golfhoogte- en gegroeptheidssignaal
Golf- en gegroeptheidsspectrum
89 Tl4 Golfhoogte- en gegroeptheidssignaal
Golf- en gegroeptheidsspectrum
90 T01 Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R.
91 T02 Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R.
92 T03 Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R.
93 T04 Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R.
94 T05 Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R.
95 T06 Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R.
96 T07 Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R.
97 T08 Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R.
98 T09 Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R.
99 T10 Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R.
100 Til Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R.
101 Tl2 Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R.
102 Tl3 Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R.
103 Tl4 Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R.
104 T29 Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R.
105 T21 Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R.
106 T22 Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R.
107 T23 Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R.
FIGUREN (vervolg)
108 T24 Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R. 109 T25 Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R. 110 T26 Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R. 111 T27 Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R. 112 T28 Prototype afslagprofiel, vergelijking met V.R. 113 Prototype duinafslag als functie van de golfhoogte 114 Prototype duinafslag als functie van de golfsteilheid 115 Prototype duinafslag als functie van de waterstand 116 Prototype duinafslag als functie van de duinhoogte
SYSTEMATISCH ONDERZOEK NAAR KENMERKENDE. FACTOREN VOOR DUINAFSLAG 1. Inleiding
1.1 Voorgeschiedenis
De doelstelling van Werkgroep 5 van de Technische Adviescommissie voor de Water-keringen is het ontwikkelen van een criterium ter beoordeling van de veiligheid van duinen als waterkering, alsmede het stimuleren en coördineren van studie en onderzoek op het gebied van onderhoud en beheer van duinen als waterkering. In het kader van deze doelstelling is in 1972 door het Centrum voor Onderzoek Wa-terkeringen en het Waterloopkundig Laboratorium een "Richtlijn voor de bereke-ning van duinafslag ten gevolge van een stormvloed" ontwikkeld [1].
Deze richtlijn is gebaseerd op een beperkt aantal waarnemingen in de natuur en enkele noodzakelijke aannamen.
Van het begin af werd onderkend dat de richtlijn een beperkte waarde had, zodat deze ook als voorlopig werd aangeduid. Door middel van metingen in de natuur en onderzoek in modellen zou een beter inzicht in duinafslag tijdens stormvloeden moeten worden verkregen, waardoor wellicht een beter onderbouwd criterium voor de beoordeling van de veiligheid van duinen als waterkering kan worden vastgesteld.
Evenals dat met de Voorlopige Richtlijn het geval is, zullen ook met een defi-nitieve richtlijn voorspellingen van de grootte van de duinafslag tijdens
wil-lekeurige stormvloeden moeten kunnen worden gedaan. Dit is nodig in verband met het feit dat de ontwerpcondities niet overal langs de Nederlandse kust de-zelfde zijn. Ook voor een toekomstige probabilistische benadering dient de duinafslag te kunnen worden berekend voor verschillende hydraulische condities van golven en waterstanden. Dit laatste is ook wenselijk in verband met
het beheer van de duinen. Te denken valt hierbij aan
bebouwingsgren-zen en drinkwatergebieden. Tenslotte zal een richtlijn die ook geldt voor re-latief lage stormvloeden beter getoetst kunnen worden aan natuurmetingen. Het tot nu toe uitgevoerde modelonderzoek naar duinafslag tijdens stormvloeden
[2,3,4,5] heeft voornamelijk tot doel gehad schaalrelaties vast te stellen, waar-mee het mogelijk is de gemeten duinafslag en andere grootheden in het model te herleiden tot waarden die gelden voor het prototype. Deze schaalrelaties hebben
-2-betrekking op de onderlinge verbanden tussen de lengteschaal (n ) , de diepte-schaal (n,), de morfologische tijddiepte-schaal (n ) en de diepte-schaal voor de valsnelheid
d t (n ) van het zand dat gebruikt is in de proeven,
w
Voor het onderzoek was het niet nodig de omstandigheden, die optreden tijdens storm-vloeden, exact weer te geven in het model. Afgezien van een paar bijzondere proeven,
zijn daarom tijdens het voorgaande onderzoek een aantal randvoorwaarden niet geva-rieerd, zoals:
• de waterstand, die opeen vast peil werd gehouden, overeenkomend met N.A.P + 5,0 m; • de golfbeweging, overeenkomend met een diepwater golf hoogte H = 7,6 m en piekperiode
OS
van het spectrum T = 12 s; • het kustprofiel;
• de duinhoogte;
Het reeds uitgevoerde modelonderzoek naar duinafslag heeft veel informatie op-geleverd die van nut is voor het opstellen van een definitieve richtlijn voor de berekening van duinafslag tengevolge van een stormvloed. Deze informa-tie is echter onvoldoende om een richtlijn op te stellen, zoals hierboven in grote lijnen is beschreven. De variatie in randvoorwaarden bij het modelonder-zoek is daarvoor te beperkt geweest. In feite is alleen voldoende informatie beschikbaar over de invloed van de valsnelheid van het zand op de duinafslag en de profielontwikkeling. Het is dan ook als wenselijk ervaren aanvullend onder-zoek te doen, waarbij de volgende randvoorwaarden zouden worden gevarieerd: • uitgangsprofiel (invloed vooroever en duinhoogte)
• stormvloedstand • golfcondities 1.2 Opdracht
Het gevoeligheidsonderzoek past in het algehele duinafslagonderzoek, zoals opge-zet door Werkgroep 5 van de Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen, zie figuur 1. Tijdens de vergadering van de Werkgroep op 16 januari 1981 is aan het Waterloopkundig Laboratorium gevraagd een omschrijving, een tijdplan en een kostenschatting te geven voor het uit te voeren twee-dimensionale parame-trische onderzoek naar duinafslag. Het Waterloopkundig Laboratorium heeft bij brief V3663, d.d. 5 juni 1981, aan de Werkgroep een overeenkomstig onderzoek-voorstel gedaan. Het aangeboden proevenpakket omvatte 25 proeven: 16 proeven met vaste waterstand, ten behoeve van het onderzoek naar de invloed van de storm-vloedstand, de golfcondities en de duinhoogte op de hoeveelheid duinafslag, en
-3-9 proeven met verlopende waterstand voor het onderzoek naar duinafslag bij meer gecompliceerde beginprofielen dan het zogenaamde referentieprofiel (zie figuur 5 ) .
Tijdens de vergadering van de Werkgroep op 22 juni 1981 is het voorstel voor het gevoeligheidsonderzoek naar duinafslag geaccepteerd. Op 16 juli 1981 werd bij brief, kenmerk COW/22.036, door het Centrum voor Onderzoek Waterkeringen ten behoeve van de Werkgroep opdracht gegeven tot het doen uitvoeren van het voorgestelde onderzoek.
Het uiteindelijke proevenprogramma is in overleg met Werkgroep 5 uitgebreid tot 29 proeven: 21 proeven met vaste waterstand, waarvan 6 herhalingsproeven van één bepaalde situatie, en 8 proeven met verlopende waterstand.
Het modelonderzoek is uitgevoerd in de periode van augustus 1981 tot januari 1982 in de Scheldegoot van het Laboratorium De Voorst en stond onder leiding van ir. W.M.K. Tilmans, die tevens het onderhavige verslag heeft samengesteld.
1.3 Samenvatting en conclusies
In het onderhavige onderzoek is de invloed van een aantal factoren op de hoe-veelheid duinafslag tijdens stormvloed op systematische wijze onderzocht,t.w. de golfhoogte, de golfperiode, de vorm van het golfspectrum, het stormvloedpeil, de duinhoogte, en de vorm van het kustprofiel. De resultaten van dit gevoelig-heidsonderzoek zullen worden aangewend om een beter onderbouwd criterium voor de beoordeling van de veiligheid van de duinen als waterkering te kunnen op-stellen, dan door de Voorlopige Richtlijn kan worden waargemaakt.
In de tabellen 1 en 2 zijn de gebruikte randvoorwaarden tijdens het modelonder-zoek weergegeven. De konklusies van het ondermodelonder-zoek met betrekking tot de hoeveel-heid duinafslag tijdens stormvloed kunnen aan de hand van de volgende figuren worden samengevat: figuur 113 figuur 114 figuur 82 figuur 115 figuur 116 figuur 117
invloed van de golfhoogte invloed van de golfsteilheid
invloed van de vorm van het golfspectrum invloed van het stormvloedpeil
invloed van de duinhoogte
-4-In de figuren is tevens het afslagresultaat volgens de Voorlopige Richtlijn weergegeven. De berekeningsmethode resulteert voor alle onderzochte gevallen
in een te grote hoeveelheid duinafslag, waarbij de invloed van de diverse factoren op onbevredigende wijze tot uitdrukking komt.
-5-2. Doel en opzet van het onderzoek
Omdat een grote behoefte bestond aan een criterium, waaraan de veiligheid van
de duinen als waterkering kan worden getoetst, is in 1971 de "Voorlopige
richt-lijn voor de berekening van duinafslag tengevolge van een stormvloed"
versche-nen [l]. In principe geldt deze richtlijn voor elke stormvloed waarbij
duinaf-slag optreedt. Bekend dienen te zijn de maximale waterstand en de significante
golfhoogte tijdens de stormvloed (zie schets).
stormvlocdstand
d
h= 1.28H. .
gemiddelde waterstand _2 b D
Principe van de Voorlopige Richtlijn
1 Erosie = aanzanding, zandbalans in profiel
2 Uniform stormprofiel: Y = 0,415 (X + 4,5)0'5 - 0,88
3 Zeewaartse begrenzing: d, = .1,28 H ,
Op grond van resultaten van modelonderzoek en metingen in de natuur moet worden
geconcludeerd, dat met deze richtlijn geen voldoend betrouwbare schattingen
van de duinafslag kunnen worden gemaakt. Gewoonlijk zijn de waargenomen
hoe-veelheden duinafslag minder dan die berekend met de richtlijn, maar het
omge-keerde kan ook voorkomen. Voor de verschillen kunnen enkele mogelijke oorzaken
worden genoemd:
i) Vorm_van_het afslaggrofiel
De vorm van het afslagprofiel is bepaald op grond van profielmetingen in
een beperkt gebied na de stormvloed van 1953 (zie figuur 2 ) . Een soortgelijke
vorm werd ook na andere stormvloeden elders aangetroffen, waarbij als
refe-rentiepeil de maximale stormvloedstand wordt aangehouden. Verondersteld is
-6-nu dat tijdens een superstormvloed een afslagprofiel met eenzelfde vorm zal ontstaan. Dit zal echter in het algemeen niet het geval zijn. Het uit-gevoerde modelonderzoek [2,3,5] heeft aangetoond, dat de steilheid van het afslagprofiel wordt bepaald door de relatie:
, , N0,28 , N0,28 ,.,
n i/ nd = (nd) = (i^) ' , (1)
waarbij geldt dat n = 1 en n^ = IL = n,. Dit betekent dat de steilheid van het afslagprofiel afhankelijk is van de golfhoogte tijdens de storm-vloed.
Verder heeft het modelonderzoek aangetoond dat de steilheid van het af-slagprofiel wordt beïnvloed door de korreldiameter (of valsnelheid) van het zand, wat tot uiting komt in de relatie:
V
nd
= (nd
/nw
)0'
28'
(2)Dit houdt in dat bij fijnere zandsoorten flauwere afslagprofielen zullen optreden, zoals o.a. ook is geconstateerd op Ameland.
ii) Breedte van_het afslagp_rofiel
Volgens de Voorlopige Richtlijn wordt de breedte van het gedeelte van het kustprofiel, dat wordt omgevormd tot het afslagprofiel, bepaald door de diepte:
db = 1,28 Hb, (3)
waarbij H, de hoogte van de significante golf is op het moment van breken tijdens de maximum stormvloedstand. Op grond van een analyse van duinaf-slagmetingen in de natuur [6] en modelonderzoek in de Deltagoot wordt getwijfeld aan de juistheid van deze aanname. Veelal wordt een betere overeenkomst tussen de waarnemingen en de berekeningen verkregen door voor de verspreidingsdiepte d, een kleinere waarde in te voeren.
D
iii) l2Yloe^_yan_banken_en_trogj»en
In de Voorlopige Richtlijn wordt er van uitgegaan, dat tijdens een storm-vloed geen transport van zand naar de kust toe kan optreden. Wanneer een bank boven: het te vormen afslagprofiel uitsteekt, kan deze bank eroderen voor zover het zand nodig is om het afslagprofiel aan de zeewaartse zijde ervan te vormen. Een trog aan de landzijde van een bank wordt opgevuld met zand dat van het duin of strand afkomstig is (zie figuur 3 ) . De juistheid van de aanname van alleen zeewaarts transport is nooit aangetoond.
-7-Naar verwachting zal een definitieve richtlijn in wezen weinig verschillen van de voorlopige. Wel zal de invloed van de korreldiameter en van de golfhoogte op de vorm van het afslagprofiel tot uiting moeten komen, terwijl ook de ver-spreidingsdiepte van het afgeslagen zand opnieuw gedefinieerd zal moeten wor-den. Wellicht kunnen in de richtlijn ook uitspraken worden gedaan over de mo-gelijke spreiding van de berekende duinafslaghoeveelheden.
Teneinde een definitieve richtlijn, in de zin zoals hierboven beschreven, te kunnen opstellen, is het onderhavige onderzoek uitgevoerd naar de factoren die duinafslag tijdens een stormvloed bepalen.
Het is om practische redenen niet mogelijk de invloed van alle mogelijke combi-naties van randvoorwaarden op duinafslag te onderzoeken. In principe is
daarom in het gevoeligheidsonderzoek alleen de invloed van elke randvoorwaarde afzonderlijk onderzocht. Met uitzondering van het onderzoek naar de invloed van het uitgangsprofiel op duinafslag,is als uitgangsprofiel het zogenaamde referentieprofiel aangehouden. Dit referentieprofiel is een min of meer ge-middeld profiel uit de zogenaamde T.A.W-raaien langs de Nederlandse kust (zie
figuren 4, 5 en 6 ) . Door de Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen zijn deze kustraaien gekozen ten behoeve van het prototype onderzoek naar duin-afslag. Het referentieprofiel, dat ook is toegepast in de voorgaande proeven-series, heeft een duinhoogte van N.A.P + 15,0 m; de helling van het duinfront is 1:3. De duinvoet, dat is de min of meer fictieve plaats waar het relatief
flauwe strandbeloop overgaat in het veel steilere zeewaartse beloop van de duin-regel, ligt op N.A.P. + 3,0 m. Vanaf de duinvoet tot N.A.P. wordt een helling
1:20 aangenomen. Vanaf N.A.P. tot N.A.P. - 3,0 m is de helling 1:70. Verder zeewaarsts is de helling 1:180.
Voor het onderzoek naar de duinafslag bij meer gecompliceerde beginprofielen daar het referentieprofiel, zijn een aantal markante kustprofielen gekozen, waarbij in het strandprofiel êén of meerdere banken dan wel troggen aanwezig
zijn. Tevens is een kustprofiel gekozen waarbij een diepe geul dicht onder de kust ligt; deze laatste situatie komt veelvuldig in Zeeland voor (zie figuren 7 en 8)
Voor het onderzoek naar de invloed van de duinhoogte, de stormvloedstand en de golfcondities op duinafslag, waarbij het referentieprofiel als beginpro-fiel is gehanteerd, werd het, gezien de beschikbare informatie inzake het
-8-verlopende waterstand, niet nodig geoordeeld de waterstand tijdens de proeven te variëren. Bovendien heeft het uitvoeringstechnisch voordelen de waterstand tijdens een proef te handhaven op de maximale stormvloedstand.
Voor het onderzoek naar de duinafslag bij meer gecompliceerde beginprofielen dan het referentieprofiel werd het noodzakelijk geacht het waterstandsverloop tijdens de stormvloed wèl weer te geven in het model. In dit geval kunnen door de waterstandsvariaties tijdens stormvloed aanzienlijke wijzigingen optreden in het brekerverschijnsel, wat van invloed is op de duinafslag.
Het veronderstelde waterstandsverloop tijdens superstormvloed in het prototype is weergegeven in figuur 9. Er is tevens een schatting gemaakt van het bijbe-horende verloop van de golfhoogte. Dit is weergegeven in figuur 10.
-9-3. Schaalrelaties
Een probleem bij de opzet van het modelonderzoek naar duinafslag in 1974 was dat geen schaalrelaties voorhanden waren om de modelresultaten te herleiden tot waarden, geldend voor het prototype. Daarom zijn een groot aantal proeven met verschillende schalen uitgevoerd, waaruit na een grondige analyse van de resultaten de noodzakelijke schaalrelaties zijn afgeleid. Deze schaalrelaties hebben betrekking op de onderlinge verbanden tussen de lengteschaal (n..) , de diepteschaal (n,), de morfologische tijdschaal (n ) en de schaal voor de val-snelheid van het zand (n ) dat gebruikt is in de proeven.
w
Op basis van de resultaten van het eerder uitgevoerde onderzoek, waarin de grootheden n.. , n en n zijn gevarieerd, zijn de volgende schaalrelaties opge-steld [2,3]:
nl/ nd = <nd/nw2)0'28 ( 4 )
nfc = (nd)0'5 (5)
waarbij moet worden voldaan aan de relatie:
"H = \ = nd ( 6 )
met:
n^ = schaal van de golfhoogte IL = schaal van de golflengte
Deze schaalrelaties zijn inmiddels geverifieerd aan de hand van proeven met diepteschaal n, = 5 in de Deltagoot. Een voorlopige analyse van deze proeven wijst uit dat de gevonden schaalrelaties goed voldoen [5],
Voor de opzet van de huidige proeven is uitgegaan van bovenstaande empirisch-theoretische schaalrelaties.
1 0
-4. Model en randvoorwaarden
4.1 Model
De proeven zijn uitgevoerd in de Scheldegoot van het Laboratorium De Voorst
(zie figuur 11). Vanaf de middenstand van het golfschot heeft deze goot een
lengte van 50 m; de beschikbare lengte voor de inbouw van het kustprofiel is
ca. 45 m. De breedte van de goot is 1 m; de hoogte is 1,20 m (zie figuur 12).
De goot beschikt over een golfmachine, waarmee onregelmatige golven kunnen
wor-den opgewekt. Het golfschot is aan een wiegconstructie bevestigd, waardoor
zo-wel een translerende als een roterende beweging van het golf schot kan ontstaan.
Deze golfschotbeweging wordt bewerkstelligd door een hydraulische
aandrijfcy-linder, welke wordt gestuurd door een servo-systeem. Het stuursignaal wordt
hierbij geleverd door een ponsband waarop een onregelmatige golfsignaal met
vastgesteld energiedichtheidsspectrum is vastgelegd.
De Scheldegoot heeft on-line computerfaciliteiten waarmee meetsignalen direct
bemonsterd en verwerkt kunnen worden.
4.2 Proevenprogramma
Zoals blijkt uit de opzet van het onderzoek (zie Hoofdstuk 2) zijn er twee
series proeven uitgevoerd, namelijk:
• proevenserie met vaste waterstand (zie tabel 1)
• proevenserie met verlopende waterstand (zie tabel 2)
Wat betreft de proevenserie met vaste waterstand kan het volgende worden
opge-merkt.
• T01, T02, T03, T04 : onderzoek naar de invloed van de golfhoogte, waarbij
in alle proeven de golfsteilheid dezelfde is.
• T01, Tl3 en : onderzoek naar de invloed van de golfperiode, waarbij
T04, T05, T06 in alle proeven de golfhoogte dezelfde is.
• T04, T07, T08, T09, : onderzoek naar de invloed van de stormvloedstand
T29
• T04, Til, Tl2 : onderzoek naar de invloed van de duinhoogte
• T04, Tl4 : onderzoek naar de invloed van de spectrumvorm
• T10 : onderzoek naar de invloed van een combinatie van
ge-wijzigde randvoorwaarden ter controle van de
geldig-heid van het superpositiebeginsel.
-11-Teneinde de reproduceerbaarheid van het model te toetsen en een betrouwbare uitspraak te kunnen doen over de relatie tussen de duinafslag en de te onder-zoeken parameters, is één van de proeven (T04) uit de serie met vaste water-stand 6 keer herhaald, waarbij de modeluitvoering telkenmale is gewijzigd, zie tabel 1. Tijdens deze zogenaamde herhalingsproeven (Tl5 tot en met T20) is op verschillende plaatsen langs het profiel en gedurende verschillende perioden van het afslagproces het verloop van de zandconcentraties over de verticaal bepaald met behulp van afzuiging [7].
In totaal zijn dus 21 proeven met vaste waterstand uitgevoerd.
Ten aanzien van de proevenserie met verlopende waterstand kan worden opgemerkt dat in totaal 8 proeven zijn uitgevoerd teneinde de invloed van de vorm van het strandprofiel (banken, troggen, geul) op de hoeveelheid duinafslag tijdens superstormvloed te bepalen (zie ook figuur 7 en 8 ) .
• T21 • T22 • T23 • T24 • T25 • T26 • T27 • T28 referentieprofiel
profiel met trog dicht onder kust
profiel met trog zeer dicht onder de kust profiel met twee banken dicht onder de kust
profiel met één bank dicht en één bank zeer dicht onder de kust profiel met één bank dicht onder de kust
profiel met bank en trog dicht onder de kust profiel met diepe geul zeer dicht onder de kust.
Gezien de onbekendheid met het werkelijke waterstandsverloop tijdens superstorm-vloed is door het Centrum voor Onderzoek Waterkeringen een verloop voorgesteld op basis van de volgende overwegingen [7]:
1 De hoogste waterstand is N.A.P. +5,0 m. Deze waterstand komt nagenoeg over-een met het ontwerppeil voor de "schone" kust. Voor Zeeland moet over-een hoger peil maatgevend worden geacht. Het niveau van N.A.P. +5,0 m komt overeen met de vaste waterstand tijdens de overige duinafslagproeven zodat vergelijking mogelijk is.
2 Het maximum stormeffect en het astronomisch hoogwater vallen samen. Een één-toppige storm wordt maatgevend geacht voor de mate van duinafslag.
3 Het astronomisch getij is een hoog springtij. De getijkromme wordt geacht te kunnen worden beschreven door een cosiunsvormige functie welke fluctueert
-12-tussen N.A.P. +1,45 m en N.A.P. -0,55 m met een periode van 12,42 uur. Dit
is een redelijke weergave van een fors springtij te Hoek van Holland.
4 Het stormeffect kan worden beschreven door een cos2-vormige functie met een
basis van 45 uur en een maximum opzet van 5,0 m -1,45 m = 3,55 m.
Het bovenstaande resulteert in de volgende formulering voor het mogelijke
water-standsverloop tijdens een superstormvloed:
2-rr(t-t ) ir(t-t )
h = 0,45 + 1,00 cos — Y T T T ~ + 3'5 5 C O s 2 45 o ( 7 )
voor : t - D/2 £ t £ t + D/2
waarin: h = waterstand in meters t.o.v. N.A.P.
t. = tijdstip van de maximale waterstand in uren
t = tijd in uren
D = duur van het stormeffect (45 uren)
Het waterstandsverloop is weergegeven in figuur 9.
Tijdens de stormduur zal ook het inkomend golfveld variëren. Door het Centrum
voor Onderzoek Waterkeringen is een golfhoogteverloop voorgesteld, welk
geba-seerd is op waarnemingen tijdens de 1953- en 1976-stormvloeden (zie figuur 10).
Er is een symmetrisch verloop van de golfhoogte rondom het hoogtepunt van de
storm aangenomen. De golfhoogte bereikt daarbij een maximale waarde H = 7,6 m.
OS
Er is verondersteld dat de golfperiode tijdens de stormduur weinig zal variëren.
Deze is, evenals in voorgaande proevenseries, vastgesteld op T = 12 s.
4.3 Bodemmateriaal
Bij de proeven is uitgegaan van de veronderstelling, dat het bodemmateriaal in
het prototype een korreldiameter heeft van D n = 225 ym. In water met een
tempe-ratuur van 10 C is de valsnelheid w = 0,0267 m/s. Deze valsnelheid is bepaald
aan de hand van valsnelheidsproeven, die in het Laboratorium voor
Vloeistofme-chanica van de Technische Hogeschool te Delft zijn uitgevoerd.
In het onderhavige onderzoek is als bodemmateriaal de fijnste zandsoort van de
schaalserie, Asserzand, toegepast. Dit zand is pleistoceen zand, dat is
afge-zet als glaciaal bekkenzand in het Elsterien. Door erosie van de bovenliggende
-13-lagen ligt het bij Assen nagenoeg aan de oppervlakte. Het wordt daar gewonnen
door de firma Trip Popken. D n van deze zandsoort bedraagt ongeveer 100 ym.
Het zand bevat circa 3,5% slib, gedefinieerd als deeltjes kleiner dan 16 ym.
Uit een door het Waterloopkundig Laboratorium uitgevoerd vooronderzoek [8] is
gebleken, dat dit ongespoelde zand zich niet wezenlijk anders gedraagt dan
ge-spoeld zand. Het benodigde zand is derhalve zonder verdere behandeling
recht-streeks in het model gebracht.
Uit een eerste zeef analyse van het zand is gebleken dat de korreldiameter D,.-. =
105 ym was. In water met een temperatuur van 10 C is de hierbij behorende
val-snelheid w = 0,0089 m/s.
4.4 Schaalkeuze
Evenals dat bij de vorige proeven naar duinafslag het geval is geweest, is de
minimaal weer te geven waterdiepte 21 m beneden stormvloedpeil, dit is N.A.F.
-16 m. De maximale duinhoogte in het proevenprogramma is N.A.P. +20 m. De
tota-le hoogte van het weer te geven kustprofiel is dus 36 m. Aangezien de hoogte
van de Scheldegoot 1,20 m bedraagt, is de verticale schaal vastgesteld volgens:
n, = 36 : 1,20 = 30 (8)
d
Uitgaande van de schaalrelatie n /n = (n /n 2
)
0'
2 8 moeten de beginprofielen1 d d w
van de proeven met Asserzand in het model worden gebouwd met een samtentrekking:
n
l
/ nd =30
,0,0267 2
0,2 81,4 (9)
waaruit volgt:
n
x = 42 (10)Met deze lengteschaal is het niet mogelijk het volledige profiel van N.A.P. +
20 m tot N.A.P. -16 m in de Scheldegoot weer te geven. Daarom zijn de
beginpro-fielen voor de diverse proeven met een samentrekking 1,2 * 1,4 = 1,68 in het
model gebouwd. Bovendien is beneden N.A.P. -12 m het profiel afgeschuind met
een helling van 1:30 in het model.
De toegepaste samentrekking van de beginprofielen is iets steiler dan uit
voor-noemde samentrekkingsrelatie volgt. De proeven hebben dan ook betrekking op een
prototypeprofiel dat een factor S = 1,2 steiler is dan het referentieprofiel.
-14-Dit is voor het gevoeligheidsonderzoek echter geen enkel bezwaar, daar het af-slagresultaat als functie van de prototype-samentrekking bekend wordt veronder-steld.
In paragraaf 6.1 wordt voor de herleiding van de modelresultaten naar waarden voor het prototype nog een differentiatie aangebracht in de schaalfactoren van de verschillende proeven, op grond van de gemeten waarden van de valsnelheid van het bodemmateriaal en de watertemperatuur tijdens de proeven.
4.5 Uitvoering
In de proevenserie met vaste waterstand is een proefduur van 6 uren aangehouden. In de proevenserie met verlopende waterstand is uitsluitend het verloop van de waterstand boven N.A.P. + 1,0 m gereproduceerd, zodat de totale stormduur van de weergegeven stormvloed 32 uren bedraagt (zie figuur 9). Gelet op de schaal-factor n, = 30 betekent dit, dat de proefduur in deze proevenserie 32//3Ö^ = 5,8 uren bedraagt.
Tijdens de proeven zijn de volgende grootheden gemeten: • dwarsprofielen
Tijdens elke proef is meerdere keren het dwarsprofiel gepeild met behulp van 2 profielvolgers (provo's) in lengteraaien op 0,25 m van de goot-as. De vol-gende peiltijdstippen zijn aangehouden:
- proeven met vaste waterstand: 0,0 uur; 0,1 uur; 0,3 uur; 1,0 uur; 3,0 uur; en 6,0 uur.
proeven met verlopende waterstand: 0,0 uur; 1,0 uur; 2,25 uur; 3,25 uur; 4,0 uur; en 5,8 uur (zie schets).
< O *J
E
c
ï
1_1
i
•
/
/
/
/
\
\
\
\
\
peiling
1
i ,
r 'S \ \ • \ v \ •2 3 4 5
tijd in uren na begin van de proef
-15-golven
Tijdens iedere proef zijn de golfkarakteristieken (golfhoogte, -periode en spectrumvorm) op een aantal plaatsen in de goot opgemeten met behulp van golfhoogtemeters van het weerstandstype. De metingen zijn verricht in de na-volgende proeffasen:
- proeven met vaste waterstand: 0,3 - 1,0 uur.
- proeven met variërende waterstand: 0,65 - 1,0 uur; 1,4 - 1,75 uur; 2,75 - 3,1 uur; 4,1 - 4,45 uur; en 4,3 - 5,15 uur (zie schets).
ï
o
•••E
•o c o «-> IA e» •4-»i
5,8 / •1
j
\.y
golfhc /~ /1
f
!
ogtemetir \ \ \ \ \ \ \ 9 / \ \ \ 2 3 4 5•>> tijd in uren na begin van de proef
waterstand
Tijdens iedere proef is de waterstand voortdurend gecontroleerd met behulp van een waterstandvolger (wavo) in een peilput, welke in open verbinding met de goot stond. Tijdens de proeven met verlopende waterstand is het verloop continu vergeleken met het aangenomen waterstandsverloop.
watertemperatuur
VÖÖr, tijdens en na iedere proef is de temperatuur van het water in de goot gemeten met behulp cah een thermometer, om temperatuurschommelingen over de proevenseries te kunnen waarnemen. Deze zijn belangrijk voor de herleiding van de modelresultaten naar het prototype.
• korreldiameter bodemmateriaal
Voor en na de proeven zijn op een aantal plaatsen in het profiel (maximaal 10) oppervlaktemonster genomen, teneinde de korreldiameter van het materiaal te kunnen bepalen en eventuele uitzeving over het profiel te kunnen vaststellen. Ook de korreldiamter van het bodemmateriaal is belangrijk voor de herleiding van de modelresultaten naar het prototype.
-16-5. Meetresultaten 5.1 Inleiding
Het doel van de huidige proevenseries is om de invloed van de factoren die duin-afslag tijdens stormvloed bepalen op systematische wijze te onderzoeken. Daartoe is een opzet gekozen waarbij de volgende randvoorwaarden onderzocht zijn: de hoogte van de maximale waterstand (stormvloedpeil), de golfhoogte, de golfperiode, de vorm van het energiedichtheidspectrum van de golven, en de duinhoogte in een
proeven-serie met vaste waterstand; en de vorm van het kustprofiel (banken, troggen, geulen) in een proevenserie mefc verlopende waterstand.
Een overzicht van de proevenopzet is weergegeven in de tabellen 1 en 2. In paragraaf 4.5 is een overzicht gegeven van de uitgevoerde metingen tijdens de proeven, welke tot doel hadden de hoeveelheid duinafslag, alsmede de begin- en randvoorwaarden in het model zo goed mogelijk vast te leggen. In de navolgende paragrafen zullen de diverse meetresultaten worden gepresenteerd en toegelicht. 5.2 Profielen
groeven niet_vaste waterstand
Evenals bij ide eerdere onderzoeken naar duinafslag zijn in de beginfase van een proef, wanneer de grootste afslaghoeveelheden optreden, de meeste peilingen ge-daan. Naarmate de proef vordert worden de tijdstappen tussen opeenvolgende peilingen groter. De gemeten profielen zijn weergegeven in de figuren 13 tot en met 54. Voor iedere proef zijn er twee figuren. In de eerste figuur wordt, voor de tijdstippen 0,0 uur, 1,0 uur en 6,0 uur, de gehele profieldoorsnede afgebeeld. In de tweede figuur wordt, op grotere schaal, voor alle gemeten tijd-stippen, het profielgedeelte rondom de waterlijn weergegeven.
In tabel 3 is de cumulatieve afslaghoeveelheid gegeven voor de tijdstippen waarop de meting is uitgevoerd. Hierbij dient te worden opgemerkt dat de proe-ven T15...T20 zogenaamde herhalingsproeproe-ven zijn van één bepaalde situatie in het model (proef T04).
groeven_met_verlopende waterstand
Bij de proeven met verlopende waterstand zijn de peiltijdstippen dusdanig ge-kozen dat de invloed van de verschillende hoogwater-fasen op het
duinafslag-
-17-proces kan worden vastgesteld. De gemeten profielen zijn weergegeven in de figuren 55 tot en met 70. Voor iedere proef zijn wederom twee figuren gegeven. In de eerste figuur zijnde gehele profieldoorsneden vóór de proef, direct na het hoogtepunt van de storm en na beëindiging van de proef afgebeeld. In de tweede
figuur is op grotere schaal, voor alle gemeten tijdstippen, het profielgedeelte rondom de waterlijn weergegeven.
In tabel 4 is de cumulatieve afslaghoeveelheid gegeven voor de tijdstippen waarop de meting is uitgevoerd.
5.3 Korrelgrootte
Voor en na afloop van iedere proef is een groot aantal bodemmonsters genomen. De plaats waarop de monstername is verricht is aangegeven in figuur 71. Deze plaats is, samen met de resultaten van de zeefanalyse, aangegeven in de tabel-len 5 en 6. Het gemiddelde resultaat is weergegeven in de onderstaande tabel.
proefnummer T01...T14 T15...T20 T21...T28 T29 toestand vóór proefuitvoering D50 ( y m ) 102 ± 6 104 ± 4 104 ± 5 109 ± 3 toestand na proefuitvoering D50 ( u m ) 105 ± 5 108 ± 6 105 ± 7 108 ± 4
Hierin zijn de proeven ingedeeld naar de aard en fase van het onderzoek waarin de proeven zijn uitgevoerd. Uit de tabel blijkt dat er géén signifikante ver-schillen in D__ vóór en na de proefuitvoering geconstateerd kunnen worden. De gemiddelde zeefkromme voor alle proeven is weergegeven in figuur 72.
5.4 Golfhoogte
Evenals bij de eerdere onderzoeken is een golfveld toegepast, waarbij het
Pierson-Moskowitz spectrum zo goed mogelijk is benaderd (uitgezonderd proef Tl4, waarbij het Jonswap-spectrum is toegepast).
-18-groeven_met_vaste_waterstand
Tijdens de proeven zijn in de fase van 0,3 uur tot 1,0 uur op verschillende
af-standen vanaf het golfschot golf waarnemingen verricht. Deze zijn in tabel 7
weergegeven. In figuur 73 is tevens een verificatie gegeven van de gemeten
golfhoogten op diepte d = 2 H en de gewenste golfhoogten, berekend volgens de
lineaire golftheorie. De reproduktie in het model is goed te noemen.
groeven met variërende_waterstand
Tijdens de proeven zijn in 5 fasen met geringe waterstandsvariatie
golfwaarne-mingen verricht op verschillende plaatsen in de goot. Deze zijn in tabel 8
weergegeven. In figuur 74 zijn deze waarnemingen voor de locatie op 14,5 m
vanaf het golfschot getoetst aan de gewenste golfhoogten, berekend volgens de
lineaire golftheorie. De reproduktie in het model is bevredigend.
5.5 Watertemperatuur
De hoeveelheid duinafslag en de profielvorm worden mede bepaald door de
val-snelheid van het bodemmateriaal. Aangezien de valval-snelheid afhankelijk is van
de watertemperatuur, is deze laatste gedurende de proevenseries regelmatig
gemeten. In de tabellen 9 en 10 zijn de waarnemingen weergegeven. Hieruit blijkt
een duidelijke temperatuurverlaging gedurende het verloop van het
onderzoek-programma. Dit is nogmaals weergegeven in onderstaande tabel, waar de proeven
in volgorde van uitvoering staan vermeld.
proefnummer
T01.
T21.
T15.
T29
..T14
. .T28
. .T20
watertemperatuur
(C
19,6
15,5
13,9
10,1
± ± ± ±0,8
2,3
1,4
0,1
-19-6.. Prototype resultaat
6.1 Herleiding van modelresultaten naar het prototype
Op basis van de korreldiameter van het bodemmateriaal in het model en de ge-meten watertemperatuur tijdens de proeven, kan de valsnelheid worden afgeleid uit de valsnelheidsgrafieken die zijn bepaald in voorgaand onderzoek (hier weer-gegeven als figuren 75 en 76). Met dit weer-gegeven kan dan via de schaalrelatie
n °'
28w '
de gewenste samentrekking van het beginprofiel worden bepaald, waarbij de duin-afslag van het referentieprofiel wordt nagebootst. Tevens kan de hierbij be-horende oppervlakte schaalfactor worden bepaald, waarmee de gevonden hoeveel-heid afslag moet worden vermenigvuldigd om de prototype afslaghoeveelhoeveel-heid te verkrijgen:
(12) w
Deze afslaghoeveelheid behoort bij een prototype beginprofiel dat ten opzichte van het referentieprofiel een samentrekking heeft van:
S - TT"
bl
waarbij S. volgt uit vergelijking (11) en Sn = 1,68 de oorspronkelijke
samen-trekking van alle beginprofielen in het model is.
Nadere evaluatie van de uitgevoerde zeefanalyse (zie paragraaf 5.3) heeft het vermoeden doen rijzen dat deze in te grote waarden voor de korreldiameters
re-sulteert. Daarom zijn een 4-tal willekeurige monsters alsnog naar het Laborato rium voor Vloeistofmechanica van de Technische Hogeschool Delft gestuurd om een tweede, onafhankelijke analyse te ondergaan. Hierbij zijn zowel geconditio neerde valsnelheidsproeven als ook een zeefanalyse uitgevoerd. De resultaten wat betreft de zeefanalyse zijn als volgt:
-20-monster
1
2
3
4
zeefanalyse WLV
D
5 Q <ym)108
107
108
107
zeefanalyse THD
D5 0 ( y m )89
91
92
86
Dit resultaat heeft ertoe geleid dat voor de afleiding van de schaalfactoren
niet gebruik is gemaakt van de gemeten korreldiameters in het modelonderzoek,
maar direct is uitgegaan van de resultaten van de valsnelheidsproeven, met
in-achtneming van de gemeten watertemperatuur.
De valsnelheidsproeven zijn gedaan bij een watertemperatuur van 18,5 C en
leidden voor de 4 monsters tot een gemiddelde valsnelheid w_n = 0.0081 m/s.
Met inachtneming van de gevonden korreldiameter D,-
n in de nieuwe zeefanalysesluit dit resultaat goed aan bij de valsnelheidsproeven in voorgaand onderzoek
(zie figuren 75 en 76). Daarom is in het huidige onderzoek uitgegaan van een
"fictieve" korreldiameter D = 90 ym ter bepaling van de valsnelheid in de
diverse proeven.
De schaalfactoren voor alle proeven zijn samengevat in onderstaande tabel.
proefnummer
T01...T14
T15...T20
T21...T28
T29
valsnelheid
w(m/s)
0,0083
0,0075
0,0077
0,0069
watertemp.
(°O
19,5
13,9
15,5
10,1
ni40,5
38,1
38,8
36,5
nA
1214
1144
1163
1094
S
1,245
1,322
1 ,299
1 ,382
6.2 Afslaghoeveelheid in prototype
In de tabellen 11 en 12 zijn voor alle proeven de naar het prototype herleide
cumulatieve afslaghoeveelheden samengevat. Het prototype afslagresultaat als
functie van de tijd is in de figuren 77 tot en met 87 weergegeven, waarbij de
oorspronkelijke opzet van het proevenprogramma is aangehouden.
-21-figuurnummer proefnummer opmerkingen proeven met vaste waterstand
77 78 79 80 81 82 83 T01,T02,T03,T04 T01.T13 en T04, T05.T06 T04,T07,T08,T09, T29 T10 TO4,T11,T12 T04.T14 T04,T15,T16,T17, T18,T19,T20
invloed golfhoogte bij eenzelfde golfsteil-heid
invloed golfsteilheid bij 2 verschillende golfhoogten
invloed stormvloedpeil
combinatie van gewijzigde randvoorwaarden invloed duinhoogte
invloed spectrumvorm
invloed modeluitvoering bij gelijkblijvende randvoorwaarden
proeven met verlopende waterstand
84 85 86 87 T21,T22,T23 T21 ,T24,T25,T26 T21.T27 T21.T28
invloed troggen in kustprofiel invloed banken in kustprofiel
invloed bank en trog in kustprofiel invloed geul in kustprofiel
Ten aanzien van figuur 80 dient het volgende te worden opgemerkt. Proef T10 is uitgevoerd teneinde na te gaan of het superpositiebeginsel in termen van de hoe-veelheid duinafslag opgeld doet bij een combinatie van gewijzigde randvoorwaar-den. De volgende randvoorwaarden zijn toegepast:
golfhoogte H = 4,0 m
OS
golfperiode T = 8,7 s
waterstand = N.A.P. + 5,5 m duinhoogte = N.A.P. + 20,0 m
Deze combinatie van randvoorwaarden kan ook worden verkregen door de volgende proeven te combineren: T01, T09 en Til. Door de overeenkomstige afslagresulta-ten te relateren aan de"referentieproef" T04, kan het gesuperponeerde resultaat worden vergeleken met het afslagresultaat van de combinatieproef (zie onder-staande tabel). De toetsing van het superpositiebeginsel is tevens weergegeven in figuur 80. Hieruit kan worden geconcludeerd dat het superpositiebeginsel maar zeer ten dele op de hoeveelheid duinafslag kan worden toegepast.
-22-wijziging randvoorwaarden golfkarakteris-tieken stormvloedpeil duinhoogte relevante proef-nummers T01 T09 Til superpositie verschillen t.o.v. T04 afslagresultaat T04 eindresultaten volgens superpositiebeginsel resultaat proef T10
wijziging afslagresultaat t.o.v. proef T04 (m3/ml)
0,55 uur
- 47
+ 2 - 33 - 78 101 23 59 1,64 uur - 85 + 18 - 11 - 78 194 116 133 5,48 uur - 104 + 34 + 41 - 29 285 256 202 16,43 uur - 161 + 29 + 72 - 60 386 326 259 32,86 uur - 176 - 13 + 74 - 115448
333 354 Figuur 83 behoeft ook nadere toelichting. Teneinde de reproduceerbaarheid van het model te toetsen en een betrouwbare uitspraak te kunnen doen over de rela-tie tussen de duinafslag en de te onderzoeken parameters, is één van de proeven (T04) 6 keer herhaald (proeven Tl5 tot en met T20) waarbij telkenmale de model-uitvoering is gewijzigd (zie tabel 1 ) . In de proeven T04, T15, T16 en T17 zijn verschillende realisaties van de golven in de tijd toegepast, welke op eenzelfdespectrum (PiersonMoskowitz) gebaseerd zijn. In de proeven Tl8 en Tl9 is d e -zelfde golfrealisatie als in proef T04 toegepast, maar verschillende methoden van duinopbouw. In proef T20, tenslotte, is getracht bij eenzelfde spectrum-vorm als proef T04, een verschillende gegroeptheid in het goifsignaal te
reali-seren. Deze gegroeptheid wordt uitgedrukt in een gegroeptheidsfactor welke het quotiënt is van de energie-inhoud van het golfspectrum en het zogenaamde SIWEH-spectrum (SIWEH = smoothed instantaneous wave energy history). Dit SIWEH-spectrum wordt afgeleid uit het gegroeptheidssignaal, dat wordt verkregen door het ge-kwadrateerde golfsignaal op een speciale manier te filteren. Het resultaat voor de toegepaste golfrealisaties in de proeven T04 en T20 is weergegeven in de figuren 88 en 89. Hieruit blijkt dat de gerealiseerde gegroeptheid nagenoeg dezelfde is geweest.
-23-Uitgaande van de gevonden afslagresultaten is het
95%-betrouwbaarheidsinter-val geconstrueerd, zoals dat in figuur 83 is weergegeven (zie ook onderstaande
tabel).
95%-betrouwbaarheidsinterval afslaghoeveelheid ( m V m
1) herhalingsproeven
bovengrens
ondergrens
gemiddelde
intervalspreiding
t.o.v. gemiddelde
0,55 uur
105
45
75
40%
1,64 uur
210
112
161
30%
5,48 uur
296
258
277
. 7%
16,43 uur
391
351
371
. 5%
32,86 uur
448
388
418
7%
Uit de resultaten blijkt dat in de voor het duinafslagproces relevant geachte
tijdsperiode van 5 a 10 uur prototypetijd, het afslagresultaat maximaal 7% van
het gemiddelde afslagresultaat kan afwijken, met een betrouwbaarheid van 95%.
6.3 Afslagprofielen in prototype
In de figuren 90 tot en met 112 zijn de naar het prototype herleide
afslagpro-fielen voor de verschillende proeven, uitgezonderd de herhalingsproeven T15 tot
en met T20, weergegeven. In de figuren 90 tot en met 104 zijn voor de proeven
met vaste waterstand de beginprofielen en de afslagprofielen na 5,48
prototype-tijd gegeven. Deze laatste toestand wordt als maatgevende fase in het
duinafslag-proces beschouwd. In de figuren 105 tot en met 112 zijn voor de proeven met
verlopende waterstand de beginprofielen en de afslagprofielen na het
hoogte-punt van de storm en na afloop van de storm weergegeven.
In de figuren 90 tot en met 112 is steeds ook het overeenkomstige afslagprofiel
volgens de Voorlopige Richtlijn weergegeven. De Voorlopige Richtlijn hlijkt
maar zeer ten dele het werkelijke afslagprofiel te kunnen weergeven; dit vooral
in termen van profielhelling en verspreidingsafstand van het afgeslagen zand.
Hierdoor resulteert de Voorlopige Richtlijn in te grote afslaghoeveelheden in
vergelijking met de proefresultaten. Dit wordt verder besproken in Hoofdstuk 7.
-24-7. Invloed van factoren die duinafslag bepalen 7.1 Inleiding
In het huidige onderzoek zijn op systematische wijze de invloed van een aantal factoren onderzocht die de duinafslag bepalen, te weten de golf hoogte, de golf periode, de vorm van het golfspectrum, het stormvloedpeil.de duinhoogte en de vorm van het kustprofiel. In het navolgende wordt de wijze waarop de verschillende in-vloeden tot uitdrukking komen in de hoeveelheid duinafslag behandeld en verge-leken met de resultaten van berekeningen volgens de Voorlopige Richtlijn (zie tabel 13).
7.2 Invloed van de golfhoogte
Voor het onderzoek naar de invloed van de golfhoogte is het referentieprofiel toegepast. De proeven (T01, T02, T03, T04) zijn uitgevoerd met een vaste water-stand op N.A.P. + 5,0 m en een duinhoogte op N.A.P. + 15,0 m. De onderzochte golfcondities zijn achtereenvolgens: H = 4,0 m met T = 8,7 s; H = 5,2 m
OS OS
met T = 9,9 s; H = 6 , 4 m met f = 11,0 s; en H = 7 , 6 m met T = 12,0 s. ' o s os
Deze proeven hebben derhalve eenzelfde golfsteilheid H /L = 0,034. De af-slagresultaten van de proeven zijn tesamen met de berekeningen volgens de Voor-lopige Richtlijn weergegeven in figuur 113. Uit de figuur blijkt een continue toename van de hoeveelheid duinafslag met een verhoging van de golfhoogte,
waarbij de Voorlopige Richtlijn de invloed van de golfhoogte duidelijk overschat. 7.3 Invloed van de golfsteilheid
Onder toepassing van het referentieprofiel, een constante waterstand op N.A.P. + 5,0 m en een duinhoogte op N.A.P. + 15*0 m, zijn 5 proeven uitgevoerd met verschillende golfsteilheid: 3 proeven (T04, T05, T06) met constante golfhoogte H = 7,6 m en achtereenvolgende golfperioden T = 12,0 s, T = 10,0 s en T =
os
11,0 s; en 2 proeven (T01, T13) met constante golfhoogte H = 4,0 m en
achter-OS
eenvolgende golfperioden T = 8,7 s en f = 12,0 s. De bijbehorende golfsteil-heden zijn achtereenvolgens H /L = 0,034, 0,040 en 0,049 voor de proeven met H = 7,6 m en H /L = 0,034 en 0,018 voor de proeven met H = 4,0 m.
os os o os
De afslagresultaten van de diverse proeven zijn tesamen met de berekende afslag-hoeveelheden volgens de Voorlopige Richtlijn weergegeven in figuur 114.
-25-Een toename van de golfsteilheid bij gelijkblijvende golfhoogte (verlaging golfperiode) blijkt in een reductie van de hoeveelheid duinafslag te resulte-ren. Ook hier levert de Voorlopige Richtlijn te pessimistische resultaten op; dit vooral bij de golfhoogte H = 7,6 m. De weergegeven tendens komt overigens
O S
goed overeen met de proefresultaten. 7.4 Invloed van het stormvloedpeil
Onder toepassing van het referentieprofiel, constante golfcondities H = 7,6 m
OS
en T = 12,0 s, en een duinhoogte op N.A.P. + 15,0 m, zijn 5 proeven (T04, T07, T08, T09, T29) uitgevoerd met achtereenvolgende waterstanden van 5,0 m, 4,0 m, 4.5 m, 5,5 m en 6,5 m boven N.A.P. Figuur 115 geeft de proefresultaten tesamen met de overeenkomstige resultaten volgens de Voorlopige Richtlijn. Boven een
stormvloedpeil N.A.P. + 5,5 m lijkt de invloed van een verdere waterstandsverho-ging minimaal. Dit hangt samen met de keuze van het tijdstip van 5,48 uur bin-nen het duinafslagproces. Figuur 115 laat zien dat bij een tijdstip van 10 uur een waterstandverhoging boven N.A.P. + 5,5 m wel tot continu verhoogde duin-afslag aanleiding geeft. Hierbij dient te worden opgemerkt dat per definitie bij een waterstand van N.A.P. + 15,0 m de duinafslag boven stormvloedpeil nul is! Desalniettemin is het duidelijk dat de Voorlopige Richtlijn de invloed van het stormvloedpeil fink overschat.
7.5 Invloed van de vorm van het golfspectrum
De invloed van de vorm van het energiedichtheidsspectrum van de golven op de mate van duinafslag is nagegaan aan de hand van 2 proeven (T04, T14) waarin
achtereenvolgens een Pierson-Moskowitz en een Jonswap spectrum zijn toegepast bij overigens gelijke omstandigheden. De invloed van de vorm van het spectrum is niet verwerkt in de Voorlopige Richtlijn. Figuur 82 laat echter zien dat de afzonderlijke afslagresultaten van de beide spectra nagenoeg overeenkomen. 7.6 Invloed van de duinhoogte
Voor een bepaalde ligging van het strand is de kustachteruitgang tijdens storm-vloed met duinafslag bij een hoger duin kleiner dan bij een lager duin (zie de figuren 100 en 101). Daarentegen is de hoeveelheid duinafslag boven storm-vloedpeil veelal groter bij een hoger duin. In de proevenserie zijn 3 proeven (T04, Til, T12) met achtereenvolgende duinhoogten op 15 m, 20 m en 10 m boven
-26-N.A.P. uitgevoerd, bij overigens gelijke randvoorwaarden ten aanzien van het strandprof iel en de stormvloedcondities. De afslagresultaten van de proeven zijn, tesamen met de berekende waarden volgens de Voorlopige Richtlijn, weergegeven in fi-guur 116. Deze f ïfi-guurbevestigt voornoemde verwachting ten aanzien van de duinafslag. De gevonden tendens wordt ook redelijk door de Voorlopige Richtlijn gedekt, al-hoewel deze in absolute grootte van de duinafslag veel te grote waarden oplevert. 7.7 Invloed van de vorm van strand en vooroever
Er zijn 8 proeven (T21 tot en met T28) uitgevoerd met verschillende kustprofie-len. De vorm van strand en vooroever zijn hierbij gedeeltelijk ontleend aan be-staande profielen van de Nederlandse kust, met dien verstande dat extreme po-sities en vormen van banken, troggen en geulen zijn beproefd. Aangezien het brekermechanisme van de golven bij deze complexe kustprofielen een essentiële rol zal spelen in de verspreiding van het afgeslagen zand, zijn de proeven met een verlopende waterstand (maximum stormvloedpeil N.A.P. + 5,0 m) en een vari-ërend golfklimaat (H = 7,6 m; T = 12,0 s) uitgevoerd. De resultaten van
O S )IIlaX
de gemeten afslaghoeveelheden en de berekeningen volgens de Voorlopige Richt-lijn zijn weergegeven in figuur 117. In alle gevallen levert de berekenings-methode te grote waarden voor de duinafslag op. Dit is vooral het geval bij de kustprofielen met een diepe vooroever (T27) en met een geul dicht onder de kust
LITERATUUR
1 Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen
Richtlijn voor de berekening van duinafslag ten gevolge van een stormvloed juli 1972
2 Waterloopkundig Laboratorium Schaalserie duinafslag
Verslag modelonderzoek Ml 263-1, deel A en B, april 1976 3 Waterloopkundig Laboratorium
Schaalserie duinafslag
Verslag modelonderzoek Ml 263-11, deel A en B, april 1981 4 Waterloopkundig Laboratorium
Onderzoek naar duinafslag tijdens superstormvloed. Toetsing van de resul-taten van het twee-dimensionale modelonderzoek door middel van onderzoek in een drie-dimensionaal model
Verslag modelonderzoek Ml 653, deel A en B, december 1981 5 Waterloopkundig Laboratorium
Schaalserie duinafslag
Interim verslag modelonderzoek Ml 263-III, deel 1, juni 1981 6 Waterloopkundig Laboratorium
Duinafslag ten gevolge van de stormvloed op 3 januari 1976. Toetsing van de Voorlopige Richtlijn
Verslag onderzoek, R587j mei 1978 7 VELLINGA, P.
Beach and dune erosion during storm surges Coastal Engineering, Elsevier, Amsterdam, 1982 8 Centrum voor Onderzoek Waterkeringen
Hydraulische randvoorwaarden ten behoeve van modelonderzoek naar duinafslag S—81.015, in voorbereiding
9 Waterloopkundig Laboratorium
Oriënterende duinafslagproef met fijn zand als bodemmateriaal Nota modelonderzoek Ml 263, mei 1976.
proefnummer profiel golfhoogte Ho s( m ) golfperiode T (s) waterstand boven N.A.P. (m) duinhoogte boven N.A.P. (m) T01 T02 T03 T04* T05 T06 T07 T08 T09 T10 T11 T12 T13 T14 T29 vO 60 •i-I U-l (0 • e Q) oo •—1 o I—1 <D • I-I o u CL 01 •I-l e <u 01 «4-1 4,0 5,2 6,4 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 4,0 7,6 7,6 8,7 9,9 11,0 12,0 10,0 11,0 12,0 12^0 12,0 8,7 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 5,0 5,0 5,0 5,0. 5,0 .5,0 4,0 4,5 5,5 5,5 5,0 5,0 5,0 5,0 6,5 15,0 15,0 ,15,0 15,0 15,0 15,0 15,0 15,0 15,0 20,0 20,0 10,0 15,0 15,0 15,0
*) overeenkomend met herhalingsproeven T15...T20
proefnummer T15 T16 T17 T18 T19 T2Ó opmerkingen
Dezelfde randvoorwaarden als proef T04
maar met verschillende realisaties van onregelmatige golven in de tijd
Dezelfde randvoorwaarden als proef T04, waarbij het
af-geslagen zand van proef T17 in het duinpakket is teruggebracht.
Dezelfde randvoorwaarden als proef T04, waarbij het duin-pakket extra verdicht is
Dezelfde randvoorwaarden als proef T04, maar met andere ge-groep the id van de golven
proefnummer profiel opmerkingen referentieprofiel trogprofiel trogprofiel bankenprofiel bankenprofie1 bankprofiel bank/trogprofiel geulprofiel
voor alle proeven
maximale golfhoogte H = 7,6 m
O S
golfhoogte verloop volgens figuur 10 golfperiode f = 12,0 s
maximale waterstand N.A.P. + 5,0 m waterstandverloop volgens figuur 9 duinhoogte N.A.P. + 15,0 m
Hoeveelheid proefnummer duinafslag boven tijdstip 0,1 0,3 de in waterstand (cm3 uren modeltijd 0 3,0 6,0 /cm') T01 T02 T03 T04 T05 T06 T07 T08 T09 T10 T11 T12 T13 T14 T29 446 757 805 834 489 528 286 462 851 485 559 540 424 526 1086 896 1225 1495 1595 1077 1219 903 1226 1744 1096 1510 1013 1032 1187 2062 1491 1787 2276 2348 1939 2014 1549 1940 2633 1659 2679 1518 1819 2207 3075 1850 2473 3174 3178 2817 2757 2350 2518 3416 2135 3773 1981 2671 3011 4527 2237 3149 3888 3687 3324 3378 2682 2874 3580 2917 4303 2547 3221 3754 5635 T15 T16 T17 T18 T19 T20 618 763 601 510 626 564 1375 1708 1215 1177 1369 1296 2513 2483 2447 2315 2343 2346 3178 3356 3215 3138 3252 3196 3660 3650 3663 3481 3601 3605
