Vergelijking DUROS/DUROSTA

(1)

H 1201

Opdrachtgever:

Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen;

Werkgroep C

o

Vergelijking DUROS/DUROSTA

o o o o

o

Deel II, verslag onderzoek December 1992

O O O

_o

(2)

Vergelijking DUROS/DUROSTA

H.J. Steetzel

WMJ,

(3)

4. 7. 9. 12. 15. 16. 17. 19. Titel en sub-titel Vergelijking DUROS-DUROSTA Schrijvers H.J. Steetzel

Naam en adres opdrachtnemer Waterloopkundig Laboratorium Voorsterweg 28, Marknesse Postbus 152, 8300 AD Emmeloord

Naam en adres opdrachtgever Rijkswaterstaat

Dienst Weg- en Waterbouwkunde Postbus 5044, 2600 GA Delft

Opmerkingen

WL-projectleider: H.J. Steetzel DWW-projectleider: A.W. Kreek

5. 6. 8. 10. 11. 13. 14. Datum rapport december 1992

Kode uitvoerende organisatie . H 1201

Nr. rapport uitvoerende organisatie H 1201, deel II Projektnaam TAWC-DIMCRIT Kontraktnummer 3.1.0064 Type rapport Deelrapport uit serie Kode andere opdrachtgever

Referaat

In deze notitie is een vergelijking gegeven tussen de resultaten van het DUROS-afslagmodel en die van het tijdsafhankelijke DUROSTA-model.

A comparison is presented between the results

Trefwoorden

duinafslag, randvoorwaarden, gevoeligheid Classificatie

V/rij toegankelijk

20.

of the DUROS-model and

18.

Classificatie deze pagina

the time dependent DUROSTA-model.

Distributie systeem

(4)

Vergelijking DUROS-DUROSTA H l 2 0 1 II december 1992

Inhoudsopgave

Lyst van figuren

1 Inleiding 1

1.1 Doel 1

1.2 Aanpak 1

1.3 Opdracht 2

1.4 Samenvatting 2

2 Mate van duinafslag 3

2.1 Inleiding 3

2.2 Overzicht belastingparameters 3

2.2.1 Inleiding 3

2.2.2 Standaard waterstand(sverloop) 4

2.2.3 Standaard golfhoogte(verloop) 4

2.2.4 Standaard golfperiode(verloop) 5

2.3 Overzicht sterkteparameters 6

2.3.1 Inleiding 6

2.3.2 Korreldiameter duinmateriaal 6

2.3.3 Vorm van het dwarsprofiel 6

2.4 Systematische vergelijking

DUROS/DUROSTA

8 2.4.1 Inleiding 8

2.4.2 Standaard vergelijking voor referentieprofiel 8

2.4.3 Effect van bodemhelling vooroever 9

2.4.4 Achtergronden van optredende verschillen 9

2.4.5 Effect van de vorm van het dwarsprofiel 10

2.4.6 Vaste vs. variërende condities 11

2.4.7 Invloed korrelkarakteristieken 12

3 Gevoeligheid hydraulische randvoorwaarden 13

3.1 Inleiding 13

3.2 Effect stormvloedpeil 14

3.3 Effect tijdsduur hoogwaterpiek 14

3.4 Effect golfhoogte 15

(5)

Inhoudsopgave (vervolg)

3.5 Effect golfperiode 17 3.6 Effect golfaanval 17 3.7 Effect bui-stoten en bui-oscillaties 19 3.7.1 Bui-stoten 19 3.7.2 Bui-oscillaties 19 3.7.3 Conclusies 19 3.8 Invloed tijdverschuiving stormopzetpiek 20

4 Condusies en aanbevelingen 21

4.1 Conclusies t.a.v. DUROS-DUROSTA-vergelijking 21 4.2 Conclusies t.a.v. gevoeligheid randvoorwaarden 21 4.3 Aanbevelingen 23

Literatuur Figuren

(6)

Vergelijking DUROS-DUROSTA H l 2 0 1 -II december 1992

Lijst van figuren

2.1 Overzicht standaard hydraulische diepwaterrand-randvoorwaarden 2.2 Overzicht gebruikte karakteristieke kust-dwarsprofïelen

2.3 Overzicht berekende afslagprofielen, vergelijking DUROS/DUROSTA; RP-00

2.4 Invloed bodemhelling vooroever op de mate van duinafslag

2.5 Overzicht berekende afslagprofielen, vergelijking DUROS/DUROSTA; RP-00/01 2.6 Overzicht berekende afslagprofielen, vergelijking DUROS/DUROSTA; RP-02/03 2.7 Overzicht berekende afslagprofielen, vergelijking DUROS/DUROSTA; RP-04/05 2.8 Overzicht berekende afslagprofielen, vergelijking DUROS/DUROSTA; RP-06/07 2.9 Overzicht berekende afslagprofielen, vergelijking DUROS/DUROSTA; RP-08/09 2.10 Overzicht berekende afslagprofielen, vergelijking DUROS/DUROSTA; RP-10/11

2.11 Vergelijking DUROS/DUROSTA-afslag, afslag voor diverse kustprofielen; RP-00/11, svp.= NAP + 5 m, lineaire schaal

2.12 Vergelijking DUROS/DUROSTA-afslag, afslag voor diverse kustprofielen; RP-00/11, svp.= NAP + 5 m, logaritmische schaal

2.13 Invloed korreldiameter op afslag, vergelijking DUROS/DUROSTA-afslag; RP-00 3.1 Invloed stormvloedpeil op afslag, vergelijking DUROS/DUROST A-afslag; RP-00

3.2 Invloed tijdsduur hoogwaterpiek, vergelijking DUROS/DUROST A-afslag; RP-00 3.3 Invloed golfhoogte op afslag, vergelijking DUROS/DUROST A-afslag; RP-00, constante

golfperiode

3.4 Invloed golfperiode op afslag, vergelijking DUROS/DUROST A-afslag; RP-00, constante golfhoogte

3.5 Invloed golfaanval op afslag, vergelijking DUROS/DUROSTA-afslag; RP-00, constante golfsteilheid

3.6 Voorbeeld effect tijdverschuiving op stormvloedpeil en duur hoogwaterpiek; RP-00, V - U = T/4

3.7 Invloed tijdverschuiving hoogwater op de mate van afslag; RP-00 4.1 Overzicht invloed randvoorwaarden op de mate van duinafslag; RP-00

(7)

1 Inleiding

1.1 Doel

Voor de berekening van de hoeveelheid duinafslag als gevolg van een specifieke stormvloed zijn momenteel twee rekenmodellen voorhanden, te weten:

• het DUiNAF-model, welke is gebaseerd op het zogenaamde DUROS-afslagprofiel [TAW, 1984],

• het tijdsafhankelijke dwarstransport model DUROSTA [WL, november 1991]. Het doel van deze studie is het geven van diverse vergelijkingen tussen DUROS- en

DUROSTA-resultaten, dit met het oog op het (toekomstige) gebruik van DUROSTA bij de veiligheidsbe-oordeling van de zandige kust.

1.2 Aanpak

Bij de vergelijking tussen DUROS en DUROSTA spelen twee aspecten een rol, te weten: • de profielen afslagvergelijking;

• de verwerking van onzekerheden in de veiligheidsbeoordeling.

Het eerste richt zich hierbij op het direct vergelijken van het (eind-)afslagprofiel en afslaghoe-veelheid, zoals dat ontstaat na afloop van een specifieke storm.

Het tweede punt richt zich met name op de effecten van allerlei mogelijke onzekerheden op de te verwachten hoeveelheid duinafslag. Daartoe zijn voor beide modellen de effecten van de (relatieve) gevoeligheid van hydraulische randvoorwaarden op de hoeveelheid duinafslag onderzocht en onderling vergeleken.

Deze onzekerheid is voor het bestaande DUROS-model verwerkt door de toevoeging van ondermeer een extra toeslag op de hoeveelheid duinafslag. Deze toeslagberekening is toegevoegd in een meer uitgebreider model, genaamd DUIN AF, hetgeen dus is te zien als de som van DUROS en deze toeslagberekening. De wijze waarop deze onzekerheden moeten worden ingebracht in het DUROSTA-resultaat is thans nog niet bekend.

Meer specifiek is er bij de vergelijking van DUROS en DUROSTA in het kader van deze notitie gekeken naar respectievelijk:

• de mate van duinafslag boven stormvloedpeil;

• de gevoeligheid hierop van de benodigde hydraulische randvoorwaarden.

(8)

Vergelijking DUROS-DUROSTA H1201 -II december 1992

1.3 Opdracht

Op verzoek van werkgroep C van de Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen

(TAW-C), is voor de uitvoering van dit onderzoek door het Waterloopkundig Laboratorium

een offerte uitgebracht met kenmerk HK3101/H1201/HJS,d.d. 11 april 1991. Middels brief met kenmerk WB/BX912804 d.d. 21 juni 1991 werd opdracht (onder verplichtingennummer 3.1.0064) verleend tot uitvoering van deze studie. De onderliggende berekeningen en analyses werden uitgevoerd door ir. H.J. Steetzel, die tevens verantwoordelijk is voor deze verslaggeving.

1.4 Samenvatting

Deze notitie gaat in op het gebruik van het dynamische dwarstransportmodel DUROSTA voor

de veiligheidstoetsing van de Nederlandse kust. Naast een vergelijking tussen DUROS- en DUROSTA-duinafslaghoeveelheden (Hoofdstuk 2), wordt tevens ingegaan op de effecten van onzekerheid in en de gevoeligheid voor de benodigde hydraulische randvoorwaarden (Hoofdstuk 3). In Hoofdstuk 4 worden de voornaamste conclusies samengevat.

(9)

2 Mate van duinafslag

2.1 Inleiding

De mate van duinafslag wordt (in het prototype) in feite bepaald door: • de belasting: de hydraulische condities t.p.v. de actieve zone,

• de sterkte: de vorm van het dwarsprofiel in de actieve zone en het aanwezige bodem-materiaal.

De zogenaamde actieve zone dient hierbij gezien te worden als dat deel van het dwarsprofiel waarin het duinafslagprofiel zich vormt.

Beide aspecten zullen in de volgende paragrafen in meer detail worden besproken.

2.2 Overzicht belastingparameters

2.2.1 Inleiding

De belasting van het duin (golfaanval op het duinfront) wordt bepaald door de hydraulische condities t.p.v. de rand van de actieve zone (het deel van het dwarsprofiel waar het afslag-profiel zich vormt). Deze hydraulische condities zijn afhankelijk van de diepwatercondities (golfwerking op grotere waterdiepte en/of grotere afstand uit de kust, zeg NAP -20 m-diepte-lijn) en de verandering tijdens de voortplanting van de golven van diep naar ondiep(er) water.

De golf op "diep water" (met golfhoogte H^ en golfperiode T,*,) verandert tijdens de voortplanting over de "vooroever" richting duinfront (hier respectievelijk H,, en Tpl). Deze

verandering kan verschillende oorzaken hebben. A.g.v. heersende windvelden kan door energieoverdracht naar het golfveld de golfhoogte (verder) toenemen. Een toename van golfhoogte kan tevens plaatsvinden als gevolg van zogenaamde 'shoaling' op de (hellende) vooroever. Naast deze (positieve) effecten zal er energieverlies optreden door zowel bodem-wrijving als breking.

Bij het gebruik van ENDEC als rekenmodel voor de golfvoortplanting wordt de piekperiode constant verondersteld, zodat geldt: T,*, = Tpl = Tp).

Bij de veiligheidstoetsing is er per definitie sprake van extreme golfaanval. In dit geval is het met name de golfhoogteafhame als gevolg van breken (op steilheid en waterdiepte), welke bepalend is voor de golfhoogte ter plaatse Van de actieve zone. Dit aspect is in meer detail beschreven in [WL-H298, deel II, 1990].

Het mag duidelijk zijn dat er sprake is van een bepaalde mate van onzekerheid met betrek-king tot de hydraulische condities op diep water (o.a. waterstand, golfhoogte, golfperiode). Daarnaast kan door het sterk variëren van de windsnelheid in de tijd (vlagen) er bovendien nog sprake zijn van bui-oscillaties en bui-stoten. Deze komen tot uitdrukking in kortstondige extra verheffingen van de waterstand. De effecten van al deze onzekerheden op de hoeveel-heid afslag komen in Hoofdstuk 3 uitgebreider aan de orde.

(10)

Vergelijking DUROS-DUROSTA H12O1II december 1992

In de volgende paragrafen worden de uitgangspunten (d.w.z. standaardverloop) voor het waterstands-, golfhoogte- en golfperiodeverloop op de NAP -20 m-dieptelijn gegeven, zoals deze zijn toegepast voor de vergelijking tussen de DUROS- en de DUROSTA-afslagresultaten.

Figuur 2.1 geeft een overzicht van de hydraulische randvoorwaarden op de diepwaterrand. 2.2.2 Standaard waterstand(sverloop)

Het waterstandsverloop bestaat, op basis van door het (voormalige) Centrum voor Onderzoek Waterkeringen gegeven overwegingen, uit een enkeltoppige storm, met een maximale water-stand van NAP + 5 m tijdens samenvallend hoogwater (astronomisch effect) en maximum

stormeffect [cow, 1982]. De algemene formulering luidt:

h(t) =

h0 + /L,

cos

2"

( ' - '

ast

* (*-'«)'

opz

Het astronomisch getij varieert hierbij tussen NAP -0,55 m en NAP +1,45 m, met een periode van 12,42 uur. Het stormeffect volgt een cosinus2-functie met een tijdbasis van 45 uur en

een maximum opzet h,^ = 3,55 m.

Voor het samengestelde waterstandsverloop h(t), zoals ook te gebruiken t.b.v.

DUROSTA-berekeningen, geldt derhalve:

h(t) = 0,45 + 1,00 cos

12,42 + 3,55 cos

2

45,00

waarin t,,, het tijdstip van het hoogtepunt van de storm.

Voor het deel van het waterstandsverloop waarvoor geldt h(t) > NAP + 1 m, is het tijds-interval 0 <, t ^ 32 uur, met t„ = 16 uur voldoende (zie Figuur 2.1°).

Voor vergelijkende DUROS-berekeningen dient de maximale waterstand te worden gebruikt, zijnde het stormvloedpeil: svp = NAP +5,0 m.

2.2.3 Standaard golfhoogte(verloop)

Het verloop van de diepwatergolfhoogte is gebaseerd op waarnemingen tijdens de 1953- en 1976-stormvloeden [cow, 1982]. Uitgangspunten bij het beschrijven van dit golfhoogte-verloop waren dat:

• het verloop symmetrisch is t.o.v. het hoogtepunt van de storm; • de diepwatergolfhoogte HQ, = 7,6 m bedraagt.

De waarden hebben betrekking op de diepwatercondities en moeten derhalve worden omge-rekend naar golfhoogten op de NAP -20 m-dieptelijn. Voor Ho, = 7,6 m resulteert dit in de oorspronkelijke randvoorwaarde H,M = 7,0 m (zie ook [WL-H298, deel II, 1990]).

Op de tijdstippen 18 uur voor en na het hoogtepunt van de storm geldt volgens metingen Ho, = 6,0 m, hetgeen op de NAP -20 m-dieptelijn resulteert in H,^ = 5,65 m.

(11)

Beschrijving van het golfhoogteverloop voor DUROSTA met behulp van een cosinus2

-functie (analoog aan het verloop van de stormopzet) resulteert dan (met H, = Hi20 en

Hiig = 7,0 m) in:

Hfi) = Ês20 cos2

125,0

waarin t,„ opnieuw het tijdstip van het hoogtepunt van de storm.

Voor het deel van het waterstandsverloop waarvoor geldt h(t) > NAP + 1 m (0 <, t <, 32 uur; t,„ = 16 uur) geldt: 5,9 < H, <, 7,0 m (zie Figuur 2.1B).

Voor DUROS geldt (in principe) de oorspronkelijke diepwatergolfhoogte H.Q = 7,6 m (zie

ook opmerkingen in Paragraaf 2.4.4). 2.2.4 Standaard golfperiode(verloop)

Er wordt verondersteld dat de golfperiode tijdens een stormduur weinig zal variëren t.o.v. Tp = 12 s [cow, 1982].

Het constant blijven van de golfperiode betekent echter dat er in perioden met lagere golven tevens sprake zal zijn van relatief minder steile golven.

Uitgaande van een constant blijvende golfsteilheid tijdens de gehele stormduur, zal bij benadering moeten gelden (met L :: Tp2):

= constant zodat: ofwel:

T/t) = T

p *s20

T/f) = T

p

cos

250,0

=

f.

cos

125,0

Voor het deel van het waterstandsverloop waarvoor geldt h(t) > NAP + 1 m (0 < t < 32 uur; ^ = 16 uur) geldt: 11,0 < Tp <, 12,0 s (zie Figuur 2.1A).

Voor DUROS is de golfperiode (voor de bepaling van de hoeveelheid afslag) niet van belang.

(12)

Vergelijking DUROSDUROSTA H12O1-II december 1992

2.3 Overzicht sterkteparameters

2.3.1 Inleiding

Bij de sterkte van de waterkering kan onderscheid gemaakt worden tussen de weerstand tegen erosie van het aanwezige duinmateriaal (korreldiameter, valsnelheid) en de initiële ligging van het dwarsprofiel. Beide aspecten komen in de volgende paragrafen aan de orde. 2.3.2 Korreldiameter duinmateriaal

In duinafslagberekeningen speelt de diameter van het duinzand een belangrijke rol. Deze bepaalt immers grotendeels de valsnelheid van de zandkorrels in het (zee-)water en daarmee de lengte en vorm van het afslagprofiel. In de praktijk is de korreldiameter veelal binnen vrij nauwe grenzen bekend.

Voor de uitwerking van de verdere vergelijking tussen DUROS en DUROSTA is Dx = 225

jim en w ^ = 0,025 m/s (valsnelheid in zout zeewater van 5°C) aangehouden. Bij nadere vergelijking zal een range van D^-waarden worden onderzocht (zie Paragraaf 2.4.7). 2.3.3 Vorm van het dwarsprofiel

Het initiële dwarsprofiel is feitelijk primair bepalend voor de te verwachten hoeveelheid duinafslag.

Voor wat betreft de ligging en vorm van dit profiel moet er echter onderscheid gemaakt worden tussen:

• vooroever - NAP -20 m-dieptelijn tot grens actieve zone, • actieve zone - landwaarts van vooroever.

De profielligging van de vooroever kan de belasting op het duin beïnvloeden. Hierbij kan met name gedacht worden aan een vermindering van deze belasting door gedeeltelijke afscherming bij de aanwezigheid van banken of het beperken van de maximaal mogelijke golfhoogte bij een flauw hellende vooroever.

Dit eerste effect wordt natuurlijk sterker naarmate de waterdiepte boven de bank kleiner is (een hoge bank en/of een lage waterstand). Bij de kwantificering van de fysische beperking van de golfhoogte op een uniform hellende vooroever kan gebruik gemaakt worden van de 'H.^-benadering' als uitgewerkt in [WL-H298, deel II, 1990] (zie ook Paragraaf 2.4.3). De profielligging in de actieve zone zorgt voor de dissipatie van de nog resterende, inkomen-de golfenergie. De vorming van een zogenaamd afslagprofiel maakt dat inkomen-de inkomeninkomen-de golfenergie op natuurlijke wijze wordt gedissipeerd. Bij de vorming van dit profiel wordt gebruik gemaakt van het zich in de actieve zone bevindende zand, waarbij een eventueel tekort wordt aangevuld uit het landwaarts gelegen zandmassief (het duin). De zich in deze zone bevindende zandhoeveelheden kunnen direct gebruikt worden voor de vorming van dit afslagprofiel. Een hier aanwezige zandbank zal derhalve resulteren in minder afslag (uit het duin), een geul in deze zone zal daarentegen aanleiding geven tot extra afslag.

(13)

Ter vergelijking: een bank op de vooroever resulteert in minder golfaanval (afscherming)

en dus minder afslag; een geul in de vooroever heeft daarentegen geen noemenswaardig

effect op de mate van afslag!

Let op: de aanduiding actief voor de tweede zone betekent dus niet dat de vooroever niet

actief bijdraagt aan de bescherming van de waterkering. Als zodanig vormt de vooroever

dus wel degelijk een (belangrijk) deel van de waterkering! In verhouding is hier echter

sprake van zeer kleine tijdschalen.

Voor de eerste vergelijking van

DUROS-

en DUROSTA-afslaghoeveelheden is gebruik gemaakt

van het zogenaamde standaard referentieprofiel (in het vervolg aangegeven met RP-OO).

Dit profiel bestaat uit een 15 m hoog duin en een vooroever met bodemhelling 1 : 180.

Profielcode

RP-00

RP-OO

060

/ RP-00

720

RP-01 / RP-03

RP-04 / RP-08

RP-09/RP-11

Profielvorm

Standaard

Getijgedom.

Golfgedom.

Opmerkingen

-Verschillende helling

van de vooroever

Geulen en banken

Alleen banken

Geen banken

Achtergrond

Standaardvergelijking

Invloed bodemhelling

Invloed profielvorm

Tabel 2.1 Overzicht gehanteerde dwarsprofielen

Verder is ook nog gekeken naar het effect van de bodemhelling van de vooroever op de mate

van duinafslag. Hierbij is de bodemhelling zeewaarts van de NAP -3 m-dieptelijn gevarieerd

tussen 1:60 (3 maal zo steil) tot 1:720 (0,25 maal zo steil). Deze profielen zijn

achtereenvol-gens aangeduid RP-00

060

t/m RP-00

720

.

Gezien het grote belang van de hydraulische condities en het verandering van diep naar

ondiep(er) water is de vergelijking tussen

DUROS-

en

DUROSTA

tevens uitgevoerd voor een

11-tal karakteristieke kustprofielen [Rijkswaterstaat, 1988].

Deze profielen zijn in het navolgende aangeduid met de profielcode RP-01 t/m RP-11.

Er wordt hierbij onderscheid gemaakt tussen getijgedomineerde profielen met geulen en

banken (RP-01 t/m RP-03) en golfgedomineerde profielen met en zonder banken (resp.

RP-04 t/m RP-08 en RP-09 t/m RP-11).

Figuur 2.2 toont een overzicht van deze profielen. In de figuur zijn voor elke categorie de

dwarsprofielen gegeven tezamen met het (vet gestreepte) standaard referentieprofiel.

Een overzicht van alle profielen is gegeven in Tabel 2.1.

(14)

Vergelijking DUROSDUROSTA H12O1- december 1992

2.4 Systematische vergelijking

DUROS/DUROSTA 2.4.1 Inleiding

In deze paragraaf zal een nadere vergelijking gemaakt worden tussen de afslagresultaten van het DUROS- en het DUROSTA-model. Achtereenvolgens komen hierbij aan de orde:

• de directe vergelijking voor het standaard referentieprofiel;

• het effect van bodemhelling van de vooroever op de hoeveelheid afslag; • het effect van de vorm van het dwarsprofiel;

• de invloed van de tijdsvariatie (constante vs. variërende condities). Tevens zal natuurlijk worden ingegaan op de optredende verschillen. 2.4.2 Standaard vergelijking voor referentieprofiel

Voor de eerste vergelijking van DUROS- en DUROSTA-afslaghoeveelheden is gebruik gemaakt van het zogenaamde standaard referentieprofiel (RP-00 met vooroeverhelling 1 : 180). Figuur 2.3 toont de berekende afslagprofielen (zie ook [WL-H298, deel III, 1990]). Onderlinge vergelijking van de DUROS-resultaten (Figuur 2.3B) voor een golfhoogte Htó van

resp. 7,0 en 7,6 m laat zien dat de lengte van het afslagprofiel bij toenemende golfhoogte weliswaar groter wordt maar dat de hiermee samenhangende hoeveelheid afslag nauwelijks toeneemt.

Onderlinge vergelijking van de DUROSTA-resultaten als gegeven in Figuur 2.3A, voor

constante (5 uur) en variërende condities (32 uur) laat zien dat de hoeveelheid afslag boven svp nagenoeg gelijk is (zie ook Paragraaf 2.4.6). De afzetting is in het geval van een 'echte' stormvloed echter verdeeld over een bredere zone.

De afslagresultaten zijn samengevat in Tabel 2.2 (bij bodemhelling vooroever 1 : 180).

Bodem-helling vooroever 1 : 60 1 : 90 1 : 180 1 : 360 1 : 720

Afslag boven NAP +5 m

DUROSTA (voor stormduur)

5,0 [mVm1] 216 210 198 194 185 6.0 [mVm1] 234 227 215 206 196 32,0 [mVm1] 230 213 203 191 182

DUROS (voor Hsi8)

7.0 [m3/*1] 277 277 277 277 277 7.6 [m3/*1] 295 295 295 295 295 Afslag-verhouding DUROSTA(32) DUROS(7,6)

[%}

78,0 72,2 68,8 64,8 62,0

Tabel 2.2 DUROS-DUROSTA-vergelijkingin.b.t. afslaghoeveelheden boven svp voor het standaard referentie-profiel; verschillende hellingen van de vooroever

(15)

Vergelijking van de afslagresultaten van DUROS en DUROSTA laat zien dat de hoeveelheid

afslag bij toepassing van het tijdsafhankelijke rekenmodel ongeveer 30% minder is (vergelijk 295 mVm1 voor DUROS (7,6 m) en 203 mVm1 voor DUROSTA (32 uur)). Ofschoon een vergelijking van het DUROSTA-resultaat met de DUROS-uitkomst voor H ^ = 7,0 m een betere overeenkomst laat zien, is toch gekozen voor het gebruik van de grotere diepwatergolfhoogte, dit conform de opzet van het duinafslagonderzoek (H^ = 7,0 m op NAP -20 m lijn komt overeen met Haig = 7,6 m op diepwater).

2.4.3 Effect van bodemhelling vooroever

Om de effecten van de bodemhelling van de vooroever op de hoeveelheid afslag te onderzoe-ken zijn, voor gelijkblijvende hydraulische condities, de afslaghoeveelheden bereonderzoe-kend voor verschillende hellingen van de vooroever. Deze resultaten van deze berekeningen zijn samengebracht in de al genoemde Tabel 2.2 en Figuur 2.4.

Het verschil in duinafslag (bij DUROSTA) voor een heel flauw (1:720) en een heel steil (1:60)

talud bedraagt ruim 25%.

Een en ander kan worden verklaard uit vergelijking van de golfaanval t.p.v. de rand van de actieve zone. De golfaanval op het duin, d.w.z. de golfhoogte t.p.v. de NAP -3 m-dieptelijn neemt, bij gelijkblijvende diepwatergolfhoogte, toe bij versteiling van het bodem-profiel. Bij de hellingen 1:720, 1:180 en 1:60 bedraagt deze respectievelijk H ^ = 3,55,4,29 en 5,11 m. Als gevolg hiervan neemt de afslag eveneens toe.

Het DUROs-model houdt geen rekening met deze belangrijke verschillen. De afslag is bij dit model dan ook onafhankelijk van de helling van de vooroever en wordt enkel en alleen bepaald door de profielligging in de actieve zone.

2.4.4 Achtergronden van optredende verschillen

Er is sprake van een verschil tussen de resultaten van de afslagberekeningen volgens de beide modellen. Deze verschillen worden veroorzaakt door fouten in beide modellen, te weten:

• DUROS Een systematische overschatting van de hoeveelheid afslag als gevolg van onjuiste formuleringen voor de golfhoogte;

• DUROSTA Een systematische onderschatting van de hoeveelheid afslag door:

— het t.p.v. het strand/duinfront onjuist weergeven van de profiel-ontwikkeling;

— het aannemen van een constante porositeit. In het navolgende zal op deze foutbijdragen nader worden ingegaan.

Overschatting DURos-afslag a.g.v. golf randvoorwaarde

De golfrandvoorwaarde welke is gebruikt tijdens de uitvoering van het (DUROS-)duinafslagon-derzoek in modelopstellingen, is gebaseerd geweest op de uitgangspunten van de lineaire golftheorie. Als gevolg hiervan is de golfhoogte bij het golfschot (diep water) zodanig groot gekozen dat op een specifieke positie dicht onder de kust (met d* = 2.Htó) gold H, = Htó

(dus H,ig = 7,6 m op NAP -10,2 m-dieptelijn!). Met de huidige kennis van de optredende energieverliezen (wrijving en breking) blijkt de op deze wijze (benodigde en) gerealiseerde

(16)

Vergelijking DUROS-DUROSTA Hl201-II december 1992

diepwatergolfhoogte de oorspronkelijk bedoelde waarde (H^ = 7,0 m op NAP -20 m-diepte-lijn) in hoge mate te overtreft. Bovendien zijn de modelproeven uitgevoerd met samen-getrokken profielen (lengteschaal groter dan diepteschaal). Voor een uitgebreidere behande-ling van deze ingewikkelde materie kan verwezen worden naar [ W L - H 2 9 8 , deel II, 1990]. De invloed van deze (te zware) golfaanval op de hoeveelheid duinafslag is afgeschat door voor het steilere l:90-profiel (RP-00090) een vergelijkende DUROSTA-berekening te maken

voor respectievelijk Htig = 7,0 m op NAP -20 m en H^ = 7,6 m op NAP -10,2 m. De afslag

blijkt met ongeveer 10% toe te nemen (zie Figuur 2.4).

De conclusie (op basis van een DUROST A-berekening) is dus dat de overschatting van afslag

als gevolg van de onjuiste golfrandvoorwaarde ongeveer 10% bedraagt.

Daarnaast is er nog de overschatting van de hoeveelheid afslag als gevolg van de in het prototype veelal minder steile vooroeverprofielen (zie Paragraaf 2.4.3).

Onderschatting DURosTA-afslag a.g.v. onjuiste 'strandtransport- formulering'

Dit is een tekortkoming van (de huidige versie) van het model als reeds geconstateerd in [WL-H298, deel III, 1990]. De transportformulering voor het 'bovenwaterdeel' van het profiel levert te veel erosie t.p.v. de duinvoet en te weinig erosie uit het duin. Hierdoor wordt de detailontwikkeling ter plaatse van de duinvoet minder goed weergegeven. De grootte van het transport door de waterlijn naar dieper water is wel redelijk goed; het zand wordt alleen op de verkeerde plaats weggehaald.

Onderschatting DURosTA-afslag a.g.v. aanname constante porositeit Bij het DUROSTA-model is primair getracht de optredende transporten te relateren aan de profiel vorm van het onderwaterprofiel en de lokale hydraulische condities. De hoeveelheid afslag is hiervan een afgeleide.

Er bestaat een aanzienlijk verschil tussen de porositeit van het materiaal in het duinfront en het in het afslagprofïel afgezette materiaal. Voor 1 m3 afzetting is 1,10 è 1,25 m3

duinmate-riaal nodig. In het rekenmodel is uitgegaan van een constant veronderstelde pakking, waardoor de hoeveelheid (losser gepakte) duinafslag systematisch wordt onderschat. Bij DUROS is de modelontwikkeling specifiek gericht geweest op de voorspelling van de hoeveelheid afslag, waarbij het afslagprofiel slechts als (afgeleid) hulpmiddel is gebruikt. 2.4.5 Effect van de vorm van het dwarsprofiel

Gezien het grote belang van de hydraulische condities en de aanpassing ervan op het traject van diep naar ondiep(er) water is de vergelijking tussen DUROS- en DUROSTA tevens uitge-voerd voor een 11-tal karakteristieke kustprofielen [Rijkswaterstaat, 1988].

De resultaten m.b.t. de hoeveelheid afslag boven svp zijn samengebracht in Tabel 2.3. De berekende afslagprofielen zijn gegeven in Figuur 2.5 t/m 2.10. Hierin is steeds een vergelijking gemaakt tussen het DUROS-profiel (voor Hlig = 7,6 m) en het DUROSTA-profiel

(na 32 uur).

(17)

Een vergelijking tussen de met behulp van beide methoden berekende afslaghoeveelheden is gegeven Figuur 2.11 en 2.12. Hierin staan respectievelijk de DUROs-afslag voor H,o = 7,6 m en de DUROSTA-afslag bij een berekening voor een volledige storm.

Conform de conclusies voor het standaard referentieprofiel is de DUROST A-afslag ca. 30% geringer. Voor de gemiddelde verhouding tussen de afslagwaarden geldt: 0,705 ±0,070. Dit verschilpercentage is afhankelijk van de vooroever (waterdiepte boven banken e.d.) en wordt groter naarmate de waterdiepte geringer is (lagere stormvloed, dan wel hogere banken). Profiel-code RP-00 RP-01 RP-02 RP-03 RP-04 RP-05 RP-06 RP-07 RP-08 RP-09 RP-10 RP-11 DÜROSTA 5 , 0 198 105 115 165 115 97 52 113 125 150 127 18 Afslag; b o v e n NAP +5m (voor stormduur) 6 , 0 [mVm1] 215 118 128 178 1 3 1 103 6 1 128 139 170 137 194 3 2 , 0 [mVm1] 203 1 1 1 113 169 123 93 54 114 130 153 129 185 DÜROS ( v o o r Hs i g) 7 , 0 [mVm1] 277 145 159 233 153 130 58 156 196 192 170 225 7 , 6 [mVm1] 295 162 178 249 163 140 62 164 212 225 183 234 V e r h o u d i n g DUR0STA32 DUROS76 [%] 6 8 , 8 68,5 63,5 67,9 75,5 6 6 , 4 8 7 , 1 69,5 6 1 , 3 68,0 70,5 7 9 , 1

Tabel 2.3 Vergelijking DUROS- en DUROSTA-afslaghoeveelheden voor diverse profielen

Bij DUROS resulteert een iets lagere diepwatergolf (als gevolg van een daarmee samenhangend iets korter afslagprofiel) in iets (gemiddeld 8,6%) geringere afslag.

2.4.6 Vaste vs. variërende condities

Ter vergelijking is er steeds onderscheid gemaakt tussen berekeningen met vaste condities (5 (of 6) uur maximale hydraulische condities) en gedurende 32 uur variërende hydraulische condities (stormvloed) (conform Paragraaf 2.2.2 t/m 2.2.4).

Toepassing van DUROSTA bij gedurende 5 uur constante maximale hydraulische condities toont (voor de onderzochte condities en profielen) goede overeenkomsten met het afslag-resultaat na een volledige storm. Voor de 12 profielen als gegeven in Tabel 2.3 bedraagt deze verhouding 0,980±0,029.

De hoeveelheid afslag boven svp wordt primair bepaald door de hydraulische condities nabij het hoogtepunt van de storm (voor alle profielen identiek). Aangezien het in deze

(18)

Vergelijking DUROS-DUROSTA Hl 201-11 _{december 1992}

gen gaat om een extreme situatie met hoge waterstanden is het relatieve effect van de aanwe-zigheid van bijvoorbeeld banken op de vooroever in deze fase van minder belang.

700 237 431 146 295 100 217 74 168 57

Tabel 2.4 DUROS-DUROSTA-vergelijking en invloed korrelmateriaal voor standaard referentieprofiel (RP-00) en standaard hydraulische condities

De afhankelijkheid van het aanwezige korrelmateriaal is groot, waarbij fijner zand resulteert in meer afslag. Voor de in de tabel aangegeven korreldiameters zijn de karakteristieke resultaten samengebracht in Figuur 2.13. De getrokken lijn toont de hoeveelheid afslag als functie van de korreldiameter (voor DUROSTA-storm). In hetzelfde figuur is de relatieve afhankelijkheid volgens het DUROs-model (Hlig= 7,6 m) aangegeven.

De tendens is overeenkomstig, al levert DUROS een relatief grotere afhankelijkheid; een afwijking van -10% in de korreldiameter levert bij DUROS een afslagtoename van 20% terwijl deze toename bij DUROSTA slechts 12% bedraagt.

Een mogelijke voorzichtige conclusie zou kunnen zijn dat DUROS bij fijn zand de hoeveelheid afslag iets overschat.

(19)

3 Gevoeligheid hydraulische randvoorwaarden

3.1 Inleiding

Met betrekking tot de voorspelling van de in het prototype te verwachten hoeveelheid duin-afslag, moet rekening worden gehouden met onzekerheden in al de duinafslagbepalende factoren, zoals daar zijn:

• sterkte-aspecten zoals: — aanwezig dwarsprofiel; — korrelmateriaal; • belastings-aspecten: — hydraulische condities; • model-aspecten: — nauwkeurigheid berekeningsmethode.

De effecten van (de onzekerheid in) het aanwezige profiel en de korreldiameter zijn reeds in Hoofdstuk 2 besproken. De effecten van de (on-)nauwkeurigheid van de berekenings-methode zijn behandeld in deel I van deze studie [WL-H1201, deel I, 1992].

In dit hoofdstuk wordt verder ingegaan op de effecten van onzekerheid in de, in principe onbekende, hydraulische randvoorwaarden.

Deze hydraulische randvoorwaarden bestaan o.a. uit: • de maximum waterstand tijdens de storm; • de tijdsduur van de hoogwaterpiek;

• de 'zwaarte' van de golfaanval, uitgedrukt in: — de significante golfhoogte;

— de golfperiode;

— de combinatie van golfhoogte en -periode;

• de effecten van kortdurende, atmosferische storingen, zoals daar zijn: — bui-stoten;

— bui-oscillaties.

De effecten van deze factoren op de mate van duinafslag komen in Paragraaf 3.2 t/m 3.7 aan de orde. Aanvullend zijn enkele berekeningen uitgevoerd naar de invloed van het tijdstip van het hoogwater (Paragraaf 3.8).

Bij de uitgevoerde berekeningen is steeds uitgegaan van de in Hoofdstuk 2 gegeven (stan-daard) tijdsrelaties voor respectievelijk waterstand, golfhoogte en golfperiode in combinatie met het standaard referentieprofïel RP-00.

Na vaststelling van de parametergevoeligheid voor zowel DUROS als DUROSTA, zijn deze

onderling vergeleken, waarbij voor de DUROS-resultaten steeds is uitgegaan van relatieve waarden.

(20)

Vergelijking DUROS-DUROSTA H1201-II december 1992

3.2 Effect stormvloedpeil

Om de invloed van het effect van het stormvloedpeil op de mate van duinafslag te onder-zoeken is uitgaande van het standaardverloop van de waterstand, het opzetniveau gevarieerd door aanpassing van de gemiddelde waterstand (standaard NAP +0,45 m; nu respectievelijk -1,00, -0,50, 0,00, +0,50 en +1,00 m hoger). Door deze aanpak blijft de vorm van de hoogwaterpiek verder ongewijzigd, waardoor er dus sprake is van gelijkblijvende duur van de hoogwaterpiek.

De resultaten met betrekking tot de hoeveelheid afslag boven NAP + 5 m zijn samengevat in Tabel 3.1 en Figuur 3.1. Stormvloedpe il svp [m tov NAP] 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 [X] 80 90 100 110 120 Stormopzet nopz [m] 2,55 3,05 3,55 4,05 4,55 [X] 72 86 100 114 128

Afslag boven NAP DUROSTA

[mVm

1

]

105 150 203 259 325 [X] 51 74 100 128 160 +5 m DUROS [%] 57 80 100 119 136

Tabel 3.1 Invloed stormvloedpeil op duinafslag boven NAP + 5 m (H^(max) = 7,0 m; Tp(max) = 12,0 s)

De resultaten laten een zeer sterke afhankelijkheid zien. Een stijging van 10% in het stormvloedpeil resulteert in een afslagtoename van 28% (259 i.p.v. 203 mVm1).

Ten opzichte van de DURos-resultaten is bij DUROSTA dit effect (nog) iets sterker aanwezig. Dit zou kunnen worden verklaard uit het feit dat bij een toename van de waterstand tevens de golfhoogte t.p.v. de actieve zone (immers gerelateerd aan de waterdiepte) toeneemt. Het mag duidelijk zijn dat de vaststelling van het stormvloedpeil (of eigenlijk de grootte van de stormopzet) van primair belang is.

3.3 Effect tijdsduur hoogwaterpiek

Om het effect van de tijdsduur van de hoogwaterpiek op de hoeveelheid afslag te onder-zoeken is, uitgaande van de standaardbeschrijving van het waterstandsverloop, de tijdbasis van de stormopzet (T,^) gevarieerd tussen 25 en 65 uur.

De resultaten van de uitgevoerde berekeningen zijn samengebracht in Tabel 3.2 en Figuur 3.2.

(21)

Basisduur Topz [uren] 25,0 35,0 45,0 55,0 65,0

[X]

55 78 100 122 144 duur t [uren] 4,8 5,3 5,6 5,8 6,0 HW-piek hwp )

[X]

86 95 100 104 107 Afslag boven DUROSTA

[mVm

1

]

179 191 203 212 226

[X]

88 94 100 104

H l

NAP +5 m DUROS

[%]

100 100 100 100 100

*) de totale tijdsduur waarvoor geldt: h(t) S (svp - l)m

Tabel 3.2 Invloed tijdsduur hoogwaterpiek bij verschillende basisduur stormopzet, (H^fmax) = 7,0 m; T„(max) = 12,0 s); svp= NAP +5 m)

Als maat voor de tijdsduur van de hoogwaterpiek ( t ^ is de tijdsduur aangehouden waarvoor de waterstand minder dan 1 m afwijkt van het stormvloedpeil. Voor het standaardgeval bedraagt deze 5,6 uur.

Een wijziging van 10% in de tijdsduur resulteert in een afslagtoename of -afname van ongeveer 10%.

De tendens in de toename van de hoeveelheid afslag met de tijd (als gegeven in Figuur 3.2), wijkt sterk af van het verwachte 'normale' tijdsverloop (negatieve e-macht o.i.d.). Dit komt doordat bij toename van de basisduur van de stormopzet de bijdrage aan de afslag tijdens de twee andere hoogwaterpieken sterk toeneemt. Het waterstandsniveau tijdens deze twee hoogwaters neemt immers sterk toe met toenemende stormduur.

3.4 Effect golf hoogte

Met betrekking tot de onzekerheid in de significante golfhoogte is voor een aantal Hsig

-waarden de hoeveelheid duinafslag boven stormvloedpeil (NAP + 5 m) uitgerekend. Hiertoe werd alleen de Hgig-waarde in het tijdsverloop van de golfhoogte gewijzigd (zie Paragraaf

2.2.3).

Door het constant houden van de golfperiode (Tp = 12 s) is er respectievelijk sprake van

lange, lage golven en korte, hoge (steile) golven.

De resultaten zijn samengebracht in Tabel 3.3 en Figuur 3.3.

(22)

Vergelijking DUROS-DUROSTA H l 201-II december 1992 Golfhoogte H8ig (op NAP [m] 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 -20 m) [%] 71 86 100 114 129 143 157 171 186 200 Afslag DÜR0STA

[mVm

1

]

186 195 203 208 214 219 226 232 237 243' boven NAP [X] 92 96 100 102 105 108 111 114 117 120 +5 m DUROS *) [*] 75 88 100 110 118 122 121 117 112 109

*) cursief: ongeloofwaardig bij stormvloedverloop

Tabel 3.3 Invloed golfhoogte bij constante golfperiode. (Tp(t=tJ = 12,0 s; svp = NAP + 5 m)

De tabel laat zien dat, volgens het DUROST A-model, een toename in golfhoogte met 10% resulteert in ongeveer 2% meer afslag.

Bij toepassing van het DUROST A-model heeft een (op dieper water) toenemende golfhoogte twee effecten op de golfhoogte op ondiep water, te weten:

• de golfopzet neemt toe waardoor de waterdiepte en dus ook de fysisch, maximaal mogelijke golfhoogte op ondiep water (iets) toeneemt (indirect effect);

• de golfhoogte op ondieper water neemt slechts iets toe a.g.v. de grotere diepwater-golf (rechtstreeks effect).

Voor een diepwatergolfhoogte van resp. 7, 10 en 14 m bedraagt de golfopzet (tijdens maximum stormeffect) op de NAP -5 m-dieptelijn resp. 0,07, 0,20 en 0,34 m, terwijl de lokale golfhoogte dan resp. 5,10, 5,23 en 5,35 m bedraagt. Van de extreem grote golfhoogte op dieper water is dus nog nauwelijks iets te merken.

Onderlinge vergelijking van een 7 en 14 m hoge golf laat zien dat de relatieve vergroting van de waterdiepte ongeveer 3% bedraagt (10,34/10,07 = 1,03), terwijl de golfhoogte-toename (5,35)/(5,10) = 1,05 is.

De golfhoogte-toename en de daarmee gepaard gaande extra afslag zijn dus voor een groot deel het gevolg van de extra waterstandsverhoging door de golfopzet (het indirecte effect). Het vreemde gedrag van de hoeveelheid DUROS-afslag (cursief aangegeven in Tabel 3.3), is te verklaren uit de steeds verder toenemende overeenkomst tussen het aanwezige profiel en het DUROS-afslagprofiel voor zeer hoge golven. Het lijkt echter weinig raadzaam om voor veiligheidstoetsing uit te gaan van een gunstige grote golf, terwijl een lagere golf onveilig zou zijn!

(23)

3.5 Effect golf periode

Met betrekking tot de onzekerheid in de golfperiode is voor een vijftal Tp-waarden de

hoeveelheid duinafslag boven stormvloedpeil uitgerekend. Hiertoe werd alleen de maximale Tp-waarde in het tijdsverloop van de golfperiode gewijzigd (zie Paragraaf 2.2.4).

De resultaten zijn samengebracht in Tabel 3.4 en Figuur 3.4.

Golfperiode T [s] [%] 10,0 83 11,0 92 12,0 100 13,0 108 14,0 117

Afslag boven NAP +5 m

DUROSTA

[mVm

1

] [%]

163 80 183 90 203 100 215 106 231 114 DUROS [%] 100 100 100 100 100

Tabel 3.4 Invloed golfperiode bij constante golfhoogte (Hdg(max) = 7,0 m; svp = NAP + 5 m)

Door het constant houden van de golfhoogte is er respectievelijk sprake van relatief steile en minder steile golven.

Een wijziging van 10% in de golfperiode resulteert in ongeveer 10% meer of minder afslag. Het toch vrij grote effect op de mate van afslag lijkt meer het effect te zijn van het effectieve verschil in golfhoogte t.p.v. de actieve zone, dan van het periode-effect op het duinafslag-proces.

Het effect van een (afwijkende) golfperiode komt niet tot uitdrukking in de formuleringen van het DUROS- of DUiNAF-model.

Volgens de resultaten van uitgevoerd modelonderzoek heeft de periode op dieper water wel invloed op de hoeveelheid duinafslag; zie [WL-H298, deel II, november 1990].

3.6 Effect golf aan val

In deze paragraaf is het gecombineerde effect van onzekerheid in zowel golfhoogte als golfperiode onderzocht. Omdat naar verwachting een hogere golf tevens gepaard zal gaan met een langere periode, is voor de relatie tussen golfhoogte en -periode uitgegaan van een constante (karakteristieke, significante) golfsteilheid, volgens:

S = —— = constant

(24)

Vergelijking DUROSOUROSTA H12O1-II december 1992

Met:

L i -L° 2

i-2 *

levert dit (voor Tp = 12,0 s): 1^ = 225 m. Voor H^ = 7,0 m volgt dan: S = 0,031.

Ook hier is weer gekeken naar de meer extreme golven conform Paragraaf 3.4.

De resultaten van de uitgevoerde berekeningen zijn samengebracht in Tabel 3.5 en Figuur 3.5.

Ten opzichte van Paragraaf 3.4, waarin alleen de golfhoogte werd gevarieerd, levert eenzelfde toename in de golfhoogte nu duidelijk meer afslag. Een toename in golfaanval met 10% resulteert in 5 a 10% meer afslag. De inkomende golven breken nu immers niet zo snel op steilheid (golflengte is bij hogere golven ook groter).

Voor een diepwatergolfhoogte van resp. 7, 10 en 14 m bedraagt de golfopzet (tijdens maximum stormeffect) op de NAP -5 m-dieptelijn nu resp. 0,07, 0,17 en 0,25 m, terwijl de lokale golfhoogte dan resp. 5,10, 5,56 en 6,10 m bedraagt.

Golfhoogte

[m]

5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 Hsig

[X]

71 86 100 114 129 143 157 171 186 200 Golfperiode TP [s] 10,1 11,1 12,0 12,8 13,6 14,4 15,1 15,7 16,4 17,0

[«>

153 178 203 220 239 258 267 283 297 309

Afslag boven NAP

DUROSTA *] [X] 75 88 100 108 118 127 132 139 146 152 +5 m DUROS *)

[X]

75 88 100 110 118 122 121 117 112 109

*) cursief: ongeloofwaardig bij stormvloedverloop

Tabel 3.5 Invloed golfaanval bij constante golfsteilheid, (H,^/Lo = 0,031; svp = NAP +5 m)

De golfopzet is t.o.v. een situatie met vaste periode (Paragraaf 3.4) minder groot; de golfhoogte is daarentegen wel duidelijk groter, zodat er een grotere correlatie bestaat met de golfhoogte op dieper water. Een tweemaal zo grote diepwatergolf (14 i.p.v. 7 m) resulteert in een 20 % hogere golf op de NAP -5 m-dieptelijn.

De toename van de hoeveelheid afslag is in dit geval dus zowel het gevolg van een extra waterstandsverhoging a.g.v. golfopzet, als van een extra golfhoogte.

M.b.t. DUROS (en DUIN AF) gelden dezelfde overwegingen als genoemd in Paragraaf 3.2.

(25)

3.7 Effect bui-stoten en bui-oscillaties

3.7.1 Bui-stoten

Om het effect van een buistoot (kortstondige waterstandsverheffing in de vorm van alleen een top) op de mate van duinafslag te onderzoeken is voor een aantal karakteristieke buistoten dit effect nader bekeken.

Hierbij is uitgegaan van een duur van een buistoot van ca. 60 minuten (1 uur) en een orde van grootte van 0,40 m (conform [v.d. Graaff, 1984]).

Uitgaande van een cosinus2-vormig tijdsverloop volgens:

hjt) = 0,40 cos

2

1.0

is de totale waterstand te berekenen als het totaaleffect van astronomische, stormopzet- en deze buistoot-bijdrage.

Voor het tijdstip waarop de buistoot aanwezig is (t,^), werd als meest ongunstige keuze het tijdstip van het maximum storm-effect aangehouden.

Een tijdsafhankelijke DUROSTA-berekening laat zien dat een buistoot slechts invloed heeft op de momentane ontwikkeling van de hoeveelheid afslag (tijdens en direct volgend op de buistoot) en niet (of nauwelijks) op de maximale hoeveelheid afslag als aanwezig aan het einde van de storm. De afslag verloopt (relatief t.o.v. een situatie zonder buistoot) "eventjes iets sneller". Na de buistoot gaat het vervolgens echter" iets minder snel", waardoor het netto effect nagenoeg nihil blijft.

Deze conclusies zijn eveneens van toepassing voor andere tijdstippen van de buistoot en zelfs voor meerdere buistoten.

3.7.2 Bui-oscillaties

Series berekeningen naar het effect van bui-oscillaties (periodieke, lokale schommelingen van de waterstand; top en dal) door toevoeging van een 'random' ruis op het waterstands-verloop, laten zien dat het netto effect hiervan eveneens gering is.

3.7.3 Conclusies

Samenvattend lijkt het effect van bui-stoten en bui-oscillaties op de totale hoeveelheid afslag lijkt dus te verwaarlozen.

In het DUiNAF-model wordt de onzekerheid m.b.t. deze verschijnselen verrekend door het toevoegen van een extra afslag van 5%.

(26)

Vergelijking DUROS-DUROSTA H12O1-II december 1992

3.8 Invloed tijdverschuiving stormopzetpiek

Om de invloed van het tijdstip van de maximum stormopzet op de mate van duinafslag vast te stellen, is uitgaande van het standaard verloop van de waterstand het tijdstip van het opzet-maximum (t^^ systematisch verschoven t.o.v. die van het opzet-maximum getijeffect (tm>Mt).

De resultaten van de uitgevoerde berekeningen zijn samengebracht in Tabel 3.6 en Figuur 3.6 en 3.7. Verschuiving tm.opz [uren] 0,00 1,56 3,13 4,69 6,25 " tm, ast relatief +1/8.T +1/4.T +3/8.T +1/2.T svp [m tov NAP] 5,00 4,95 4,85 4,68 4,43

z

5 [m tov NAP] 4,19 4,17 4,08 4,12 4,23 th-p [uren] 5.6 5,7 5,8 10,0 12,5 Afslag NAP [i'/m1] 206 198 191 196 198 boven +5 m

[X]

100 96 93 95 96

Tabel 3.6 Invloed tijdstip hoogwaterpiek; (H^(max) = 7,0 m; Tp(max) = 12,0 s; svp = NAP +5 m;

TM = 12,5 uur)

NB: Het verschil in afslag in de 'basissom' t.o.v. eerdere berekeningen (206 i.p.v. 203 mVm1) is het gevolg van een kleine wijziging in het astronomisch getij (periode

gemakshalve 12,50 i.p.v. 12,42 uur).

In deze tabel staan achtereenvolgens het stormvloedpeil (svp; minimaal als opzetpiek samenvalt met eb bij verschuiving T/2), het niveau dat gedurende 5 uur wordt overschreden (Z5) en de tijdsduur van de hoogwaterpiek ( t ^ ; zie ook Paragraaf 3.3).

De hoeveelheid duinafslag neemt bij toenemende verschuiving initieel iets af, maar bij een verdere verschuiving weer toe als gevolg van met name de toenemende duur van de (lagere) hoogwaterpiek (het hoogwater is lager maar duurt langer).

Het (in dit geval nagenoeg complementaire) effect is in principe afhankelijk van het verloop van de vorm van de stormopzet en het astronomisch getij (vergelijk bijv. station Vlissingen met Den Helder) en het aanwezige vooroeverprofïej.

Vergeleken met een scenario van samenvallende maxima, kan voor een gegeven stormopzet de hoeveelheid afslag maximaal nog ongeveer 10% lager uitvallen.

(27)

4 Conclusies en aanbevelingen

4.1 Conclusies t.a.v. DUROS-DUROSTA-vergelijking

Geconcludeerd kan worden dat er een significant verschil aanwezig is tussen de met behulp van beide modellen berekende afslaghoeveelheden.

Een (groot) deel van dit verschil komt voor rekening van het anders (beter) beschrijven van het effect van de bepalende hydraulische conditie (de golfaanval).

Verder is er nog sprake van een onderschatting door DUROSTA a.g.v. de veronderstelde constante porositeit en de niet geheel juiste modellering van het transport(verloop) boven de water lijn.

Verder zijn de verschillen m.b.t. de afhankelijkheid van het korrelmateriaal opmerkelijk te noemen.

Samenvattend resulteert het DUROS-model in een overschatting van de hoeveelheid afslag in het prototype (met voorzichtigheidshalve 10 a 20 %).

Deze constatering heeft natuurlijk grote gevolgen.

Bij het vervangend gebruik van het DUROSTA-model voor de veiligheidstoetsing, zal de hoeveelheid afslag minder zijn, hetgeen betekent dat de veiligheid van (niet-kritische) duinprofielen hoger zal zijn dan thans wordt verondersteld.

Verder kunnen kritische duinprofielen mogelijkerwijze (nog) niet kritisch blijken te zijn en kunnen geplande suppleties derhalve nog iets worden uitgesteld.

NB: Het mag duidelijk zijn dat positieve financiële consequenties (besparingen) van deze constatering de kosten welke gemoeid zijn (geweest) met de ontwikkeling van het DUROSTA-model verregaand overtreffen.

4.2 Conclusies t.a.v. gevoeligheid randvoorwaarden

Een vergelijking van de afhankelijkheid m.b.t. een specifieke hydraulische randvoorwaarde op de mate van duinafslag, tussen de resultaten van DUROS en DUROSTA-model laat kwalita-tief grote overeenkomsten zien.

Het vergrotende effect van het stormvloedpeil op de mate van afslag (zie Figuur 3.1) is bij beide modellen vergelijkbaar, al is bij DUROSTA dit effect (verklaarbaar) iets sterker

aan-wezig.

Het positieve effect van de tijdsduur van de hoogwaterpiek (Figuur 3.2), zoals dat volgens

DUROSTA het geval is, resulteert in (10 a 15)% meer afslag bij een 10% langere duur van de hoogwaterpiek. Bij DUROS is deze afhankelijkheid geen modelparameter.

(28)

Vergelijking DUROS-DUROSTA H1201-II december 1992

De invloed van de significante golfhoogte (bij constante golfperiode; zie Figuur 3.3) is bij

DUROSTA verklaarbaar kleiner dan bij DUROS, respectievelijk (1 a 2)% en (10 a 15)% meer

afslag bij een 10% hogere golf. Bij de afname in de hoeveelheid afslag bij steeds zwaarder wordende golf aan val zoals deze zich voordoet bij het DUROS-model, kunnen (zeker bij een stormvloed) grote vraagtekens worden geplaatst.

Het positieve effect van de golfperiode (bij constante golfhoogte; zie Figuur 3.4), zoals dat volgens DUROSTA het geval is, resulteert in (5 a 10)% meer afslag bij een 10% grotere piekperiode. Bij DUROS is de piekperiode geen modelparameter.

De invloed van de golfaanval (bij constante golfsteilheid; zie Figuur 3.5) is bij DUROSTA

en DUROS gelijk, namelijk (5 a 10)% meer afslag bij 10% zwaardere golfaanval. De

DUROS-afhankelijkheid is gerelateerd aan enkel de golfhoogte (periode geen modelparameter), waarbij de eerder gemaakte opmerking over deze opmerkelijke afhankelijkheid bij hogere golven van kracht blijft.

De effecten van bui-stoten en -oscillaties blijken op basis van DUROSTA-berekeningen slechts van momentane aard en hebben als zodanig geen invloed op de netto afslag. Bij DUROS is dit effect ondergebracht in een extra toeslag, iets wat dus overbodig lijkt.

De invloed van een tijdverschuiving van stormopzet t.o.v. getijmaximum heeft op basis van de resultaten van DUROSTA-berekeningen, slechts een geringe invloed op de mate van afslag. In het gunstigste geval treedt er 5 a 10% minder afslag op t.o.v. een situatie met samen-vallend opzet- en getij-maximum (zie Figuur 3.7). Het DUROS-model laat deze verkenning niet toe.

Samenvattend kan worden geconcludeerd dat:

• de globale tendensen voor DUROS en DUROSTA overeenkomstig zijn;

• in sommige gevallen DUROS geen en DUROSTA wel een afhankelijkheid geeft; • bij onderlinge afwijkingen de DUROSTA-resultaten meer aannemelijk zijn;

• het gebruik van DUROSTA inzicht verschaft in de relatieve effecten zoals buistoten, hoogwaterverschuivingen, enz.;

• deze laatste effecten netto gering blijken te zijn.

Figuur 4.1 geeft een overzicht van de met het DUROST A-model berekende relatieve effecten van een kleine afwijking in een van de hydraulische randvoorwaarden op de mate van duinaf-slag. Hierin is eveneens de afhankelijkheid van de korreldiameter toegevoegd (zie Paragraaf 2.4.7).

De effecten van stormvloedpeil en korreldiameter blijken het meest belangrijk. Laatst-genoemde is echter binnen vrij nauwe grenzen bekend, zodat het vaststellen van het storm-vloedpeil (of eigenlijk de grootte van het stormeffect) van primair belang is. Een afwijking van 10% resulteert in 20 a 25% meer of minder afslag.

Het effect van de golfaanval (golfhoogte en -periode) is iets minder. Een afwijking van 10% resulteert in 5 a 10% meer of minder afslag.

(29)

Ofschoon gegeven conclusies slechts van toepassing zijn voor het standaard waterstandsver-loop en het standaard referentieprofiel kan worden aangenomen dat deze in grote lijnen ook van toepassing zijn voor een niet-standaard waterstandsverlopen en profielen. Het verdient echter aanbeveling om in voorkomende gevallen met sterk afwijkende basisgegevens, de belangrijkste afhankelijkheden nader te onderzoeken.

4.3 Aanbevelingen

Een simpele vervanging van DUROS door DUROSTA ten behoeve van een nieuwe leidraad is nog niet mogelijk. Hiertoe dient enerzijds deze vervanging nog nader te worden onderbouwd en anderzijds de 'probabilistiek' nog te worden meegenomen.

Een belangrijke voorwaarde voor de vervanging is natuurlijk dat het nieuwe model een betere voorspelling geeft van de, als gevolg van een specifieke storm, te verwachten hoeveelheid afslag. Uit de vergelijking tussen een groot aantal gemeten afslagprofielen en -hoeveelheden en de met het DUROST A-model berekende hoeveelheden (zie rapportage [H1201-1]) en de in deze notitie gepresenteerde vergelijking tussen het DUROS en het DUROST A-model, blijkt dat er juist in de belangrijke afslagzone nog een tweetal foutenbronnen aanwezig zijn. Deze hebben betrekking op respectievelijk:

• effect niet constante dichtheid; • transportverdeling op het strand.

Aanbevolen wordt om met betrekking tot deze aspecten een nadere vervolgstudie te initiëren.

(30)

Vergelijking DUROSDUROSTA Hl201 II december 1992

Literatuur

Centrum voor Onderzoek Waterkeringen (CO W), Hydraulische randvoorwaardenten behoeve van modelonderzoek naar duinafslag, Notitie S-81.015, 1982.

Graaff, J, van de, Probabilistische methoden bij het duinontwerp; Achtergronden van de TA W-leidraad Duinaf-slag, Technische Universiteit Delft, Afdeling der Civiele Techniek, maart 1984.

Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen (TAW), Leidraad voor de beoordeling van de veiligheid van duinen als waterkering, mei 1984.

Rijkswaterstaat, BeleidsanalyseKustverdediging; Typering nederlandsekustdwarsprofielen ten behoeve van duin-afslag-analyses, Notitie GWAO-88.400, november 1988.

Waterloopkundig Laboratorium, Gedragsmodel duinvoet; programma's DUIN en GENRAN, Verslag onderzoek Hl 173, november 1990 (concept).

Waterloopkundig Laboratorium, Praktijkproef hangend strand; voorstudie, Verslag onderzoek Hl 291, februari 1991.

Waterloopkundig Laboratorium, Golfhoogteafname tijdens extreme condities; beschrijving, calibratie en verificatie van de golfvoortplanting in het DUROSTA-model, Verslag onderzoek H298, deel II, november 1990.

WaterloopkundigLaboratorium,DUROSTA;Tijdsamankelijkdwarstransportmodelvoorextreme condities, Verslag onderzoek H298, deel III, november 1990.

Waterloopkundig Laboratorium, Verificatie DUROSTA-model, Verslag onderzoek Hl 201, deel I, december 1992. Waterloopkundig Laboratorium, DUROSTA; Tijdsafhankelijk dwarstransportmodel voor extreme hydraulische

condities; Handleiding bij PC-model DUROSTA-1.11, november 1991.

(31)

.ekper i Q. 11.5 11.0 10.5 10.0 10 15 20 25 ü_ CC 30 35

Tijd [uren]

4.0, 6 . 0 5 . 0 4 . 0 o 3 . 0 2 . 0 1.0 0 . 0 - 1 . 0 10 20 25 30 35 Tijd [uren] ~1 _ \ i / l 10 15 20 25 30 35 Tijd [uren]

OVERZICHT STRNDRRRD HYDRRULISCHE

DIEPHRTERRRND-RRNDVOORHRRRDEN

DUROSTR

WATERLOOPKUNDIG LflBORRTORIUM

H 1 2 0 1 - I I

F I G . 2 . 1

(32)

RP-00 en RP-01/03

RP-00 en RP-04/08

RP-00 en RP-09/11

-1600 -1200 -800 -400 0

Positie [m tov oorsprong]

OVERZICHT GEBRUIKTE KRRRKTERISTIEKE

KUST-DWRRSPROFIELEN

R P - O O / l l

DUROSTB

(33)

32 uur; variabel

a.

en

.20,-10 c -5 - - ^ = 10 --15 -2 -1000 -800 -600 -400 -200 0

i i i i i i i i i j i i i i i i ! i i i 7 (\ • / < i i !

_J

n

-800 -600 -400 -200 0

OVERZICHT BEREKENDE RFSLRGPROFIELEN

V e r g e L L j k L n g DUROS/DUROSTR

RP-00

DUROSTfl

(34)

^ 2 2 0 200 -o 180 160 120 100 80 60 450 o. > 0) Q) > O - Q CD O 400 350 300 250 200 150 100 50 T " 'T' I I I "7 r '1' T' "i T T r 1 r

-e

-e-DUROSTfl-32 uur DUROS - 7 , 6 m DUROSTR-7,6 m (op NRP-20m] "T" ._ +

L

T-r-t~i

.1 .L. I i i , .i • H t i T '

L.

J J L l 1 1 j . < L. 1.

.-^—u--t 1 — ! T" I I I .1. I

L

l I 100 200 300 400 500 600 700 Bodemhelling [1 : n) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Relatieve helling [-]

INVLOED BODEMHELLING VOOROEVER OP

DE MRTE VRN DUINRFSLRG

RP-00

DUROSTR

1 : 60 tot 1 : 720

i _ j

4v

i n

i i i i _ i i i i i • -800 -600 -400 -200 0

OVERZICHT BEREKENDE RFSLRGPROFIELEN

VergeLLjklng DUROS/DUROSTR

RP-00/01

DUROSTfl

(36)

profiel RP-02

— Uitgangsprof Lel DUROS ; 7,6 m DUROSTfl; 32 uur

-800 -600 -400 -200 0

p r o f i e l RP-03

— Uitgangsprof l e l DUROS ; 7 , 6 m DUROSTfl: 32 uur

-800 -600 400 -200 0

OVERZICHT BEREKENDE flFSLRGPROFIELEN

Vergelijking DUROS/DUROSTR

RP-02/03

DUROSTfl

(37)

DUROSTfl; 32 uur

-2C

-800 -600 -400 -200 0

profLeL RP-05

— U i t g a n g s p r o f l e l DUROS ; 7,6 m DUROSTfl; 32 uur

-800 -600 -400 -200 0

OVERZICHT BEREKENDE RFSLRGPROFIELEN

V e r g e l i j k i n g DUROS/DUROSTR

R P - 0 4 / 0 5 DUROSTfl

(38)

.-.20 Q_ CC 10 o -5 -10 - 1 5 - 2 T ' • - I )-• Q_ 10 o - 5 -10 - 1 5 T " T"

profLeL RP-06

U L t g o n g s p r o f l e l DUROS ; 7,6 m DUROSTfl; 32 uur L. .J

L.

-800 -600 -400 -200. 0

T' T'

profLeL RP-07

Uitgangsprof lel — DUROS ; 7,6 m DUROSTfl; 32 uur L. -800 -600 -400 -200 0

OVERZICHT BEREKENDE RFSLRGPROFIELEN

VergeLLjkLng DUROS/DUROSTR

RP-06/07

DUROSTR

(39)

DUROSTfl: 32 uur

-2C

-800 -600 -400 -200 0

— Uitgangsproflel DUROS ; 7,6 m DUROSTfl; 32 uur

-800 -600 -400 -200 0

OVERZICHT BEREKENDE RFSLRGPROFIELEN

VergeLLJkLng DUROS/DUROSTR

RP-08/09

DUROSTfl

(40)

p r o f i e l RP-10

— Uitgangsprof l e l DUROS ; 7,6 m DUROSTR; 32 uur 10 -- 1 5

"-9ooo

-1000 -800 -600 -400 -200 0

p r o f i e l RP-11

— Uitgangsprof l e l DUROS ; 7,6 m DUROSTfl; 32 uur

-800 -600 -400 -200 0

OVERZICHT BEREKENDE RFSLRGPROFIELEN

V e r g e U j k l n g DUROS/DUROSTR

RP-10/11

DUROSTR

(41)

cn o_i (0 o 1 ROS T 250 200 150 100 50

Legenda

• RP-00

o RP-01 (g,b)

A RP-02 (g,b)

+ RP-03 [g,b]

x RP-04 [b)

• RP-05 [b]

• RP-06 (b)

X RP-07 [b]

Z RP-08 Cb]

Y RP-09

w RP-10

* RP-11

«0 g~geul, b"bonk • ) T " T " — -x-• - t s'\ . J . . J . + J K 1 ' T " . J I — / • / / .1 ' 1 -f f (-•

/"-t

^ i I -t f' . L . T ' 1 j T' L. 1 4-50 100 150 200 250 300 DUROS-ofsLog [ m3/ *1]

VERGEL IJK ING DUROS/DUROSTR-flFSLRG

RfsLag voor d i v e r s e kustprofLeLen

RP-00/11

DUROSTfl

s v p . - NRP+5 m

(42)

£ E CD O _ > (O

o

I cc I— en o oc o 102 T '

~A

Legenda

• RP-00

O RP-01 Cg,b)"

A RP-02 (g,b]

+ RP-03 (g,b)

x RP-04 Cb)

• RP-05 Cb) • RP-06 Cb) X RP-07 Cb) Z RP-08 Cb) Y RP-09 w RP-10 x RP-11 • ] g~geuL, b~bank T"

I

• 1/

Y

f • 30X. /f X. T' - t • H -é - / • -s~\ 4--/ / / / 1

r'

. J L . 102 103

DUROS-afsLog

VERGEL IJKING DUROS/DUROSTR-RFSLRG

RfsLag voor diverse kustprofleien

RP-00/11

DUROSTfl

s v p . - NflP+5 m

NflTERLOOPKUNDIG LRB0RRT0RIUI1

H 1 2 0 1 - I I

F I G . 2 . 1 2

(43)

O) O <D . j ~> O _ > <D 200 180 160 140 120 100 80 60 40 > 0) c > O _o en o _> 400 350 -300 250 1 200 150 -100 150 200 250 300 J50 D50 [10 m] 60 80 100 120 140 Relatieve korreldlameier [X]

INVLOED KORRELDIRMETER OP RFSLRG

Vergelijking DUROS/DUROSTR-afslag

RP-00

DUROSTR

NflTERLOOPKUNDIG LflBORflTORIUM

H 1 2 0 1 - I I F I G . 2 . 1 3

(44)

O CO o CD CD O CD CC 220 200 180 "B ^^ to Q_ tti c Q) O -O O) o 0) (•-er 450 400 350 160 140 120 100 60 60 40 300 250 200 150 100 1.0 4 . 5 5 . 0 5.5 6.0 6.5

Stormvloedpell [m tov NflP]

80 90 100 110 120 130

Relatief stormvloedpell ['/.]

INVLOED STORMVLOEDPEIL OP flFSLRG

V e r g e l i j k i n g DUROS/DUROSTfl-afslag

RP-00

DUROSTR

WRTERLOOPKUNDIG LRBORRTORIUM

H 1 2 0 1 - I I

F I G . 3 . 1

(45)

V) O ID (D lo t ID o : 200 180 Q_ 0) (D O J 3 O5 O <r 4 0 0 350 160 140 120 100 80 60 40 300 250 200 150 100 .1 • 4 5 . 0 • H L. . J --t DUROSTfl DUROS (relotlef] 'T'

.J

-H 5.5 6.0 6.5 7.0

Tijdsduur hoogwaterpLek [uren]

85 90 95 100 105 110 115 120 125 Relatieve tijdsduur [*/.]

INVLOED TIJDSDUUR HOOGNRTERPIEK

V e r g e l i j k i n g DUROS/DUROSTR-afslag

RP-00 DUROSTfl

(46)

o (O o <D (D CC 220 200 180 160 140 120 100 80 60 ""E b - J •e n svp . o o _> flfs 450 400 350 300 250 200 150 100 50. 8 10 12 14 Significante goLfhoogte [m] 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Relatieve golfhoogte ['/.]

INVLOED GOLFHOOGTE OP RFSLRG

Vergelijking DUROS/DUROSTR-afslag

RP-00

DUROSTR

Const. golfperiode

(47)

O)

o

.J o _) (D CC 200 180 160 140 120 100 80 60 40 bove n svp .

o

flfsl 400 350 300 250 200 150 100 50. -4

L.

4--DUROS [reLotlefJ DUROSTfl • +

-.J

10 11 12 13 14 15 Piekperiode [s] 85 90 95 100 105 110 115 120 125

Relatieve golfperlode ['/.]

INVLOED GOLFPERIODE OP RFSLRG

V e r g e l i j k i n g DUROS/DUROSTR-afslag

RP-00

DUROSTfl

Const. golfhoogte

(48)

o w o .J az 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 "B £ bove n svp . o flfsl 450 400 350 300 250 200 150 100 50. DÜJROS [relatief] 8 10 12 14 Significante golfhoogte [m] 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Relatieve golfhoogte ['/.]

INVLOED GOLFRRNVRL OP RF5LRG

V e r g e l i j k i n g DUROS/DUROSTR-afslag

R P - 0 0 DUROSTR Const.golfstellheld

(49)

_ \ ' \ _ - ~ , \ . ' \ l /Stormoplzet f/ / I vRstr .bLjjdrage / / / I \ I / -1 ₂₀ ₂₅ 30 35 Tijd [uren]