TAW-profielen: Selektie en analysemethoden

(1)

I

Instituut voor Ruimtelijk Onderzoek

Institute of Geographical Research

I

A. Stolk .

~'---~---~

I

Geografisch Instituut

Vakgroep Fysische Geografie Rijksuniversiteit Utrecht

Heidelberglaan 2 3584 CS Utrecht The Netherlands

(2)

I

TA \\'-PROFIELE.." SELEKTIE EN A.~ALYSEMETHODEN

I

Rapport GEOPRO 1991.027 A. Stolk

I

(3)

I

_{INHOUDSOPGA VE}

blz.

I

LUST VAN FIGUREN EN TABELLEN 1

1 INLEIDING 2 2 TAW-METINGEN 6

I

3 INVENT ARISATIE 11 4 STORMEN EN STORMVLOEDEN 12 4.1 Algemeen 12 4.2 Stormjaren 12

4.3 Stormperioden en rustig weer perioden 16

I

4.4 Stormvloeden 20

5 SELEKTIE ANALYSEPERIODE EN KUSTSEKTIES 22

5.1 Algemeen 22

5.2 Golfgegevens 22

I

5.3 Selektie analyseperiode5.4 Selektie kustsekties 2324

6 EERDERE ANALYSES VAN TAW-PROFIELEN 26

7 ANALYSEMETHODEN 27

I

7.1 Algemeen7.2 Blackbox benadering 2727

7.3 Tijdreeks benadering 28

7.4 Eigenfunktie benadering 30

7.5 Profielbundel benadering 32

7.5.1 Profielbundel 32

I

7.5.2 Vertikale en horizontale dynamiek 34

7.5.3 Kwantificering dynamiek kustprofiel 36

7.6 Grensdiepte benadering 39 7.6.1 Definitie 39 7.6.2 Berekening grensdiepten 40 7.6.3 Nederlandse kust 42

I

'l,6 4 Toepassingen 45 8 KONKLUSIES EN AANBEVELINGEN 47 LITERATUUR 48

I

(4)

I

LUST VAN FIGUREN EN TABELLEN

I

Fi~uren

I

Fig.l-l Schematisch kustprofiel van onderwateroever tot duin (naar Ehlers, 1988)

Fig.I-2 Schematisch kustprofiel van vlakke zeebodem tot strand (naar Niedoroda e.a., 1985)

Fig.I-3 Aktieve zone en laagdynamisch profieldeel (naar Stive, 1989 en Wright e.a., 1985)

Fig.2-1 TAW-raaien 1968-1974 (Rijkswaterstaat, 1981) Fig.2-2 TAW-raaien 1974-1982 (Nijland, 1992)

Fig.2-3 TAW-raaien 1982-1985 (Nijland, 1992)

Fig.2-4 Voorbeeld TAW-profielen, Katwijk aan Zee (Houwing, 1991)

I

Fig.4-1 Stormaktiviteit per stormjaar (1964/65-1988/89)

Fig.4-2 Stormdichtheid (1974-1982)

Fig.5-1 Situering golfmeetstations (Roskam, 1988)

I

Fig.7-1 Profielbundel

Fig.7-2 Vertikale dynamiek Fig.7-3 Horizontale dynamiek Fig.7-4 Dynamiekdiagram

Fig.7-5 Relatieve horizontale dynamiek Fig.7-6 Relatieve vertikale dynamiek

Fig.7-7 Grensdiepten (Hallermeier, 1981a,b)

I

Tabellen

I

Tab.4-1Tab.4-2 Stormaktiviteit per maand (1974-1982)Stormaktiviteit per stormjaar (1964/65-1988/89)

Tab.4-3 Stormaktiviteit per kalendermaand (1 juli 1964 - 1 juli 1989) Tab.4-4 Overzicht stormvloeden (1969-1990)

I

Tab.5-1 Golfmeetstations (Roskam, 1988) Tab.5-2 Kenmerken geselekteerde kustsekties

Tab.7-1 Golfgegevens over 1979-1986 t.b. v. berekening grensdiepten Tab.7-2 Landwaartse- en zeewaartse grensdiepten Nederlandse kust.

I

1

I

(5)

1 INLEIDING

I

Kader

Bij het onderzoek in het kader van het Projekt Kustgenese en de Discussienota 'Kustver-

I

dediging na 1990' is een konceptueel model ontwikkeld voor de gesloten kust. In dit

model wordt onderscheid gemaakt tussen een hoogdynamisch deel van het kustprofiel. de aktieve zone, waarbinnen een sterke koppeling is tussen de hydrodynamische kondities en de morfologie, en een dieper gelegen laagdynamisch deel waarin deze koppeling veel

minder sterk is. De grens tussen beide profieldelen wordt gelegd bij een diepte van ca.

I

NAP -8 m (Roelvink, 1989; Stive, 1989).

De kust kan op grond van de morfologie ingedeeld worden in enkele zones die min of meer evenwijdig zijn aan de kustlijn (fig. 1-1en 1-2).

OfIDERWAHRO[VER NATTE STRAND

I

DROGE STRAND

I

DUIN

(ZEEREEP)

I

gem.hoogwatlr branding

\.

\ berm

I

Fig.I-I Schematisch kustprofiel van onderwateroever tot duin (naar Ehlers, 1988) Sedimentuitwisseling tussen de morfologische zones binnen de aktieve zone (kleine kringloop; duin, strand en brandingszone) vindt vaak en snel plaats. De sedimentuitwisse

-ling van de' aktieve zone met het laagdynamische deel van het profiel (grote kringloop) vindt soms snel, maar in het algemeen langzaam plaats (fig.I-3). Veelal wordt gesteld dat

tijdens rustig weer het sediment onder invloed van zeegang en deining langzaam naar de kust toe beweegt. Tijdens stormen wordt zand snel zeewaarts gevoerd.

Dit laatste komt bijvoorbeeld voor in de Duitse Bocht waar op diepten van 10-15 meter

stormafzettingen zijn aangetroffen, waarvan vaststaat dat het zand niet slechts ter plaatse omgewerkt is, maar afkomstig is uit de aktieve zone. Bij deze verplaatsingen zijn zeer grote hoeveelheden zand betrokken (Gadow & Reineck, 1969; Aigner & Reineck, 1982). Er zijn zowel kustgebieden waar bij rustig weer volledig herstel plaatsvindt van de door een storm veroorzaakte erosie als gebieden waar de achteruitgang door stormen blijvend is. De verschillen tussen het sedimenttransport onder extreme omstandigheden en dat bij rustig weer, die op langere termijn het netto effekt bepalen, kunnen klein zijn, zodat het van belang is het kustgedrag onder beide omstandigheden te kennen (Stolk e.a., 1987).

I

Probleemstelling

De vraag is welke morfodynamische processen relevant zijn voor het sedimenttransport. zowel onder storm als onder rustig weer kondities. Hierbij is van belang in hoeverre deze

processen zich afspelen binnen de aktieve zone, hoeveel sediment er verplaatst wordt en

I

2

(6)

I

Fig.1-2 Schematisch kustprofiel van vlakke zeebodem tot strand (naar Niedoroda e.a.,1985)

I

laagdynamisch profieldeel

I

aktieve zone

I

Fig.1-3 Aktieve zone en laagdynamischprofieldeel (naar Stive, 1989 en Wright e.a.,1985) I: kleine kringloop;11:grote kringloop ...

3

(7)

I

hoe groot de sedimentuitwisseling is tussen de aktieve zone en het laagdynamische deel van het kustprofiel.

De overgang tussen het hoogdynamische en het laagdynamische deel van het kustprofiel

zal waarschijnlijk diffuus zijn, maar de processen aan beide zijden van die grens en de

uitwisselingen over die grens bepalen mede de morfologie van de onderwateroever en de

I

veranderingen daarin.

In het kader van onderzoek naar duinafslag heeft de Technische Adviescommissie Waterkeringen tussen 1968 en 1985 op een aantal plaatsen kustmetingen laten uitvoeren. Door hun opnamefrekwentie, van enkele malen per jaar tot eens per maand, en hun

lengte, tot 1200 m zeewaarts van de laagwaterlijn, lijken deze metingen geschikt om

I

'

antwoord te geven op bovengestelde vragen.

Doelstelling

Het doel van de analyse van de TAW-raaien is een kwalitatieve en kwantitatieve onder-bouwing te leveren van de veronderstelde sedimenttransporten tijdens stormperioden en gedurende perioden met rustig weer.

De nadruk ligt daarbij op :

- de morfologische respons van de kust op wisselende hydrodynamische omstandighe-den, met name stormperioden vs. perioden met rustig weer

- de sedimentuitwisseling tussen de aktieve zone en het laagdynamisch deel van hetkustprofiel

- het bestuderen van de invloed van de morfologie op de kustafslag en het daarop volgende herstel.

I

Fasering onderzoek

Het onderzoek aan de TAW-profielen wordt in fasen uitgevoerd.

De eerste fase bestaat uit een inventarisatie van de over verschillende diensten verspreide profielgegevens en het opnemen van die gegevens in een bestand. De resultaten van de inventarisatie en een beschrijving van de bestandsopbouw worden gegeven in Rapport GWAO 92.128 : Inventarisatie en bestandsopbouw TAW-profielen (Nijland, 1992).

De tweede fase wordt gevormd door:

I

a) Een selektie naar plaats en tijd van een beperkte dataset die geschikt is voor verdere analyse

b) Een voorstel, op grond van literatuurstudie, van een aantal analysemethoden die met de geselekteerde dataset uitgevoerd kunnen worden.

I

Het resultaat van de selektie en de voorgestelde analysemethoden worden beschreven in

dit rapport.

In de derde fase worden de verschillende deelonderzoeken uitgevoerd.

Een onderzoek naar morfologische veranderingen van kenmerkende profieldelen die duiden op zandtransport is beschreven in Rapport GEOPRO 1991.018 : Analyse van de TAW-profielen, Egmond aan Zee en Katwijk aan Zee (Houwing, 1991).

I

4

(8)

I

Opbouw rapport

I

Dit rapport geeft de tweede fase van het onderzoek weer. In hoofdstuk 2 en 3 wordt kort ingegaan op de TAW -metingen en de inventarisatie ervan. In hoofdstuk 4 wordt een uitgebreid overzicht gegeven van stormen en stormvloeden in de laatste 25 jaar.

In hoofdstuk 5 wordt de selektie van een dataset voor verdere analyse toegelicht en verantwoord. Bij deze selektie worden de lokaties van de TAW-metingen, de beschikbaar-heid van profielen golfgegevens en de stormaktiviteit als criteria gehanteerd om te komen tot een selektie van een aantal kustsekties waarvan en een periode waarover de TAW-profielen geanalyseerd zullen worden. Hoofdstuk 6 geeft een kort overzicht van eerdere analyses van TAW-profielen.

In hoofdstuk 7 worden een aantal analysemethoden voorgesteld. Op grond van literatuur-onderzoek kan een aantal benaderingswijzen van profielgegevens onderscheiden worden. Er wordt in dit hoofdstuk uitgebreid ingegaan op een aantal van deze benaderingen. De bespreking van deze analysemethoden is bedoeld om richting te geven aan het vervolgon-derzoek in de derde fase.

Het rapport wordt afgesloten met konklusies en aanbevelingen voor verder onderzoek aan de TAW-profielen en profielonderzoek in het algemeen.

I

Werkopdracht

I

Het in dit rapport weergegeven onderzoek valt binnen het Projekt Kustgenese. Het werd uitgevoerd door drs. A. Stolk van de Vakgroep Fysische Geografie van de Rijksuniversi-teit Utrecht in de periode mei - oktober 1990. Opdrachtgever was de Dienst Getijdewate-ren van Rijkswaterstaat (kontrakt nr. DGI88).

Het onderzoek werd uitgevoerd onder verantwoordelijkheid van drs. P. van Vessem van de Dienst Getijdewateren en van dr. P.G.E.F. Augustinus van de Vakgroep Fysische Geografie. Van hun opmerkingen en die van drs. A. Kroon en drs. K.M. Wijnberg is bij het schrijven van het rapport dankbaar gebruik gemaakt.

I

5

I

(9)

2 TAW-METINGEN

I

Vanaf 1964 wordt jaarlijks het kustprofielgemeten tot een afstand van ca. 800 m uit de

I

Rijks Strandpalenlijn (RSP-lijn). Het meetprogammabeslaat ca. 2000 raaien, met een

onderlinge afstand van 200-250 m, langs de Nederlandse kust. De resultaten van deze metingen worden opgeslagenin het IARKUS (JaarlijkseKustmetingen)bestand.

Morfologischeveranderingen, zoals verstellingen verflauwing van de onderwateroeveren verandering in de ligging van de brandingsruggenkunnen met behulp van de

lARKUS-metingen bepaald worden (Bakker & De Vroeg, 1988; Knoester, 1990). Voor een

I

overzicht van de morfologievan de Nederlandsekust wordt verwezen naar Stolk (1989).

Ten behoeve van het onderzoek naar duinafslag was er behoefte aan metingen met een hogere opnamefrekwentieen over een grotere raailengte.

In het kader van onderzoek naar duinafslag heeft de Technische Adviescommissie Waterkeringen tussen 1968 en 1985 op een aantal plaatsen kustmetingen laten uitvoeren

(Rijkswaterstaat, 1981;Glim, 1985).

.

1 ,

Deze TAW-metingenhadden een tweeledigdoel: 1)onderzoek duinafslag

2) opbouw gegevensbestandt.b.v. kustonderzoek

De TAW-metingenbestaan uit kustprofielmetingen,metingen van golfhoogten en water-standen,en korrelgroottebepalingen.Het kustprofielwerd in drie gedeelten opgenomen:

1) duinmetingen

2) strandmetingen(laagwaterlijntot NAP +5 m) 3) kustlodingen(tot ca. 1200m uit de laagwaterlijn)

De opzet was om deze metingen in de meetperiode van september tot april elke twee weken uit te voeren. Bovendienmoest zo snel mogelijk na een storm gemeten worden. In de praktijk werd veel minder en onregelmatigergemeten en was vooral de lodingsfre-kwentie laag (Nijland, 1992).

Bij de hoogtemetingen (stranden duinmetingen) en de lodingen treden toevallige en systematische meetfouten op. Een overzicht van de foutenbronnen en een uitgebreide

. foutendiskussieis te vindenin Glim& Visser (1981), Visser (1982a,b) en Ettema (1988). De profielmetingen zijn uitgevoerd op een aantal geselekteerde plaatsen langs de Neder-landse kust (fig.2-1 tlm 2-3). Deze kustsektiesbestaan uit één tot vijf raaien. In deze .

raaien werd herhaaldelijk het kustprofiel opgemeten. De TAW-raaien zijn gekozen ter plaatse van de Iarkus-raaien in de kustsekties, maar lopen verder zeewaarts door. In

figuur 2-4 wordt een voorbeeld gegeven van de profielmetingen in een TAW-raai. In 1968 werd begonnen met vier kustsektiesvan drie raaien in Holland (Egmond aan Zee,

Heemskerk, Bennebroeken Katwijk aanZee). Later werden meer lokaties bij de metingen betrokken. Vanaf 1974 ook de Waddeneilanden.In verband met gekonstateerdeafslagpun-ten langs de kust werden vanaf september 1982 gedeeltelijk andere kustsekties geselek-teerd om de TAW-metingenvoort te zetten.Hierbijwerd de kustlangse afstand tussen de raaienin veel gevallenverdubbeld.

6

I

(10)

SChiarmonnikoog .

I

c;;7

~

c;:;;:---""

~hl2"ing

I

d,:,ond

I

/)T<lXI2I

Crin

I

59.00 59.25 59.50 59.75 ~.~~.~~.~~.75~.~ 7O.~ 70.50 71.00

I

Katwijk aan Zee

10.04 10.4410.84

I

"

_.

-.

..._

/ ._j ."'\ _/ L._./ j

,

/

(

.

...-:

.

.J ./

I

Fig.2-1 TAW-raaien 1968-1974 (Rijkswaterstaat, 1981)

(raainummers volgens nummering Rijksstrandpalenstelsel)

7

(11)

9.000 ti'" '0.000 SChiarmonnikoo9! ~ 13.&00t/m , ...a00 Am"lond ie.eoo !fm 17400 ~ ~,ng Nes .---- ...-'::3.0~5~/m 43950 ~ §Vliqland

Q

TCZXCI '9.120 ti'" 19.920 oucc-cnud Dan HQldczr 5,&60 tlm ó4eo '0.540 tlm ".750 40.:>00 t/m 41.000 kmI" 4S.COC ..:g.OOCllm 50.000 :'0.000 tlm 71.000 64.250 tlm 84.750 107.730 tImlOB.450 1004' tlm'0.6":'

Fig.2-2 TAW-raaien 1974-1982 (Nijland, 1992)

(raainummers volgens nummering Rljksstrandpalenstelsel}

8

I

(12)

I

ZUIO 21.40 21.80 13.60 13.80 14.40 9.60 10.00 10.40 ZO.ZOZO.6O21.00 ~ 16.60 17.~007.4O 1.60 9.00 9.4( Amalond 50.41 50.77 51.12 Ierscneüinç

46.27 46.6Z 2e7'00 43.~ 43.40 43.76 VIlaland 26.00 26.40 26

12

80 22.11 22.51 22.91 Taxal 19.12 19.52 19.92 9.20 9.60 10.01 Dan Haldar a.40 a.80 9.ZO 9.60 10.00

\

~ SCh~<>09

I

5.611 6.08 10.!>4 11.15 6.48

I

4.;

'-<I

/\..t Q

Q:-o

411.00 411.50 49.00 49.50

o

~5O

<-

60.00 60.50

I

70.00 70.50 71.00 107.45

I

Fig.2-3 TAW-raaien 1982-1985 (Nijland, 1992)

(raainummers volgens nummering Rijksstrandpalenstelsel)

9

(13)

(

7 I

J

I

1 I

I

1 I

I

\

I

/ ( \

\

J

!

i

I

,,

I

,

I

.,

)

I

1 I

I

\

I

/

/ I \

\

I

\

J

_-

i

_.:. ~

;

1 I , I , 1

I

,

I

,

I

,

I

I !

/ I'

J 1 1 1 1 1

I

1 1 1 1 1 I

1

1 lIJ

(

1

J

III

1

I

(

\

I

\

I

\

1 ) \

1 I

\

I I I I I /

\

~ \ \ \

\

1

/ ( o :; 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1

,

1

1 1 1

1 I

1

,

\

I

\

I

1

I I ( \ \ 1 .; I I Cl!

l

x ft ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ : ~

2 ~

1 ~ ~ ~

0 ~ 0 i I • 0 • ! t I ! •

-,

~

1

1 1

1

1 1 1 }

1

1 1

I

1

I: ::

,

.

: i

i ~

1 ' 1 1 1 1

1

1 1 1 1 1 1 1 1 1

1

1 }

I

1 I

1

1 /

1

J

,

/

1

I

1

1 I

1

1 I

1

( \ \ \ \ 1 I /

I

J

I

/

\ 1 1 1

1

, . o 0 0 0

I

~

.

I

10

I

(14)

I

Door hun hogere frekwentie, enkele malen per jaar, en hun grotere lengte, tot ca. 1500 m zeewaarts van de RSP-lijn (ca. 1200 m van de laagwaterlijn), zijn de TAW-metingen beter geschikt om de grens van de aktieve zone en de invloed van hydro-meteo kondities op de morfologie en het zandtransport vast te stellen dan de JARKUS-metingen.

De kustprofielmetingen werden aangevuld met golfhoogte- en waterstandsmetingen. Vanaf 1976 werden korrelgroottebepalingen van het stranden duinzand verricht (Glim, 1985).

In 1985 werd het TAW-meetprogramma beëindigd, na het vaststellen van de 'Leidraad voor de beoordeling van de veiligheid van de duinen als waterkering' (fA W, 1984).

I

3 INVENTARISA TIE

I

De TAW-metingen werden uitgevoerd door verschillende diensten, die later bij reorgani-saties betrokken raakten. Hierdoor en door het feit dat de metingen onregelmatig uitgevoerd werden, is het niet eenvoudig om een overzicht te krijgen van de beschikbare gegevens.

Er vindt thans een inventarisatie plaats van alle kustprofielmetingen. Het is gebleken dat zeer veel gegevens alleen in tabelvorm (op schrift) beschikbaar zijn. Voor verdere analyse is het invoeren van een deel van deze gegevens in een computerbestand noodzakelijk. Er wordt naar gestreefd bij DGW een bestand van geselekteerde TAW-profiel metingen op te zetten.

Een toegankelijk computerbestand maakt het mogelijk de hoogtemetingen en lodingen te koppelen, de profielen visueel te presenteren en kwantitatieve analyses uit te voeren. De.resultaten van de inventarisatie en een beschrijving van de bij de bestandsopbouw gebruikte programmatuur wordt gegeven door Nijland (1992).

De hoogtemetingen werden meestal niet op de zelfde dag uitgevoerd als de lodingen. De tijd die tussen loding en hoogtemeting verliep varieerde. Door slechte weersomstandighe-den konweersomstandighe-den lodingen soms niet of niet bijtijds verricht worweersomstandighe-den. Er zijn ineer hoogtemetin-gen dan lodinhoogtemetin-gen uitgevoerd.

Om een volledig profiel te verkrijgen werd uitgegaan van de beschikbare lodingen. Aan elke loding werd de in de tijd dichtstbijzijnde hoogtemeting gekoppeld. Dit kan zowel een aan de loding voorafgaande als een op de loding volgende hoogtemeting zijn. Voor de manier waarop deze koppeling uitgevoerd is en de kriteria die daarbij werden gehanteerd, wordt verwezen naar Nijland (1992) en Houwing (1991).

I

11

I

(15)

4 STORMEN EN STORMVLOEDEN

4.1 Algemeen

Met de analyse van TAW-profielen wordt getracht de morfologische respons van de kust op wisselende hydro-meteo omstandigheden te bepalen. Hiertoe moet voor de analyse gekozen worden voor een tijdsspanne waarin perioden met grote storrnaktiviteit en (aansluitende) perioden met rustig weer elkaar afwisselen.

Het KNMI heeft een storrnoverzicht uitgegeven (Augustijn e.a., 1990) met daarin de datum en het verloop van alle stormen van windkracht 8 Bft en hoger in de periode 1964-1990.

Indit hoofdstuk worden de gegevens uit Augustijn e.a. (1990) zodanig herschikt dat ze een overzicht geven van :

- stormrijke en stormarmejaren - stormrijke en stormarme maanden

Op grond van deze overzichtenzal een analyse gegeven worden van de storrnaktiviteitper jaar. Ook worden storrnperiodenen rustig-weerperioden vastgesteld ten behoeve van de

analyse van TAW-profielen.

Daarnaast wordt een overzicht gegeven van de stormvloedenin de periode 1969-1990op grond van gegevens uit de storrnvloedrapportenen storrnverslagen van de Storrnvloed-waarschuwingsdienst(SVSD)van Rijkswaterstaat(SVSD, 19ii).

Hoewel voor het onderzoek van TAW profielen alleen de periode 1968-1985van belang is, is er voor gekozen het overzicht te geven over de hele periode waarover gegevens beschikbaar zijn.

4.2 Stormjaren

In de KNMI stormenkalender(Augustijne.a., 1990 ) wordt naast een opsommingvan alle stormen van juli 1964 tot februari 1990 ook het aantal stormen per jaar weergegeven in een histogram. Hierin is het aantal stormen per kalenderjaar weergegeven. Een betere

.methode is volgens Smid (pers. med.) om uit te gaan van een storrnjaar. Een stormjaar

wordt gedefinieerdals een jaar lopend van

ca.

1 juli tot

ca.

30 juni. Het optreden van een

storm rond 1 juli kan een klein verschil in het begin of eind van een stormjaar ten '

gevolge hebben. Wanneer bij het berekenenvan stormstatistieken uitgegaan wordt van een storrnjaar worden stormen die tot één storrnseizoenbehoren niet gescheiden door een onnatuurlijkejaarovergang.

In deze paragraafzal een analyse van de storrnaktiviteitper storrnjaar uitgevoerd worden

van de stormjaren 1964/65tot 1988/89.

Wanneer het aantal stormen per storrnjaarwordt uitgezet in de tijd (fig.4-1)dan blijkt dat

er van een trend of periodiciteitgeen sprake is. Het aantal stormen varieert van27 tot 58

per stormjaar, met een gemiddelde van 36 (tab.4-1). De verschillen van jaar tot jaar varieren van 0 tot 30, met een gemiddeldevariatie van 6.4.

De stormaktiviteit wordt niet alleen bepaald door het aantal stormen dat optreedt in een

bepaalde periode, maar ook door het aantal uren storm. Beschouwenwe het verloop van 12

I

(16)

I

de totale stormduur per stormjaar in de tijd, dan ontstaat een ander beeld (fig.4-1). Het

.aantal uren storm per stormjaar varieert van 300 tot 813, met een gemiddelde van 520 uur (tab.ë-I). De verschillen van jaar tot jaar varieren van 4 tot 358 uur, met een gemiddelde variatie van 151 uur.

Het verschil tussen het aantal stormen en de totale stormduur per stormjaar wordt geïllustreerd door de stormjaren 1976/77 en 1977/78. Het stormjaar 1977/78 telt slechts één storm meer dan 1976/77 (31 resp. 30). De totale stormduur is echter ruim anderhalf keer zo groot (552 resp. 343 uur).

Niet alleen varieert de stormaktiviteit sterk van jaar tot jaar, ook de verdeling over het jaar vertoont grote verschillen.

Opvallend is het verschil tussen de stormjaren 1979/80 en 1980/81. In 1979/80 waren er relatief weinig stormen (28). Ook de totale stórmduur was gering (457 uur). De stormak-tiviteit was erg ongelijk verdeeld over het jaar (gem. 38 uur/maand; max. 206 uur/-maand). Bijna de helft van de stormduur heeft betrekking op de maand december, toen vier stormen van 10 - 12 Bft elkaar opvolgden binnen twee weken. Het stormjaar 1980/81 daarentegen wordt gekenmerkt door veel stormen (58) en een grote totale stormduur (707 uur). De stormaktiviteit was echter veel gelijkmatiger verdeeld (gem. 59 uur/maand; max. 139 uur/maand). Stormen van kracht 10 Bft of meer kwamen niet voor.

Niet alleen het aantal stormen en de totale stormduur , maar ook de kracht van de storm is een maat voor. de stormaktiviteit. Overwogen moet worden of er een gewogen totale stormduur berekend moet worden waarin de windkracht meegewogen wordt.

Voor een verdere analyse wordt uitgegaan van de totale stormduur per stormjaar (fig.4-1 en tabA-l).

Een maximum wordt hier gedefinieerd als een stormjaar waarin het aantal uren storm groter is dan het gemiddelde vermeerderd met de standaardafwijking (stormduur

=

gem.

+

e) en een minimum als een stormjaar waarin het aantal uren storm kleiner is dan het gemiddelde verminderd met de standaardafwijking (stormduur

=

gem. - e).

.De gemiddelde stormduur over de periode 1964-1989 is 520 uur per stormjaar. De standaardafwijking is 125 uur. Een maximum treedt op bij een stormjaar met meer dan 645 uur storm. Een minimum treedt op bij een stormjaar met minder dan 395 uur storm. De maxima vallen in de stormjaren 1965/66, 1974/75, 1980/81, 1982/83 en 1983/84 (tabA~1).

De minima vallen in de stormjaren 1968/69, 1976/77, 1984/85 en 1988/89.

In het voorkomen van maxima en minima is een regelmaat te bespeuren. De reeksen zijn te klein om harde uitspraken te doen. Toch wordt een periodiciteit van maxima en minima

gesuggereerd. .

De reeks stormjaren 1965/66, 1974/75 en 1982/83 vormt een drietal maxima met tussenpozen van 8 à 9 jaar.

De reeks stormjaren 1968/69, 1976/77 en 1984/85 vormt een drietal minima met tussenpozen van 8 jaar.

Opvallend is dat bij deze reeksen een maximum twee tot drie jaar later gevolgd wordt door een minimum. Als er een periodiciteit is, is deze asymmetrisch. .

Als de boven geopperde periodiciteit inderdaad optreedt, kan een maximum van meer dan 645 stormuren verwacht worden in het stormjaar 1990/91 of in het stormjaar 1991/92. Een minimum van minder dan 395 stormuren kan verwacht worden in het stormjaar

1992/93 of in het stormjaar 1993/94.

(17)

Stormaktiviteit

(>

8 Bft) per stormjaar

(1964/65 - 1988/89)

A

a

ntal

S

t

o

rm

e

n

Totale

Stormdu

ur

(uren)

60

10

00

5

0 r

_

*

-

A

-

!~\ït\-

-

l80

0

40

- . .. - .- - - _.

60

0 I

~

V. ~

""

/7

\~

~

/

/ \ I

~

/

,\

I

3

0 I

-r

V

~

\/

;- _-l-

...

\r -;

~

400

... ~

2

0 I

I

200

10 o

0

6 2 64

66 68

70

7 2 74

76 78 80 82 84

86

8

90 Storm

j

ar

e

n

--

Aantal

s

tormen

-+-

To

ta

l

e storm

d

uu

r

FigA-1 Stormaküviteit per stormjaar (1964/65-1988/89)

(gegevens ontleend aan Augustijn e.a. (1990))

(18)

-I

Tabel 4-1 Stormakiivueit per stormjaar (1964-1989) •

(Stormen ~ 8Beaufort)

I

Stormjaar Aantal stormen Totale stormduur (uren) 64/65 30 463 65/66 35 706 66/67 35 532 67/68 36 553 68/69 32 379 69/70 38 507 70/71 39 540 71/72 34 533 72/73 30 458 73/74 37 579 74/75 46 813 75/76 32 455 76/77 30 343 77/78 31 552 78/79 32 528 79/80 28 457 80/81 58 707 81/82 41 439 82/83 46 760 83/84 36 647 84/85 30 300 85/86 35 447 86/87 40 443 87/88 36 500 88/89 28 363

I

• Gegevens ontleend aan Augustijn e.a. (1990)

I

Een nadere analyse van de stormduur per maand laat zien dat de drie maxima geen overeenkomst v.ertonenvoor wat betreft de maanden waarin extra stormaktiviteit voor-komt. Dit maakt het bestaan van een echte periodiciteit onwaarschijnlijker. Ook de maxima van 1980/81 en 1983/84, en het minimumvan 1988/89 die buiten het geschetste periodieke patroon minima en maxima vallen, pleiten tegen een periodiciteit in stormakti

-viteit. Niettemin is de waarneming opvallend genoeg om een vervolgonderzoek met .

langere stormreeksente rechtvaardigen.

I

Een periode van 8 à 9 jaar komt ook in de getijanalyse voor als de 8,85 jaar periode. Rakhorst (1988) gaat in op de betekenis van deze getijperiode voor de gemiddelde waterstand langs de kust en voor de veranderingenin de positie van de laagwaterlijn. Naast een langjarige periodiciteit in het getij zou ook een langjarige periodiciteit in stormaktiviteitkunnen leiden tot variatieinde positie van de laagwaterlijn.

15

(19)

I

4.3 Stormperioden en perioden met rustig weer

In de periode tussen 1974 en 1982 waren de TAW-metingen het best gespreid langs de Nederlandse kust (fig.2-2). In eerste instantie wordt daarom naar de afwisseling van stormperioden en perioden met rustig weer in dit tijdvak gekeken.

Om een indruk te krijgen van de maandelijkse variatie in de stormaktiviteit is een stormdichtheidshistogram gemaakt op grond van gegevens uit Augustijn e.a. (1990)(fig.4-2; tab.4-2). In het histogram zijn het aantal stormen met een windkracht van 8 Beaufort of hoger, en de stormduur per maand uitgezet.

Er komen in deze periode 24 stormloze maanden voor. In de meeste gevallen is dat juli (6 x). Dan volgen mei (5 x) en juni (5 x). Langere stormloze perioden doen zich voor in 1977 (mei tlm aug.) en in 1978 (apr. tlm aug.). Stormloze perioden van minstens twee maanden doen zich bovendien voor in 1974 (apr./mei), 1976 (juli/aug.), 1980 (mei/juni), 1981 (juni/juli) en 1982 (juni/juli),

Bij maanden met storm varieert het aantal stormen van 1 tot 12 en de stormduur per maand van 2 tot 222 uur. Zeer stormrijke maanden zijn dec. 1974 (222 uur), jan. 1976 (221 uur), nov. 1977 (207 uur) en dec. 1979 (206 uur).

Ook uit de weergave van maandelijkse gegevens blijkt, evenals uit de jaarlijkse gegevens (zie 4.2), dat een overzicht van het aantal stormen in een bepaalde periode geen goede maat is voor de stormaktiviteit. Zo zijn er in 1979 in december evenveel stormen (8) geweest als in november. De stormduur was in december echter meer dan twee maal zo groot als in november (206 resp. 89 uur). Ook de windkracht is hier van belang, in november 8-9 Bft, in december 8-12 Bft. Verwacht mag worden dat het effekt op de kust van de decemberstormen het grootst is geweest.

De extreem grote stormduur van december 1974 (222 uur) werd voorafgegaan door een najaar met grote stormaktiviteit (361 uur van september tlm november). Aan die van januari 1976 (221 uur) ging een veel rustiger najaar vooraf (178 stormuren van september

tlm december). Verwacht mocht worden dat het effekt op de kust van de decemberstor-men in 1974 groter zou zijn dan dat van de januaristordecemberstor-men van 1976. In werkelijkheid was de schade aan de kust in januari 1976 veel groter dan in december 1974. Belangrijker dan de stormduur per maand was het optreden van een extreem hoge stormvloed met windkracht 12 op 3/4 januari 1976 (SVSD, 19ii; Vellinga, 1978).

Het begrip 'schade aan de kust' blijft veelal beperkt tot de nadelige gevolgen voor strand en duin. De onderwateroever wordt hier te weinig bij betrokken. Morfologische verande-ringen op de onderwateroever, veroorzaakt door verplaatsen van zand op de onderwa-teroever en/of door de extra aanvoer van zand vanaf strand en duin hebben invloed op de verdere schade gedurende een stormperiode. Onderzoek aan TAW-profielen over degelijke perioden zou hierin meer inzicht kunnen geven.

Een overzicht als in figuur 4-2 geeft een algemeen beeld van de stormaktiviteit en is bruikbaar bij de keuze van een periode voor de analyse van TAW-profielen. Bij de analyse zelf zal meer in detail gekeken moeten worden naar karakteristieken van de stormen zoals windrichting en het optreden van stormvloeden.

I

16

I

(20)

I

1/74

I

1/75

I

1/76

1/77

I

1/78

1/79

I

1/80

1/81

I

_1/82

I

Stormdichtheid

(>

8 Bft)

(1974 - 1982)

14 12 10 8

6

4

2

0

50 100 150 200 250

aantal stormen

_stormduur

_(uren)

I

Fig.4-2 Stormdichtheid (1974-1982)

(gegevens ontleend aan Augustijn e.a. (1990))

I

(21)

I

Tab.4-2 Stormaktiviteit per maand (1974-1982) •

(stormen ~ 8Beau/on)

I

Maand 1974 1975 1976 aantal duur aantal duur aantal duur

(uren) (uren) (uren) januari 5 46 7 135 9 221 februari 5 68 1 2 1 12 maart 2 12 1 42 1 2 april 0 0 2 21 1 2 mei 0 0 0 0 1 9 juni 1 6 2 9 1 4 juli 3 14 2 17 0 0 augustus 1 7 0 0 0 0 september 8 139 5 63 2 37 oktober 6 111 3 12 3 45 november 7 111 5 54 6 71 december 8 222 3 49 6 59

I

,

I

Maand 1977 1978 1979

aantal duur aantal duur aantal duur

(uren) (uren) (uren)

januari 3 37 7 129 7 81 februari 3 26 1 7 3 76 maart 4 44 7 85 4 42 april 3 24 0 0 1 13 mei 0 0 0 0 1 7 juni 0 0 0 0 1 3 juli 0 0 0 0 0 0 augustus 0 0 0 0 2 12 september 1 11 4 75 0 0 oktober 2 36 1 19 2 6 november 8 207 6 79 8 89 december 5 77 4 133 8 206

I

Maand 1980 1981 1982 aantal duur aantal duur aantal duur

(uren) (uren) (uren) januari 2 34 7 108 5 14 februari 2 10 3 53 0 0 maart 3 66 8 75 5 78 april 1 34 2 6 3 18 mei 0 0 1 7 2 9 juni 0 0 0 0 0 0 juli 3 25 0 0 0 0 augustus 5 45 1 3 3 34 september 3 41 1 13 1 7 oktober 6 78 9 133 4 26 november 8 130 10 125 9 140 december 12 139 5 46 8 176

I

* Gegevens ontleend aan Augustijn e.a. (1990)

I

18

(22)

I

Op grond van het aantal stormen per maand komen Augustijn e.a. (1990) tot de volgende

indeling: .

I

- een stormenperiode : november, december, januari

- twee overgangsperioden: februari/maart en september/oktober - een stormarme periode: april tlm augustus

I

Deze indeling blijkt ook op te gaan als niet het aantal, maar de stormduur per maand beschouwd wordt.

In tabel 4-3 is de stormaktiviteit, uitgedrukt in stormduur , per kalendermaand over de periode 1964-1989 weergegeven op grond van gegevens uit Augustijn e.a. (1990).

Tahe14-3 Stormaktiviteit per maand (1juli 1964 - 30 juni 1989) •

(Stormen ~ 8 Beau/on)

I

Maand Gem. stormduur Min Max Deel van Gem.

storm-(uren) jaarlijkse duur per dag

stormduur (%) januari 84,4 2 242,5 16,2 2,72 februari 42,2 0 113 8,1 1,49 maart 49,6 0 105,5 9,5 1,60 april 19,1 0 65 3,7 0,64 mei 7,6 0 55 l,S 0,25 juni 5,9 0 32 1,1 0,20 juli 8,0 0 39 l,S 0,26 augustus 10,9 0 45 2,1 0,35 september 40,1 0 139 7,7 1,34 oktober 58,3 0 148 11,2 1,88 november 104,3 11 252 20,0 3,48 december 89,7 9 222 17,3 2,89

I

*) Gegevens ontleend aan Augustijn e.a. (1990)

I

November is de stormrijkste maand met een vijfde van alle stormaktiviteit. Direkt gevolgd door december en januari (17,3 resp. 16,2 %). Februari kent gemiddeld half zoveel uren storm als januari. In maart stormt het iets meer dan in februari. In de overgangsmaanden februari (8,1 %) en maart (9,5 %) stormt het iets minder dan in de overgangsmaanden september (7,7 %) en oktober (11,2 %). De stormarme periode loopt van april (3,7 %) tot augustus (2,1 %). Juni heeft gemiddeld de minste stormaktiviteit (1,1 %). Mei en juli nauwelijks meer (1,5 %).

Het aantal dagen per maand varieert. Daarom is in tabel 4-3 een kolom toegevoegd waarin het gemiddeld aantal uren storm per dag voor de verschillende maanden gegeven is. Naast de gemiddelde stormduur per maand zijn het minimum en maximum aantal uren storm per maand aangegeven. In de maanden november, december en januari is in de periode 1964-1989 altijd een storm van 8 Bft of hoger voorgekomen. De andere maanden zijn in deze periode een of meerdere malen stormloos verlopen. De maxima die in de stormenperiode opgetreden zijn liggen erg hoog, zo'n 10 dagen per maand.

I

19

(23)

I

Een overzicht van de stormaktiviteit per kalendermaand over de afgelopen 25 jaar (tab.4-3) kan o.a. gebruikt worden bij het plannen van veldonderzoek, waarbij stormen juist wel of juist niet gewenst zijn.

4.4 Stormvloeden

I

Het effekt op het zandtransport en op de morfologie van de onderwateroever van stormen waarbij zeer hoge waterstanden optreden is anders dan bij stormen waarbij dat niet het geval is. Dit is zeker het geval als er bovendien duinafslag plaatsvindt. De toevoer van zand van het duin naar de onderwateroever zal een eventuele erosie van de onderwateroe-ver maskeren. Bij duinafslagberekeningen wordt uitgegaan van het profiel voor de storm

(fAW, 1984). Als een storm al voor de duinafslag de hogere delen van de

onderwater-oever erodeert, moet bij de volumeberekeningen niet uitgegaan worden van het profiel van voor de storm maar van het profiel van voor de storm minus de erosie van de onderwateroever door de storm.

De TAW-profielen zijn niet geschikt om de effekten van een enkele storm na te gaan. Daarvoor zijn de profielen meestal niet kort genoeg voor en niet snel genoeg na de storm

gemeten.

Voor de analyse van de TAW-profielen is het zinvol om te weten of er in de periode waarover de analyse uitgevoerd wordt een zeer hoge waterstand is geweest. Als in een of meer van de peilstations Vlissingen, Hoek van Holland, Umuiden, Den Helder, Harlingen

en Delfzijl de waterstand een tevoren vastgesteld grenspeil overschrijdt, dan wordt

gesproken van een stormvloed. Het grenspeil heeft een zodanige hoogte dat het een gemiddelde overschrijdingskans van eens in de twee jaar heeft (SVSD, 1990). De grenspeilen worden eens in de tien jaar bijgesteld.

De in de periode 1969-1990 opgetreden stormvloeden zijn opgenomen in tabel 4-4. De gegevens zijn ontleend aan de stormvloedrapporten en -verslagen die uitgegeven worden door de Stormvloedwaarschuwingsdienst van Rijkswaterstaat.

In tabel 4-4 is de maximale windkracht tijdens de storm vermeld. Deze windkracht hoeft niet voor het hele kustgebied te gelden. De schade is weergegeven in drie klassen: gering, matig en groot. Hierbij moet bedacht worden dat zelden in het hele kustgebied gelijke schade optreedt. De schade kan regionaal of lokaal zeer verschillend zijn.

Het voorkomen en het effekt van stormvloeden varieert sterk. In sommige jaren (1975,

1985 t/m 1987) doet zich geen stormvloed voor. In andere jaren komen meerdere stormen

met stormvloeden voor.

In tabel 4-4 zijn de stormen opgenomen waarbij zich stormvloeden voorgedaan hebben. Een storm die lang aanhoudt, kan meerdere stormvloeden veroorzaken. In november en december 1973 treden binnen 5 weken 10 stormvloeden op, waarvan de laatste 3 tijdens opeenvolgende hoogwaters. De schade was groot. Anderzijds hebben de 4 stormvloeden

bij achtereenvolgende hoogwaters op 20-22 januari 1976 niet veel schade aangericht,

hoewel er een zeer grote stormvloed (3-4 jan) met zeer veel schade aan was voorafge-gaan.

De langste stormvloedperioden waren die van 12-15 november 1977 (85 uur) en van 26 februari - 2 maart 1990 (94 uur).

Voor details over individuele stormvloeden wordt verwezen naar de in tabel 4-4 genoem-de stormvloedrapporten (SVSD, 19ii).

I

20

I

(24)

I

Tabel 4-4 Overzicht stormvloeden (1969-1990) •

Datum Maximale Windrichtin- Schade

Stormvloed-Windkracht gen rapport

(Beaufort) 10 nov. '69 10 ZW-NW-W gering SR 31 20 feb. '70 9 W-NW

-

SR 32 3 okt. '70 9 NW matig SR 33 19 okt. '70 9 W gering SR 34 3-4 nov. '70 10 ZW-W-NW gering SR 35 21-22 nov. '71 11 NW-N matig SR 36 13 nov. '72 11 ZW-W-NW gering SR 37 2-3 apr. '73 10 ZW-NW gering SR 38 13 nov. '73 10 ZW-W-NW groot SR 39 15 nov. '73

-

groot SR 39 19 nov. '73 9 W-NW groot SR 39 6-7 dec. '73 10 W-NW groot SR 40 13-14 dec. '73 10 W-NW groot SR 40 28 okt. '74 10 NW gering SR 41 28 nov. '74 10 NW gering SR 42 3-4 jan. '76 11 ZW-W-NW groot SR 43 20-22 jan. '76 10 W-NW gering SR 44 12-13 nov. '77 10 ZW-W groot SR 45 14-15 nov. '77 10 W-NW groot SR 45 30-31 dec. '77 8 NW gering SR 46

12 jan. '78 8 N-NO gering SR 47

2 jan. '79 8 Z-W-N gering SR 48 6 nov. '79 8 W-NW gering SR 49 18 dec. '79 9 ZW-W groot SR 50 20 apr. '80 8 NW matig SR 51 1 jan. '81 8 W-NW matig SR 52 24 nov. '81 9 W-NW gering SR 53 11 mrt. '82 8 NW-W gering SR 54 16 dec. '82 9 ZW-W groot SR 55 18-19 jan. '83 9 NW matig SR 56 1-2 feb. '83 10 ZW-W-NW groot SR 57 3-4 jan. '84 9 ZW-W-NW matig SR 58 24 nov. "84 9 Z-ZW-W matig SR 59 5 dec. '88 8 W matig SR 60 14 feb. '89 9 ZW-W-NW groot SR 61 25-26 jan. '90 12 ZW-W gering SR 62 26 feb.-2 mrt. '90 10 W-NW-W groot SR 63 12 dec. '90 9 NW gering SR 64

* Gegevens ontleend aan SVSD (19ii)

(25)

5 SELEKTIE ANALYSEPERlODE EN KUSTSEKTIES

5.1 AI&emeen

Uit de gemeten TAW-raaien worden enkele kustsekties geselekteerd, waarbij gelet wordt op een regelmatige spreiding langs de Nederlandse kust, verschillen in expositie en voldoende opnamedichtheid in de tijd.

De analyseperiode wordt op grond van stormoverzichten zodanig gekozen dat binnen een tijdsbestek van 2 à 3 jaar enkele perioden met grote stormaktiviteit en enkele perioden met rustig weer elkaar afwisselen. Van belang is verder dat stormen uit verschillende richtingen (ZW en NW) in de analyseperiode voorkomen.

Het is noodzakelijk dat voldoende golf-, wind- en waterstandsgegevens beschikbaar zijn voor de geselekteerde analyseperiode.

5.2 Golfgegevens

Om de morfologische veranderingen tussen twee opeenvolgende profielopnamen te kunnen interpreteren, is het nodig enig idee te hebben van de energie-input in het systeem in de tussenliggende periode.

Het al of niet optreden van stormen en de stormduur geven belangrijke indicaties, maar om na te gaan hoe energierijk de stormperioden en hoe energiearm de perioden met rustig weer zijn geweest, zijn gegevens omtrent de opgetreden golfhoogten nodig.

De golfhoogte op diep water wordt door enkele onderzoekers als de belangrijkste parameter beschouwd voor het bepalen van de grens van de aktieve zone (o.a. Hallermei-er, 1981a,b; Hands, 1983).

Om de duinafslag te kunnen relateren aan hydrodynamische parameters zijn in het TAW-meetprogramma golfhoogte- en waterstandsmetingen opgenomen (Rijkswaterstaat, 1981; Glim, 1985). Er is op dit moment geen duidelijkheid over de mate waarin deze metingen uitgevoerd zijn en over de wijze waarop de gegevens zijn opgeslagen.

Een overzicht van de beschikbaarheid van golf- en windgegevens van lichtschepen bij de Hollandse kust wordt gegeven door Hoozemans (1987).

Beschikbaar voor de analyse zijn de gegevens van het meetnet golfklimatologie, dat vanaf 1979 operationeel is. De drie-uurlijkse reeksen van de golfhoogten zijn opgenomen in het computerbestand DTBEST (Roskam, 1988). Figuur 5-1 en tabel 5-1 geven de ligging van de stations en de meetmethode weer.

Voor de analyse van TAW-profielen wordt in eerste instantie de voorkeur gegeven aan de gegevens van het meetnet golfklimatologie boven die van de lichtschepen vanwege het grotere aantal meetpunten. Vooral Meetpost Noordwijk is van belang voor de kustsekties aan de Hollandse kust.

Voor de periode voor 1979 kunnen de gegevens van lichtschepen en van lichteiland .

Goeree geraadpleegd worden.

22

I

(26)

I

\

• K13

\

.

I

.

/

.

/ EUR

I

/ <, swe. ". \ so~ • • ' .. t7 ....

ELO./-:}

;i :

~~!

YM6. Schiermonnikoog Noord Eierland Platform K13A IJmuiden Meetpost Noordwijk Platform Euro-O Lichteiland Goeree Schouwenbank

Fig.5-1 Situering golfmeetstations (Roskam, 1988)

Tabel5-1 Golfmeetstations (Roskam, 1988)

Stationsnaam afk coördinaten NB en OL Diepte Sensor

0 , ft • , ft _(m)

.

Schiermonnnikoog-N SON 53 35 20 06 10 10 19 waverider

Eier1and ELD 53 12 03 04 35 18 26 waverider

Platform K13A K13 53 13 Ol 03 13 12 30 waverider

Ijmuiden YM6 52 33 00 04 04 00 21 waverider

Meetpost Noordwijk MPN 52 16 26 04'17 26 18 stappenbaak

Platform Euro-O EUR 51 59 55 03 16 35 32 stappenbaak

Lichteiland Goeree LEG 51 55 05 03 40 02 21 stappenbaak

Schouwenbank SWB 51 44 54 03 18 42 25 waverider

I

5.3 SelektieaJ?alyseperiode

Bij de nadere selektie van de analyseperiode is gelet op het aantal profielmetingenin

diverse kustsekties, op de beschikbaarheid van golfgegevens en op de afwisseling van stormperiodenmet perioden met rustig weer.

I

Om een indruk te krijgen van de ruimtelijke variabiliteit van de profielveranderingen is

het nodig het onderzoek te richten op meerdereplaatsen langs de Nederlandse kust.

Voor 1974 werd op te weinig plaatsen langs de kust gemeten om een redelijke spreiding

te hebben, vooral door het ontbreken van metingen bij de Waddeneilanden (fig.2-1). Na

(27)

I

1982 worden veel meetreeksen afgebroken door een andere raaikeuze (fig.2-3). In eerste instantie wordt daarom gekozen voor de profiel metingen uit de periode 1974-1982. In figuur 2-2 zijn de TAW-raaien weergegeven die in deze periode zijn bemeten.

Gezien het grote belang van golfgegevens is voor een analyseperiode van begin 1979 tot half 1982 gekozen. In deze drieëneenhalf jaar komen zowel noordwester- als zuidwester-stormen en enkele stormvloeden voor (Augustijn e.a., 1990; tab.4-4). Een lange stormrij-ke periode, juli 1980 -mei 1981, wordt gevolgd door een stormloze periode van bijna 4 maanden (3 mei - 20 aug. 1981)

I

5.4 Selektie kustsekties

I

Kustsekties waar in meerdere raaien naast elkaar is gemeten hebben de voorkeur boven geïsoleerde raaien. Bij een kustsektie bestaande uit meerdere raaien kan nagegaan worden of een waargenomen profielontwikkeling zeer lokaal is of zich ook in naastgelegen raaien

heeft voorgedaan. Bovendien kan in beperkte mate een driedimensionaal beeld gevormd

worden van de morfologische veranderingen (Kroon, 1990).

Andere selektiekriteria zijn :

I

- spreiding langs de kust ; de sekties moeten de hele Nederlandse kust

vertegenwoordi-gen

- expositie; langs de westkust zijn de expositieverschillen gering, dit houdt in dat er in

ieder geval een van de Waddeneilanden vertegenwoordigd moet zijn

- kustlijnontwikkeling ; zowel uit erosieve als uit aanwassende kustgedeelten moeten sekties gekozen worden

- meetfrekwentie ; er moet in de geselekteerde sekties voldoende vaak gemeten zijn om een analyse van tenminste een stormseizoen en de daaropvolgende periode met rustig weer mogelijk te maken.

I

Op grond van bovenstaande kriteria zijn zeven kustsekties geselekteerd. Het betreft, van zuid naar noord, sekties op Walcheren en Schouwen, bij Katwijk aan Zee, Egmond aan Zee en Groote Keeten, en op Texel en Ameland. In tabel 5-2 zijn de kustsekties met enkele kenmerken weergegeven.

Tabellen van de meetfrekwentie van TAW-profielen voor alle meetraaien zijn opgenomen . in Nijland (1992). De meetfrekwentie van de lodingen verschilt van die van de hoogte-metingen. Hoogtemetingen van strand en duin werden vaker uitgevoerd dan lodingen. De lodingsfrekwentie is dus bepalend voor het aantal volledige profielen in een periode.

Zoals te verwachten viel zijn de lodingen gekoncentreerd in de meetperiode van septem-ber tot april. Het aantal lodingen in de meetperiode verschilt sterk in de verschillende kustsekties. Ook zijn er verschillen van jaar tot jaar. Opvallend is de lage lodingsfrekwen-tie bij Egmond aan Zee en de kontinue reeks van één loding per maand, ook in de zomer, bij Katwijk aan Zee.

In de keuze van kustsekties is een prioriteitenvolgorde aangebracht. Er wordt begonnen met de sektie Katwijk aan Zee. De dichtheid van de lodingen is hier hoog. In de analyseperiode is vrijwel in elke maand het kustprofiel opgemeten. Verbanden tussen profielveranderingen en veranderingen in de energie-input, zowel wat het voorkomen van stormen als wat de golfhoogte betreft, kunnen in deze kustsektie het best gelegd worden. De kustlijnontwikkeling bij Katwijk aan Zee is positief. In de periode 1964 tot 1984 was

I

24

(28)

-Tabel

5.2

Kenmerken geselekteerde kustsekties

~

Regio Kustsektie Raainummers Aantal Kust- Max. Expositie Verplaatsing raaien lengte diepte (kompas- GUl-lijn (mij)

(m) m -NAP richting) 1964-1984

Delta Walcheren 16.115-16.532 2 417 11.5 320 +0.3'

Schouwen 10.041-10.841 3 800 7-11* 300 +2.2

Holland Katwijk aan Zee 84.250-84.750 3 500 8 300 +0.8 Egmond aan Zee 40.000-41.000 3 1000. 12.5 275 +1.0 Groote Keeten 10.540-11.750 5 1210 9.5 285 +0.6

Wadden Texel 19.120-19.920 5 800 10 300 -2.1

Ameland 13.600-14.400 5 BOO 8 355 +0.1

(29)

I

er een vooruitgang van de gemiddeld laagwaterlijn van 0,8 meter per jaar (tab. 5-2).

De tweede te analyseren kustsektie is Egmond aan Zee. De lodingsdichtheid (Nijland,

1992)is gering, maar voor het stormjaar 1981/82zijn voldoende profielmetingen beschik-baar. De analyse van de TAW-profielen bij Katwijk aan 'Zei! en bij Egmond aan Zei! kan

leiden tot een betere afregeling voor stormeffekten van het binnen Kustgenese te

ontwik-kelen 'Egmond-model' voor een gesloten kust.

I

Afhankelijk van de te kiezen lokatie voor het ontwikkelen van een model voor de onderbroken kust kan als derde te analyseren kustsektie voor Texel of Ameland gekozen worden. Gezien het geringe aantal lodingen bij Ameland wordt in eerste instantie voor Texel gekozen. De kustsektie bij Texel is bovendien interessant omdat het een van de sterkst eroderende sekties is. De achteruitgang van de gemiddeld laagwaterlijn in de periode 1964-1984 was 2,1 meter per jaar.

Bij de analyse moet gelet worden op eventuele suppleties in of nabij de te onderzoeken kustsekties. Beaufort e.a. (1989) geven een overzicht van de tussen 1952 en 1988

uitgevoerde suppleties. In of nabij de drie geprioriteerde kustsekties Katwijk aan Zei!, Egmond aan Zei! en Texel zijn voor en in de gekozen analyseperiode geen suppleties uitgevoerd.

I

6 EERDERE ANALYSES VAN TAW-PROFIELEN

I

Een zeer klein deel van de TAW-profielen is geanalyseerd voor een onderzoek naar

duinafslag conform de eerste doelstelling van de Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen. Deze analyses waren gericht op twee stormvloeden, die van 3-4 januari

1976en die van 1-2februari 1983.Beide stormvloeden veroorzaakten veel duinafslag. De duinafslag tengevolge van de storm van 1976 werd bepaald met behulp van TAW-metingen vlak voor en vlak na de storm, met als doel de Voorlopige Richtlijn voor de veiligheid van de duinwaterkering te toetsen (Vellinga, 1978). Hiervoor werden voorna-melijk stranden duinmetingen gebruikt. Van de raaien tussen Egmond aan Zei! en Zandvoort werden ook de lodingen in het onderzoek betrokken. Hieruit bleek dat er een groot transport in zeewaartse richting over de NAP -7 m lijn plaatsvond. Door Vellinga

(1978) wordt verondersteld dat dit het gevolg zou kunnen zijn van systematische fouten in de opname voor of in de opname na de stormvloed.

De stranden duinmetingen vlak voor en na de storm van 1-2 februari 1983 werden gebruikt voor de toetsing van het rekenmodel DUROS. Hierbij werden alleen de TAW-metingen in Noord-Holland en Ameland betrokken (Van Banning, 1984).

I

26

I

(30)

I

7 ANALYSEMETHODEN 7.1 Al&emeen

In dit hoofdstuk worden een aantal benaderingswijzen toegelicht, die gebruikt kunnen worden bij de analyse van TAW-profielen en kustprofielen in het algemeen. Omgekeerd

kan het TAW-profielbestandgebruikt worden om deze benaderingswijzen te toetsen aan veldgegevens.

Bij toepassing van de verschillendeanalysemethodenmoet de (on)nauwkeurigheidvan de TAW-lodingenniet uit het oog verloren worden.

De analysemethoden zijn gericht op de morfologische respons van het kustsysteemop wisselende hydrodynamischeomstandigheden(blackbox-benadering;tijdreeks-benadering; eigenfunktie-benadering)en op het vaststellen van de grens tussen de aktieve zone en het laagdynamischedeel van het profiel (profielbundel-benadering;grensdiepte-benadering). De kust is op te vatten als een open dynamisch systeem. Veranderingen in de input en output van dit systeem kunnen duidelijk maken hoe het systeem werkt. Bij de blackbox-benadering wordt de interne struktuur van het systeem buiten beschouwing gelaten. De systeem-benaderingis toe te passen op de andere benaderingswijzenvan profielonderzoek die in dit hoofdstuk behandeldworden.

De blackbox-benadering komt het sterkst tot uiting in de tijdreeks-benadering, waarbij veranderingen in input en veranderingenin de output direkt gekorreleerd worden.

Bij de eigenfunktie-benadering worden de veranderingen in het kustprofiel uitgesplitst naar plaats en tijd. Daardoorkan voor (delen van) het kustprofiel nagegaan worden of en in welke mate ze gevoelig zijn voor veranderingenop verschillendetijdschalen.

De profielbundel-benaderinglaat de dynamiek van de kust zien over de analyseperiode. Met de in dit hoofdstukvoorgesteldedynamiekparameteris het mogelijk de dynamiekvan verschillende raaien kwantitatief met elkaar te vergelijken, evenals de dynamiek van verschillendezones binnen een raai.

Bij de grensdiepte-benaderingwordt ingegaan op de bepaling van de grens van de aktieve zone. Het model van Hallermeier (1981a,b) met twee grensdiepten wordt uitgebreid behandeld. De betekenisvoor de Nederlandsekust wordt toegelicht met enkele rekenvoor-beelden.

De bespreking van de analysemethodenin dit hoofdstuk is gebaseerd op literatuuronder-zoek. De bij de profielbundel-benaderinggeïntroduceerde begrippen 'dynamiekdiagram' en 'relatieve dynamiek' en de kwantificering van de 'relatieve horizontale en vertikale dynamiek' zijn in het kader van dit rapport ontwikkeld.

7.2 Blackbox-benadering

Een strand is te beschouwen als een open dynamisch proces-respons systeem (Komar, 1976; LaValle, 1989). Ook de kust in bredere zin is als zo'n systeem op te vatten (Stive, 1987). Een kustsysteem is open omdat er over de begrenzing van het systeem niet alleen energie in en uit kan gaan, maar ook sediment en water. Het is een dynamisch systeem, omdat er veranderingen optreden in de tijd. Het is een proces-respons systeem, omdat het bestaat uit een respons systeem,het morfologischsysteem, gekoppeld aan een processys-teem dat de flux van energie en materie bepaalt (Huggett, 1980; LaVa1le, 1989).

(31)

I

Bij gebrek aan kennis van en gegevens over de processen die zich binnen het kustsysteem afspelen kan inzicht in het kustgedrag verkregen worden door een blackbox-benadering. Hierbij wordt niet geprobeerd de werking van het systeem in detail te doorgronden, maar richt de analyse zich op de output in relatie tot karakteristieken van de input (Chorley & Kennedy (1971) in Huggett (1980».

laValle (1989) bepleit een blackbox-benadering van het strandsysteem , waarbij hij de veranderingen in de morfologie als uitgangspunt neemt. Dit houdt in dat een deel van het morfologisch responssysteem bekend moet zijn, terwijl het processysteem als blackbox beschouwd wordt. Door herhaalde opnamen van kustprofielen kan de ontwikkeling van het kustsysteem in de tijd vastgelegd worden. De netto input en output van sediment in een bepaalde periode volgt uit de volumeveranderingen.

I

laValle (1989) werkt dit verder uit voor de analyse van erosie- en sedimentatiezones binnen de kustzone. De kustsekties van TAW-raaien bestaan uit niet meer dan 3 of 5 raaien en lenen zich daardoor niet voor een dergelijke ruimtelijke analyse in kustlangse richting. De blackbox-benadering als zodanig is wel bruikbaar voor de analyse van TAW-raaien. Hierbij mag niet uit het oog worden verloren dat we alleen de dwarscomponent van een driedimensionaal systeem bekijken. Het uitvoeren van de analyses op alle raaien in de kustsektie is dan ook noodzakelijk om een indruk van de representativiteit van de resultaten te krijgen.

Er kunnen twee vormen van blackbox-benaderingen onderscheiden worden :

I

1) pure blackbox-benaderin~ ; uit veranderingen in input en output en uit veranderingen in de morfologie wordt afgeleid hoe het kustsysteem reageert op veranderingen in de input.

I

2) ~reybox-benadering ; uit veranderingen in input en output en uit veranderingen in de morfologie wordt afgeleid hoe het kustsysteem reageert op veranderingen in de input en wordt bovendien getracht inzicht te verkrijgen in de processen die tot deze reaktie leiden.

I

Bij de in de volgende paragrafen behandelde analysemethoden kunnen beide benaderingen toegepast worden, bijvoorbeeld eerst de blackbox-benadering en daarna de greybox-benadering door bestudering van deelsystemen (bv. brandingszone, strand, duin) en/of

selektie naar energie-input (bv. stormperioden versus rustige perioden).

I

7.3 Tijdreeksbenadering

De TAW-raaien geven informatie over een deel van het morfologisch responssyteem. Deze profielinformatie laat de veranderingen zien tussen het begin- en eindprofiel over een bepaalde periode. Daarnaast kan uit andere bronnen informatie verkregen worden over de energie-input in de betreffende periode.

I

Profielinformatie kan bestaan uit morfologische parameters zoals :

I

- veranderingen in de helling van het profiel tot uiting komend in veranderingen in de

positie van lijnen van gelijke hoogte of diepte

28

(32)

I

- volumeveranderingenover het geheleprofiel of in bepaalde hoogtezones - veranderingenin aantal, grootte en plaats van de brandingsruggen

I

Energie-input informatie over de betreffende periode

kan bestaan uit energieparameters

zoals :

I

- aantal stormen - stormduur - windsterkte - windrichting - golfhoogte - golfrichting - waterstand

- verdelingvan bovengenoemdeparametersin de tijd.

I

Daarnaast kunnen waterstandsgegevensinzicht geven in de verdeling van aquatische eneolische processen over het profiel en over het optreden van stormvloeden.

I

Door bovengenoemde parameters vast te stellen voor de periode tussen elke twee opeenvolgendeTAW-profielen in een raai worden tijdreeksen verkregen over de gehele analyseperiode. Tijdreeksen van morfologischeparameters kunnen zo vergeleken worden

met tijdreeksen van energieparameters. Er kan nagegaan worden of er een korrelatie is

tussen de diverse parameters uit beide groepen.

Getoetst kan worden of er significante verschillen optreden in de veranderingen in

morfologische parameters tussen perioden met aanzienlijke stormaktiviteit en perioden zonder stormen. De invloed van een individuele storm is door analyse van TAW-raaien niet na te gaan. Daarvoor is de opnamefrekwentievan ca. één maal per maand te laag. Het is mogelijk dat het kustprofiel in sterke mate beïnvloed is door gebeurtenissenvlak

voor de datum van opname. Om na te gaan hoe groot deze invloed is, zou overwogen

kunnen worden om de energieparametersover de periode tussen twee opnamen gewogen

in de tijdreeks op te nemen, zodat de energie-input zwaarder meetelt naarmate de

tijdsspannetot de tweede opname korter is (Wright e.a., 1985).

I

Het kan zinvol zijn om de beschikbare energiepararileterniet direkt op te nemen in een

tijdreeks, maar een daarvan afgeleide grootheid te gebruiken.Zo kan bijvoorbeeld bij een

vergelijkingvan de tijdreeks van de golfhoogtemet die van de inhoud van het laagpakket tussen -5 en -3 meter beter eerst de golfhoogte ter plaatse van de -5 meter dieptelijn berekend worden uit de golfhoogteop diep water.

I

Een belangrijke morfologische parameter is de verandering in de positie van de top van

een brandingsrug. Dit is een van de beste indikatoren voor de profielvorm en de

dyna-miek van het kustprofiel. Grote veranderingenin hèt profiel, in de zin van

zandverplaat-sing, resulteren altijd in aanzienlijkemigratievan brandingsruggen(Birkemeier, 1985a).

I

29

(33)

7.4 Eieenfunktie-benaderine

Een manier om de veranderingen die optreden in een kustprofiel te ordenen en te interpreteren, is de eigenfunktie-benadering. Deze analysemethode is voor het eerst toegepast op kustprofielen door Winant e.a. (1975). En later ook door o.a. Aubrey (1979 en Birkemeier (1985a). De analysemethode is uitvoerig beschreven door Aranuvachapun

& Johnson (1979) en Aubrey (1979).

Bij de eigenfunktie-analyse worden de profiel metingen per raai in een matrix genoteerd. Hiervoor is het aan te bevelen dat de hoogten en diepten in het profiel beschikbaar zijn op vaste, ekwidistante, afstanden van een referentie punt. Dit is bij de TAW-profielen, die opgeslagen zijn volgens het JARKUS-format (Nijland, 1992) geen probleem. De rijen van de matrix worden gevormd door de hoogte van een punt in de raai op opeenvolgende opnametijdstippen. De kolommen van de matrix worden gevormd door de hoogten en diepten van de opeenvolgende punten van één profielopname.

Uit het produkt van deze matrix en z'n gespiegelde worden de eigenfunkties berekend. De eigenfunkties beschrijven de spreiding in de data. De Ie eigenfunktie beschrijft de trend in de data. De 2e eigenfunktie beschrijft de variatie in de data die niet met de trend verklaard

kan worden. De 3e eigenfunktie beschrijft de variatie die niet in de eerste twee eigenfunk

-ties begrepen is, enzovoort. Inde praktijk blijkt dat vrijwel alle profielveranderingen door de eerste drie eigenfunkties beschreven kunnen worden. Op deze manier wordt een uitge

-breide dataset gereduceerd tot een beperkt aantal funkties.

De IC eigenfunktie wordt de 'mean beach' funktie genoemd, omdat deze het gemiddeld profiel en de veranderingen daarin beschrijft. De 2c eigenfunktie wordt de 'seasonal ' of

'bar-berm' funktie genoemd. Ze beschrijft seizoenseffekten en die komen bij eenvoudige stranden het sterkst tot uiting in het verschil tussen het zomerprofiel, met een reliëfarme brandingszone en een 'berm' op het strand, en het winterprofiel, met een brandingsrug en een reliëf arm strand. De 3c eigenfunktie wordt de 'terrace' funktie genoemd. Ze beschrijft

veranderingen op kleinere tijdschalen dan seizoenen. Hierbij komt op eenvoudige stranden het 'low-tide terrace' naar vorèn als de plaats waar de grootste veranderingen optreden (Winant, 1975; Aubrey, 1979).

Het voordeel van de eigenfunktie-analyse boven de Fourier-analyse is dat alleen uitgegaan wordt van de gegevens zonder vooronderstellingen te doen over de aard van de funkties (bv. sin en cos, zoals bij Fourier-analyse) waaruit de veranderingen in het profiel opgebouwd zijn.

.Bij de eigenfunktie-analyse wordt de weergave van de profielveranderingen gesplitst in een weergave door plaatsafhankelijke eigenfunkties en een weergave door tijdsafhankelijke eigenfunkties. De interpretatie van de twee groepen eigenfunkties volgens Aubrey (1979) .

is als volgt :

plaatsafhankelijke eigenfunkties

- 1C : geeft het gemiddeld profiel over de raai

- 2c : geeft de profieldelen aan die seizoensvariatie ondergaan

- 3c : geeft de profieldelen aan die gevoelig zijn voor veranderingen op kortere

termijn 30

I

(34)

I

tijdsafhankelijke eigenfunkties

I

- IC: geeft de trend van netto erosie of sedimentatie van de raai in de analyseperiode

- 2c : geeft de seizoensafhankelijkheid aan

- 3c : geeft de mate van afhankelijkheid aan van veranderingen op kortere termijn

De eigenfunktie-analyse kent ook enkele beperkingen (Birkemeier, 1985a) :

I

- Het is een statistische analyse, de fysische betekenis van de verschillende eigenfunk-ties kan alleen empirisch vastgesteld worden en is daardoor onderhevig aan interpre-tatieverschillen.

- Bij de toepassing van de analyse op een taai is het niet mogelijk om onderscheid te maken tussen dwarstransport en langstransport. Om dit bezwaar te ondervangen is een tweedimensionale eigenfunktie-analyse ontwikkeld (Ostrowski e.a., 1991). Gezien het geringe aantal TAW-raaien in een kustsektie lijkt de tweedimensionale eigenfunktie-analyse niet bruikbaar voor de eigenfunktie-analyse van TAW-profielen.

I

Voor de eigenfunktie-analyse hebben profielopnamen die met een vaste tussenpoos opgenomen zijn, de voorkeur. Een onregelmatige spreiding in de tijd beïnvloedt de resultaten van de analyse, vooral als er perioden met veel en perioden met weinig profielopnamen zijn. Bij veld metingen is een regelmatige spreiding in de tijd meestal niet het geval. Bij de TAW-metingen evenmin als bij de profielmetingen die door de eerder genoemde onderzoekers beschreven zijn.

Ondanks deze beperkingen kan de eigenfunktie-analyse een krachtig hulpmiddel zijn bij het identificeren en parametriseren van de belangrijkste ruimtelijke en temporele variaties in een bepaalde dataset (Birkemeier, 1985a).

I

Aubrey (1979) heeft op grond van eigenfunktie-analyse van profielmetingen aan de kust van Californië een dwarstransportmodel opgesteld dat afwijkt van het gebruikelijke. Hij stelt dat het sediment niet zoals algemeen wordt aangenomen in stormperioden zeewaarts en in rustige perioden landwaarts wordt getransporteerd, maar dat er in stormperioden zand wordt geërodeerd in een zone tussen de -10 en -6 dieptelijn, en in de zone boven de -2 meter dieptelijn. Vanuit deze beide zones wordt het zand getransporteerd naar een zone tussen de -2 en -6 meter dieptelijn, waar sedimentatie optreedt. In perioden met rustig weer vindt het omgekeerde plaats.

Een dergelijk model past niet in de opvattingen over het dwarstransport aan de Nederland-se kust (Stive, 1989). Een eigenfunktie-analyse van de TAW-raaien zou hier uitsluitsel

kunnen geven. .

Opgemerkt moet worden dat het dwarstransport model van Aubrey (1979) opgesteld is voor de kust van Californië, die wat morfologie en golfenergie betreft, afwijkt van de Nederlandse. Er komen geen brandingsruggen voor en de golfenergie kan er veel groter zijn dan in Nederland.

I

31

(35)

7.5 Protielbundel benaderini: 7.5.1 Protielbundel

Kwalitatief en kwantitatief inzicht in de dynamiek van een kustgedeelte kan verkregen worden door de analyse van de bundeling van kustprofielen. Daartoe worden per raai de profielen uit een bepaalde periode over elkaar heen getekend. De zo ontstane protielbun-del wordt wel 'envelope of change' (Hands, 1983) of 'dynamic swept prism' (Chapman & Smith, 1981) genoemd. De bundel geeft de dynamiek van het kustgedeelte ter plaatse van de raai in de gekozen periode weer (tig.7-1). In de dynamiek van een-kustgedeelte zijn twee componenten te onderscheiden:

- een doorgaande ontwikkeling

- fluktuaties die meer of minder periodiek kunnen zijn.

De doorgaande ontwikkeling kan benaderd worden met een lineaire trend. Hiermee kan

het kustprofiel als erosief of aanwassend gekenmerkt worden. Vooral protielopnamen die zich uitstrekken over een reeks van jaren, zoals de jaarlijkse kustmetingen (JARKUS) lenen zich hiervoor (Van Vessem & Stolk, 1991).

De fluktuaties kunnen samenhangen met periodieke verschijnselen, zoals de migratie van brandingsruggen of met incidentele gebeurtenissen, zoals erosie en sedimentatie bij stormvloeden. NAP B