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Umrechnung des Impulses in eine Kraft parallel und senkrecht zur Küste

Das Golf-Setup ist der Anstieg des (zeitgemittelten) Wasserstandes im Unterbrecherzone verursacht durch Wellen, die an einem Strand brechen.

Hintergrund

Meereswellen transportieren beides Energie wenn Impuls zur Küste. Da der Impuls nicht verschwinden kann, sondern nur in eine Kraft umgewandelt werden kann, erzeugt das Brechen von Wellen in Küstennähe eine Kraft auf das Wasser. Für den theoretischen Hintergrund siehe den englischen Wikipedia-Artikel über Wellenspannung.^[1]Diese Kraft hat eine Komponente senkrecht zur Küste und eine Komponente parallel zur Küste. Die Komponente senkrecht zur Küste verursacht den Wellenaufbau. Die küstenparallele Komponente bewirkt die Surfstrom.

Wave-Setup-Wert

Die Wellenspannung drückt das Wasser in Richtung Küste und wird dann nach oben gedrückt, wodurch der Wasserspiegel ansteigt. Zu einem bestimmten Zeitpunkt ist dieser Anstieg so, dass sein hydrostratischer Druck gleich der Wellenspannung ist. Aus diesem Gleichgewicht lässt sich der Grad des Wellenaufbaus berechnen. Die maximale Erhöhung beträgt dann:

${displaystyle z={frac {5}{16}}gamma H_{b}}$

in welchem huh_b ist die Wellenhöhe an der Schutzlinie und γ der Brecherindex (Verhältnis Wellenhöhe/Wassertiefe beim Brechen für einzelne Wellen, normalerweise ist γ = 0,7 -0,8). Übrigens tritt aufgrund dieses Phänomens ein kleiner Wasserspiegelabfall direkt seewärts von der Brecherlinie auf, etwa 20% des Wellenaufbaus.
Der Wellenaufbau an Meeresstränden kann erheblich sein. Zum Beispiel ergibt eine Welle mit einer Höhe von 5 m (in tiefem Wasser) und einer Periode von 12 s bei senkrechtem Einfall und a γ = 0,7 ein Wellenaufbau von 1,2 m.

Flow-Through-Wave-Setup

Wave-Setup-gesteuerter Strom

Der Wellenaufbau kann entlang der Küste zu erheblichen Strömungsgeschwindigkeiten führen. In der nebenstehenden Abbildung ist ein Hafen mit Wellen gezeichnet, die senkrecht aus dem Meer kommen. Im Punkt A steigt der Wasserspiegel durch das Brechen der Wellen. Angenommen, er beträgt 1,2 m wie im obigen Beispiel. In Punkt B im Hafen (angenommen, das ist etwa 500 m von Punkt A entfernt) gibt es aufgrund des Schutzes des Wellenbrechers nur wenige brechende Wellen (durch Beugung es gibt ein wenig Wellenbewegung). Angenommen, der Wellenaufbau beträgt hier nur 0,2 m. Das ist ein Wasserstandsunterschied von 1 m über diese 500 m, also a aufhängen ab 0,002. Wird dies beispielsweise in die Formel von Chezy gibt das:${displaystyle v=C{sqrt {hi}}=50cdot {sqrt {2cdot 0,002}}ungefähr 3}$ Frau. Diese Geschwindigkeit ist nicht zu vernachlässigen und sorgt auch für einen großen Sandtransport in den Hafen. Ein Hafen mit einer Form wie der hier skizzierten wird normalerweise so gebaut, weil die vorherrschende Wellenrichtung hier von links kommt. Entlang dieser Küste ist dann a Surfstromtransport von links nach rechts, und auf dieser Grundlage erwartet man auf der linken Seite des Hafens eine Besandung und auf der rechten Seite des Hafens Erosion (also von A weiter nach rechts). Auf Grund der Branddampfberechnungen ist daher an diesem Hafen keine Besandung zu erwarten. In diesem Fall kann jedoch die Strömung aufgrund des Wellenaufbaus tatsächlich zu Sandansammlungen führen.

Hinweis

Golf-Setup sollte nicht verwechselt werden mit Wellenauflauf (die Zunge einer Welle am Hang hochlaufen) oder mit Windeinstellung (Anhebung des Wasserspiegels an der Küste durch Windschub).