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Wellenüberlauf auf dem Boulevard de Ruyter in Vlissingen, 1953 oder 1954

Biene Welle überlaufen besiegen Wellen über einen Deich durch die das Wasser auf dem dahinter liegenden Land landet. Zu viel Umschlag ist unerwünscht, weil der Hochwasserschutz nicht genutzt werden kann (z. B. an einem Boulevard), Schäden an der inneren Böschung eines Deiches auftreten können oder durch zu viel Umschlag ein Überflutungsproblem an der Innenseite des Deiches auftreten kann . Die Höhe der Überschreitung hängt von der Schutzhöhe, der Wellenhöhe, der Wellenperiode und der Neigung des Deiches ab. Das Wachhöhe ist die Höhe der Deichkrone über dem Stillwasserspiegel (meist der normative Sturmflutstand oder der normative Flusswasserstand). Der Durchsatz wird üblicherweise in Liter pro Sekunde pro Meter Deichlänge angegeben. Dabei ist zu berücksichtigen, dass es sich um einen Durchschnittswert handelt. Sobald eine Welle aufschlägt, kommt viel Wasser über den Deich, dann aber lange nichts mehr. Dies ist in einem sehr klaren, aber etwas veralteten Video von Rijkswaterstaat deutlich zu sehen.^[1] Eine Reihe von Videos, die den Umschlag zeigen, sind auch auf der Handbuch-Website von EurOtop verfügbar.^[2]

Ein Problem besteht darin, dass bei unterschiedlichen Kombinationen von Wasserstand und Wellen die gleiche Menge an Überlaufen auftreten kann. Ein niedriger Wasserstand und hohe Wellen können das gleiche Überlaufen ergeben wie ein höherer Wasserstand und niedrigere Wellen. Solange Wasserstand und Wellenhöhe korreliert Das ist kein Problem, aber bei Flüssen ist es ein Problem. Wellenhöhe und Wasserstand sind dort nicht korreliert. In diesem Fall a Wahrscheinlichkeitsrechnung Berechnung gemacht werden. Das Überlaufen der Welle tritt normalerweise bei . auf Extreme Wetterbedingungen, also bei schweren Stürmen; dann ist die Wasserstand oft überdurchschnittlich aufgrund der Wind-Setup.

Berechnung des Durchsatzes

Durch Batterien 1978 wurde eine theoretisch korrekte Formel für den durchschnittlichen Durchsatz abgeleitet. Diese Formel ist so kompliziert (mit Fehlerfunktionen), dass sie in der Praxis nicht angewendet wurde. Stattdessen wurde experimentell die folgende Beziehung gefunden:

${displaystyle Q=acdot exp left(-b{frac {R}{gamma }}ight)}$

in welchem ${Anzeigestil Q}$ der dimensionslose Durchsatz ist und ${Anzeigestil R}$ die dimensionslose Wachhöhe:

${displaystyle Q={frac {q}{sqrt {gH_{s}^{2}}}}{sqrt {frac {h/L_{0}}{ ein Alpha }}}}$

${displaystyle R={frac {h_{c}}{H_{s}}}{frac {1}{xi }}}$

mit:

${displaystyle h}$ die Wassertiefe

${displaystyle h_{c}}$ das Wachhöhe

${Anzeigestil q}$ der Umschlagsfluss (in ms/s)

${displaystyle H_{s}}$ das signifikante Wellenhöhe an der Spitze der Konstruktion

${Displaystil L_{0}}$ die Tiefenwasserwellenlänge

${displaystyle alpha }$ das Hangneigung

${Anzeigestil xi}$ es Iribarren-Nummer

${Displaystil-Gamma }$ der Widerstandsbegriff.

	${Anzeigestil a}$	${displaystyle b}$
brechen	0,07	4,3
wogend	0,2	2,3

Die Werte von ${Anzeigestil a}$ und ${displaystyle b}$ abhängig vom Schaltertyp, siehe Tabelle.

Der Widerstandsterm ${Displaystil-Gamma }$ hat einen Wert zwischen ungefähr 0,5 (für zwei Schichten von losem Schutt) und 1,0 (für einen glatten Hang). Über den Widerstandsterm wird auch die Wirkung einer Berme und schräg einfallender Wellen berücksichtigt. Dies wird auf die gleiche Weise wie bei der Berechnung von bij . bestimmt Wellenauflauf. Spezielle Slope-Blöcke, die den Wellenauflauf reduzieren (z. Hügelblock und ronataille) reduzieren somit auch das Überlaufen von Wellen. Da die normative Überschreitung Voraussetzung ist, bedeutet dies, dass durch den Einsatz solcher Elemente ein etwas geringerer Hochwasserschutz möglich ist.

Recherchen für das EurOtop-Handbuch haben viele zusätzliche Daten hervorgebracht, und auf dieser Grundlage wurde die Formel leicht modifiziert:

${displaystyle {frac {q}{sqrt {gH_{m0}^{3}}}}={frac {0{,}026}{sqrt { an alpha}}}gamma _{b}xi _{m-1 ,0}cdot exp left[-left(2{,}5{frac {R_{c}}{xi _{m-1.0}H_{m0}gamma }}ight)^{1{,}3}ight] }$

mit einem Maximum

${displaystyle {frac {q}{sqrt {gH_{m0}^{3}}}}=0{,}1,exp left[-left(1{,}35{frac {R_{c}}{H_{ m0}gamma }}ight)^{1{,}3}ight]}$

Es scheint nun, dass diese Formel auch eine vollkommen rationale Näherung der ursprünglichen Formel von Battjes ist.

Zulässiger Durchsatz

Die zulässige Überdeckung hängt von der Nutzung des Deiches und der Qualität des Deckwerks ab.

Für Dämme aus Bruchstein (z.B. an Hafendämmen) und einer Wellenhöhe von huh_m0 von mehr als 5 m außen ist bei einem Durchsatz von 10-30 l/s pro Meter eine schwere Schuttverkleidung innen erforderlich. Bei einem Durchsatz von 5-20 l/s pro Meter besteht ein hohes Risiko einer Beschädigung der Krone.

Situation	${Anzeigestil q}$ (l/s pro Meter)
Trümmerstein in Wellen ${Displaystil H_{m0}}$ > 5 m und einige Beschädigungen	1
Trümmerstein in Wellen ${displaystyle H_{m0}}$ > 5 m und einige Beschädigungen	5 - 10
guter Rasen ${Displaystil H_{m0}}$ zwischen 1 und 3 m	5
schlechter Rasen ${Displaystil H_{m0}}$ zwischen 0,5 und 3 m	0,1
schlechter Rasen ${Displaystil H_{m0}}$ < 1 m	5 - 10
schlechter Rasen ${Displaystil H_{m0}}$ < 0,3 m	unbegrenzt

Für normales Gras gilt ein durchschnittlicher Durchsatz von 5 l/s pro Meter Deich als zulässig. Für sehr guten Rasen, ohne spezielle Elemente wie Treppen, Pfosten und Zäune, sind 10 l/s pro Meter erlaubt. Umschlagtests mit a Wellenüberlaufsimulator haben gezeigt, dass bei einem unbeschädigten Rasen ohne Spezialelemente oft 50 l/s pro Meter keinen Schaden anrichten. Das Problem stellt also weniger die Festigkeit des Rasens dar, sondern das Vorhandensein von Sonderelementen.Es muss berücksichtigt werden, dass beispielsweise 5 l/s pro Meter durch hohe Wellen und eine hohe Schutzhöhe verursacht werden können, sondern auch durch niedrige Wellen mit geringer Nachlaufhöhe. Im ersten Fall gibt es nicht viele überragende Wellen, aber wenn man überschießt, gibt es eine große Geschwindigkeit am inneren Hang. Im zweiten Fall gibt es viele überlaufende Wellen, die jedoch relativ geringe Strömungsgeschwindigkeiten ergeben. Daher müssen sich die Anforderungen für die Umladung über Flussdeiche von denen für Seedeiche unterscheiden.

Blick vom Deich - Den Helder

Ein guter Seedeich mit durchgehendem Rasen ohne Stufen, wie dieser Deich bei Den Helder, verträgt ohne Probleme mindestens 10 l/s pro Meter. Allerdings ist die Wassermenge, die dann in die Häuser gelangt, nicht zu tolerieren, weshalb diese Deichtypen für ein geringeres Durchsatzvolumen ausgelegt sind.

Da festgestellt wurde, dass eine Grasfläche nicht unter dem Einfluss der durchschnittlichen Überfüllung einstürzt, sondern eher durch das häufige Auftreten hoher Fließgeschwindigkeiten, wurde ab 2015 entschieden, Grashänge im Inneren nicht mehr zu testen des Deiches gegen den durchschnittlichen Überlauf. , aber bei der Häufigkeit hoher Durchflussmengen beim Umschlag ^[3]

	${Displaystil H_{m0}}$(m)	${Anzeigestil q}$ l/s pro Meter
Wanderer mit Meerblick	3	0,3
Wanderer mit Meerblick	2	1
Wanderer mit Meerblick	1	10-20
Wanderer mit Meerblick	<0,5	unbegrenzt
Autos und Eisenbahnen	3	<5
Autos und Eisenbahnen	2	10-20
Autos und Eisenbahnen	1	<75

Für Schäden an Schiffen in Marinas können folgende Zahlen verwendet werden:

	${Displaystil H_{m0}}$(m)	${Anzeigestil q}$ l/s pro Meter
größere Schiffe versenken	>5	>10
größere Schiffe versenken	3 - 5	>20
Schäden an kleinen Schiffen	3 - 5	>5
sicher für große Schiffe	> 5	<5
sicher für kleine Schiffe	3- 5	<1
Schäden an Gebäuden	1-3	<1
Schäden an Geräten und Stadtmobiliar		<1

Wellenübertragung

Wenn sich auf beiden Seiten der Barriere Wasser befindet (z. B. bei einem Hafendamm und einem sich schließenden Damm), führt ein Überlaufen über diesen Damm auch zu Wellen auf der anderen Seite des Damms. Das nennt man Wellenübertragung. Um das Ausmaß der Wellenübertragung zu bestimmen, ist es nicht erforderlich, das Ausmaß des Überschwingens zu bestimmen. Die Übertragung hängt nur von der Wellenhöhe außen, der Schutzhöhe und der Rauheit ab. Für eine glatte Steigung gilt der Transmissionskoeffizient (= Welle auf der Innenseite des Damms/einlaufende Welle):

${displaystyle K_{T}=links[{-0.3{frac {R_{c}}{H_{m0}}} 0.75left({1-exp(-0.5xi _{0p})}ight)}ight]cdot ({cos eta})^{3/2}}$

in welchem ξ_0p die iribarren-Zahl basiert auf der Spitzenperiode der Wellen und β der Einfallswinkel der Wellen.

Wellenüberlaufsimulation

Simulation des Wellenüberlaufs auf dem IJsseldijk in Zwolle

Wellenüberschreitungen können mit einem Wellenüberschreitungssimulator simuliert werden, um die Sicherheit eines Deiches und insbesondere die Festigkeit des Grasdeckwerks auf der Landseite des Kamms und der Böschung zu testen. Die Wellenbedingungen, für die ein Deich ausgelegt ist, sind selten. Darüber hinaus variiert die Stärke von Grasdeckwerken in den Niederlanden. Diese Bedingungen auf dem Deich können in situ mit einem Wellenüberlaufsimulator simuliert werden. Der Betreiber des jeweiligen Hochwasserschutzsystems kann dann analysieren, ob die Deckwerksfestigkeit ausreicht, um unter bestimmten Extrembedingungen der zu erwartenden Wellenüberschreitung standzuhalten. Der Wellenüberlaufsimulator wird bei diesen Tests auf der Kuppe platziert und dort kontinuierlich mit Wasser mit konstanter Durchflussmenge befüllt. Die Klappen am Boden des Eimers können bei allen möglichen Volumina geöffnet werden, wodurch verschiedene Wellenüberlaufvolumina simuliert werden können^[4].

Der Wellenüberlaufsimulator ist eine der Möglichkeiten, die Stärke der Grasbedeckung zu testen. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines Sodenextraktors, der die Zugfestigkeit der Sode bestimmen und in eine Festigkeit unter Belastung durch Wellenüberlauf umwandeln kann. Mit dem dafür entwickelten Generator und Simulator können neben der Simulation des Wellenüberlaufs auch Welleneinschläge und Wellenauflauf simuliert werden.