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Auswirkung von Windaufbau während des Hurrikans Katrina (2003)

Wind-Setup (ebenfalls Windeffekt oder Sturmeffekt genannt) ist die Zunahme der Wasserstand am Meer oder in einem See, weil der Wind das Wasser in eine Richtung bläst. Da der Wind über die Wasseroberfläche bläst, übt der Wind eine Scherkraft draußen auf dem Wasser. Diese Kraft will das Wasser zum Fließen bringen (windgetriebene Strömung). Trifft diese Strömung jedoch auf ein Ufer, steigt der Wasserspiegel am Ufer an und es entsteht ein hydrostatisch Gegenkraft, die im Gleichgewicht mit der Querkraft steht.

Windaufbau bei Stürmen ist normalerweise Sturmflut erwähnt. Der Aufbau über der normalen Flut während einer Sturmflut in den Niederlanden kann ca. 3 m betragen. Die Einrichtung von Zyklone kann bis zu 5 m erreichen Dies kann zu großen Ansammlungen führen, insbesondere wenn das Wasser in einem flachen, trichterförmigen Bereich aufgestaut wird.

Überwachung

Beobachtung des Windaufbaus in Vlissingen 1953

In einem See ist die Abweichung vom Wasserstand normalerweise die Windeinstellung. Die Windeinstellung macht sich besonders in einem See mit gut kontrolliertem Zielpegel bemerkbar. Durch den Vergleich mit dem Wind über dem See lässt sich der Zusammenhang zwischen Windgeschwindigkeit, Wassertiefe und Fetch-Länge richtig bestimmen. Dies ist insbesondere im IJsselmeer möglich, da die Wassertiefe dort ziemlich konstant ist.^[1]

Auf dem Meer kann die Windeinstellung normalerweise nicht direkt beobachtet werden, da der beobachtete Wasserstand eine Kombination aus Tide und Windeinstellung ist. Dann muss die (berechnete) astronomische Flut vom beobachteten Wasserstand abgezogen werden. Siehe beigefügte Abbildung der Sturmflut von 1953 für den Bahnhof Vlissingen. Der höchste Wasserstand (an der Küste) wurde 1953 in Vlissingen beobachtet, jedoch nicht der höchste Windstand (dort waren es 2,79 Meter). Der höchste Windstand an der Küste war 1953 in Scheveningen (3,52 m). Die höchste beobachtete Windstärke war übrigens 1953 bei Dintelsas. Der Aufbau dort betrug 3,63 m.

Berechnung der Windeinstellung

Aus der Bilanz zwischen der durch den Wind verursachten Schubspannung auf dem Wasser und dem hydrostatischen Gegendruck lässt sich folgende Gleichung aufstellen:

${displaystyle {frac {dh}{dx}}={frac {kappa u^{2}cos phi }{gh}}}$

in welchem:

ha = Wassertiefe

X = Entfernung

Sie= Windgeschwindigkeit

${displaystyle kappa =c_{w}{frac {ho _{air}}{ho _{water}}}}$

${Anzeigestil phi}$ = Windwinkel relativ zur Küste

G = Erdbeschleunigung

c_w hat einen Wert zwischen 0.8*10^-3 und 3.0*10^-3

offene Küste

Für eine offene Küste führt dies zu:

${displaystyle Delta h={sqrt {2kappa {frac {u^{2}}{g}}Fcos phi h^{2}}}-h}$

in welchem

Δha = Windeinstellung

f = Hublänge, das ist die Strecke, die der Wind über das Wasser bläst

Diese Formel lässt sich oft nicht anwenden, da bei offenen Küsten das Problem nicht eindimensional ist und zudem die Wassertiefe nicht konstant ist. In diesem Fall muss die oben genannte Differentialformel numerisch in einem ein- oder zweidimensionalen Gitter gelöst werden. Diese Methode, kombiniert mit empirischen Daten, wird in den Niederlanden verwendet, um die Windentwicklung entlang der Küste bei erwarteten Stürmen vorherzusagen.

für einen See

Die Lösung der Differentialgleichung für einen See lautet:

${displaystyle Delta h=0.5kappa {frac {u^{2}}{gh}}Fcos phi}$

Bis zum Delta-Komitee wurde 1966 empfohlen, einen Wert von 3,8*10 für niederländische Bedingungen für κ . zu verwenden^-6 behalten. Eine Analyse von Messdaten aus dem IJsselmeer von 2002 bis 2013 hat einen zuverlässigen neuen Wert für κ ergeben, dh κ = 2,2*10^-6.^[1]Aus dieser Untersuchung folgte auch, dass die Formel bei höheren Windgeschwindigkeiten eine Unterschätzung ergibt, daher wurde vorgeschlagen, den Exponenten der Windgeschwindigkeit von 2 auf 3 und weiter = 1,7 * 10 . zu erhöhen^-7 benutzen. Die Analyse ergab, dass diese Formel die Windverhältnisse am IJsselmeer mit einer Genauigkeit von ca. 15 cm vorhersagen kann.

Hinweis

Wind-Setup sollte nicht verwechselt werden mit Wellenauflauf (die Zunge einer Welle am Hang hochlaufen) oder mit Golf-Setup (ein Anstieg des Wasserspiegels durch brechende Wellen).