Bijlage D Memo
4. Verschillen in invoerparameters
Bodem
In Figuur 1 wordt de waterdiepte (bodem + waterstand) uitgezet tegen enkele locaties langs de kust vanaf de Pettemer Zeewering tot en met de Hondsbossche Zeewering. Duidelijk is te zien dat de bodem van HR2006 over het algemeen lager ligt dan die van de crashactie. Op basis hiervan mogen we aldus verwachten dat de in HR2006 berekende golfhoogten groter zullen zijn dan die van de crashactie. Ook is te zien dat de bodem van HR2006 veel
geleidelijker verloopt terwijl die van de crashactie een veel onregelmatiger gedrag vertoont.
7 Deze conditie is niet helemaal maatgevend omdat volgens Hydra-K het toetspeil in Petten lager is dan de gekozen waterstand van +6m NAP. Doch in de oude RAND2001 matrix beschikken we slechts over 3 waterstanden, t.w. +2m,
Memo
Randaansturing
Er zijn drie onderdelen van de randaansturing waarin de oude en nieuwe berekeningen verschillen, t.w.
1. de diepwaterstatistiek in de offshore stations ELD, YMW en EUR,
2. mogelijk opgetreden inspeeleffecten in de oude berekeningen (crashactie), en
3. te hoge golfhoogte op de zeewaartse modelrand in de nieuwe berekeningen (HR2006).
Ad 1.
In de offshore meetstations ELD, YMW en EUR is de diepwaterstatistiek verschillend tussen de oude en nieuwe berekeningen. In Tabel 1 zijn de feitelijke waarden weergegeven. Hierbij is gegeven de windklasse (=7) voor iedere station de bijpassende windsnelheid vastgesteld:
ELD: U10=33m/s, YMW: U10=30m/s en EUR: U10=29m/s.
Tabel 1. Offshore randvoorwaarden behorende bij windklasse 7, waterstand van +6m NAP en windrichting
crashactie HR2006
Hs (m) 9.5 10.2
Tp (s) 16.6 16.1
ELD
Tm10 (s) 13.7
Hs (m) 9.1 8.7
Tp (s) 15.7 15.3
YMW
Tm10 (s) 13.3
Hs (m) 8.4 7.6
Tp (s) 13.3 12.1
EUR
Tm10 (s) 10.8
Tussen crashactie en HR2006 verschillen de golfhoogtes en piekperioden in de stations ELD en YMW relatief weinig van elkaar, i.e. respectievelijk 5% en 3%. In EUR is het verschil al wat groter, t.w. ongeveer 10%. In dit memo beperken we ons echter tot het noordelijke deel van de Hollandse Kust (Pettemer en Hondsbossche Zeeweringen).
Ad 2.
In de nieuwe berekeningen is een methode toegepast zodanig dat er géén inspeeleffecten aanwezig zijn in de modelberekeningen. In hoeverre er rekening is gehouden met de
inspeeleffecten in de oude berekeningen is tot dusver niet bekend. Mogelijk kunnen er aldus inspeeleffecten aanwezig zijn in de oude berekeningen en derhalve effect hebben op de modelresultaten. Dit is echter niet te kwantificeren.
Ad 3.
Door het toepassen van de eerdergenoemde methode blijkt de golfhoogte in de offshore stations 15 tot 30% hoger te liggen dan conform diepwaterstatistiek (Tabel 1). In principe kan dit aanleiding geven tot hogere golfhoogtes vlakbij de kust. Echter, deze overschatting wordt voor een groot gedeelte tenietgedaan in de kustzone als gevolg van
diepte-geïnduceerd breken. Om vast te stellen of deze vooronderstelling correct is wordt in de navolgende berekening de golfhoogte op gehele open zeerand kunstmatig verhoogd met 30%. Dit is het bedoelde aspect van de SWAN invoer wat met ‘rvw’ zal worden aangeduid.
Memo
Fysische instellingen
De volgende fysische procesinstellingen zijn verschillend tussen de oude en nieuwe berekeningen:
x whitecapping en x triads.
In de oude berekeningen zijn voor deze beide processen de standaard instellingen gekozen.
In de nieuwe berekeningen is het triad-effect niet meegenomen terwijl de instelling van de whitecapping zodanig is aangepast dat de energie-disspatie evenwichtiger wordt verdeeld als functie van frequentie. In beide gevallen zal de golfperiodemaat Tm1,0 naar verwachting in de nieuwe berekeningen groter zijn dan in de oude berekeningen.
Resultaten
De resultaten van de berekeningen zijn weergegeven in de Figuren 2 tot en met 5. In totaal zijn er 6 berekeningen gemaakt:
1. ‘Crash’: de originele berekening zoals door Alkyon (1999) is uitgevoerd. Ter controle zijn de uitkomsten van deze berekening vergeleken met die van Alkyon (2005) waaruit gebleken is dat de berekening volledig gereproduceerd is.
2. ‘rvw’: gelijk aan de ‘Crash’ berekening met uitzondering van de opgedrukte golfhoogte op de zeewaartse modelrand (30% hoger).
3. ‘fysische instell.’: gelijk aan de ‘Crash’ berekening met uitzondering van de fysische instellingen (n=2 voor whitecapping en géén triads).
4. ‘bodem’: gelijk aan de ‘Crash’ berekening met uitzondering van de bodemligging (systeem-gemiddeld in plaats van momentopname)
5. ‘totaal’: gelijk aan de ‘Crash’ berekening waarbij én de randvoorwaarden én de fysische instellingen én de bodem zijn aangepast.
6. ‘HR2006’: de berekening zoals door Haskoning/WL (Van Ledden, 2005) is uitgevoerd.
Figuren 2 en 4 geven respectievelijk de nearshore golfhoogte Hs en periodemaat Tm1,0 in een aantal locaties vanaf Pettemer Zeewering tot en met Hondsbossche Zeewering. Figuren 3 en 5 tonen de verschillende bijdragen van de verandering in de drie invoerparameters bodem, rvw en fysische instellingen aan verandering in respectievelijk nearshore golfhoogte Hs en periodemaat Tm1,0.
Met betrekking tot de nearshore golfhoogte kunnen we op basis van Figuren 2 en 3 de volgende conclusies trekken:
x De met nieuwe SWAN berekende golfhoogte is groter dan die van de oude SWAN berekening (orde grootte 1m).
x Het effect van de verhoogde golfhoogte met 30% op het zeewaartse modelrand op de nearshore golfhoogte is minimaal (orde grootte 3%). Hiermee wordt de veronderstelling bevestigd dat nabij de kust de golven weggebroken worden waardoor de verhoging op het modelrand nabij de kust vrijwel is verdwenen.
x Van de drie genoemde aspecten blijkt de verandering in de bodemligging verreweg het grootste effect te hebben op de golfhoogte (gemiddeld 60 à 70%), zoals verwacht.
Alleen in het noordelijke deel van de Pettemer Zeewering blijkt de bodemverandering weinig effect te hebben. De simpele verklaring hiervoor is dat de bodemligging aldaar nauwelijks is veranderd ten opzichte van de crashactie (minder dan 1m); zie Figuur 1.
x In tegenstelling tot wat verwacht wordt blijken de wijzigingen in de fysische instellingen ook een niet verwaarloosbare effect te hebben op de nearshore golfhoogte. Dit effect is ongeveer 20 tot 30%. Dit blijkt geheel toegeschreven te kunnen worden aan het uitschakelen van triads. In de oude berekeningen zijn triads meegenomen. De
Memo
implementatie van triads is echter zodanig dat het niet energiebehoudend is. Dit heeft mede tot gevolg dat in de oude berekeningen ten onrechte golfenergie verloren is gegaan.
x Het verloop en grootte van de nearshore golfhoogte in de berekening ‘totaal’ blijkt nagenoeg gelijk te zijn aan die van de berekening ‘HR2006’. Dit impliceert dat de drie invoeronderdelen bodem, randaansturing en fysische instellingen inderdaad verreweg het totale verschil tussen de oude en nieuwe berekeningen kan verklaren.
Met betrekking tot de nearshore golfperiode Tm1,0 kunnen we op basis van Figuren 4 en 5 de volgende conclusies trekken:
x De periodemaat verkregen uit de nieuwe SWAN berekening (HR2006) is ruim 2s hoger dan die van de oude berekening (crashactie).
x Opnieuw blijkt het effect van de verhoogde golfhoogte op het modelrand op de golfperiode redelijk minimaal te zijn, hoewel dat effect wel groter is dan die van de golfhoogte. In orde grootte blijkt dit effect ongeveer 7% te zijn.
x De verandering in de bodemligging blijkt gemiddeld gezien vrijwel géén effect te hebben op de nearshore golfperiode. Dat is fysisch gezien ook wel te verwachten.
x Zoals verwacht heeft de verandering in de fysische instellingen verreweg het grootste effect op Tm1,0 (ongeveer 90%). Het niet meenemen van triads en een kleine aanpassing in de whitecapping heeft tot gevolg dat de golfperiodemaat toegenomen is met ruim 2s.
x Het resultaat van de berekening ‘totaal’ blijkt iets hoger te zijn dan die van ‘HR2006’
(ongeveer 0.5s). Waarschijnlijk wordt dit veroorzaakt door de inspeeleffecten (wel in de oude berekeningen, niet in de nieuwe berekeningen).
De belangrijkste conclusie is dat het verschil tussen de nieuwe SWAN berekeningen ten behoeve van HR2006 en de oude SWAN berekeningen gebruikt voor de crashactie vrijwel geheel verklaard kan worden door de wijzigingen in de bodemligging en fysische instellingen en in mindere mate door de randaansturing (i.e. verhoogde golfhoogte op modelranden). De bijdragen van deze wijzigingen aan de verhoging in Hs en Tm1,0 in twee locaties Pettemer Zeewering (x=105780, y=531966) en Hondsbossche Zeewering (x=104896, y=529141)8, zijn weergegeven in respectievelijk Tabellen 2a en 2b.
Tabel 2a. Bijdrage aan verandering in significante golfhoogte Hs ten gevolge van de wijziging in de invoerparameter.
invoerparameter Pettemer Zeewering
Hondsbossche Zeewering
bodem 41.57% 59.93%
fysische instell. 55.81% 36.82%
Rvw 2.62% 3.25%
Tabel 2b. Bijdrage aan verandering in spectral golfperiode Tm1,0 ten gevolge van de wijziging in de invoerparameter.
invoerparameter Pettemer Zeewering
Hondsbossche Zeewering
bodem 0.25% 2.97%
fysische instell. 93.03% 95.40%
Rvw 7.23% 7.57%
8 Deze locaties zijn gekozen in de crashactie en worden als representatief beschouwd.
Memo
Bovengenoemde exercitie is tevens uitgevoerd voor de zeeweringen bij Flaauwe Werk en Den Helder. De bijdragen aan veranderingen in Hs en Tm-1,0 in deze locaties, ten gevolge van de wijziging in de invoerparameter, zijn opgenomen in Tabel 4.1 in paragraaf 4.1 van het hoofdrapport.
5. Conclusies
In 2002/2003 is een crashactie uitgevoerd, waarin voor enkele zeeweringen de hydraulische randvoorwaarden zijn berekend. Deze zijn bepaald op basis van de SWAN berekeningen voor de gebieden Westerschelde en Hollandse kust die in de periode 1997-1999 zijn uitgevoerd. Ten behoeve van het project HR2006 zijn in de periode 2005-2006 opnieuw enkele honderden SWAN berekeningen uitgevoerd voor de Hollandse Kust.
Tussen de SWAN berekeningen voor de Hollandse Kust van de crashactie en die van HR2006 bestaan er verschillen in modelinvoer en leiden dientengevolge tot verschillende modelresultaten. De invoeronderdelen waarin de verschillen aanwezig zijn: rekenrooster, bodemligging, randaansturing, wind, fysische en numerieke instellingen en uitvoerlocaties.
Twee belangrijkste conclusies zijn:
1. Het totale verschil tussen de modeluitkomsten van de nieuwe SWAN berekeningen ten behoeve van HR2006 en de oude SWAN berekeningen gebruikt voor de
crashactie wordt vrijwel geheel verklaard door de wijzigingen in de bodemligging en fysische instellingen en in mindere mate door de randaansturing (i.e. verhoogde golfhoogte op modelranden). De overige verschillen in de invoerparameters, zoals rekenrooster, wind, numerieke instellingen en ligging uitvoerlocaties hebben géén invloed.
2. De totale bijdrage aan de verhoging in de golfhoogte van HR2006 ten opzichte van de crashactie bestaat ruwweg uit twee delen: meer dan de helft door de verandering in de bodemligging en minder dan de helft door de wijziging in de fysische
instellingen. Daarentegen wordt de verhoging in de spectrale golfperiode van HR2006 ten opzichte van de crashactie vrijwel geheel toegeschreven aan de wijzigingen in de fysische instellingen.
Memo
Referenties
Alkyon, 1999
Wave computations for the coast of the Netherlands. Rapport A480.
Alkyon, 2005
Herstructurering CD ROM’s Westerschelde, Oosterschelde, Waddenzee en Hollandse Kust.
Rapport A1479.
Alkyon, 2006
Herstructurering invoerbestanden SWAN berekeningen. Rapport A1672.
Jacobse, J.J., A.T.M.M. Kieftenburg en F. den Heijer, 2002
Betrouwbaarheid golfcondities met SWAN. Rapport RIKZ/OS-2002.116x.
Kieftenburg, A.T.M.M., M. Zijlema, 2006
Aansturing SWAN ten behoeve van de berekeningen voor de Hydraulische Randvoorwaarden 2006. Notitie RIKZ.
Van Ledden, M., M.R. Westra, J. Groeneweg, I. Wenneker, O. Scholl, 2005
SWAN berekeningen ten behoeve van HR2006 voor de Hollandse Kust. Rapport Fase 1, 9P8603.A0.
Rogers, W.E., P.A. Hwang, D.W. Wang, 2002
Investigation of wave growth and decay in the SWAN model: three regional scale applications. J. Phys. Oceanogr., 33, pp. 366389