Wellenüberlaufströmung an Seedeichen : Experimentelle und theoretische Untersuchungen

Schüttrumpf, Holger

Für die Bemessung von Seedeichen ist die Kenntnis des Wellenüberlaufes von besonderer Bedeutung. Wellenüberlauf kann aufgrund der stochastischen Natur des Seegangs und der Unsicherheiten bei der Festlegung des Bemessungswasserstandes nicht vollständig ausgeschlossen werden und hat in der Vergangenheit zu schweren Deichschäden geführt. Die Kenntnis mittlerer Wellenüberlaufraten, d.h. die gegenwärtige Bemessungspraxis, reicht für die Bemessung der Binnenböschung von Seedeichen jedoch nicht aus, vielmehr sind es die Geschwindigkeiten und Schichtdicken des Wellenüberlaufschwalls, die für die Infiltration und Erosion des überlaufenden Wassers in die Deichbinnenböschung verantwortlich sind. Da der Wellenüberlauf von den physikalischen Prozessen beim Wellenbrechen und beim Wellenauflauf auf der Deichaußenböschung abhängt, wurden diese Prozesse zuerst untersucht. Schwerpunkt der Arbeit ist jedoch die Bestimmung der Schichtdicken und Geschwindigkeiten auf der Deichaußenböschung, der Deichkrone und der Deichbinnenböschung. Es wurde gezeigt, daß die Entwicklung der Schichtdicken und Auflaufgeschwindigkeiten auf der Deichaußenböschung eng mit der Wellenauflaufhöhe verknüpft ist. Für die Deichkrone wurde ein einfacher empirischer Ansatz zur Beschreibung der Schichtdicken und eine theoretische Näherungslösung für die Überlaufgeschwindigkeiten entwickelt. Auf der Deichbinnenböschung wurden Schichtdicken und Überlaufgeschwindigkeiten auf der Grundlage eines theoretischen Ansatzes beschrieben, der auf der allgemeinen Bewegungsgleichung und der Kontinuitätsgleichung aufbaut. Alle Ansätze konnten anhand der vorliegenden Modellergebnisse verifiziert werden.

Wave overtopping is one of the most important processes for the design of seadikes which was responsible for many severe dike failures in the past. Wave overtopping can not be avoided due to the random nature of the waves and the uncertainties associated with the determination of the design water level. The present design on wave overtopping is based on average overtopping rates. Nevertheless, average overtopping rates are not sufficient for the design of seadikes, because overtopping velocities and overtopping layer thicknesses are required to assess the infiltration and erosion on the landward side of seadikes by overtopping water. Wave overtopping is dependent on the processes associated to wave breaking and wave run-up on the seaward slope. Therefore, these processes are investigated first. The main part of this thesis is the determination of layer thicknesses and velocities on the seaward slope, the dike crest and the landward slope. Layer thickness and wave run-up velocities on the seaward slope are closely connected to the wave run-up height. Empirical formulae for layer thicknesses and a theoretical approach for overtopping velocities are derived for the dike crest. Overtopping velocities and layer thicknesses on the landward slope are derived on the basis of the two-dimensional momentum equation and the continuity equation. All derived formulae are calibrated by model tests with regular waves and verified by model tests with wave spectra.

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Schüttrumpf, Holger: Wellenüberlaufströmung an Seedeichen : Experimentelle und theoretische Untersuchungen. 2001.

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