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Komplexe Reflexionskoeffizienten (CRC) bei irregulären Wasserwellen an steilen Uferböschungen

Büsching, Fritz ORCID

Bei der Behandlung der Kinematik brechender Wasserwellen infolge kontinuierlicher Wassertiefenabnahme war der Einfluss der Reflexion in der Vergangenheit fast vollständig vernachlässigt worden. Dabei war der Grad der Reflexion im Gegensatz zu anderen Wellenarten nach Healy (1953) ausschließlich durch das Wellenhöhenverhältnis C_r = H_r / H_i als vollständig angesehen worden. Umfangreiche Messungen im Wellenkanal der FH Bielefeld University of Applied Sciences haben für unterschiedlich gestaltete Böschungsoberflächen gleicher Neigung jedoch deutlich unterschiedliche Brecherformen und Brecherpositionen erkennen lassen. Letztere konnten aufgrund theoretischer Betrachtungen auf einen zwischen einfallender und reflektierter Welle auftretenden Phasensprung (Phasenverschiebung) Δφ zurückgeführt werden. Dementsprechend wurde ein vollständiger Reflexionskoeffizient (CRC) nach Büsching (2010, 2011) nunmehr als komplexer Reflexionskoeffizient Γ mit dem Betrag C_r und der Phasenverschiebung Δφ definiert, der einerseits bezüglich der Bauwerksbemessung und andererseits im Hinblick auf die Klassifikation brechender Wasserwellen künftig eine Rolle spielen dürfte. Auf Grund der Definition des CRC kann zwischen positiver und negativer (partieller) Reflexion unterschieden werden. Die Reflexion ist an natürlichen Küsten (etwa Sylt) bei relativ niedrigen Wasserständen an flachen Stränden negativ, jedoch bei (hohen) Sturmflutwasserständen positiv, da diese dann vom nahezu vertikalen Kliff oder von steilen Dünen erfolgt. Insbesondere bilden positive partielle Clapotis-Wellen die Voraussetzung für die Entstehung resonanter Beckenschwingungen, die bei Sturmflutwasserständen nach Messungen des Verfassers vor Westerland/Sylt existieren.

In the treatment of the kinematics of refractive water waves as a result of the continuous decrease in water depth, the influence of reflection was almost completely neglected in the past. In contrast to other wave types according to Healy (1953), the degree of reflection was considered complete only by the wave height ratio C_r = H_r / H_i. Extensive measurements in the wave channel of the FH Bielefeld University of Applied Sciences have shown clearly different breaker shapes and breaker positions for differently shaped slope surfaces with the same inclination. Based on theoretical considerations, the latter could be attributed to a phase jump (phase shift) Δφ between the incident and the reflected wave. Accordingly, a complete reflection coefficient (CRC) according to Büsching (2010, 2011) has now been defined as a complex reflection coefficient Γ with the amount C_r and the phase shift Δφ , which on the one hand with regard to the structural design and on the other hand with regard to the classification of breaking water waves should play a role in the future. Based on the definition of the CRC, a distinction can be made between positive and negative (partial) reflection. The reflection is negative on natural coasts (e.g. Sylt) at relatively low water levels on flat beaches, but positive at (high) storm surge water levels, since this is then caused by the almost vertical cliff or by steep dunes. In particular, positive partial Clapotis waves are the prerequisite for the development of resonant pelvic vibrations, which exist at storm surge water levels according to measurements by the author off Westerland / Sylt.

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