20_025_1 WL rapporten
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust DEPARTEMENT MOBILITEIT & OPENBARE WERKEN
waterbouwkundiglaboratorium.be
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
De Roo, S.; Vanneste, D.; Mostaert, F.
Cover figuur © De Roo, Sieglien Juridische kennisgeving Het Waterbouwkundig Laboratorium is van mening dat de informatie en standpunten in dit rapport onderbouwd worden door de op het moment van schrijven beschikbare gegevens en kennis. De standpunten in deze publicatie zijn deze van het Waterbouwkundig Laboratorium en geven niet noodzakelijk de mening weer van de Vlaamse overheid of één van haar instellingen. Het Waterbouwkundig Laboratorium noch iedere persoon of bedrijf optredend namens het Waterbouwkundig Laboratorium is aansprakelijk voor het gebruik dat gemaakt wordt van de informatie uit dit rapport of voor verlies of schade die eruit voortvloeit. Copyright en wijze van citeren © Vlaamse overheid, Departement Mobiliteit en Openbare Werken, Waterbouwkundig Laboratorium 2021 D/2021/3241/027 Deze publicatie dient als volgt geciteerd te worden: De Roo, S.; Vanneste, D.; Mostaert, F. (2021). Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens: Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust. Versie 2.0. WL Rapporten, 20_025_1. Waterbouwkundig Laboratorium: Antwerpen. Overname uit en verwijzingen naar deze publicatie worden aangemoedigd, mits correcte bronvermelding. Documentidentificatie Opdrachtgever: Keywords (3-5): Kennisdomeinen:
Agentschap voor Maritieme Dienstverlening Ref.: WL2021R20_025_1 en Kust, afdeling Kust hydraulische randvoorwaarden, extremewaardeanalyse, golftransformatie Kustbescherming > kustveiligheid bij extreme stormen > hydrometeoklimaat extreme stormen > literatuur- en desktoponderzoek Kustbescherming > kustveiligheid bij extreme stormen > hydrometeoklimaat extreme stormen > in-situ metingen Kustbescherming > kustveiligheid bij extreme stormen > hydrometeoklimaat extreme stormen > numerieke modelleringen
Tekst (p.): Vertrouwelijk:
22 ܈Nee
Auteur(s):
De Roo, S.
Bijlagen (p.): ܈Online beschikbaar
/
Controle Naam Revisor(en):
Projectleider:
Vanneste, D.
Vanneste, D.
Handtekening
Getekend door:Dieter Vanneste (Signatur Getekend op:2021-02-26 09:01:21 +01:0 Reden:Ik keur dit document goed
Getekend door:Dieter Vanneste (Signatur Getekend op:2021-02-26 09:01:39 +01:0 Reden:Ik keur dit document goed
Goedkeuring Getekend door:Frank Mostaert (Signature Getekend op:2021-02-26 13:48:01 +01:0 Reden:Ik keur dit document goed
Afdelingshoofd:
F-WL-PP10-1 Versie 7 Geldig vanaf 03/01/2017
Mostaert, F.
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
Abstract Voor een probabilistische analyse van het constructief faalgedrag van verschillende kunstwerken in de havens van Oostende en Zeebrugge zijn richtingsafhankelijke hydraulische randvoorwaarden nodig. Bij opmaak van het Hydraulisch Randvoorwaardenboek 2014 werden deze randvoorwaarden opgemaakt, maar niet voor het volledige vereiste bereik aan windsectoren. Daarom wordt in de eerste deelopdracht van WL studie 20_025 de studie van de richtingsafhankelijke hydraulische randvoorwaarden uitgebreid voor de aanlandige windsectoren van ZW tot NO voor waterstand en significante golfhoogte, en over het volledige windsectorbereik voor windsnelheden. Onderhavig rapport bevat de resultaten van de statistische analyse van de richtingsafhankelijke waterstand, windsnelheid en significante golfhoogte op diep water. Vervolgens werden deze getransformeerd volgens de methodiek beschreven in De Roo et al., 2016a om tot locatiespecifieke golfrandvoorwaarden te komen ter hoogte van de havenmond van Oostende en Zeebrugge.
Definitieve versie
WL2021R20_025_1
III
F-WL-PP10-1 Versie 7 Geldig vanaf 03/01/2017
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
Inhoudstafel Abstract ............................................................................................................................................................ III Inhoudstafel....................................................................................................................................................... V Lijst van de tabellen .......................................................................................................................................... VI Lijst van de figuren .......................................................................................................................................... VII 1
Inleiding ..................................................................................................................................................... 1
2
Waterstand ................................................................................................................................................ 3 2.1
Stormopzet O..................................................................................................................................... 3
2.2
Waterstand h ..................................................................................................................................... 5
3
Wind .......................................................................................................................................................... 7
4
Golven........................................................................................................................................................ 9 4.1
Diep water ......................................................................................................................................... 9
4.2
Transformatie naar ondiep water met SWAN ................................................................................. 11
4.2.1
Transformatie voor windsectoren NO tot W........................................................................... 13
4.2.2
Transformatie voor de windsectoren W tot Z ......................................................................... 14
4.3
Ondiep water – ter hoogte van de havens ...................................................................................... 15
5
Besluit ...................................................................................................................................................... 21
6
Referenties .............................................................................................................................................. 22
Definitieve versie
WL2021R20_025_1
V
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
Lijst van de tabellen Tabel 1 – Gebruikte data van Meetnet Vlaamse Banken .................................................................................. 1 Tabel 2 – Stormopzet O ..................................................................................................................................... 4 Tabel 3 – Waterstand h ..................................................................................................................................... 5 Tabel 4 – Windsnelheid uw (dt=2u).................................................................................................................... 8 Tabel 5 – Significante golfhoogte Hm0 (dt=2u)................................................................................................. 10 Tabel 6 – Info uitvoerpunten havens van Oostende en Zeebrugge ................................................................ 11 Tabel 7 – Locatiespecifieke hoekverdraaiing golfrichting tussen diep en ondiep water ................................ 14 Tabel 8 – Locatiespecifieke hoekverdraaiing golfrichting tussen diep en ondiep water ................................ 15 Tabel 9 – Significante golfhoogte Hm0: parameters directionele Weibullverdeling (ontwerpduur dt=2u) (indien 2 waarden: NO tot W / W tot Z) .......................................................................................................... 17 Tabel 10 – Golfpiekperiode Tp: parameters directionele machtsfunctie (indien 2 waarden: NO tot W / W tot Z) ................................................................................................................................................................ 20
VI
WL2021R20_025_1
Definitieve versie
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
Lijst van de figuren Figuur 1 – Directionele extremewaardeverdelingen van de waterstand h [m TAW] ....................................... 6 Figuur 2 – SWAN bathymetrisch rooster van het Belgisch Continentaal Plat (2015) met uitvoerpunten ter hoogte van havens Oostende en Zeebrugge – resolutie 250x250m ............................................................... 12 Figuur 3 – SWAN bathymetrisch rooster van het Belgisch Continentaal Plat (2020) – resolutie 50x50m ..... 12 Figuur 4 – Uitvoerpunten ter hoogte van de haven van Oostende ................................................................ 13 Figuur 5 – Voorbeeld dubbeltoppig spectrum: uitvoerpunt ZBG2 – richting NNO ......................................... 16 Figuur 6 – Significante golfhoogte Hm0: terugkeerperiode T op de verschillende uitvoerpunten (ontwerpduur dt=2u) .............................................................................................................................................................. 19
Definitieve versie
WL2021R20_025_1
VII
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
1 Inleiding In het kader van de probabilistische analyse naar het constructief faalgedrag van verschillende kunstwerken in de havens van Oostende en Zeebrugge, zijn bijkomende (directionele) hydraulische randvoorwaarden nodig ter hoogte van de havenmond van Oostende en Zeebrugge. Ter bepaling van deze randvoorwaarden is dezelfde dataset gebruikt als deze in De Roo et al., 2016a (HR2014). In Hoofdstuk 2 van De Roo et al., 2016b staat uitgebreid gedocumenteerd welke meetlocaties, -instrumentatie en -periodes gebruikt zijn om extreme waterstanden, golfhoogtes en windsnelheden te bepalen. Tabel 1 geeft een beknopt overzicht van deze data. Tabel 1 – Gebruikte data van Meetnet Vlaamse Banken: Meetlocaties en -periode
Meetlocatie(s)
Lengte tijdreeks
Waterstand
Oostende maregraaf
89 jaar (1925-2014)
Windsnelheid
Meetpaal (MP) 0, MP7 en Meteopark Zeebrugge 30 jaar (1984-2014)
Significante golfhoogte Westhinder, ZW-Akkaert
30 jaar (1984-2014)
De hydraulische randvoorwaarden voor een maatgevende stormvloed met een hogere terugkeerperiode T kunnen niet rechtstreeks vertaald worden uit meetgegevens maar dienen berekend te worden door extrapolatie van deze meetgegevens. Aangezien er langere tijdreeksen van golf- en windmeetdata bestaan voor meetlocaties op dieper water (‘offshore’) wordt een extremewaardeanalyse uitgevoerd voor de grootheden op diep water. Deze meetlocaties geven tevens betrouwbaardere meetwaarden aangezien bijv. een zandbank (in ondieper water) de gemeten golfhoogtes Hm0 kan verminderen bij een relatief lage waterstand h, en deze reductie groter is dan het geval zou zijn bij bijv. een 1000-jarige waterstand. Voor waterstanden h heeft de getijmeter in Oostende de langste meetreeks; voor deze grootheid wordt verondersteld dat de waterstanden h op diep water gelijk zijn. De bepaalde extreme waarden worden nadien vertaald van diep naar ondiep water gebruik makende van het numeriek spectraal golfmodel SWAN (Simulating WAves Nearshore, ontwikkeld door TUDelft). De hydraulische randvoorwaarden op ondiep water worden bekomen voor de betreffende kustsecties na een statistische analyse op de getransformeerde grootheden. Dit leidt tot locatiespecifieke waarden voor de maatgevende stormvloed. De hydraulische randvoorwaarden worden opgesteld voor elke windsector tussen Z en NO (wijzerzin): i.e. Z, ZZW, ZW, WZW, W, WNW, NW, NNW, N, NNO en NO (sectorbreedte: 22.5°) voor de grootheden waterstand en significante golfhoogte. Voor de windsnelheid worden deze opgesteld voor alle windsectoren, dus bijkomend ook voor windsectoren ONO, O, OZO, ZO en ZZO. Hierbij wordt verondersteld dat de golfrichting en de windrichting in diep water gelijk zijn. Voor elke grootheid wordt dus een directionele waarde voor de extreme overschrijdingskans bepaald.
Definitieve versie
WL2021R20_025_1
1
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
Teneinde het schadeverloop van structuren (vb. zeedijk, havendam, kaaimuur) ten gevolge van de maatgevende stormvloed te voorspellen, zijn de hydraulische randvoorwaarden opgesteld voor een belastingsduur van dt=2u, de kenmerkende ontwerpduur voor golfoverslag. Deze laatste ontwerpduur wordt berekend door een gecentreerd gemiddelde uit te voeren op de originele meetreeksen van golven en wind, waarbij de waarde op tijdstip t resulteert uit het gemiddelde van de grootheid over het tijdsinterval t-1h en t+1h.
2
WL2021R20_025_1
Definitieve versie
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
2 Waterstand De totale waterstand h wordt bepaald door een astronomische tij-component hAT en een stormopzetcomponent O. Beide componenten zijn onafhankelijk van elkaar. Het astronomisch getij hAT is deterministisch, en wordt bepaald door de stand van de hemellichamen. De stormopzet O is stochastisch, en wordt veroorzaakt door de wind. Enkel op de stormopzet O is een extremewaardeanalyse uitgevoerd.
2.1 Stormopzet O Hiervoor is de scheve stormopzet O bepaald: O = hmax – hAT,max De maxima van de voorspelde en opgetreden waterstand komen dus niet noodzakelijk op hetzelfde tijdstip voor. Op deze reeks van scheve stormopzetten O is een selectie uitgevoerd om tot onafhankelijke Peak-overThreshold (POT) waarden te komen, waarop vervolgens een extremewaardeverdeling wordt gefit. De toegepaste onafhankelijkscriteria zijn: -
Tussen 2 extremen dient een tijdsduur ≥ 36u te zijn. De drempelwaarde voor stormopzet O: xt,minO = 0.4m 2 stormvloeden zijn slechts onafhankelijk van elkaar indien de stormopzet O tussen beiden gedaald is tot xt,minO
Richtingsafhankelijkheid wordt bekomen door indeling van elke geselecteerde POT-stormopzet O volgens de windsector die op dit tijdstip voorkwam. Echter, de opbouw van een stormvloed op de Noordzee, en dus de maximale stormopzet O, is een proces dat enkele dagen kan duren (Technum et al., 2002). De windsector die voorkomt op het tijdstip van de POT-stormopzet O is dus erg variabel. Daarom worden ook de POT-stormopzetten O horende bij naburige windsectoren meegenomen ter bepaling van de extremewaardeverdeling voor de stormopzet O van de desbetreffende windsector. Tabel 2 geeft een overzicht van de hydraulische en statistische resultaten voor de stormopzet O per windsector. Bemerk dat, aangezien de extremewaardeanalyse uitgevoerd is op elke windsector en diens naburige sectoren (= sectorbreedte: 67.5°), de hydraulische resultaten voor de gekalibreerde verdelingen van deze directionele stormopzet O dienen herleid te worden naar de oorspronkelijke 22.5° brede sector 1. Het zijn deze resultaten voor de oorspronkelijke sectorbreedte die getabelleerd zijn. Lineair asymptotisch staartgedrag wordt voor alle windsectoren bekomen in de exponentiële kwantielplot. Bijgevolg worden de parameters van de extremewaardeverdeling gekalibreerd in deze kwantielplot. De drempelwaarde xt,O is de geoptimaliseerde drempelwaarde voor elke windsector; de kolom #POT > xt,O geeft het aantal POT-waarden boven de drempel xt,O voor de uitgebreide windsector weer. Aan de hand van deze gekalibreerde parameters, en het type verdeling, wordt het verband tussen de gewenste terugkeerperiode T en de stormopzet O berekend als:
1
De representatieve kans voor een sectorbreedte 22.5° wordt bekomen door de kans van de gebeurtenis binnen de beschouwde sector van 67.5° te delen door 3.
Definitieve versie
WL2021R20_025_1
3
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
𝑃𝑃(𝑂𝑂 > 𝑜𝑜|𝑜𝑜 > 𝑜𝑜𝑂𝑂 ) =
Waarin: 𝜆𝜆 =
#POT>𝑥𝑥𝑡𝑡,𝑂𝑂 𝑚𝑚
𝑚𝑚 𝑜𝑜 − 𝑥𝑥𝑡𝑡,𝑜𝑜 𝑘𝑘 1 ∙ = exp �− � � � 𝛽𝛽 𝑇𝑇 #POT > 𝑥𝑥𝑡𝑡,𝑂𝑂 1� 𝑘𝑘
1 𝑂𝑂(𝑇𝑇) = 𝛽𝛽 ∙ �− ln � �� 𝜆𝜆 ∙ 𝑇𝑇
+ 𝑥𝑥𝑡𝑡,𝑂𝑂
, en m: de tijdsduur van de meetreeks is (hier: m=89 jaar).
Tabel 2 – Stormopzet O: gefitte parameters extremewaardeverdeling volgens de Least Squares methode en resultaat voor T = 1000 jaar
Hydraulische resultaten O [cm]
Verdeling
Drempel xt,O [cm]
k [-]
β [cm]
NO
108.38
Exponentieel
42.20
1
16.4193
15
NNO
157.21
Exponentieel
43.20
1
22.6393
41
N
184.51
Exponentieel
58.00
1
23.4272
59
NNW
205.18
Exponentieel
66.00
1
23.3251
104
NW
191.30
Exponentieel
73.00
1
18.8077
144
WNW
190.48
Exponentieel
68.00
1
18.4046
207
W
182.83
Exponentieel
64.76
1
17.5924
219
WZW
164.08
Exponentieel
49.90
1
16.4030
281
ZW
136.78
Exponentieel
41.00
1
13.7604
281
ZZW
116.01
Exponentieel
43.88
1
11.8715
116
Z
96.80
Exponentieel
42.00
1
11.0476
38
Windsector
4
POT > xt,O
Statistische resultaten
WL2021R20_025_1
Definitieve versie
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
2.2 Waterstand h De totale waterstand h wordt bepaald door het toepassen van convolutie op de stormopzetten O en de astronomische hoogwaters hAT, en dit voor elke beschouwde windsector. Hierbij is een zeespiegelstijging niet in rekening gebracht. De overschrijdingsfrequentie van een bepaalde (directionele) waterstand h is berekend als: 𝑁𝑁
𝑃𝑃(ℎ > ℎ1 ) = � 𝑓𝑓 �𝑂𝑂 > �ℎ1 − ℎ𝐴𝐴𝐴𝐴,𝑖𝑖 �� /𝑁𝑁 𝑖𝑖=1
Waarin: h1: de beschouwde waterstand is; f(O): de kans dat een stormopzet hoger is dan O; hAT,i: het i-de astronomische hoogwater hAT; N: het aantal hoogwaters in een Saros periode (=18.6jr). De kans f(O) wordt berekend gebruik makende van de gekalibreerde extremewaardeverdeling voor de stormopzet O (cf. Tabel 2) Aangezien in de statistische analyse ook de naburige windsectoren in rekening gebracht werden, wordt hier evenwel de overschrijdingskans gedeeld door 3. De waterstand h voor een terugkeerperiode T wordt dan berekend als:
1� 𝑘𝑘
1 ℎ(𝑇𝑇) = 𝛽𝛽 ∙ �−log � �� 𝑇𝑇
+ 𝑥𝑥𝑡𝑡,ℎ
Tabel 3 geeft de resultaten die gelden voor de haven van Oostende, voor Zeebrugge dient het verschil in astronomisch springtij, i.e. 0.12 m, hiervan afgetrokken te worden . Tabel 3 – Waterstand h: parameters extremewaardeverdeling en resultaat voor T = 1000 jaar
Hydraulische resultaten Windsector
h [m TAW]
Statistische resultaten Verdeling
Drempel xt,h [m TAW]
k [-]
β [m TAW]
NO
5.720
Exponentieel
4.586
1
0.164
NNO
6.149
Exponentieel
4.585
1
0.226
N
6.416
Exponentieel
4.798
1
0.234
NNW
6.623
Exponentieel
5.012
1
0.233
NW
6.524
Exponentieel
5.225
1
0.188
WNW
6.519
Exponentieel
5.248
1
0.184
W
6.451
Exponentieel
5.236
1
0.176
WZW
6.277
Exponentieel
5.144
1
0.164
ZW
6.038
Exponentieel
5.088
1
0.138
ZZW
5.860
Exponentieel
5.040
1
0.119
Z
5.682
Exponentieel
4.919
1
0.110
Definitieve versie
WL2021R20_025_1
5
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
Figuur 1 – Directionele extremewaardeverdelingen van de waterstand h [m TAW] (o.b.v. data: maregraaf Oostende)
6
WL2021R20_025_1
Definitieve versie
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
3 Wind De wind is een belangrijke actor voor stormopzet en windgolven. Daarbij zijn zowel de gemiddelde windsnelheid uw (hier: de potentiële windsnelheid op een referentiehoogte van 10m boven het ogenblikkelijke zeeniveau (te Oostende)) als de windrichting dirw van belang. De windsnelheid uw wordt bepaald door extremewaardeanalyse. De onafhankelijkheidscriteria ter selectie van de POT-waarden voor de windsnelheid uw: -
De drempelwaarde voor windsnelheid uw: xt,min,uw = 10m/s
-
Een storm met extreme windsnelheden wordt gedefinieerd in het tijdsvenster waarbinnen de windsnelheden boven deze drempelwaarde xt,min,uw liggen. Binnen dit tijdvenster wordt voor elke optredende windsector de maximale windsnelheid uw geselecteerd als POT-waarde.
-
2 extremen uit een bepaalde windsector zijn slechts onafhankelijk van elkaar indien tussen deze 2 extremen een tijdsduur ≥ 36h is.
Richtingsafhankelijkheid wordt bekomen door indeling van de windrichtingen dirw per windsector in elk stormevent. Nadien wordt voor de optredende windsectoren binnen dit stormevent een POT-windsnelheid uw geselecteerd. De windrichting dirw wordt gediscretiseerd tot 16 windsectoren van elk 22.5° breed. De richtingsafhankelijkheid van de andere grootheden, die statistisch onderzocht worden per windsector, wordt bepaald door het voorkomen van de POT-waarde in een windsector. Tabel 4 geeft een overzicht van de hydraulische en statistische resultaten voor de gemiddelde windsnelheid uw per windsector, en dit voor een ontwerpduur dt=2u. Lineair asymptotisch staartgedrag wordt, afhankelijk van de windsector, bekomen in de exponentiële of de Weibull kwantielplot. Bijgevolg worden de parameters van de Weibull, respectievelijk exponentiële, extremewaardeverdeling gekalibreerd in deze desbetreffende kwantielplots. De drempelwaarde xt,uw is de geoptimaliseerde drempelwaarde voor elke windsector. Aan de hand van deze gekalibreerde parameters, en het type verdeling, wordt het verband tussen de gewenste terugkeerperiode T en de gemiddelde windsnelheid uw berekend als: 𝑃𝑃(𝑊𝑊 > 𝑤𝑤|𝑤𝑤 > 𝑤𝑤0 ) =
Waarin: 𝜆𝜆 =
#POT>𝑥𝑥𝑡𝑡,𝑢𝑢𝑢𝑢
Definitieve versie
𝑚𝑚
𝑚𝑚 𝑢𝑢𝑤𝑤 − 𝑥𝑥𝑡𝑡,𝑢𝑢𝑢𝑢 𝑘𝑘 1 ∙ = exp �− � � � 𝛽𝛽 𝑇𝑇 #POT > 𝑥𝑥𝑡𝑡,𝑢𝑢𝑢𝑢 1� 𝑘𝑘
1 𝑢𝑢 𝑤𝑤 (𝑇𝑇) = 𝛽𝛽 ∙ �− ln � �� 𝜆𝜆 ∙ 𝑇𝑇
+ 𝑥𝑥𝑡𝑡,𝑢𝑢𝑢𝑢
, en m: de tijdsduur van de meetreeks is (hier: m=29.83 jaar).
WL2021R20_025_1
7
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust Tabel 4 – Windsnelheid uw (dt=2u): gefitte parameters extremewaardeverdeling volgens de Least Squares methode en resultaat voor T = 1000 jaar
Hydraulische resultaten Windsector
uw [m/s]
POT > xt,uw
Statistische resultaten Verdeling
Drempel xt,uw [m/s]
Locatiepar.
k [-]
𝛽𝛽 [m/s]
NO
27.248
Exponentieel
13.910
13.910
1
1.669
88
NNO
29.020
Exponentieel
12.803
12.800
1
1.973
111
N
26.740
Weibull
12.120
12.120
1.01
1.872
91
NNW
26.820
Weibull
13.190
13.100
1.25
2.520
118
NW
25.590
Weibull
15.051
15.000
1.34
2.216
100
WNW
32.112
Weibull
13.914
13.900
1.15
2.788
175
W
36.729
Exponentieel
13.766
13.766
1
2.573
224
WZW
32.288
Weibull
15.700
15.700
1.24
2.913
174
ZW
34.152
Weibull
16.130
16.100
1.14
2.675
196
ZZW
29.684
Weibull
15.540
15.500
1.20
2.363
154
Z
27.503
Weibull
14.520
14.500
1.05
1.704
140
ZZO
24.877
Exponentieel
14.202
14.200
1
1.365
74
ZO
24.119
Exponentieel
12.313
12.310
1
1.474
90
OZO
25.644
Exponentieel
11.269
11.260
1
1.741
115
O
26.835
Exponentieel
12.158
12.150
1
1.774
117
ONO
28.155
Exponentieel
12.970
12.970
1
1.845
112
8
WL2021R20_025_1
Definitieve versie
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
4 Golven 4.1 Diep water Het kortkruinig golfklimaat wordt gekarakteriseerd door de significante golfhoogte Hm0, de –piekperiode Tp, de -richting (hier: gelijk genomen aan de heersende windsector) en de directionele spreiding σ. De significante golfhoogte Hm0, berekend als 1.06*H1/3, wordt bepaald door extremewaardeanalyse. De onafhankelijkheidscriteria ter selectie van de POT-waarden voor de significante golfhoogte Hm0: -
Tussen 2 extremen dient een tijdsduur ≥ 36h te zijn.
-
De drempelwaarde voor significante golfhoogte Hm0: xt,min,Hm0 = 2.5m
-
2 stormen zijn slechts onafhankelijk van elkaar indien de significante golfhoogte Hm0 tussen beiden gedaald is tot een minimum golfhoogte ≤ 66% van de laagste van deze 2 opeenvolgende golfhoogtes.
-
Richtingsafhankelijkheid wordt bekomen door indeling van elke geselecteerde POT-golfhoogte volgens de windsector die op dit tijdstip voorkwam.
De golfpiekperiode Tp wordt bepaald uit diens relatie tot de significante golfhoogte Hm0 . Gebruik makend van (gelijktijdige) golfperiode data van 2 boeien op Westhinder (Wavec: 1998-2011 en Directionele Waverider: 2006-nu) is een relatie opgesteld tot de POT-golfhoogtes Hm0. Voor een ontwerpduur van dt=2u geldt: 0.429 𝑇𝑇𝑝𝑝 = 4.71 ∙ 𝐻𝐻𝑚𝑚0
De (eenzijdige) directionele spreiding σ [°] is empirisch berekend, gebruik makende van de spreidingsparameter smax (Goda, 2000): 2 180 �∙ 𝑠𝑠𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 +1 𝜋𝜋
𝜎𝜎 = ��
Waarin: smax bepaald is uit de relatie tussen de relatieve waterdiepte ℎ�𝐿𝐿 en de spreidingsparameter smax,0 0
op diep water (zie Figuur 3-2 in De Roo et al., 2016b), en de spreidingsparameter s voorstelt voor de piekfrequentie fp (waar de directionele spreiding het kleinst is). Eenzelfde directionele spreiding wordt toegepast voor alle windsectoren.
Bemerk dat de meetlocatie WHI vaak als diep water gedefinieerd wordt, maar uiteraard, rekening houdend met de definitie van diep water (h ≥ L0/2), eerder in het overgangsgebied naar ondiep water ligt. Daarom is de spreidingsparameter smax,0 = 10 gesteld (uit Goda, 2000). De spreidingsparameter smax op ondiep water, i.e. op de waterdiepte t.h.v. WHI, resulteerde dan uit Figuur 3-2 (met een loodrechte invalshoek als hoofdgolfrichting voor de diepwater golven: (αp)0 = 0°). Voor WHI bedroeg deze gemiddeld smax = 12. Een (eenzijdige) directionele spreiding σ = 22.5° wordt zo bekomen voor de diep water condities in het Belgisch Continentaal Plat. Tabel 5 geeft een overzicht van de hydraulische en statistische resultaten voor de significante golfhoogte Hm0 per windsector, en dit voor een ontwerpduur dt=2u. Bemerk dat, voor windsector Z, de extremewaardeverdeling gebaseerd is op slechts 8 POT-waarden. Lineair asymptotisch staartgedrag wordt, afhankelijk van de windsector, bekomen in de exponentiële of de Weibull kwantielplot. Bijgevolg worden de parameters van de Weibull, respectievelijk exponentiële, extremewaardeverdeling gekalibreerd in de desbetreffende kwantielplots. De drempelwaarde xt,Hm0 is de geoptimaliseerde drempelwaarde voor elke windsector.
Definitieve versie
WL2021R20_025_1
9
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
Aan de hand van deze gekalibreerde parameters, en het type verdeling, wordt het verband tussen de gewenste terugkeerperiode T en de significante golfhoogte Hm0 berekend als: 𝑃𝑃�𝐻𝐻𝑚𝑚0 > ℎ𝑠𝑠 �ℎ𝑠𝑠 > ℎ𝑠𝑠,0 � =
Waarin: 𝜆𝜆 =
#POT>𝑥𝑥𝑡𝑡,𝐻𝐻𝐻𝐻0 𝑚𝑚
1 𝑚𝑚 𝐻𝐻𝑚𝑚0 − 𝑥𝑥𝑡𝑡,𝐻𝐻𝐻𝐻0 𝑘𝑘 ∙ = exp �− � � � 𝑇𝑇 #POT > 𝑥𝑥𝑡𝑡,𝐻𝐻𝐻𝐻0 𝛽𝛽
1 �� 𝐻𝐻𝑚𝑚0 (𝑇𝑇) = 𝛽𝛽 ∙ �−log � 𝜆𝜆 ∙ 𝑇𝑇
1� 𝑘𝑘
+ 𝑥𝑥𝑡𝑡,𝐻𝐻𝐻𝐻0
, en m: de tijdsduur van de meetreeks is (hier: m=29.83 jaar).
Tabel 5 – Significante golfhoogte Hm0 (dt=2u): gefitte parameters extremewaardeverdeling volgens de Least Squares methode en resultaat voor T = 1000 jaar
Hydraulische resultaten Windsector
Hm0 [m]
POT > xt,Hm0
Statistische resultaten Verdeling
Drempel xt,Hm0 [m]
Locatiepar.
k [-]
β [m]
NO
4.923
Weibull
2.784
2.78
1.21
0.454
21
NNO
6.141
Weibull
2.742
2.74
1.26
0.753
23
N
6.140
Weibull
3.164
3.16
1.12
0.543
26
NNW
5.693
Weibull
3.424
3.42
1.26
0.495
27
NW
5.666
Weibull
2.906
2.90
1.49
0.738
40
WNW
7.074
Exponentieel
3.238
3.23
1
0.555
30
W
7.056
Weibull
2.930
2.93
1.11
0.743
25
WZW
7.803
Exponentieel
2.507
2.50
1
0.684
69
ZW
6.767
Exponentieel
3.182
3.18
1
0.467
64
ZZW
6.218
Exponentieel
2.895
2.89
1
0.455
44
Z
4.949
Exponentieel
2.512
2.51
1
0.436
8
10
WL2021R20_025_1
Definitieve versie
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
4.2 Transformatie naar ondiep water met SWAN De transformatie van de hydraulische randvoorwaarden van diep naar ondiep water, en de aanpassing van het golfveld aan deze bathymetrie, gebeurt met het numeriek model SWAN (Simulating WAves Nearshore, v41.01 (februari 2015)), ontwikkeld door TUDelft. Een matrix van hydraulische randvoorwaarden op diep water wordt doorgerekend voor elke windsector tussen NO en Z (tegenwijzerzin). Deze matrix is opgesteld aan de hand van de overschrijdingskansen van verschillende klassen van significante golfhoogtes Hm0. Voor deze kansen worden steeds de bijhorende waterstand h en windsnelheid uw bepaald. Er wordt dus verondersteld dat, indien een 1000-jarige significante golfhoogte Hm0 voorkomt, de waterstand h en windsnelheid uw ook een 1000-jarige terugkeerperiode T hebben (voor dezelfde windsector). Elke simulatie heeft aldus een bepaalde kans van voorkomen. Voor de vorm van het golfspectrum voor deze stormevents wordt een JONSWAP spectrum met γ=3.3 aangenomen. De golfpiekperiode Tp resulteert uit diens opgestelde verband tot de significante golfhoogte Hm0 voor elke ontwerpduur; de (eenzijdige) directionele spreiding σ = 22.5° van de golven resulteert in een MS = 5 als input voor SWAN (cf. tabel A.1 van TUDelft (2015)). Een dieptemodel voor het Belgisch Continentaal Plat is met een resolutie van 20x20m beschikbaar (Vlaamse Hydrografie, 2015b). Voor het bathymetrisch gedeelte voor de Franse en Nederlandse kust zijn respectievelijk zeekaarten en data van Rijkswaterstaat gebruikt (Defevere et al., 2000, zie ook KUL & WL, 2004 §4.2.3.2.). Het geheel wordt als bathymetrie in SWAN aangemaakt op een roosterresolutie van 250x250m (rekenrooster idem). Lente 2020 werd een nieuw bathymetrisch rooster opgemaakt met een fijnere resolutie van 50x50m op basis van de meest recente peilingen van het Belgisch Continentaal Plat en het Nederlandse gedeelte van de Noordzee tot aan de Westerscheldemonding (50% > 2015) (Figuur 3). Ter hoogte van de haven van Oostende (kustsectie 117) wordt het uitvoerpunt van de Toetsing 2015 gebruikt (‘OST1’). Gebruik makende van het nieuwe SWAN bathymetrisch rooster zijn bijkomend 2 uitvoerpunten gedefinieerd die zich wat ten Westen van OST1 situeren, ‘OST2’ en ‘OST3’ resp. (Figuur 4). Bemerk dat het SWAN rekenrooster van dit bathymetrisch rooster verschilt; het heeft een resolutie van 125x250m. Ter hoogte van de haven van Zeebrugge (geen gedefinieerd kustsectienummer) wordt het uitvoerpunt van het project overstromingsrisico gebruikt (Nguyen & Vanneste, 2019) (‘ZBG1’), en bijkomend een uitvoerpunt dat ook in de vaargeul maar dichter bij de haven gelegen is (‘ZBG2’), op 5 loodrechte roostercellen van de zuidelijke roosterrand. Tabel 6 vat de informatie van deze uitvoerpunten samen, tevens geïllustreerd in Figuur 2.en Figuur 4. Tabel 6 – Info uitvoerpunten havens van Oostende en Zeebrugge (z op BCP 2020)
X [UTM31 WGS84]
Y [UTM31 WGS84]
z [m TAW]
OST1 (16_014)
493920.54
5677439.60
-8.34 (-7.78)
ZBG1 (16_122)
509519.00
5694115.00
-16.84
ZBG2
511277.55
5692256.46
-16.60
OST2
493475.95
5676862.67
(-8.17)
OST3
493773.60
5676875.90
(-8.57)
Definitieve versie
WL2021R20_025_1
11
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
Figuur 2 – SWAN bathymetrisch rooster van het Belgisch Continentaal Plat (2015) met uitvoerpunten ter hoogte van havens Oostende en Zeebrugge – resolutie 250x250m
Figuur 3 – SWAN bathymetrisch rooster van het Belgisch Continentaal Plat (2020) – resolutie 50x50m
12
WL2021R20_025_1
Definitieve versie
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
Figuur 4 – Uitvoerpunten ter hoogte van de haven van Oostende (OST1: geel, OST2: zwart, OST3: groen)
4.2.1
Transformatie voor windsectoren NO tot W
De matrix van door te rekenen hydraulische randvoorwaarden is opgesteld aan de hand van de overschrijdingskansen van verschillende klassen van significante golfhoogtes Hm0 tussen 4.6 en 7.6m (breedte klasse: 0.2m, aantal klassen: 16). Dit vertaalt zich naar significante golfhoogtes Hm0 tussen 3.89 en 6.44 m ter hoogte van de uitvoerpunten (algemeen). Afhankelijk van de golf- en windrichting die opgelegd worden op diep water, treedt tijdens de transformatie een mate van refractie en shoaling op, wat resulteert in een locatiespecifieke hoekverdraaiing voor de golven op ondiep water. Deze hoekverdraaiing is ook afhankelijk van de opgelegde golfhoogte en windsnelheid. Hogere golven en windsnelheden resulteren in een kleinere hoekverdraaiing dan lagere waarden. Soms overschrijdt deze hoekverdraaiing nipt de sectorgrens voor enkele waarden (van de 16 runs/windsector). Daarom zijn deze grenzen gerelaxeerd voor N (start 0.75° lager dan theoretisch: vanaf 348° ipv 348.75°) en WNW (start 2° lager: vanaf 279.2° ipv 281.25°). Zodoende kunnen deze waarden, en hun probabiliteit, meegenomen worden in de overheersende sector. Tabel 7 geeft een overzicht van de hoekverdraaiingen, en duidt aan waar de kleine aanpassingen van de sectorgrens invloed hebben.
Definitieve versie
WL2021R20_025_1
13
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust Tabel 7 – Locatiespecifieke hoekverdraaiing golfrichting tussen diep en ondiep water
Wind- en golfrichting op diep water
OST 1
ZBG 1
ZBG 2
NO (45°)
NNO
NNO
NNO
N
N
N
N (0°)
NNW
NNW
Hm0,off ≤ 5.8m: 348-348.7°, Hm0,off ≥ 6.0m: 348.9-350.6°) -> N
NNW (337.5°)
NNW
NW
NNW
NW
NW
NW
WNW (292.5°)
WNW
WNW
WNW
W (270°)
WNW
W
WNW (Hm0,off ≤ 6.4m) - W (Hm0,off ≥ 6.6m: 279°) -> WNW
NNO (22.5°)
NW (315°)
4.2.2
Transformatie voor de windsectoren W tot Z
De matrix van door te rekenen hydraulische randvoorwaarden is opgesteld aan de hand van de overschrijdingskansen van verschillende klassen van significante golfhoogtes Hm0 tussen 4.0 en 7.6m (breedte klasse: 0.2m, aantal klassen: 19). Dit vertaalt zich naar significante golfhoogtes Hm0 tussen 1.68 en 5.31 m ter hoogte van de uitvoerpunten (algemeen). Afhankelijk van de golf- en windrichting die opgelegd worden op diep water, treedt tijdens de transformatie een mate van refractie en shoaling op, wat resulteert in een locatiespecifieke hoekverdraaiing voor de golven op ondiep water. Deze hoekverdraaiing is ook afhankelijk van de opgelegde golfhoogte en windsnelheid. Hogere golven en windsnelheden resulteren in een kleinere hoekverdraaiing dan lagere waarden. Soms overschrijdt deze hoekverdraaiing nipt de sectorgrens voor enkele waarden (van de 16 runs/windsector). Daarom zijn deze grenzen gerelaxeerd voor WNW (start 0.5° lager dan theoretisch: vanaf 280.75° i.p.v. 281.25°), W (start 1° lager: vanaf 257.7° i.p.v. 258.75°) en WZW (start 0.05° hoger: vanaf 236.3° i.p.v. 236.25°). Zodoende kunnen deze waarden, en hun kansen, meegenomen worden in de overheersende sector. Tabel 8 geeft een overzicht van de hoekverdraaiingen, en duidt aan waar de kleine aanpassingen van de sectorgrens invloed hebben. Bemerk dat, hoewel OST2 en OST3 nabij elkaar gelegen zijn, de hoekverdraaiing ter hoogte van beide uitvoerpunten toch ietwat verschilt. Golven komende uit Zuid bijvoorbeeld, resulteren ter hoogte van OST2 in golven uit 235-236°, i.e. windsector ZW; terwijl deze ter hoogte van OST3 resulteren in golven uit 237-238.5°, i.e. windsector WZW. Bemerk bijkomend dat OST 1 slechts 2 loodrechte roostercellen van de zuidelijke rand van het rekenrooster gelegen is in het bathymetrisch rooster van 2015 en de bathymetrie snel ondieper wordt (waardoor veel refractie optreedt); dat geeft waarschijnlijk implicaties naar nauwkeurigheid wat betreft golftransformatie 14
WL2021R20_025_1
Definitieve versie
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
uit de zuidelijke richtingen. Dit euvel is opgelost gebruik makende van het bathymetrisch rooster van 2020 en fijnere rekenrooster. Uitgezonderd de resultaten voor ZBG 1’ zijn dan ook alle hieronder gerapporteerde resultaten bekomen gebruik makende van dit recentere rooster. Tabel 8 – Locatiespecifieke hoekverdraaiing golfrichting tussen diep en ondiep water
Wind- en golfrichting op diep water
OST1
ZBG1
OST2
OST3
W (270°)
WNW
W
WNW
WNW
W
WZW (Hm0,off ≤ 5.4m: 257.7°258.6°) W (Hm0,off ≥ 5.6m)
W
W (Hm0,off ≤ 4.8: 279.8°281°) WNW (Hm0,off ≥ 5m)
WZW (247.5°)
-> W ZW (225°) ZZW (202.5°) Z (180°)
-> WNW
W
WZW
W
W
WZW
ZW
WZW
WZW
ZW
(ZZW:2)² / ZW
ZW
WZW
4.3 Ondiep water – ter hoogte van de havens De directionele kans van voorkomen van een bepaalde significante golfhoogte Hm0 wordt berekend uit de (som der) kans(en) van de significante golfhoogte(s) Hm0 die resulte(e)r(t)(en) naar deze nearshore windsector. Voor elk uitvoerpunt wordt een Weibull extremewaardeverdeling gefit gebruik makende van deze discrete punten. Deze fit resulteert in de locatiespecifieke verdeling van de significante golfhoogte Hm0 1� 𝑘𝑘
1 𝐻𝐻𝑚𝑚0 (𝑇𝑇) = 𝛽𝛽 ∙ �−log � �� 𝑇𝑇
De parameters van de gefitte Weibull verdeling zijn opgelijst in Tabel 9. Bijkomend is de drempelwaarde xt,Hm0 getabelleerd, die geldt als benedengrens voor gebruik van deze verdeling. Bemerk dat voor windsectoren WNW en W er 2 parametersets gegeven zijn, dewelke gelden voor de desbetreffende gesimuleerde randvoorwaardenmatrix. Echter, beide fits lijken gelijkaardig maar bestaan wat betreft transformatie voor windsectoren W tot Z uit meer discrete waarden waardoor voor deze (ietwat robuustere) parametersets geopteerd kan worden. Figuur 4 illustreert voor de verschillende uitvoerpunten en verschillende golftransformaties de resulterende terugkeerperiode T voor verschillende significante golfhoogtes Hm0 gegeven de gefitte Weibull extremewaardeverdelingen. De locatiespecifieke relatie tussen de significante golfhoogtes Hm0 en –piekperiodes Tp is van de vorm Tp = A∙ Hm0B. Gegeven de berekende significante golfhoogte Hm0 voor de maatgevende stormvloed, resulteert uit deze relatie de bijhorende golfpiekperiode Tp. De golfpiekperiode Tp die bij een significante golfhoogte Hm0 hoort, is deze met de maximale probabiliteit (geldend voor deze Hm0- condities). In sommige nearshore
Definitieve versie
WL2021R20_025_1
15
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
sectoren is het opstellen van een machtsfunctie niet zo eenduidig; bijvoorbeeld in deze met waarden resulterend uit verschillende offshore windsectoren. In laatstgenoemd voorbeeld is geopteerd om de machtsfunctie te bepalen gebruik makende van de hoogste golfpiekperiodes. Hierdoor is dit niet steeds de golfpiekperiode met maximale probabiliteit (wel zo veel mogelijk). Bovenstaande is toegepast voor uitvoerpunt ZBG 2 en nearshore windsector WNW. Figuur 3 illustreert nog een ander voorbeeld; i.e. wat er gebeurt bij een golftransformatie uit offshore NOrichting. Ten gevolge van refractie treedt een hoekverdraaiing op, resulterend in een nearshore NNO-richting. Uit het opgelegde JONSWAP enkeltoppig spectrum resulteert een dubbeltoppig spectrum, waarbij de golfpiekperiode Tp naar de lagere top ‘springt’ vanaf een Hm0 = 5.5m. In zo’n situatie is er geopteerd om de machtsfunctie tussen Hm0 en Tp te bepalen zonder deze lagere Tp-waarden. Dit is ook toegepast voor uitvoerpunt ZBG 1 en nearshore windsector W. De parameters van de machtsfunctie tussen de significante golfhoogte Hm0 en golfpiekperiode Tp zijn opgelijst in Tabel 10, alsook de drempelwaarde xt,Hm0 die geldt als benedengrens voor gebruik van deze functie.
Figuur 5 – Voorbeeld dubbeltoppig spectrum: uitvoerpunt ZBG2 – richting NNO
16
WL2021R20_025_1
Definitieve versie
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust Tabel 9 – Significante golfhoogte Hm0: parameters directionele Weibullverdeling (ontwerpduur dt=2u) (indien 2 waarden: NO tot W / W tot Z)
Windsector op ondiep water
NNO
N
NNW
NW
WNW
W
WZW
ZW
Definitieve versie
Locatie
Statistische resultaten Verdeling
Drempel xt,Hm0 [m]
k
β
OST1
Weibull
3.976
3.382
2.330
ZBG1
Weibull
4.182
3.783
2.681
ZBG2
Weibull
4.038
3.148
2.366
OST1
Weibull
3.874
4.079
2.921
ZBG1
Weibull
4.100
3.918
3.016
ZBG2
Weibull
3.850
4.176
3.145
OST1
Weibull
3.900
5.172
3.394
ZBG1
Weibull
4.200
4.206
3.249
ZBG2
Weibull
3.800
3.927
2.829
OST1
Weibull
4.100
5.272
3.283
ZBG1
Weibull
4.350
5.213
3.717
ZBG2
Weibull
3.800
4.668
2.849
OST1
Weibull
4.100/3.900
6.352/5.015
3.766/3.581
ZBG1
Weibull
4.100
6.046/-
3.572/-
ZBG2
Weibull
3.900
4.787
3.565
OST2
Weibull
3.800
5.213
3.472
OST3
Weibull
3.600
5.315
3.557
OST1
Weibull
2.900
6.281
3.362
ZBG1
Weibull
3.900/3.300
4.797/6.072
3.179/3.416
OST2
Weibull
2.700
5.902
3.189
OST3
Weibull
2.700
7.021
3.028
OST1
Weibull
2.200
3.834
1.858
ZBG1
Weibull
3.000
5.780
3.071
OST2
Weibull
2.000
3.442
1.664
OST3
Weibull
2.000
3.196
1.563
OST1
Weibull
1.767
2.379
0.939
ZBG1
Weibull
2.760
4.229
2.399
OST2
Weibull
1.644
2.172
0.806
OST3
-
WL2021R20_025_1
17
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
Windsectoren NO tot W (offshore)
Windsectoren W tot Z (offshore)
OST 1
OST 1
n.v.t.
OST 2
n.v.t.
OST 3
18
WL2021R20_025_1
Definitieve versie
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
ZBG 1
ZBG 1
n.v.t.
ZBG 2 Figuur 6 – Significante golfhoogte Hm0: terugkeerperiode T op de verschillende uitvoerpunten (ontwerpduur dt=2u)
Definitieve versie
WL2021R20_025_1
19
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust Tabel 10 – Golfpiekperiode Tp: parameters directionele machtsfunctie (indien 2 waarden: NO tot W / W tot Z)
OST1
ZBG1
ZBG2
OST2
OST3
xt,Hm0 [m]
A
B
xt,Hm0 [m]
A
B
xt,Hm0 [m]
A
B
xt,Hm0 [m]
NNO
4.0
3.94
0.63
4.3
3.42
0.69
4.1
4.01
0.59
n.v.t.
n.v.t.
N
4.0
3.14
0.81
4.2
3.27
0.75
4.0
3.57
0.69
n.v.t.
n.v.t.
NNW
4.2
3.57
0.71
4.3
3.09
0.77
3.8
5.16
0.46
n.v.t.
n.v.t.
NW
4.2
3.41
0.74
4.5
3.63
0.64
3.8
4.39
0.59
n.v.t.
n.v.t.
WNW
4.2/ 3.9
3.72/ 3.06
0.68/
4.2
2.33
0.99
4.3
2.21
0.98
3.8
3.26
0.77
W
-/ 2.9
-/3.6
-/ 0.73
3.9/ 3.6
2.36/ 3.39
1.02/ 0.74
-/ n.v.t.
2.7
3.91
WZW
2.2
4.90
0.39
3.0
5.45
0.24
n.v.t.
2.1
ZW
1.8
4.63
0.38
2.3
4.50
0.40
n.v.t.
ZZW
-
-
-
2.6
n.v.t.
Definitieve versie
WL2021R20_025_1
A
B
xt,Hm0 [m]
A
B
3.8
3.31
0.76
0.69
2.7
5.28
0.42
5.20
0.35
2.1
5.18
0.37
1.7
5.02
0.30
-
-
-
-
-
-
-
-
-
20
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
5 Besluit Voor de probabilistische analyse van het constructief faalgedrag van verschillende kunstwerken in de havens van Oostende en Zeebrugge zijn richtingsafhankelijke hydraulische randvoorwaarden nodig. In kader van het Hydraulisch Randvoorwaardenboek 2014 werden deze randvoorwaarden opgemaakt, maar niet voor het volledige vereiste bereik. Daarom wordt in de eerste deelopdracht van WL studie 20_025 de studie van de richtingsafhankelijke hydraulische randvoorwaarden op ondiep water uitgebreid, gebruik makende van dezelfde dataset, voor de aanlandige windsectoren van ZW tot NO voor waterstand en significante golfhoogte, en over het volledige windsectorbereik voor windsnelheden. Dit rapport bevat de resultaten van deze statistische analyse van de richtingsafhankelijke waterstand, windsnelheid en significante golfhoogte op diep water. Vervolgens werd deze matrix getransformeerd volgens de methodiek beschreven in De Roo et al., 2016a om tot locatiespecifieke golfrandvoorwaarden te komen ter hoogte van de havenmond van Oostende en Zeebrugge
Definitieve versie
WL2021R20_025_1
21
Probabilistische faalgedraganalyse kunstwerken kusthavens Deelrapport 1 – Uitbreiding directionele hydraulische randvoorwaarden kust
6 Referenties De Roo, S.; Trouw, K.; Ruiz Parrado, I.; Suzuki, T.; Verwaest, T.; Mostaert, F. (2016a). Het Hydraulisch randvoorwaardenboek (2014). WL Rapporten, 14_014. Waterbouwkundig Laboratorium/Fides Engineering: Antwerpen De Roo, S.; Trouw, K.; Ruiz Parrado, I.; Willems, P.; Suzuki, T.; Verwaest, T.; Mostaert, F. (2016b). Het hydraulisch randvoorwaardenboek 2014: achtergrondrapport. Versie 4.0. WL Rapporten, 14_014_3. Waterbouwkundig Laboratorium: Antwerpen. XXIII, 104 + 96 p. appendices pp. Nguyen, D.; Vanneste, D. (2019). Numerical modeling of the extreme wave climate in the port of Zeebrugge. WL Memo’s, 16_122_10. Flanders Hydraulics: Antwerp Technum; IMDC; Alkyon. (2002). Structureel herstel van de kustverdediging te Oostende en verbetering van de haventoegang anar de haven van Oostende: Hydrodynamische randvoorwaarden voor het ontwerp. Waterstanden en golfklimaat. Technum: Oostende. 264 pp.
22
WL2021R20_025_1
Definitieve versie
DEPARTEMENT MOBILITEIT & OPENBARE WERKEN Waterbouwkundig Laboratorium Berchemlei 115, 2140 Antwerpen T +32 (0)3 224 60 35 F +32 (0)3 224 60 36 waterbouwkundiglabo@vlaanderen.be www.waterbouwkundiglaboratorium.be