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Leichtweiß-Institute für Wasserbau (LWI) Abteilung Hydromechanik und Küsteningenieurwesen
Technische Universität Braunschweig
"Hydraulische Auswirkungen künstlicher Riffe auf Tsunami Wellen -
Laboruntersuchungen"
A. StrusińskaH. Oumeraci
FZK Kolloquium, Hannover 26. März 2009
FZK Kolloquium, Hannover, 26. März 2009A. Strusińska
2. Versuchsaufbau und Versuchsprogramm
4. Ausblick
1. Problemstellung und Zielsetzung
3. Ergebnisse
PROBLEMSTELLUNG UND ZIELSETZUNG (1)
1. Problemstellung und Zielsetzung FZK Kolloquium, Hannover, 26. März 2009A. Strusińska
!
“MULTI DEFENCE LINE STRATEGY“ (Oumeraci, 2006)
PROBLEMSTELLUNG UND ZIELSETZUNG (2)
1. Problemstellung und Zielsetzung FZK Kolloquium, Hannover, 26. März 2009A. Strusińska
KEINE ZUVERLÄSSIGE BRECHERKRITERIEN !
KEINE UNTERSUCHUNGEN ZUR “WELLENFISSION“!
NICHTLINEARE TRANSFORMATION VON TSUNAMI-ÄHNLICHEN SOLITÄRE WELLE ÜBER
UNTERWASSERBAUWERK VON ENDLICHER BREITE
hdr
hr
B
Hi
UNDURSCHLÄSSIGE SOHLE
EINLAUFENDE WELLE
Hr
REFLEKTIERTE WELLE
WELLENBRECHEN
Ht(?)
TRANSMITIERTEWELLE
“WELLENFISSION”
p=0
FZK Kolloquium, Hannover, 26. März 2009A. Strusińska
2. Versuchsaufbau und Versuchsprogramm
4. Ausblick
1. Problemstellung und Zielsetzung
3. Ergebnisse
VERSUCHSAUFBAU IM 2.0m WELLENLKANAL DES LWIs, TU BRAUNSCHWEIG
2. Versuchsaufbau und Versuchsprogramm FZK Kolloquium, Hannover, 26. März 2009A. Strusińska
WELLENMASCHINE
hhr
dr
B
ERSTE GLASFENSTER (9.95m)
WELLENABSORBERZWEITE GLASFENSTER (9.10m)
~ 90.0m
34.75m 48.95m 6.1m
1.2m SWL
STAHLRAHME DES RIFFS RIFFABDECKUNG TRAPEZFÖRMIGES RIFF (1:2) RECHTECKFÖRMIGES RIFF
VERSUCHSPROGRAMM
VORVERSUCHE:Bestimmung der Wirkung der Bauwerksgeometrie auf Wellentransformation
vorläufige Analyse des Wellenbrechens und der “Wellenfission“
Basis für detaillierte Versuche
DETAILLIERTE VERSUCHE:Bestimmung der Wellenbrecherkriterien und Brechertypen
Beschreibung der “Wellenfission“
TRAPEZFÖRMIGES RIFF (NEIGUNG 1:2)
RECHTECKFÖRMIGES RIFF
Hi [m] 0.06, 0.12, 0.18, 0.22 0.06, 0.12, 0.18, 0.22
h [m] 0.6 0.6
B [m] 0.0, 1.0, 2.0 0.0, 1.0, 2.0
hr [m] 0.0, 0.3, 0.4, 0.5 0.0, 0.3, 0.4, 0.5
TRAPEZFÖRMIGES RIFF (NEIGUNG 1:2)
WELLENBRECHEN “WELLENFISSION“
Hi [m] 0.06 – 0.22 (∆=0.02 m)0.06 – 0.22 (∆=0.02 m)nichtbrechende Wellen
h [m] 0.5, 0.6, 0.7 0.6
B [m] 1.0, 2.0 1.0, 2.0
hr [m] 0.3, 0.4, 0.5 0.3, 0.4, 0.5
B dr
hrh
Hi
Li
SWL SWL
34.75m
Hi
LiB dr
hrh
SOLITÄRE WELLE SOLITÄRE WELLE
34.75m
p=0 p=0
2. Versuchsaufbau und Versuchsprogramm FZK Kolloquium, Hannover, 26. März 2009A. Strusińska
BEISPIELWEISE LAGE DER WELLENPEGEL IM WELLENKANAL
1 2 3
5.0m5.0m 4.0m20.15m
20 2221
8.0m
191815 16 17
2.0m
11 1210 13 149
1 11
10.0m 4.0m20.15m
32 3433
4.0m
312621 22 23
2×0.6m 0.27m
15 1614 17 1810
~ 90.0m
34.75m 48.95m 6.1m
3029282713
8.0m8.0m4.0m4.0m2.0m2.0m1.0m2×0.3m 2×0.35m
0.31m
2×0.5m
24 12
0.31m
a) VORVERSUCHE
b) DETAILLIERTE VERSUCHEh=0.6m Hi=0.12m B=1.0m hr=0.3m Neigung 1:2
4.0m8.0m4.0m4.0m2.0m1.0m1.0m3×0.6m 0.92m0.7m
3 4 5 7 96 8
4 5 67 8
2. Versuchsaufbau und Versuchsprogramm FZK Kolloquium, Hannover, 26. März 2009A. Strusińska
FZK Kolloquium, Hannover, 26. März 2009A. Strusińska
2. Versuchsaufbau und Versuchsprogramm
4. Ausblick
1. Problemstellung und Zielsetzung
3. Ergebnisse
EINFLUß DER RIFFGEOMETRIE AUF DAS WELLENBRECHEN
3. Ergebnisse FZK Kolloquium, Hannover, 26. März 2009A. Strusińska
RECTANGULAR STRUCTURE
Schwallbrecher, B=1.0mÜbergangsbrecher, B=1.0mSturzbrecher, B=1.0mblaue Farbe – für B=2.0mnichtbrechend, B=1.0mnichtbrechend, B=2.0m
TRAPEZOIDAL STRUCTURE (slopes 1:2)
VERNACHLESSIGBARER EINFLUß DER RIFFGEOMETRIE AUF WELLENTRANSFORMATION !
Relative Riffbreite B/Li [-] Relative Riffbreite B/Li [-]
Rel
ativ
e ei
nlau
fend
e W
elle
nhöh
e H
i/dr
[-]
Rel
ativ
e ei
nlau
fend
e W
elle
nhöh
e H
i/dr
[-]
TRAPEZFÖRMIGES RIFF (Neigung 1:2) RECHTECKFÖRMIGES RIFF
DETAILLIERTE VERSUCHE NUR FÜR DIETRAPEZFÖRMIGES RIFF !
BRECHERKRITERIUM
Rel
ativ
e ei
nlau
fend
e W
elle
nhöh
e H
i/dr
[-]
6.0
ir
i
LB573.0
dH
−
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
Schwallbrecher, B=1.0mÜbergangsbrecher, B=1.0m
nichtbrechend, B=1.0mnichtbrechend, B=2.0m
Sturzbrecher, B=1.0mblaue Farbe – für B=2.0m
für: B/Li=0.2-0.49 Hi/dr=0.2-2.37
h/Hh12.22L
ii =
Dean und Dalrymple (1991)
brechend
nicht brechend
Relative Riffbreite B/Li [-]SWLHi
LiB dr
hrh
34.75m
p=0
3. Ergebnisse FZK Kolloquium, Hannover, 26. März 2009A. Strusińska
BRECHERTYPEN
BRECHERTYPEN:
Schwallbrecher
SCHWALLBRECHER (SCHWACH)
h=0.6m, Hi/h=0.3, B/Li=0.22 dr/h=0.17, Neigung 1:2
h=0.6m, Hi/h=0.37, B/Li=0.48 dr/h=0.17, Neigung 1:2
STURZBRECHER (STARK)
ÜbergangsbrecherSturzbrecher
gebrochene solitäre Welle breitet sich als stabile Welle aus (nicht als turbulente Bore) !
3. Ergebnisse FZK Kolloquium, Hannover, 26. März 2009A. Strusińska
“WELLENFISSION” UND ANZAHL N DER RESULTIERENDEN SOLITONEN BEI NICHTBRECHENDEN WELLEN
Relative Riffbreite B/Li [-]
Rel
ativ
e ei
nlau
fend
e W
elle
nhöh
e H
i/dr
[-]
6.0
ir
i
LB573.0
dH
−
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
Schwallbrecher, B=1.0mÜbergangsbrecher, B=1.0m
nichtbrechend, schwache Fission, B=1.0mnichtbrechend, schwache Fission, B=2.0m
Sturzbrecher, B=1.0mblaue Farbe – für B=2.0m
N=5N=4
N=3
N=2N=3
N=4
nichtbrechend, Fission, B=1.0m
nichtbrechend, Fission, B=2.0m
dr/h [-] B=1.0 m B=2.0 m
0.50 N=2 N=3
0.33 N=3 N=4
0.17 N=4 N=5
SWLHi
LiB dr
hrh
34.75m
p=0
3. Ergebnisse FZK Kolloquium, Hannover, 26. März 2009A. Strusińska
WELLENFISSION (NICHTBRECHENDE WELLEN)
WP1
WP3
WP5
WP7
WP9
WP11
WP13
WP15
WP17
WP19
h=0.6m, Hi/h=0.2
B/Li=0.18 , dr/h=0.17, Neigung 1:2 WP21
WP23
~ 90.0 m34.75 m 48.95 m 6.1 m
1 231917
TRANSMITTIERTE WELLE
GENERIERUNG DER “WELLENFISSION“
Was
sers
pieg
elau
slen
kung
η[m
]
Zeit t [s]
EINLAUFENDE WELLE
WELLE REFLEKTIERTE VON ABSORBER
3. Ergebnisse FZK Kolloquium, Hannover, 26. März 2009A. Strusińska
BEOBACHTETE ARTEN DER EVOLUTION DER SOLITÄREN WELLEN
Brechen der transmittierten Welle gefolgt von Fission der gebrochenen Welle
Fission der transmittierten Welle gefolgt von Brechen des führenden Solitons (?)
d) Fission der brechenden solitäre Welle:
c) Fission der einzelnen, nichtbrechenden Welle: Zerfäll der einlaufenden Welle auf zwei und mehr Solitons mit oscillatorischen Wellen
a) keine Fission der einzelnen, einlaufenden, nichtbrechenden Welle (Versuche ohne Riff: B=0 m, hr=0 m )
b) schwache Fission der einzelnen, transmittierten, nichtbrechenden Welle: teilweise Entstehung des zweiten Solitons (Hi/h=0.1 and dr/h=0.5, 0.33 für B=1.0 und 2.0 m)
3. Ergebnisse FZK Kolloquium, Hannover, 26. März 2009A. Strusińska
FZK Kolloquium, Hannover, 26. März 2009A. Strusińska
2. Versuchsaufbau und Versuchsprogramm
4. Ausblick
1. Problemstellung und Zielsetzung
3. Ergebnisse
4. Ausblick FZK Kolloquium, Hannover, 26. März 2009A. Strusińska
Verbesserung der Methode zur Bestimmung der Solitonszahl
Verbesserung des Wellenbrecherkriterien durch weitere Versuche für B/Li→0 und B/Li→∞
weitere Laborversuche zur Fission der brechenden Wellen
Vergleich der experimentellen Daten zur “Wellenfission“ mit numerischen Ergebnisse aus RANS-model
Entwicklung einer allgemeingültigen Formel zur Bestimmung der Anzahl der Solitonen für Riffe beliebiger Breite
AUSBLICK:
DANKE FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT !
FZK Kolloquium, Hannover, 26. März 2009A. Strusińska
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