Hydraulische Auswirkungen künstlicher Riffe auf Tsunami ... · 1. 1. Leichtweiß-Institute für Wasserbau (LWI) Abteilung Hydromechanik und Küsteningenieurwesen Technische Universität

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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

Vorführender

Präsentationsnotizen

Vorstellen Start des Projektes am 01.02.2008

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



4. Ausblick


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


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




4. Ausblick


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


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) !


“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


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


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)




4. Ausblick


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 !


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