Exploratory study wind-wave growth in phase resolving wave models

Op verzoek van Rijkswaterstaat voert Svašek Hydraulics het onderzoeksproject “Verkennende studie naar windgolfgroei in fase-oplossende golfmodellen” uit.
Het eindproduct bestaat uit vier producten:

1. Report Part A An overview of promising (as well as less promising) approaches to incorporate wind-wave growth in phase-resolving wave models
2. Report Part B.1 Implementation of wind growth in a mild-slope model
3. Report Part B.2 Research plan wind-wave growth in SWASH
4. Presentatie: Conclusies verkennende studie (rapport A, B1 en B2)

Onder bepaalde omstandigheden verdient het gebruik van fase-oplossende golfmodellen (bijv. PHAROS, HARES, SWASH) de voorkeur boven fase-gemiddelde golfmodellen (bijv. SWAN). Dit is bijvoorbeeld het geval bij de voortplanting van golven in havenbekkens (inclusief diffractie- en reflectieprocessen), of bij studies naar duinafslag en zeegaten waarbij fase-oplossende modellen vaak worden gebruikt om complexe golfdynamica nabij de kust te modelleren. In bestaande faseo oplossende golfmodellen is lokale golfgroei door wind doorgaans niet inbegrepen, hoewel dit een aanzienlijk effect kan hebben op het totale golfveld. Zowel het doorgroeien van bestaande golven als het genereren van initiële lokale golven wordt verwaarloosd, hetgeen kan leiden tot een aanzienlijke onderschatting van de golfhoogte tijdens ontwerpcondities.

Het doel van dit project is het ontwikkelen van brontermen waarmee golfgroei door wind kan worden meegenomen in fase-oplossende modellen. Als eerste stap voert Svašek Hydraulics een verkennende studie uit, waarin de uiteenlopende methoden om windgolfgroei in zulke modellen mee te nemen worden onderzocht. In Deel A van dit project is een breed scala aan potentiële oplossingsmethoden gedefinieerd, gebaseerd op literatuurstudie, gesprekken met experts, conceptueel denkwerk en testsimulaties met een aantal beschikbare modellen. Deze potentiële oplossingsrichtingen zijn vervolgens geëvalueerd, met als eindresultaat een advies naar Rijkswaterstaat met het oog op het vervolgonderzoek in Deel B van dit project. Er worden in deze studie twee basismechanismen van windgolfgroei besproken. Fysisch gezien is het ontstaan van initiële golven door wind lineair van aard (Phillips, 1957), terwijl het doorgroeien van bestaande golven door wind een exponentieel karakter heeft (Miles, 1957). Daarnaast wordt er een overzicht gegeven van de huidig beschikbare typen fase-oplossende golfmodellen, waaronder niet hydrostatische modellen, Boussinesq-modellen, mild slope-modellen en ondiepwater-modellen. Omdat deze modellen wiskundig onderling sterk verschillen, lopen ook de voorgestelde formuleringen voor windgolfgroei en de uitgevoerde modeltesten onderling sterk uiteen.