De Rouck, J.

Van de Walle, B.

Open Marine Archive


 43 
GOLFOPLOOP OP GEHELDE GESLOTEN EN OPEN ZEEWERINGEN  
 
Julien De Rouck en Björn Van de Walle 
 
Universiteit Gent (RUG), Vakgroep Civiele Techniek, Afdeling Weg- en Waterbouwkunde, Campus 
Ardoyen, Technologiepark 9, B-9052 Gent 
 
 
In het kader van het Europees onderzoeksproject OPTICREST ('The optimisation of crest level 
design of sloping coastal structures through prototype monitoring and modelling' - MAS3-
CT97-0116) werden in Vlaanderen zowel metingen op ware grootte (Zeebrugge) als 
laboratoriummetingen (Borgerhout) uitgevoerd. Zowel de Afdeling Waterwegen Kust als de 
Afdeling Waterbouwkundig Laboratorium en Hydrologisch Onderzoek binnen de 
Administratie Waterwegen en Zeewezen van het Departement Leefmilieu en Infrastructuur van 
de Vlaamse Gemeenschap waren actief betrokken bij het project. De Afdeling Weg- en 
Waterbouwkunde van de Vakgroep Civiele Techniek van de Universiteit Gent was co-
ördinator van het drie jaar durend project dat van start ging op 1 maart 1998 en eindigde 
op 28 februari 2001. De Afdeling Waterwegen Kust stond in voor het uitvoeren van de 
metingen van de golfkarakteristieken, de golfoploop (E: wave run-up) en de golfoverslag (E: 
wave overtopping) over de stortsteengolfbreker in Zeebrugge. In het Waterbouwkundig 
Laboratorium van Borgerhout zijn modelproeven uitgevoerd. Deze modelproeven bestonden 
uit zowel het simuleren van opgemeten stormen, als het uitvoeren van parametrische testen. 
 
De doelstellingen van het OPTICREST-project waren: 
• het opstellen van ontwerpregels voor het bepalen van de kruinhoogte van kuststructuren, 
gebaseerd op prototypemetingen en ondersteund door modelproeven 
• het verifiëren en kalibreren van schaalmodellen met prototypemetingen van golfoploop 
• het kalibreren van numerieke modellen met prototypemetingen en modelproeven 
betreffende golfoploop 
• bestaande golfoploopmeettoestellen verbeteren  (inclusief software)  
Het project steunde op drie grote pijlers: prototypemetingen, modelproeven en numerieke 
modellering. 
Tien partners uit zeven Europese landen waren betrokken bij het project. Het totale budget 
bedroeg 1.401 miljoen  EUR, waarvan 1 miljoen  EUR gefinancierd werd door de Europese 
Gemeenschap.  
 
In het kader van dit Europees project werden prototypemetingen uitgevoerd op de zeedijk in 
Petten (Nederland) en op een golfbreker te Zeebrugge (België).  
In Petten, gesitueerd langsheen het centraal deel van de westkust van Nederland beschermt 
een zeedijk de achterliggende gebieden tegen de zee. De voet van de dijk is bekleed met 
basaltblokken en bovenaan is deze beschermd met asfalt en asfaltbeton. Het voorland is 
relatief ondiep en wordt gekenmerkt door een zandbank voor de kust. Dit voorland heeft een 
grote invloed op de voortplanting van de golven naar en de golfoploop op de dijk. Het 
dijkprofiel bevat tevens een berm. Een uitgebreid meetnet van palen in zee met druksensoren, 
golfhoogtemeters, golfmeetboeien,… voorziet RIKZ (Rijkswaterstaat) met data over zeegolven 
ter hoogte van de Pettemer meetraai. Een golfoploopbaken is ingewerkt in het bovenste 
gedeelte van de dijk. 
De golfbreker in Zeebrugge is een conventionele stortsteengolfbreker waarvan de deklaag 
bestaat uit betonblokken, zgn. gegroefde kubussen (elk blok weegt 25 ton). De meetsectie 
bevindt zich op het noordelijk gedeelte van de westelijke golfbreker welke de haven 
 44 
beschermt tegen de golfaanval. Op de golfbreker is een meetsteiger met een totale lengte 
van 60 m uitgebouwd in zee. Deze steunt aan de zeewaartse zijde op een stalen paal (φ = 
1.80 m) en aan de landwaartse zijde op 2 betonnen kolommen. Op deze meetsteiger zijn 
volgende meetinstrumenten aangebracht:  
• een infrarood golfhoogtemeter ter bepaling van de golfkarakteristieken aan de voet van de 
golfbreker 
• drie anemometers ter bepaling van de windsnelheid en –richting. 
Op de stalen paal welke de meetbrug ondersteunt zijn twee druksensoren aangebracht 
waarmee het gemiddeld waterpeil wordt opgemeten. Voor de golfbreker liggen twee 
golfmeetboeien (één op 150 m en één op 215 m) waarmee de invallende golven worden 
opgemeten.  
Golfoploop wordt gemeten met twee verschillende meetsystemen. Een eerste meetinstrument 
(het zogenaamde ‘spiderweb’-systeem) bestaat uit zeven vertikale stappenbakens welke 
aangebracht werden tussen de meetbrug en de deklaag. Aan hun onderzijde zijn deze 
bakens bevestigd aan de betonblokken en aan hun bovenzijde aan de meetbrug d.m.v. een 
stijve veer. Uit deze metingen kunnen m.b.v. een computeralgoritme de golfoploophoogtes 
berekend worden. Een tweede meetsysteem bestaat uit vijf golfoploopbakens welke bovenop 
de blokken van de deklaag zijn geplaatst. Deze bakens geven direct een beeld van de 
golfoploophoogte.  
In een dwarsdoorsnede, ca. 150 m voorbij de meetsteiger, is ook een overtoppingsbak 
geconstrueerd. Deze overtoppingsbak is een betonnen kuip (≅ 28 m3) waarin het water dat 
over de kruinblokken slaat wordt opgevangen. D.m.v. een samengestelde overlaat wordt de 
overtoppingsbak langs één zijkant continu geledigd. Door de continue registratie van de 
waterhoogte in de tank en gebruikmakend van de calibratieformule van de overlaat kan 
zowel het gemiddeld golfoverslagdebiet als de watervolumes van de individuele overslaande 
golven bepaald worden. 
 
Gedurende de afgelopen 7 jaar zijn er in Zeebrugge 13 interessante stormen opgemeten. 
Een storm is pas interessant wanneer de golven uit het noordwesten komen zodat de golven 
de golfbreker quasi loodrecht aanvallen. Dit komt gemiddeld overeen met windkracht > 7 
Beaufort uit het noordwesten. De significante golfhoogtes Hmo (d.i. het gemiddelde van de 
33% hoogste golven binnen een tijdreeks) varieerden tussen 2.40 m en 3.13 m, de 
gemiddelde golfperiode T0,1 bedroeg ongeveer 6.53 s en de gemiddelde piek golfperiode Tp 
(d.i. de periode waar het spectrum een maximum bezit) bedroeg ongeveer 7.93 s.  
 
Golfoploop Ru is gedefinieerd als het verschil tussen de golfoploophoogte en de gemiddelde 
waterstand (E: Still Water Level (SWL)). Golfoploop wordt bijvoorbeeld gekenmerkt door Ru2%. 
Ru2% is de golfoploop die door 2% van de oplopende golven wordt overschreden. 
Conventioneel wordt veelal met de dimensieloze Ru2%/Hmo waarde gewerkt. Ook andere 
overschrijdingspercentages x, andere dan 2%, worden gebruikt en worden aangeduid door 
Rux%/Hmo. 
 
Drie laboratoria hebben de golfbreker van Zeebrugge gemodelleerd: het Waterbouwkundig 
Laboratorium te Borgerhout (FH), de Afdeling Civiele Techniek van de Universiteit van 
Aalborg (Denemarken) (AAU) en het Laboratorium van Havens en Kusten van de 
Polytechnische Universiteit van Valencia (Spanje) (UPV). FH en UPV modelleerden de 
golfbreker van Zeebrugge tweedimensionaal op schaal 1:30. AAU modelleerde de 
golfbreker driedimensionaal op schaal 1:40. Het kernmateriaal van de golfbreker werd 
zodanig verschaald zodat de hydraulische gradiënten dezelfde waren in model en in 
prototype (op ware grootte). Golfoploop werd in alle laboratoria gemeten met een laboversie 
 45 
van de stappenbaak, ontworpen en geconstrueerd aan de Afdeling Weg- en 
Waterbouwkunde van de Gentse Universiteit. Het unieke aan deze stappenbaak is dat de 
naalden van de baak zeer nauwkeurig (tot op 2 mm) het grillig verloop van de helling van 
een golfbreker kunnen volgen. Op die manier kan golfoploop dan ook veel nauwkeuriger 
opgemeten worden. 
 
De algemene waarde, opgemeten bij hoogwater, voor Ru2%/Hmo in prototype is 1.77 (voor 
ξom = 3.59 waarbij ξom het Iribarren getal voorstelt en het brekertype (oplopende breker) 
kenmerkt). Zowel het ‘spiderweb’-systeem als de oploopbakens detecteerden een zelfde 
waarde voor de golfoploop. Deze waarde werd verkregen door analyse van 9 stormen, elk 4 
opeenvolgende tijdreeksen van 30 minuten binnen een twee uur durend tijdsvenster rond 
hoog water in rekening brengend. Gedurende deze 2 uur durende periodes op hoogtij is het 
gemiddeld waterpeil nagenoeg constant.  
 
 
Tabel 1. Resultaten van prototypemetingen en laboratoriummetingen, opgemeten bij            
hoogtij 
 Lengte van 
tijdreeks 
mo
%2
H
Ru
 [-] 
prototype-
metingen 
ξom [-] mo
%2
H
Ru
 [-] 
FH 
mo
%2
H
Ru
 [-] 
UPV 
mo
%2
H
Ru
 [-] 
AAU 
29 augustus 1995  
 
2h15min 1.66 3.76 1.42  1.91 
19 januari 1998 
 
2h30 min 1.73 3.70 1.53  1.76 
20 januari 1998 
 
2h 1.79 3.64 1.40  1.89 
7 februari 1999 
 
2h 1.73 3.55 1.39  1.71 
6 november 1999 
 
2h 1.82 3.45 1.44 1.81 1.41 
6-7 november 1999 2h 1.84 3.64 1.57 1.76 1.29  
 
 
Een ander merkwaardig resultaat is dat de waarde van Ru2%/Hmo stijgt naarmate het waterpeil 
daalt. Bovendien zijn tijdens vloed de Rux%/Hmo waarden groter dan tijdens eb. Hierbij wordt 
de invloed van de stromingen voor de kust als mogelijke oorzaak beschouwd. Tevens wordt 
gemeend dat als gevolg van zettingen van de deklaagelementen door de jaren heen de 
elementen in het onderste gedeelte van de deklaag dichter zijn gepakt dan bovenaan 
waardoor bij lager waterpeil een hogere golfoploop wordt opgemeten. 
Golfafloop (E: wave run-down) werd ook opgemeten m.b.v. het ‘spiderweb’-systeem. De 
waarde van Rd2%/Hmo bedroeg –0.86. 
 
Wanneer de meetresultaten van de meetcampagnes te Zeebrugge en de 
laboratoriumresultaten worden vergeleken komen we tot enkele merkwaardige vaststellingen 
(Tabel 1). Alle waarden in Tabel 1 zijn geldig bij hoog water. De laboratoriumresultaten 
komen over het algemeen niet goed overeen met de prototype meetresultaten, dit ondanks 
de zeer natuurgetrouwe opbouw van het model en de deklaag in het bijzonder (de positie 
van de deklaagelementen in de buitenste laag van het model is identiek aan de positie van 
de deklaagelementen t.h.v. de meetsteiger op de golfbreker te Zeebrugge). De eerste vier 
 46 
stormen die nagebootst werden in AAU hebben een golfoploopwaarde welke van dezelfde 
grootteorde is als de waarden bekomen in prototype. De laatste twee waarden liggen veel 
lager dan de prototypewaarde. Wanneer de opgemeten prototype spectra en de in het labo 
gegenereerde spectra van de eerste vier stormen op elkaar worden gelegd dan stemmen 
deze niet goed overeen: in het laboratorium krijgen de laagfrequente golven meer energie 
toebedeeld. De Ru2%/Hmo waarden bekomen in FH liggen allen veel lager dan de 
prototypewaarden. De resultaten bekomen in UPV stemmen wel zeer goed overeen met de 
prototype golfoploopwaarden. 
 
Daar waar in prototype een afhankelijkheid van de Ru2%/Hmo waarde van het waterpeil werd 
vastgesteld, wordt deze afhankelijkheid tevens slechts in één labo (AAU) waargenomen. 
Echter, de afhankelijkheid is niet zo uitgesproken als in prototype. De andere labo’s vonden 
nauwelijks invloed van het waterniveau op de golfoploop. In AAU werd een beperkte invloed 
van stroming evenwijdig met de as van de golfbreker opgemerkt en in UPV werd de invloed 
van wind op golfoploop onderzocht. Echter, wind heeft slechts een beperkte invloed. 
 
Vergelijking van de resultaten van de prototypemetingen op de golfbreker van Zeebrugge 
met beschikbare informatie in de wetenschappelijke literatuur leidt tot enkele verrassende 
conclusies. Een eerste referentie betreft de proefresultaten gerapporteerd door Allsop et al. 
(1985). De formule van Losada & Giménez-Curto (1982) werd hierbij als uitgangspunt 
genomen. Deze laatste formule werd opgesteld voor proeven met regelmatige golven.  
Niettemin werd deze gefit op de resultaten van de proeven waarin onregelmatige golven 
werden gebruikt. De deklaag bestond tevens uit gegroefde kubussen. Een kern was niet 
aanwezig. De deklaagelementen werden namelijk geplaatst op een laag stortsteen op een 
geperforeerde stalen plaat. De formule van Allsop et al. (1985) geeft een waarde Ru2%/Hmo = 
1.19 (voor de prototype waarde ξom = 3.59), een waarde welke duidelijk lager is dan de 
1.77 opgemeten op prototype in Zeebrugge. 
Een tweede referentie betreft de resultaten van de reeks proeven gerapporteerd door Kingston 
& Murphy (1996) op een schaalmodel van de golfbreker te Zeebrugge. Hierbij werd ook de 
formule van Losada & Giménez-Curto (1982) op de resultaten gefit en een Ru2%/Hmo waarde 
1.12 was het resultaat.  
 
Een derde en vierde referentie zijn de proeven gerapporteerd door van der Meer & Stam 
(1992) en Ahrens & Heimbaugh (1982). De deklaag beider structuren bestond uit stortsteen 
waarbij de nominale diameter van de stenen Dn50 veel kleiner was dan de toegepaste 
significante golfhoogte Hs. De formule van van der Meer & Stam (1992) duidt een waarde 
Ru2%/Hmo = 1.97 (voor ξom = 3.59) aan (in prototype is Ru2%/Hmo = 1.77)  en de formule van 
Ahrens & Heimbaugh (1982) levert een waarde Rumax/Hmo = 2.19 op, waartegen een 
prototype waarde Rumax/Hmo = 2.07 (voor ξom = 4.56) geplaatst wordt. De formules geldig 
voor stortsteen leunen veel dichter aan bij de prototypemetingen (talud met gegroefde 
kubussen) dan de formules gepubliceerd voor golfbrekers met een deklaag bestaande uit 
gegroefde kubussen.  
 
Diepgaand onderzoek betreffende de mogelijke reden(en) waarom golfoploop verschillend is 
in prototype en in labo wordt voortgezet. Alvast worden reeds enkele mogelijke oorzaken 
opgesomd: enerzijds zijn er de schaaleffecten die onmiskenbaar optreden wanneer 
modelproeven worden uitgevoerd (al was het maar omdat de viscositeit van water niet 
verschaald kan worden) en anderzijds zijn er de modeleffecten zoals: 
• het niet exact kunnen reproduceren van opgemeten golfspectra 
• de invloed van wind 
 47 
• de invloed van stromingen 
• de invloed van de plaatsing van de blokken (een kleine verandering in 
plaatsingspatroon heeft een grote verandering in Ru2% waarde tot gevolg) 
• de porositeit en de doorlatendheid van de deklaag  
 
Met het einde van het OPTICREST project is het einde van het onderzoek betreffende 
golfoploop nog lang niet in zicht. Het is een complexe materie welke één van de vele 
onderzoekdomeinen is van de Afdeling Weg- en Waterbouwkunde van de Gentse 
Universiteit. Tevens is gebleken dat golfoploop niet hét fysisch verschijnsel is waarop de 
bepaling van de kruinhoogte van een golfbreker moet gebaseerd zijn. Golfoverslag is 
hiervoor een meer aangewezen fysisch verschijnsel. Echter, dit moet nog onderzocht worden. 
Golfoverslag is het onderwerp van een nieuw Europees project CLASH (‘Crest Level 
Assessment of coastal Structures by full scale monitoring, neural network prediction and 
Hazard analysis on permissible wave overtopping’). Dertien partners uit 7 Europese landen 
zullen golfoverslag bestuderen a.d.h.v. prototypemetingen op 4 sites, modelproeven, 
numerieke modellering en het ontwikkelen van een neuraal netwerk. 
 
De bekomen resultaten zijn verkregen via het OPTICREST project. De Europese Unie en de 
Vlaamse Gemeenschap worden dan ook hartelijk bedankt voor hun financiële steun. 
 
Literatuur 
 
Ahrens J.P. and M.S. Heimbaugh. 1988. Irregular wave runup on riprap revetments. Journal 
of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering 114(4).  
Allsop N.W.H., P.J. Hawkes, F.A. Jackson, and L. Franco. 1985. Wave run-up on steep 
slopes - model tests under random waves. Report SR2.  
Burcharth H.F., Z. Liu, and P. Troch. 1999. Scaling of core material in rubble mound 
breakwater model tests. In: Proceedings of the 5th International Conference on 
Coastal and Port Engineering in Developing Countries (COPEDEC V), Cape Town, 
South Africa. 
De Rouck J., C. Boone, and B. Van de Walle B. 2001. OPTICREST – Detailed scientific and 
technical report (FINAL), MAS03/1131, Dept. Of Civil Eng., Ghent University, 
Belgium.  
De Rouck J., P. Troch, B. Van de Walle, L. Van Damme, and J. Bal. 2000. The optimisation 
of crest level design of sloping coastal structures through prototype monitoring and 
modelling. EurOCEAN 2000 Conference, August-September 2000, Hamburg 
(Germany). 
Kingston K. and J. Murphy. 1996. Full scale dynamic load monitoring of rubble mound 
breakwaters, MAS2-CT92-0023, Thematic report ‘B. Wave run-up / Run-down’.  
Losada M.A. and L.A. Giménez-Curto. 1981. Flow characteristics on rough, permeable 
slopes under wave action. Coastal Engineering 4:187-206. 
Troch P., J. De Rouck, and L. Van Damme. 1998. Instrumentation and prototype 
measurements at the Zeebrugge rubble mound breakwater. Coastal Engineering 
35:141-166.  
Troch P., M. De Somer, J. De Rouck, L. Van Damme, D. Vermeir, J.P. Martens, and C. Van 
Hove.  1996. Full scale measurements of wave attenuation inside a rubble mound 
breakwater. p.1916-1929. In: Proceedings 25th ICCE, 2-6 September 1996, Orlando 
(USA).  
van der Meer J.W., Stam C.-J.M. 1992. Wave run-up on smooth and rock slopes of coastal 
structures. Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering 118(5).  


Golfoploop op gehelde gesloten en open zeeweringen

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Open Marine Archive

Ghent University Academic Bibliography