Analysis of individual wave overtopping volumes during time-varying water levels. Practical application to the Research Dike Raversijde at the Belgian coast.

Abstract

[EN] The still water level (SWL) during a storm is always dynamic (storm surge). The variability of the water level can be schematized as a time-varying hydrograph of a certain duration. Typically, the individual overtopping volume distribution and probability of individual volume overtopping is a function of the ratio between the freeboard Rc (the structure crest elevation above SWL) and the significant wave height Hm0. Since the variation during a storm of the SWL changes the freeboard, the individual overtopping volume is variable. Typically, in the laboratory the wave overtopping on coastal defence structures is investigated for a constant water level (CWL) and a pre‐determined structural exposure time frame, not considering any variable water level (VWL). For example, the individual volumes in the rise of the storm surge will pre-load (saturate) the dike and potentially weaken it before the largest overtopping volumes occur during the peak of the storm. No research exists yet on the study of individual overtopping volumes for a VWL situation, so its realization is required. Then, a comparison of the available literature for the CWL situation is carried out to analyze the validity of the prediction formulas for this case, within the UG17 dataset measured in the wave flume facility located at the Coastal Engineering Laboratory of the Ghent University. Following a sensitivity analysis, the best results are found for a certain percentage of the highest overtopping volumes, while the equivalent non-dimensional freeboard predicts equally well both CWL and VWL situations. Hence, a practical application of these considerations is applied to a real storm of a return period between 40 and 45 years to redesign the Research Dike Raversijde, located in the Belgian coast, in order to limit the overtopping of the structure to 1 l/s/m, following Belgian standards.

[ES] El nivel del agua durante una tormenta es siempre dinámico. La variabilidad del nivel del mar puede esquematizarse como un hidrograma variable en el tiempo de una cierta duración. Generalmente, la distribución del volumen individual de rebase y su probabilidad de rebase es función del cociente entre el francobordo (la elevación de la estructura sobre el nivel del agua) y la altura significativa de ola. Dado que la variación del nivel del mar durante una tormenta cambia el francobordo de la estructura, el volumen individual de rebase también es variable. Por lo general, dentro del laboratorio el rebase producido por el oleaje sobre estructuras marítimas se estudia para un nivel de agua constante y para un tiempo de exposición predeterminado, sin considerar niveles de agua variables. El estudio de este fenómeno para una lámina de agua temporalmente variable es prácticamente inexistente en la literatura actual y, por tanto, de especial interés en su investigación. De esta forma, se lleva a cabo una comparación del conocimiento y la formulación disponible del rebase individual para lámina constante, respecto al caso con niveles de agua variables, para analizar la validez de las predicciones en este caso. Para ello, se emplea el conjunto de datos UG17 medido en el canal de ensayos del Laboratorio de Ingeniería Costera de la Universidad de Gante. De igual forma, se lleva a cabo un análisis de sensibilidad para obtener los mejores resultados y predicciones según un determinado porcentaje de los mayores volúmenes de rebase medidos, mientras que el francobordo adimensional equivalente es la variable que predice correctamente el fenómeno de rebase para niveles de agua constantes y variables. Así, se realiza una aplicación práctica a partir de los resultados del análisis anterior según una tormenta real con un periodo de retorno de entre 40 y 45 años para rediseñar el dique de Raversijde (Research Dike Raversijde), ubicado en la costa belga y siguiendo los estándares belgas sobre la limitación del rebase de la estructura.