9. ONDERZOEK NAAR DE TOEPASBAARHEID VAN OFFSHORE GOLFBREKERS LANGS DE NEDERLANDSE KUST EINDRAPPORT APRIL 993.fi^"li.y:;ö^'Sa.;.;;;.'^ (bibliotheek en documentatie) Dienst Weg-en Waterbouwkunde Postbus $44,76GA ÜELFT tel: 5-25Ï8 363/364 Frederic R. Harris ners, Economists & Consultants therlands HARRIS 439
u. i ONDERZOEK NAAR DE TOEPASBAARHEID VAN OFFSHORE GOLFBREKERS LANGS DE NEDERLANDSE KUST EINDRAPPORT APRIL 993 B I D O C (bibliotheek en documentatie) Dienst Weg- en Waterbouwkunde Portbus 544, 26 GA DELFT Tel. 5-25S 363/364 5 NOV. 998
INHOUDSOPGAVE Onderwerp: Pagina:. Inleiding 2. Probleem-analyse 2. Begrippen 3 2.2 Criteria 5 3. Lokatie bepaling 3. Potentiële lokaties 8 3.2 Geselecteerde lokaties 4 4. Offshore golfbreker ontwerp 4. Hydraulische en morfologische achtergronden 6 4.2 Constructie typen 2 4.3 Ontwerp concepten 23 4.4 Flexibiliteit in het ontwerp 24 4.5 Ontwerp diagram 24 5. Ontwerp Parameters 5. Lay-out 27 5.2 Ontwerp strategie lay-out 29 5.3 Dwarsdoorsnede 3 5.4 Ontwerp strategie dwarsdoorsnede 37 6. Randvoorwaarden 6. Domburg 38 6.2 Scheveningen 4 6.3 Callantsoog 45 7. Ontwerp-uitgangspunten offshore golfbrekers in Nederland 7. Algemeen 49 7.2 Toetsing uitgangspunten initieel ontwerp 5 7.2. Domburg-Initieel ontwerp 52 7.2.2 Scheveningen-Initieel ontwerp 54 7.2.3 Callantsoog-Initieel ontwerp 55 8. Effecten van het initiële ontwerp 8. Werkwijze 57 8.2 Langstransport processen 57 8.3 Duinafslag processen 6 8.4 Synthese 62 8.5 Andere lokaties 63 8.6 Samenvatting effecten 65
9. Golfbreker Ontwerp 9. Domburg 67 9.2 Scheveningen 7 9.3 Callantsoog 7 9.4 Evaluatie 73. Economische afweging. Suppleren alleen 74.2 Golfbrekers en aanvullende suppleties 75.3 Vergelijking kosten van beide alternatieven 75.4 Mogelijkheden voor optimalisatie ontwerpen 76.5 Conclusies 79. Conclusies en Aanbevelingen..2 Conclusies Aanbeveingen 8 83 Literatuur Figuren Bijlagen
INLEIDING Gekozen is voor het duurzaam handhaven van de ligging van de Nederlandse kust. Deze beslissing is verwoord in de Regerings-nota "Kustverdediging na 99". Technisch bezien betekent dit, dat de kustlijn tenminste gehandhaafd blijft op de plaats waar deze in 99 lag. Als belangrijkste middel om achteruitgang van de kust te voorkomen, is gekozen voor het suppleren met zand. Er zijn gevallen denkbaar, waar het uitvoeren van uitsluitend suppleties, morfologisch of economisch bezien, niet optimaal is. Bijvoorbeeld wanneer op een bepaalde plaats de herhalingsfrequentie van suppleties dermate hoog blijkt te liggen, dat de economische voordelen, die in principe aan deze onderhoudsstrategie ten grondslag liggen, niet meer opwegen tegen de werkelijke kosten. Daarnaast kunnen psychologische factoren een rol spelen. In die gevallen kan het uitvoeren van aanvullende maatregelen aantrekkelijk worden. Bijvoorbeeld door het bouwen van offshore golfbrekers om de levensduur van suppleties te verlengen. In het kader van het lopende onderzoekprogramma van de TAW, is door werkgroep C besloten de toepasbaarheid van offshore golfbrekers als aanvullende maatregel bij sommige zandsuppleties langs de Nederlandse kust te laten onderzoeken. Dit onderzoek is uitbesteed met als doelstelling: "aan te geven in hoeverre golfbrekers zowel morfologisch als economisch een goed alternatief kunnen vormen voor zandsuppleties." Het totale onderzoek is daartoe gesplitst in twee onderdelen, te weten: fase. fase 2. gericht op het in eerste instantie bepalen, waar langs de Nederlandse kust en op welke wijze golfbrekers, zowel kustmorfologisch als economisch gezien, zinvol kunnen worden toegepast; indien uit deze eerste fase blijkt, dat voor dit doel het toepassen van het golfbreker-concept zinvol kan zijn, dan dient in deze tweede fase de meer gedetailleerde dimensionering van de golfbreker(s), in relatie met de gevolgen voor de zandbalansen en daarmee voor de kustlijn, nader te worden onderzocht. De studie, zoals die door Frederic R. Harris B.V. voor het als Fase gedefinieerde onderzoek is uitgevoerd (overeenkomst nr. DWW 575; brief WB/CX 92343, d.d. 28 juli 992), bevat de volgende onderdelen. Allereerst worden in een korte probleem-analyse de belangrijkste elementen voor het gevraagde onderzoek uiteengezet (hoofdstuk 2), resulterend in een pakket van eisen waaraan enerzijds de constructie in principe zal moeten voldoen en anderzijds de (potentiële) lokatie(s). In het daarop volgende hoofdstuk 3 wordt een voorstel gedaan ten aanzien van de mogelijke plaatsen langs de Nederlandse kust waar dit golfbreker-concept succesvol kan zijn en de hieruit te selecteren voorbeeld-lokaties. Na overleg met de door TAW-C aangewezen begeleidingsgroep zijn drie nader uit te werken voorbeeld-lokaties vastgesteld. Voor dit drietal is onderzocht wat het effect van offshore golfbrekers kan zijn.
Hiertoe is eerst ingegaan op de achtergronden van een dergelijke toepassing en de effecten die hiervan het gevolg kunnen zijn (hoofdstuk 4), gevolgd door de meer specifieke ontwerp-parameters voor de golfbrekers zelf (hoofdstuk 5). In hoofdstuk 6 worden de randvoorwaarden per voorbeeld-lokatie bepaald. Op basis van deze informatie wordt vervolgens in hoofdstuk 7 overgegaan op de toepassing van de ontwerpregels voor Nederlandse omstandigheden, resulterend in initiële ontwerpen en de bepaling van de effecten. Op basis hiervan wordt een beoordeling gegeven ten aanzien van de toepassing van de vuistregels voor de Nederlandse condities, gevolgd door een bepaling van de morfologische effecten c.q. effectiviteit van de initiële ontwerpen (hoofdstuk 8). Hierna worden de ontwerpen constructief verder uitgewerkt (hoofdstuk 9), o.a. ten behoeve van de bepaling van de kosten en de algehele economische afweging (hoofdstuk ). Tenslotte wordt dit rapport afgesloten met conclusies en aanbevelingen (hoofdstuk ). 2
PROBLEEM-ANALYSE BEGRIPPEN Als doelstelling van het onderzoek wordt gevraa: an te geven in hoeverre golfbrekers zowel morfologisch als e ^sch een goed alternatief voor zandsuppleties kunnen zijn". Om deze vraagstelling verder te kunnen uitdiepen, plaats een aantal elementen hieruit nader gedefinie in de eerste orden. Het begrip golfbrekers wordt in het kader van deze st gedefinieerd als: (harde) constructies, met als doel het besche n van het er achter liggende zandige kustvak door middel van het, ^duceren c.q. verplaatsen van een (positieve) gradiënt in het lanc ransport,. qua layout in de regel min of meer parallel aan dit kustv: georiënteerd gedacht- Voor meer algemene en technische informatie -ver di- ~ype constructie en toepassing hiervan langs golf-gedomineerde zandicc kusten elders in de wereld wordt verwezen naar bijvoorbeeld lit..n 2. Ten aanzien van de morfologische aspecten van dergelijke golfbrekers wordt gesteld, dat het gedrag c.q. de eigenschappen va- het te beschermen kustvak direct bepalend zijn voor de ontwerp-uitgai.gspunten van de toe te passen constructie(s) of combinatie(s) daarvan, tn daarmee voor de uiteindelijk voor te stellen oplossingen. Dit kan als volgt worden toegelicht. Er zijn verschillende redenen denkbaar, waarom het rendement van suppleties soms niet overeenstemt met de verwachtingen en de aanleg van (aanvullende) constructies overwogen kan worden: * structurele erosie: de (gemiddelde) jaarlijkse erosie van een kustvak is dermate groot, en tegelijkertijd is de beschikbare ruimte om te suppleren dusdanig beperkt, dat herhalingen (te) frequent moeten worden uitgevoerd om de kustlijn op z'n plaats te houden. Economisch (en psychologisch) kan het dan aantrekkelijk zijn om aanvullende maatregelen te nemen. Een dergelijke maatregel moet dan gericht zijn op het (op die lokatie) verminderen van de erosie (of positieve gradiënt in het langstransport), die optreedt onder gemiddelde condities dan wel ontstaat onder extreme omstandigheden. * grote natuurlijke fluctuaties: het gedrag van de kustlijn kan zich moeilijk laten voorspellen als gevolg van grote natuurlijke (jaarlijkse) fluctuaties in de ligging. Voorspelling van de kustlijn kan hierdoor bemoeilijkt worden, evenals de kunstmatige handhaving van de (gegarandeerde) ligging. Deze fluctuaties kunnen veroorzaakt worden door spreiding in het jaarlijks golfklimaat. In dat geval kan de aanleg van offshore golfbrekers mogelijk gerechtvaardigd zijn. Afhankelijk van de rol die de gemiddelde of extreme golfaanval inneemt in dit gedrag, zal reductie hiervan door de offshore golfbrekers moeten worden bewerkstelligd. 3
* kwetsbare kustvakken; hier kan het gedrag van de kustlijn (dramatisch) worden beïnvloed door één of enkele gebeurtenissen. Een dergelijk kustvak behoeft in principe (onder gemiddelde omstandigheden) niet aan structurele erosie onderhevig te zijn maar één of twee zware stormen kunnen het strand wel volledig doen verdwijnen. De gevolgen kunnen in dit soort gevallen zo dramatisch zijn, doordat enerzijds slechts een geringe berging aanwezig is, en anderzijds regeneratie van het afgeslagen deel als gevolg van het lokale hydraulisch en/of morfologische systeem niet meer kan optreden. Toepassing van constructieve maatregelen moet in dit soort gevallen gericht zijn op een afzwakkende werking van de extreme condities, dan wel op het voorkómen dat het afgeslagen zand verplaatst naar delen vanwaar het niet meer bijdraagt aan het lokale kustsysteem c.q. aan de mogelijkheid tot regeneratie. Aansluitend bij deze morfologische aspecten, kan ten aanzien van het vormen van een alternatief voor zandsuppleties worden opgemerkt, dat de toepassing van dit soort constructies dus direct afhankelijk is van het gedrag van een kustlij n en de mate waarin dit gedrag beïnvloed moet en kan worden. De voor te stellen oplossing(en) en daarmee de te verwachten effecten zijn dus per lokatie verschillend. Er kan dus niet gesproken worden over de toepassing van golfbrekers langs de Nederlandse kust, zonder hierin de (ontwerp)uitgangspunten te betrekken. Bovendien zal bij het nemen van (harde) maatregelen het probleem zich in de regel (deels) verplaatsen naar elders. Dit behoeft overigens niet zonder meer negatief te zijn. Het verleggen van kusterosie naar een aanzandigsgebied of buitendelta kan een verbetering van de totale situatie voor (een bedreigd deel van) de kust inhouden. In die gevallen waar een dergelijke sturing niet mogelijk is, behoort lijzijde erosie tot de reële risico's. Hierop zal geanticipeerd moeten worden en in de praktijk zal dit het uitvoeren van aanvullende suppleties inhouden. Op het totaal van het kustonderhoud moet dit dan wel een (financiële) verbetering betekenen. Op basis van deze analyse wordt geconcludeerd, dat combinatie van golfbrekers met zandsuppleties morfologisch en economisch een aantrekkelijk concept kan zijn. Maar de toepassing van golfbrekers alléén zal naar alle waarschijnlijkheid in geen enkel geval het eveneens periodiek (blijven) aanbrengen van zandsuppleties volledig kunnen vervangen. Ten aanzien van de economische aspecten betekent dit dus in de eerste plaats, dat als referentie voor de te onderzoeken maatregelen het voortzetten van het tot nu toe toegepaste kustonderhoud geldt. Dit betekent in de regel het onderhouden van het betreffende kustvak met suppleties alléén. In die gevallen waar alleen suppleren niet voldoende efficiënt lijkt, zijn aanvullende maatregelen in de vorm van golfbrekers een mogelijkheid. Hierbij moet het geheel aan aanleg- en onderhoudskosten voor de constructies en aanvullende suppleties voordeliger zijn dan suppleren alléén. Dit onderzoek is uitgevoerd tegen deze achtergrond. 4
2.2. CRITERIA Na het afbakenen van de verschillende begrippen, moet vervolgens worden overgegaan tot het bepalen van welke gebieden nu in principe in aanmerking komen voor de toepassing van offshore golfbrekers als aanvullende wijze van kustbescherming. Gezien de aard van deze bepaling moet in eerste instantie worden uitgegaan van een relatief hoog abstractieniveau, waarbij met name de kennis van en ervaring met de Nederlandse kust en omstandigheden centraal staan [lit. 4]. Een lijst van mogelijke selectie-criteria is hiertoe opgesteld. Bij de opzet hiervan is uitgegaan van zowel de morfologische en hydraulische randvoorwaarden als van de functionele randvoorwaarden die voortvloeien uit de golfbrekers zelf. Selectie van lokaties langs de Nederlandse kust die in principe in aanmerking komen voor de toepassing van offshore golfbrekers als maatregel voor kustbescherming, kan geschieden aan de hand van de volgende criteria: a. kustlijnoedraq a.. structurele erosie: Gericht op met name die kustvakken, waar door de omvang van de erosie voortgaan met suppleren alléén minder effectief lijkt en aanvullende maatregelen de overall efficiency mogelijk kunnen verbeteren. a.2. grote natuurlijke fluctuaties: Lokaties, waar het gedrag van de kustlijn zich moeilijk laat beheersen als gevolg van grote jaarlijkse fluctuaties. a.3. kwetsbare kustvakken: b. suppleties Kustvakken waar een gezonde buffer ontbreekt en een storm onevenredig grote schade aan belangen kan toebrengen, mogelijk in combinatie met het ontbreken van een kans op natuurlijke regeneratie. b.. omvang: Om de invloed van golfbrekers op de levensduur van suppleties en daarmee op het kustgedrag te kunnen onderzoeken, moet het te beïnvloeden erosiegebied naar verhouding tot het te bereiken effect niet te klein zijn. In de praktijk zal dit betekenen dat het betreffende kustvak voldoende lengte moet hebben en de uitgevoerde suppleties een voldoende omvang (bijvoorbeeld in de range van 4 a 5 m3). 5
b.2. levensduur: Conform de doelstelling van het onderzoek richt de aandacht zich met name op die lokaties, waar ruim voor het behalen van de geplande levensduur opnieuw moest worden gesuppleerd of waar de levensduur vooraf moeilijk kan worden bepaald. grootschalige morfologie cl. kennis van het systeem Het morfologisch systeem moet begrepen zijn, in die zin dat redelijkerwijs moet kunnen worden aangegeven wat de oorzaak van de erosie is en wat de gevolgen zijn als hierin verandering wordt gebracht door het bouwen van één of meerdere constructies. c.2. de hydraulische randvoorwaarden constructief De gemiddelde en extreme hydraulische condities (golven, waterstanden en stroming) moeten beschikbaar zijn. In de regel zal dit voor diep water geen probleem opleveren. Voor die gevallen waar op ondiep water informatie ontbreekt, zal vooralsnog op pragmatische wijze moeten worden ingeschat wat ongeveer de (maatgevende) situatie is. d.. hydraulische randvoorwaarden Vermindering eg verplaatsing van een (positieve) gradiënt in het zandtransport staat centraal. Gezien de aard van de te beschouwen oplossing speelt beïnvloeding van golfenergie hierbij een cruciale rol, wat voor deze studie automatisch inhoudt dat puur getij-gedomineerde kustproblemen (zoals langs grote delen van de Zeeuwse eilanden), in principe niet in de beschouwing zullen worden meegenomen. Refererend aan de onder a. gedefinieerde kustproblemen, gelden dan de volgende criteria: a. structurele erosie: De maatregel moet gericht zijn op het verminderen van de erosie ter plaatse, door middel van beïnvloeding van de gemiddelde of de extreme golf(-geïnduceerde) condities, afhankelijk van de maatgevende belastingen op het kustvak. b. grote natuurlijke fluctuaties: Voor zover de fluctuaties zijn toe te schrijven aan dito variaties in het golfklimaat ter plaatse, moet de maatregel gericht zijn op een filterende werking c.q. het uitdempen van deze extremen. Afhankelijk van de aandrijvende kracht(en), zullen de gemiddelde of de extreme condities moeten worden beïnvloed. 6
c. kwetsbare kustvakken: De maatregel moet in dit geval met name de extremen afvlakken c.q. voorkomen dat het afgeslagen zand verplaatst naar delen van de vooroever vanwaar natuurlijk herstel niet meer mogelijk is. d.2. morfologische randvoorwaarden a. Het te beïnvloeden erosiegebied moet naar verhouding tot het na te steven effect niet te klein zijn c.q. het moet voldoende lengte hebben. b. De voorkeur gaat uit naar een relatief flauwe vooroever c.q. beperkte aanlegdiepte. De ervaring met het onderzoek naar de mogelijke toepassing van een hangend strand [lit. 3] heeft geleerd, dat als de constructie op een steile vooroever komt te liggen, de kosten snel oplopen en niet opwegen tegen eventuele voordelen. c. Om redenen van stabiliteit mag het gebied waar de golfbrekers gebouwd moeten worden, niet bloot staan aan snelle morfologische veranderingen zoals verplaatsingen van geulen en platen. Selectie van lokaties langs de Nederlandse kust, die in principe in aanmerking komen voor de toepassing van offshore golfbrekers als aanvullende maatregel voor kustbescherming, zal geschieden aan de hand van deze selectie-criteria. 7
LOKATIE BEPALING Aan de hand van de criteria zoals geformuleerd in de probleemanalyse, kan tot bepaling van in aanmerking komende lokaties worden overgegaan. Deze eerste orde bepaling berust verder op een brede kennis van en ervaring met de Nederlandse kust. Belangrijke informatie-bronnen hierbij vormen uiteraard de "Kustnota" [lit. 4] en de nota "Basiskustlijn" [lit. 5]. Beoordeling van de Nederlandse kust aan de hand van de criteria zoals geformuleerd onder "kustlijngedrag", levert in principe het beeld op zoals geschetst in figuur. Dit is een overzicht van de lokaties waar gesuppleerd is tot en met 988. Als de meest recente suppleties hieraan worden toegevoegd [o.a. lit. 5], is een basis gelegd voor de bepaling van de meest kansrijke lokaties. POTENTIËLE LOKATIES Als de criteria zoals geformuleerd bij de probleem-analyse hierop worden losgelaten, dan ontstaat het volgende beeld (zie ook figuur 2) ten aanzien van potentiële lokaties :. Ameland en Terschelling De centrale gedeelten van deze eilanden staan bloot aan structurele erosie, reden waarom suppleties zijn of zullen worden uitgevoerd. Deze suppleties hebben een omvang die in principe voldoende is om met een golfbreker-concept te worden vergeleken. De kennis van het morfologische systeem ter plaatse is beperkt. Onduidelijk is de oorzaak van de erosie, met name op Ameland. Verschillende theorieën zijn geformuleerd, maar desondanks bestaat er nog geen duidelijkheid over de hiervoor verantwoordelijke mechanismen c.q. maatgevende condities. Tevens is er relatief weinig bekend over deze (lokale) hydraulische condities. Met name vanwege deze onbekendheid met het functioneren van het morfologisch systeem en het slechts beperkt voorhanden zijn van informatie over de maatgevende condities, wordt voorgesteld hier vooralsnog geen verdere studie te doen naar de effectiviteit van offshore golfbrekers en hun invloed op suppleties. 2. Texel-Eierland Dit kustvak is reeds een aantal malen gesuppleerd, met wisselend succes [lit. 4]. Hoewel er niet direct aanleiding bestaat om op basis hiervan over te gaan tot een andere handhavings-strategie, heeft de Rijkswaterstaat besloten een uitgebreid onderzoek te laten uitvoeren naar mogelijke alternatieven. Verschillende aanvullende maatregelen, waaronder ook offshore golfbrekers, worden hierin betrokken en op hun effectiviteit geëvalueerd. Als basis voor deze evaluatie is het morfologisch systeem ter plaatse uitgebreid onderzocht, ondersteund met geavanceerde mathematische modeltoepassingen. Er mag derhalve van worden uitgegaan dat de opgebouwde kennis van het morfologisch systeem, de bepalende processen en de maatgevende condities voldoende zijn 8
om ook de effectiviteit van golfbrekers nader te kunnen bepalen. Omdat deze optie reeds verdisconteerd is in dat onderzoek en gezien de (afrondende) fase waarin het zich bevindt, wordt voorgesteld om de resultaten daarvan af te wachten en in het kader van dit onderzoek hier verder geen nieuwe activiteiten te ontplooien. Texel-de Koog De in 984 uitgevoerde suppletie voldoet naar verwachting aan de (-jaars) doelstelling [lit. 4]. Niets wijst er dan ook op dat er sprake zou zijn van een moeilijk te beheersen erosie, grote fluctuaties of een kwetsbaar kustvak. Vanuit deze optiek bezien bestaat er geen aanleiding om hier over te gaan tot het uitvoeren van een onderzoek naar de effectiviteit van golfbrekers. Kop Noord-Holland (incl. Callantsoog/Zwanewater) Bekend is o.a. uit de nota basiskustlijn [lit. 5], dat hier een structurele erosie optreedt over een groot gebied in de orde van a 2 meter per jaar. Daarnaast komen jaarlijkse fluctuaties voor in dezelfde orde van grote, afnemend in noordelijke richting. Bij Callantsoog is om redenen van veiligheid in het verleden een drietal malen gesuppleerd (976, 979 en 986), ter hoogte van het Zwanewater is om redenen van natuurbehoud gesuppleerd in 987. In het kader van de kustlijn handhaving c.q. de bestrijding van de structurele erosie is nu suppletie van gedeelten tussen Callantsoog en den Helder in uitvoering. Ten aanzien van de levensduur van de in het verleden hier uitgevoerde suppleties, bestaat er op zich geen aanleiding om aan te nemen dat er direct aanvullende maatregelen nodig zijn. Mogelijke op één uitzondering na, te weten Callantsoog. Gezien de daar op het spel staande belangen (ook veiligheid) en tegelijkertijd de geringe effectieve ruimte die beschikbaar is voor het aanbrengen van een suppletie, biedt de mogelijkheid dat aanvullende maatregelen hierin verbetering kunnen brengen. De verwachting dat gemiddelde en extreme golfcondities hier de belangrijkste kust- (ver)vormende c.q. de veiligheid bedreigende processen zijn, maakt toepassing van een golfbreker concept mogelijk. De direct beschikbare kennis van morfologisch systeem laat een dergelijke verkenning in het kader van deze studie ook toe. Het te beïnvloeden kustvak en de uitgevoerde suppleties zijn voldoende groot om te kunnen evalueren. De morfologische situatie is redelijk bekend en ook ten aanzien van de randvoorwaarden is de nodige informatie beschikbaar. Vooralsnog wordt het kustvak rond Callantsoog als een mogelijkheid voor verdere studie beschouwd. 9
Egmond/Bergen Dit kustvak staat bloot aan relatief grote jaarlijkse fluctuaties. Afhankelijk van de lengte van de bij de trendanalyse beschouwde periode, worden waarden van plus en min 5 tot meter per jaar berekend [lit. 5]. Gezien de aanwezige belangen is een dergelijke flexibiliteit in het kustlijngedrag hier niet altijd wenselijk. Reden waarom recentelijk tot tweemaal toe is gesuppleerd. De achterliggende fysische oorzaak is niet zondermeer duidelijk. Waarschijnlijk dat het gedrag van de aanwezige brandingsruggen hierop een belangrijke invloed uitoefent. Als dit inderdaad zo is, dan kan het aantrekkelijk zijn deze brandingsruggen vast te leggen. Maar, gezien de vele onzekerheden omtrent het gedrag van brandingsruggen op zich, is het de vraag of hiermee uiteindelijk aan de doelstelling van het stabiliseren van de kustlijn c.q. het verminderen van de fluctuaties wordt voldaan. Bovendien zijn vastgelegde brandingsruggen zondermeer nog geen offshore golfbrekers zoals bedoeld in het kader dit onderzoek, aangezien de top van deze ruggen niet boven de N.A.P -3 meter uitkomt. Qua randvoorwaarden is er veel bekend voor dit kustvak. Vele studies zijn uitgevoerd in de zogenaamde "Egmond-raaien". De morfologische achtergrond van de fluctuaties van de kustlijn is nog onderwerp van studie. Gezien de relatieve onbekendheid met deze kust vervormende processen, wordt voorgesteld om voor dit kustvak vooralsnog geen studie naar de toepassing van golfbrekers uit te voeren. Scheveningen De kustvakken ten noorden en zuiden van de haven kennen weinig structurele erosie. Met name de extreme condities blijken bepalend te zijn voor de vervorming van het strand ten Noorden van de haven. Door de aanwezigheid van de boulevard en daarmee het ontbreken van een natuurlijke buffer in de vorm van duinen, resulteert elke afslag direct in verlaging en versmalling van het strand. Bovendien wordt door de aanwezigheid van de boulevard, de havenhoofden en de strandhoofden de natuurlijke regeneratie belemmerd of vertraagd. De mogelijkheid tot aanstuiving wordt beperkt door de aanwezigheid van de boulevard. Als gevolg van de havenhoofden ontstaan neren met de daarbij behorende retourstromingen, in dit geval voor wat betreft het strand begrensd door de koppen van de strandhoofden. Zand dat onder extreme omstandigheden buiten de koppenlijn van de strandhoofden op de vooroever terecht komt, kan vermoedelijk nauwelijks tot niet meer op het strand zelf terugkomen. Het daaruit voortvloeiende tekort moet kunstmatig worden aangezuiverd door middel van suppleties, tot nu toe in de regel gestuurd door de behoefte van de recreatie.
Bijkomend probleem hierbij is, dat gezien de hierboven beschreven eigenschappen van dit kustvak, de levensduur van de suppleties uitsluitend bepaald lijkt te worden door extreme gebeurtenissen. Er bestaat dus een goede kans, dat een in het voorjaar juist aangebrachte suppletie, in een daarop volgende slechte zomer met veel stormen weer grotendeels wordt afgebroken. Eén van de mogelijkheden om deze kwetsbaarheid te verminderen bestaat uit het afzwakken van de directe invloed van de extreme condities op het strand. Offshore golfbrekers kunnen hiervoor een middel zijn. Reden om dit kustvak als potentiële lokatie aan te merken. 7. Hoek van Holland In de aansluiting van het Strandplan met het Noorder Havenhoofd treedt een structurele erosie op (orde van, tot 2 m3 per jaar). De achtergronden van deze erosie en de mogelijkheden om deze te verminderen of te compenseren zijn in het verleden uitgebreid onderzocht [lit. 7]. Uiteindelijk is gekozen voor een oplossing waarbij jaarlijks relatief kleine suppleties worden uitgevoerd om de kustlijn te handhaven. Sinds 988 wordt er aldus jaarlijks gesuppleerd met een deel van het vrijkomende zand uit de onderhoudsbaggerwerken. Dus, hoewel het erosieprobleem zelf en de achterliggende oorzaak zich in principe goed lenen voor een aanvullende maatregel in de vorm van offshore golfbrekers (lit. 6; zie ook figuur 3: Malo Les Bains), lijkt de huidige combinatie van onderhoudsbaggerwerk en kustonderhoud vooralsnog een dermate voordelige oplossing, dat wordt voorgesteld deze lokatie nu verder niet in de beschouwing mee te nemen. 8. Slufterdam Aan de kop van de Slufterdam treedt (voorlopig nog) structurele erosie op. Bij de aanleg is hiermee rekening gehouden en zelfs een preventieve suppletie aangebracht, thans gevolgd door de eerste onderhouds supplet ie. Hoewel de morfologie van het kustvak zelf en de aanliggende gebieden redelijk doorgrond wordt, betreft het hier een kustzone die nog dermate dynamisch is, dat het overwegen van de toepassing van harde maatregelen offshore, zeker nog enig uitstel behoeft. Bovendien lijkt het erop, gezien de aanwezige getij-invloed, dat hier te zijner tijd eerder aanvullende maatregelen in de vorm van strandhoofden dan offshore golfbrekers zullen worden voorgesteld. Geconcludeerd wordt dan ook, om deze lokatie voorlopig niet verder in de beschouwingen mede te nemen.
9. Voorne/Goeree Langs Voorne en Goeree treden op verschillende plaatsen vormen van structurele erosie op. Om deze te compenseren worden daarom van tijd tot suppleties uitgevoerd, welke in de regel goed voldoen. Bovendien wordt Voorne steeds meer beschermd, en met het opzanden en verslibben van de Hinderplaat en de geulen zal de erosie dan ook verder afnemen. De suppleties op Goeree voldoen aan de verwachtingen. Aanvullende maatregelen hier dan ook niet voorzien.. Kop van Schouwen Langs de kop van dit eiland komt op sommige plaatsen structurele erosie voor. Het gedrag van het Krabbengat lijkt hierin een belangrijke rol te spelen. In het verleden is hiernaar onderzoek verricht [lit. 8], wat o.a. heeft geleid tot het aanpassen van de suppletie die in 99 is uitgevoerd. Hierbij is namelijk gekozen voor het in feite zeewaarts verplaatsen van het stroomvoerende profiel Krabbengat in zeewaartse richting. Hierbij is dus zowel het strand- en vooroeverprofiel verschoven als de andere oever aan de zijde van de Banjaard. Op zich lijkt deze aanpassing goed te voldoen, behalve langs een deel van de noordelijke helft van de noordpunt, waar onverwachte erosie optreedt in de hogere delen van het profiel. Bovendien blijkt de oever langs het gedeelte van de Banjaard waar het zand is gewonnen niet aan te zanden. De achterliggende oorzaken zijn niet zondermeer duidelijk. Mogelijk dat opzet-verschillen bij het afslag-probleem een rol spelen. Als dit het geval is, dan kan het toepassen van offshore golfbrekers als aanvullende maatregel overwogen worden. De aanwezigheid van de getijgeul is hierbij echter wel een complicerende factor. Gezien de (voorlopig nog) beperkte schaal van het probleem en de kennelijk gecompliceerde hydraulische en morfologische situatie, wordt voorgesteld de toepassing van offshore golfbrekers voor deze lokatie in het kader van deze studie nog niet verder uit te werken. Zodra er meer bekend is uit een thans elders lopende studie over het gedrag van dit kustvak en over de eventuele rol die golven hierbij spelen, kan toepassing heroverwogen worden.. NW-Walcheren/Domburg De kust van Noord-West Walcheren, en dan met name rond Domburg, kent structurele erosie. Afgezien van het aspect van kustlijnhandhaving, leidt dit op een aantal plaatsen tot een kwetsbare situatie ten aanzien van de veiligheid. Er is in het verleden een aantal malen gesuppleerd. Op zich voldoen deze suppleties aan de doelstelling. Een complicerende factor hierbij is echter, dat de levensduur zich moeilijk laat voorspellen. Dit kustvak is namelijk erg gevoelig voor noord-wester stormen. Afhankelijk van de frequentie waarmee deze optreden tijdens de geplande levensduur wordt de suppletie-doelstelling wel of niet gehaald. Bovendien is 2
er hier in het gehele kustlijn alignement sprake van een relatief smal strand en manifesteert iedere afslag zich direct in een steil talud. Gezien deze problematiek kan het aantrekkelijk zijn om via aanvullende maatregelen de aanval op de zwakke raaien te verminderen en aldus de suppletie-frequentie voor dit kustvak als geheel te reduceren. Aangezien het reduceren van extreme (noord-westelijke) golfcondities hierbij een belangrijke rol speelt, kunnen offshore golfbrekers een oplossing bieden. Voorgesteld wordt derhalve om deze lokatie in het kader van deze studie verder in de beschouwingen mee te nemen. Westkapelle/ZW-Walcheren De kust van Zuid-West Walcheren kent op verschillende plaatsen structurele erosie. Gezien de soms minimale reserves, leidend tot problemen qua veiligheid. In dit licht bezien is er hier dus ook sprake van een kwetsbaar kustvak. Typerend voor de hydraulisch morfologische situatie langs dit kustvak, is de aanwezigheid van de diepe getij geulen vlak onder de kust. De vorm van het vooroeverprofiel maakt echter, dat er in het bovenste deel van het profiel vaak sprake is van een relatief smal ondiep plateau, waarop de golfgedreven stromingen dominant zijn. Gezien de invalshoek van de golven ten opzicht van de oriëntatie van de kust maakt dat de invloed hiervan op het kustgedrag aanzienlijk kan zijn. Als gevolg hiervan treden niet alleen netto langstransporten op in zuid-oostelijke richting, maar komt ook een aanzienlijk deel van het (gesuppleerde) zand al snel in de geulen terecht. Vandaar kan het niet meer via natuurlijke regeneratie processen aan het strand en de kustlijn ligging ten goede komen. Reden waarom er van tijd tot tijd gesuppleerd moet worden. Golven spelen hier dus op sommige plaatsen een belangrijke rol in de kustprocessen. Maar, gezien de vorm van de vooroever, de aanwezigheid van de getijgeulen en de beperkte ruimte waarover de golfwerking zich kan manifesteren, lijkt toepassing van offshore golfbrekers langs deze kust toch minder voor de hand liggend. Reden waarom wordt voorgesteld om dit kustvak in het kader van deze studie dan ook niet verder in de beschouwingen mede te nemen. Zeeuwsch-Vlaanderen Delen van de kust van Zeeuwsch-Vlaanderen staan bloot aan structurele erosie, die op enkele plaatsen een bedreiging voor de veiligheid kan inhouden. De aanwezigheid van de getijgeul voor de kust speelt in deze erosieprocessen een belangrijke rol. De oriëntatie van dit kustvak ten opzicht van de dominante golfrichtingen en de voor de kust liggende ondieptes maken bovendien, dat de golfinvloed op het langstransport beperkt is. Daarnaast is, net als dit bij de Zuid-West kust van Walcheren het geval is, de zone waarover de golfwerking zich kan manifesteren maar beperkt. 3
De recente studie naar de mogelijkheden van een zeewaartse kustverdediging bij de Tienhonderdpolder laat dan ook zien [lit. 3], dat toepassing van een kust-parallelle dam al snel extreem duur wordt vanwege de aanlegkosten. Geconcludeerd wordt dan ook, dat toepassing van offshore golfbrekers langs dit kustvak niet verder meer in beschouwing behoeft te worden genomen. GESELECTEERDE LOKATIES Samenvattend lijken de volgende lokaties in aanmerking te komen voor de toepassing van offshore golfbrekers als aanvulling op suppleties: naam Kop van Noord-Holland/ Callantsoog/Bergen/ Egmond S cheveningen NW-Walcheren/Domburg achtergrond structurele erosie, in een enkel geval leidend tot een veiligheidsprobleem (Callantsoog) of onverwachte schade aan andere belangen (Bergen/Egmond) Suppleties voldoen op zich goed, maar mede gezien het ruimteprobleem qua uitvoering is hierop mogelijk te optimaliseren met aanvullende maatregelen. Gemiddelde en extreme golfcondities zijn zeker van belang. Zo'n maatregel kan dus bestaan uit de toepassing van offshore golfbrekers. kwetsbaar kustvak door het ontbreken van een natuurlijke buffer. Hierdoor kunnen extreme condities een pas aangebrachte suppletie onevenredig snel doen afnemen. Offshore golfbrekers kunnen deze extremen afzwakken en het kustlijngedrag mogelijk beter beheersbaar maken. kustvak met structurele erosie en enkele kwetsbare raaien vanuit de veiligheid bezien. Grote gevoeligheid voor NWstormen, die zich direct vertaalt in een smal en steil strand. De aard en vorm van het kustvak maken dat suppleties in principe min of meer over de volle lengte moeten worden uitgevoerd. Bescherming van de zwakke delen tegen extreme condities met offshore golfbrekers, kan als aanvullende maatregel op deze wijze van kustlijn-handhaving een gunstige invloed hebben. I I I I I I i i i i i i l 4
I I I I I I I I I I I I I Daarnaast worden mogelijkheden gezien, doch nu beschouwing genomen te: Texel-Eierland Hoek van Holland Kop van Schouwen niet verder in op zich een situatie die zich in principe goed leent voor de toepassing van offshore golfbrekers. Of dit ook inderdaad zo is wordt elders onderzocht in een uitvoerige studie die binnenkort tot afronding komt. Reden om hieraan in het kader van deze studie nu geen verdere aandacht te besteden; op zich een situatie die zich uitstekend leent en vergelijkbaar is met toepassingen die reeds elders gerealiseerd zijn. Maar vanwege de thans lopende combinatie van onderhouds-baggerwerk en suppleties, wordt niet verwacht dat hier een financieel meer aantrekkelijke wijze van kustlijn-handhaving valt te bepalen; vanwege de omvang en de aard van de problematiek, bescheiden (lokale) erosie en gecompliceerde morfologische en hydraulische condities, wordt in het kader van dit onderzoek hieraan geen verdere aandacht besteed. Zodra er meer bekend wordt over de maatgevende processen (o.a. uit de onlangs uitgevoerde studie) en de rol die golven hierin spelen, kan eventueel een alternatief in de vorm van offshore golfbrekers worden overwogen. 5
OFFSHORE GOLFBREKER ONTWERP Conform de aanpak van deze studie, is voor de selectie van de potentiële lokaties voor de toepassing van offshore golfbrekers primair uitgegaan van een aantal praktische overwegingen. Hierbij nemen zowel het golf-gedomineerd zijn van het probleem (ten opzichte van de eveneens aanwezige getij-component in de transporten), als de suppletie-historie van de betreffende kustvakken een belangrijke plaats in. De toepassing van offshore golfbrekers op de geselecteerde lokaties zelf zal nu meer in detail moeten worden uitgewerkt. Daartoe is het noodzakelijk dieper in te gaan op de fysische randvoorwaarden en processen, alsmede op de potentiële, met name morfologische, effecten. Daarbij zal ook aandacht besteed moeten worden aan de meer algemene plan en ontwerp criteria van dit soort constructies, zonder direct in te gaan op de feitelijke ontwerp regels zelf. Het beschrijven en kwantificeren van die regels is het onderwerp van het volgende hoofdstuk. HYDRAULISCHE EN MORFOLOGISCHE ACHTERGRONDEN Het toe te passen type en aantal offshore golfbrekers moet zijn afgestemd op het beoogde doel. Zo zal bijvoorbeeld voor het stabiliseren van de kustligging onder gemiddelde omstandigheden een lagere golfbreker op relatief ondiep water effectief kunnen zijn, terwijl voor het bieden van extra bescherming onder extreme omstandigheden mogelijk juist een hogere constructie op dieper water is vereist. Alvorens per lokatie het programma van eisen kan worden vertaald naar een meer uitgewerkt plan, is het noodzakelijk te komen tot een overzicht van de effecten, die direct of indirect het gevolg zijn van de aanleg van één of meerdere offshore golfbrekers. Wanneer offshore golfbrekers langs een kust worden aangelegd, dan wordt daarbij in de regel primair geredeneerd vanuit de doelstelling om plaatselijk de golfenergie te reduceren. Echter, dit is in feite slechts een afgeleide doelstelling. Beter is om te stellen, dat ingegrepen wordt in het sediment transport in langs- en dwarsrichting in de bestaande, uitgangssituatie (zie ook figuur 5 a en b). De reden voor het uitvoeren van een dergelijke ingreep komt voort uit een aanleiding, bijvoorbeeld kustachteruitgang, onveilige duinen of een combinatie hiervan. Middels een aantal ontwerpparameters wordt een plan voor de toepassing van offshore golfbrekers gemaakt, waarmee direct wordt ingegrepen in de kustdynamiek c.q. de fysische randvoorwaarden. Dit resulteert in hydraulische en morfologische effecten. Aan de hand van theoretische beschouwingen kan deze gedachtengang nader worden ingevuld. Uitaanass ituat ie In de uitgangssituatie zal er sprake zijn van een (netto) sedimenttransport langs een zandige kust. De grootte van het transport is het produkt van de randvoorwaarden, te weten de golven, de sediment eigen- 6
schappen, de bathymetry en de getijwerking. Voor de Nederlandse kust vormt de beschikbaarheid van sediment geen probleem. Hieraan behoeft dus verder geen aandacht te worden besteed. Zolang er geen gradiënten in de zandtransporten optreden, zal de kustlijn op z'n plaats blijven. Echter, in het geval het transport toeneemt langs het kustvak, zal er erosie optreden. Als deze (positieve) gradiënt structureel is, dan zal dit resulteren in voortschrijdende kustachteruitgang. Versteiling van het natte profiel kan hiervan een gevolg zijn, waarbij suppletie van deze vooroever onder stormcondities vanuit het hoger gelegen duinprofiel veelal zal optreden. In die gevallen waar marginale duinen aanwezig zijn, kan dit leiden tot een onveilige situatie. Aanleiding Het beleid voor het handhaven van de kustlijn en de veiligheid tegen overstroming gaat primair uit van het uitvoeren van suppleties. Morfologische en economische overwegingen liggen hieraan ten grondslag. In die gevallen waar dit economisch optimum in het gedrang dreigt te komen en de herhalings-frequentie voor suppleties relatief hoog komt te liggen, kan het uitvoeren van aanvullende maatregelen in de vorm van offshore golfbrekers overwogen worden. Verder, zoals afgeleid in hoofdstuk 2, komt de toepassing van offshore golfbrekers in aanmerking als aanvullende maatregel in geval van marginale duinen of een kwetsbaar kustvak, i.e. een kustvak met weinig tot geen zandbuffer. Het nemen van een dergelijk maatregel zal gericht moeten zijn op het ingrijpen op de aangegeven langs- en dwarstransport processen. Gezien het continuïteits principe voor een zandige kust, zal het effect hiervan zich in de regel verder uitstrekken dan het te beïnvloeden kustvak alléén. Het is dan ook zaak om niet alleen het te beschermen kustvak te bestuderen, maar ook de aangrenzende kustvakken in de ontwerp beschouwingen mee te nemen. Parameters Op basis van informatie over in het verleden uitgevoerde offshore golfbrekers, de daarmee bereikte effecten, alsmede modelproeven, zijn een aantal plan- en ontwerp parameters afgeleid. De belangrijkste hiervan zijn de afstand uit de kust, de aanlegdiepte, de hoogte en breedte van de constructie(s), de respectievelijke lengte qua golfbreker en tussenruimte, de porositeit en uiteraard, de layout als geheel. jiilattv? f\&\ Dit laatste zal in de Nederlandse situatie niet alleen van invloed zijn op de verandering van de golfcondities ter plaatse, maar zal evenzeer z'n invloed (kunnen) hebben op de getijstroming en daarmee op het (gecombineerde) zandtransport. Bij de aanvang van dit onderzoek is vooralsnog aangenomen dat deze invloed minimaal is bij toepassing van parallelle golfbrekers langs een min of meer rechte kust. De verstoring van het vrije doorstroomprofiel door de aanleg van de constructies wordt aangenomen marginaal te zijn. 7
Of dit op de voorbeeld lokaties ook het geval is, zal moeten worden nagegaan en zonodig van commentaar voorzien. Bij de analyse van de overige parameters zal blijken, dat deze veelal voor getijloze condities zijn afgeleid. Wat hiervan de gevolgen zijn voor toepassing langs de Nederlandse kust verdient dus de aandacht. Zo zal golftransmissie over een golfbreker bij hoog water groter zijn dan bij laag water. In combinatie met een verschil in stroomsnelheden en duur voor de eb- en vloedfase, kunnen derhalve significante verschillen in de respectievelijke zandtransporten voor deze fasen optreden. Hierop wordt in hoofdstuk 8 nader teruggekomen. In het volgende hoofdstuk zal nader op de parameters zelf worden ingegaan. Randvoo rwaarden Zoals gesteld bij de uitgangssituatie, zijn de resulterende zandtransporten langs het te beschermen kustvak het produkt van de golfwerking, de sediment eigenschappen, de bathymetry en de getij invloed. Toepassing van offshore golfbrekers zal het golfklimaat om en achter de golfbreker(s) beïnvloeden. Processen die hierbij een rol spelen zijn energie dissipatie door en over de golfbreker, refractie over de golfbreker en diffractie rond de koppen van de respectievelijke golfbrekers (zie ook figuur 5a). Hierdoor zullen de golfhoogten achter de dam afwijken van de inkomende waarden, zal de set-up en set-down verminderen en kan verandering van golfrichting optreden. In principe kan ook de golfperiode veranderen, maar in het algemeen wordt dit niet significant geacht, gezien de afmetingen van de constructies. De invloed op het getij zal met name afhangen van de geplande layout ten opzichte van het heersende stroombeeld. Zoals gesteld, zal de invloed op het overall stroombeeld minimaal zijn ingeval van parallelle golfbrekers bij stroombanen langs min of meer evenwijdige dieptelijnen ten opzichte van de kust. Langs de golfbrekers zelf, kan echter wel enige vorm van stroom-contractie optreden. Effecten Het meest voor de hand liggende effect (zie ook figuur 5a) van het aanleggen van offshore golfbrekers, is het reduceren of tijdelijk opheffen van een positieve gradiënt in het sedimenttransport. In het geval de gradiënt tijdelijk wordt opgeheven, zal de kustlijn over het beïnvloedde kustvak stabiel zijn, c.q. geen gemiddelde voor- of achteruitgang vertonen. Als gevolg van de golfdoordringing tussen de golfbrekers vormt de kustlijn een zogenaamde "salient". De mate waarin dit gebeurt is mede afhankelijk van de mate waarin de diffractie optreedt, i.c. of de golfbreker boven water uitsteekt of altijd onder water ligt. Benedenstrooms van de golfbrekers, maar mogelijk ook deels zeewaarts daarvan, zal het transport zich weer opbouwen tot z'n oorspronkelijke capaciteit. Dit resulteert in de zogenaamde lij-zijde erosie. Deze kan aanleiding geven tot het moeten uitvoeren van aanvullende suppleties. Uitzondering hierop zijn die gevallen, waarbij er geen sprake is van het direct op het verdedigde kustvak aansluiten van een zandige kust, 8
die ook gehandhaafd moet worden. Dit kan bijvoorbeeld het geval zijn in de omgeving van de kop van een eiland, buitendelta, getijgeulen of harde zeewering. Hier is dus wel sprake van een lij-zijde effect, maar in dit geval is er geen sprake van directe consequenties voor de handhaving van de kustlijn. Wordt de gradiënt niet alleen opgeheven c.q. verplaatst, maar slaat deze achter de golfbrekers om in een dalende trend, dan zal sedimentatie optreden langs het beschermde kustvak. In het ergste geval neemt deze een dermate omvang aan, dat de afstand tussen de golfbreker en de kust wordt overbrugt. Er ontstaat dan een zogenaamde tombolo. Een sterke lij-erosie zal hiervan het gevolg zijn. Tombolo vorming zou in principe ook nog op een geheel andere wijze tot stand komen. Afhankelijk van de ontwerpcriteria van de offshore golfbreker, kan onder extreme condities nog steeds een significante afslag van het duinprofiel optreden. Dit zandvolume komt op de vooroever terecht, tussen de golfbreker en de kustlijn. Mede doordat de langstransport capaciteit ter plaatse is gereduceerd, bestaat de mogelijkheid dat dit zand niet meer zijwaarts kan worden afgevoerd. Het doorstroomprofiel zou dan tijdens een storm dicht kunnen slaan. Belangrijk gegeven hierbij is zowel de afstand waarover de afslag zich zeewaarts manifesteert alsmede de rol die de getij-stroomsnelheden spelen in het overall transportbeeld. De Nederlandse condities in beschouwing nemend, wordt er vooralsnog vanuit gegaan dat deze wijze van tombolovorming meer als theoretisch moet worden beschouwd. Vindt geen tombolo-vorming plaats, dan nog zal het profiel zich aanpassen aan de nieuwe randvoorwaarden. In de regel zal dit een (wat) flauwer talud op de vooroever tussen de golfbreker en de kust betekenen, mogelijk voortgezet op het strand. Als gevolg van de turbulentie in de onmiddellijk omgeving van de golfbreker zelf zullen aldaar ontgrondingen kunnen optreden. Afhankelijk van de mate waarin de getijstroming wordt beïnvloed, zal eveneens ontgronding van het doorstroomprofiel kunnen optreden. De mate waarin deze zich zal kunnen manifesteren, is mede afhankelijk van de (gereduceerde) longshore current. Als gevolg van opzet-verschillen kunnen geforceerde muistromen ontstaan tussen de golfbrekers. Hierdoor kan zand worden afgevoerd naar dieper water, waarna het niet meer ten goede kan komen aan het kustvak. Concluderend kan gesteld worden, dat bij het toepassen van offshore golfbrekers, hydraulisch en morfologisch gezien, met name de volgende randvoorwaarden in het planningsproces in beschouwing moeten worden genomen: - in de uitgangssituatie zal er sprake zijn van een doorgaand zandtransport, waarvan de gradiënt leidt tot erosie, dan wel van marginale duinen, met consequenties voor het kustlijn gedrag en/of de veiligheid. Deze conditie moet worden gekwantificeerd. - indien kustonderhoud door middel van suppleren alleen niet langer economisch optimaal lijkt, dan kan er aanleiding bestaan tot het nemen van aanvullende maatregelen, zoals offshore golfbrekers. 9
Belangrijk hierbij is de rol die het golfgedreven zandtransport hierin speelt in langs- en dwarsrichting. - de ontwerp parameters voor deze constructie(s) zelf zijn bekend. Maar, de waarden zijn veelal bepaald voor niet-nederlandse omstandigheden c.q. getij-loze condities. De geldigheid zal per geval moeten worden bekeken. - met betrekking tot de invloed van offshore golfbrekers op de fysische randvoorwaarden (golven, stroming) en daarmee op het kustlijn gedrag bestaan theorieën, ondersteund door praktijk waarnemingen en (fysische) modelproeven. Met behulp van mathematische modellen kan deze invloed (lokaal) nader worden gekwantificeerd. - de effecten die het gevolg zijn hebben met name betrekking op de reductie van de sediment transporten. Niet alleen met betrekking tot het te versterken kustvak zelf, maar zeker ook op de aangrenzende kustvakken. De invloed op de kustlijn en het vaststellen van lij-effecten vormen daarom een integraal onderdeel van het planningsproces. Mathematische modellen kunnen hierbij ondersteunend werken. - de mate waarin het langstransport wordt beïnvloed is bepalend voor het stabiliserend effect. Indien er sprake is van een netto sedimentatie effect, dan mag dit niet leiden tot het afsluiten van het doorstroom profiel tussen de golfbreker(s) en de kustlijn. Vorming van tombolo's moet dus voorkomen worden. Daarnaast leiden verandering in de dwarstransporten tot aanpassing van het dwarsprofiel. Afslag onder stormcondities mag hierbij niet leiden tot het afsluiten van het doorstroomprofiel. - de invloed op de getijstroming zal beperkt blijven indien er sprake is van een layout parallel aan de kust bij een dito stroombeeld. Ingeval de dwarsdoorsnede van de constructie significant is t.o.v. het beschikbare doorstroomprofiel, bijvoorbeeld wanneer er (breker)banken aanwezig zijn, dan kan de getijstroming wel worden beïnvloed. Dit kan zich manifesteren in stroomcontractie of het zich zeewaarts verplaatsen van het transport (zie figuur 5a). 4.2 CONSTRUCTIE TYPEN OFFSHORE GOLFBREKERS Na bovenstaande verkenning van de effecten van offshore golfbrekers als constructie op zich, kan vervolgens worden ingegaan op de in aanmerking komende constructie typen (zie figuur 6a en b) Hierbij zal verder worden ingegaan op de (ontwerp)factoren die bepalend zijn voor de concept keuze en het ontwerp van de doorsnede van de golfbreker. Daar waar nodig als aanvulling op bovenstaande beschrijving, worden hierbij de implicaties voor het kustgedrag in de beschouwing opgenomen. 2
Hoofdindelinq in typen Zonder nu al direct in detail te treden voor wat betreft het ontwerp van de dwarsdoorsnede van golfbreker(s), kan allereerst een indeling van typen golfbrekers worden gemaakt. In grote lijnen kunnen de volgende kenmerken worden onderscheiden: - statisch stabiel versus dynamisch stabiel - onder water versus boven water - doorlatend versus ondoorlatend Meer in detail kan deze onderverdeling nader worden uitgewerkt: Statisch stabiel versus Dynamisch stabiel Statisch stabiele golfbrekers zullen in principe niet of weinig vervormen onder golfaanval. Mogelijke vervorming door schade zullen daarbij gerepareerd moeten worden om voortgang van de (initiële) schade te voorkomen. Bij een zware golfaanval zijn daarom grote en zware constructies vereist, hetgeen direct consequenties heeft voor de kosten van aanleg en onderhoud. Verder is de geotechnische stabiliteit van groot belang. Ontgrondingen aan de teen van de golfbreker mogen niet leiden tot totale instabiliteit van de golfbreker. De meest gangbare typen van dit soort golfbrekers zijn gebouwd uit rots en/of van betonelementen en verticale golfbrekers gebouwd in beton (caissons). Verder zijn ook nog combinaties van beide constructies mogelijk. Dynamisch stabiele golfbrekers worden gekarakteriseerd door het feit dat zij, na de bouw, wel in grote mate vervormen. Nadat deze eerste vervorming is opgetreden, zijn deze golfbrekers over het algemeen stabiel. Voor het bepalen van de effectiviteit moet bij het ontwerp wel met dit proces rekening worden gehouden, aangezien deze anders zou afnemen met de vervorming tot een lagere waarde dan gepland. Dit vereist dus initieel extra materiaal of (periodiek) onderhoud. Dynamisch stabiele golfbrekers zijn, tot op heden, altijd uitgevoerd in rots. Dit is inherent aan het belangrijkste voordeel van dit type golfbrekers. Doordat het dwarsprofiel van de golfbreker verandert (vlakker wordt), kan een grotere golf-belasting worden weerstaan door relatief kleinere rotsblokken toe te passen. Dynamisch stabiele golfbrekers zijn daarom aantrekkelijk indien de beschikbare rots (net) niet zwaar genoeg is voor een statisch stabiele golfbreker. De kosten voor het grotere volume rots (en onderhoud) voor een dynamisch golfbreker kunnen dan opwegen tegen de kosten voor betonelementen voor een statisch stabiele golfbreker. Hoewel bovenstaande beschrijving van dynamisch stabiele golfbrekers de meest gangbare is, kan dit begrip ook veel ruimer worden geïnterpreteerd. Indien de rotsblokken steeds kleiner worden gedacht, veranderen deze uiteindelijk in grind en zand. Grindbanken en zandbanken zijn ook in staat om golven te doen breken. De dynamische stabiliteit van dergelijke "golfbrekers" wordt echter in grote mate bepaald door het morfologisch gedrag onder invloed van stroom en golven. Dit soort "golfbrekers" zullen daarom in het algemeen verplaatsen, waardoor monitoring en periodiek onderhoud vereist is. Het in stand houden van dergelijke 2