For the design of coastal structures, the hydraulic loads that act on the coast should be known. These are often based on extrapolation of measurements. However, if the physical relation is unknown, large errors could be made. Therefore, a numerical model can be set up to take the most important processes into account.Yet, uncertainties are present in these numerical models as well. Taking for example the spectral wave model SWAN, it is hypothesised that the wave bottom refraction is not always properly modelled. Previous studies concluded that SWAN overestimates this refraction process near tidal channels, leading to an underestimation of waves entering the channel.This study uses the model SWAN in which different sensitivities are tested to assess the effect on refraction. The focus will be on the spatial and directional resolution as well as the wave propagation scheme that SWAN uses to discretise the propagation terms, which are the default SORDUP scheme and the optional BSBT scheme. From previous studies it is known that also physical processes could impact the bottom refraction, however these are only addressed shortly in this study. The aim of this study is to analyse the current performance of SWAN with respect to refraction and to assess how this performance can be improved.First, an analysis of a simple schematic channel case is made in SWAN, where waves propagate from shallow to deeper water. Physical source terms and wind wave-growth were deactivated in this part. It is found that a coarser spatial resolution can lead to a weaker wave refraction. This is caused by the way SWAN determines the turning rate, which is underestimated by SWAN compared to the theory of Snellius. On the other hand, an overestimation of wave refraction was observed for cases were waves should enter the channel. This is partly caused by the increased diffusion. These findings were taken into practice in a study of the Eastern Wadden Sea, specifically along the Ems channel, where waves propagated from deeper to shallower water. A coarser spatial resolution and the BSBT scheme showed less wave penetration from offshore into the Ems channel. The storm of January 2017 was simulated in SWAN after which a comparison was made to measurements. It was found that SWAN underestimated the wave energy for frequencies<0.15Hz. However, this did not improve by refining the resolution in both spatial and directional domain or by applying a different propagation scheme. SWAN thus overestimates the wave refraction due to bottom gradients if waves propagate to shallower water. In case waves travel to deeper water, refraction can be underestimated. If all physical source terms are deactivated, the effects of resolution on refraction are clearly visible. Including the source terms diminishes this effect. Along the channel edges, effects of increased spatial resolution are notable giving a significant wave height of 12-14cm (6-9%) closer to the measured condition. However, the effects at the coast near Uithuizerwad are negligible. ... Read more

Een groot deel van het dijktraject tussen Koehool-Lauwersmeer (KL) aan de Waddenzee voldoet nog niet aan de normering. Zo ook de zogenaamde ‘groene dijk’, welke volledig uit grasbekleding bestaat. Dit dijktraject voldoet niet voor het faalmechanisme Gras Erosie Buitentalud (GEBU), mede door een te hoge hydraulische belasting. Momenteel is Wetterskip Fryslân in de verkenningsfase voor dijkversterking van het traject KL, met een totale lengte van ongeveer 50 km. Door de grote omvang van het project geeft dit een uitdagende opgave voor Wetterskip Fryslân. Voor de groene dijk en omliggende dijkvakken is het voorland ‘Noarderleech’ aanwezig, waarvan in de huidige methodes enkel de verhoogde ligging wordt meegenomen. Uit onderzoek uitgevoerd in de ‘POV Waddenzeedijken: Effectiviteit voorlanden’ is gebleken dat ook de aanwezige vegetatie op voorlanden significante golfdempende werking kan hebben. In dit onderzoek is de opgedane kennis in de POV toegepast voor het voorland Noarderleech. Doordat de hydraulische belasting op de achterliggende dijk wordt gereduceerd, bestaat de kans dat dijkversterking op bepaalde delen kan worden versimpeld of zelfs onnodig blijkt. Dit leidt tot de volgende onderzoeksvraag: “Wat is het effect van de vegetatie op voorlanden op de golfcondities?”. Hierbij wordt specifiek naar het voorland Noarderleech gekeken, met de aanwezige vegetatie tijdens de wintermaanden. Voor het bepalen van het effect van vegetatie is gebruik gemaakt van SWAN versie 41.20AB, waarin een 1D model is opgesteld voor verschillende doorsnedes. Hierbij is de bodemruwheid gevarieerd om de vegetatie te simuleren. Initieel is gekeken naar de gevoeligheid van het model voor de ruwheid. Vervolgens is voor verschillende doorsnedes het profiel opgedeeld in verschillende oppervlaktetypes, waarvoor een representatieve bodemruwheid is bepaald. Hieruit volgt de grootte van de golfhoogte-reductie. Tot slot is met de gereduceerde golfhoogte de benodigde dijkhoogte bepaald voor één locatie en voor de totale groene dijk de klei-erosie voor het faalmechanisme GEBU. Uit de gevoeligheidsanalyse volgt dat het golfdempende effect afvlakt voor hoge ruwheden. Daarnaast zijn de golven over het algemeen diepte-gelimiteerd, waardoor de golfhoogte wordt bepaald door de waterdiepte. De lengte van het voorland is een belangrijke parameter, doordat het bepaald hoelang de golf wordt blootgesteld aan de hogere bodemruwheid. Daarnaast zijn de verlopen voor een kort en lang voorland nagenoeg identiek, waardoor met één profiel een goede inschatting voor de omliggende profielen gemaakt kan worden op basis van de lengte. Voor de groene dijk geldt dat de golfhoogtereductie door vegetatie in de orde van 8% ±2% valt. Een reductie van 8% leidt tot 10 cm minder kleilaagerosie. Ondanks dit voldoet de dijk met de huidige methodiek nog niet aan de normering voor GEBU. Tot slot is ook de op het voorland aanwezige zomerkade in beschouwing genomen. Uit de analyse blijkt dat de golfhoogte bij de achterliggende dijkteen niet meer dan 2% reduceert ten gevolge van de kade. Door de extreme windcondities en een strijklengte van 500-600 m is de golfgroei dusdanig dat het effect van de zomerkade teniet wordt gedaan ter hoogte van de achterliggende dijkteen. Voor een effectieve golfreductie is het dus van belang dat de afstand tot de dijkteen klein is en de kruinhoogte zo groot mogelijk. Volgend uit dit onderzoek wordt aanbevolen om de invloed van vegetatie op voorlanden, in de vorm van bodemruwheid, mee te nemen in de beoordeling in het geval de primaire kering initieel niet voldoet. Voor het toepassen in de ontwerpfase zijn de mogelijkheden en beperkingen vanuit omgeving en beheer essentieel, waarvoor verder onderzoek wordt aangeraden. Daarnaast wordt onderzoek naar het effect van bodemruwheid op de spectrale periode aanbevolen. ... Read more

At the Shonai River around Nagoya, Japan, several flood related problems occur. These problems occur at different locations, each with its own problems or limitations. The desired safety level as requested by the government is that the river should be able to have a discharge which has a probability of failure of once in 200 years. At many locations, the current probability of failure is lower than once in 50 years. This has led to the following research question:
How can the discharge capacity of the Shonai River be improved to modern standards?
The report has been divided in four phases. The first phase is used to formulate the final research question. This phase focuses on which part of the Nagoya urban area is most prone to flooding. Three kinds of flooding were examined: by peak river discharge, impact by tsunamis and impact by storm surge. The area is already well protected against tsunamis due to the natural shape of the bay Nagoya is situated to. The coastline is well protected against storm surges in the second half of the 20th century. At the river banks however, flood safety is still below the desired level. In the area, risks are relatively high along the Shonai River. Therefore, it has been decided to focus on the threats around the Shonai River. As already described above, there are several locations along the river with safety risks.

In phase 2, several locations and solutions are described to increase the capacity of the river. One major problem is the bottleneck around the Biwajima bridges, where four bridges are narrowing the river. At this location, the desired safety level of a flood discharge occurring once in 200 years is still far away. After discussion with officials of the Shonai River office, it was found that this problem was most urgent. Therefore, it had been chosen to elaborate further on this option in phase 3 and 4.
In phase 3, several options are described to remove the bottleneck. The first option is to replace the bridges with more clearance and larger spans. The second option is to remove the bridges and replace them for tunnels. The third and last option is to construct a bypass along the river, with flow through a tunnel. The Shonai River office is already working on a plan to raise the bridges, thus the first option has been dropped. The second option required large amounts of space for the tunnels. Therefore, it had been decided to work out the third option of creating a bypass. To minimise the impact of such a bypass and its construction on the surrounding area, the decision is made to construct a bored tunnel.

In the fourth and final phase the solution is verified. This is done concerning structural, hydraulic and construction method aspects. All the aspects are found to be possible. In hydraulic aspect, it is found that the required discharge capacity to reach a once in 200 year safety level equals 4250 m3/s. The current discharge capacity is found to be 2850 m3/s. Therefore, the bypass should have a minimal discharge capacity of 1400 m3/s. When using a bored tunnel, it is found that two tunnels with the maximal internal diameter of 16 m should be applied. On top of that, because the concrete surface is to rough in the best circumstances, it was decided to apply an epoxy layer on the surface. Using such a layer, it is found that the total discharge capacity becomes 1490m3/s.
The construction of the tunnel would take 137 weeks to complete. The total costs are estimated to be in the order of ¥60,000,000,000, or 60 billion yen, equivalent to 463 million euro. In comparison, the plan of the river office to replace the bridges would cost ¥68,400,000,000. It can be concluded that this option is a reasonable alternative for the current plan. ... Read more