Offshore-Windenergie - Einfuhrung in die Windenergietechnik - page 431

Bild 11.9 Trochoidenförmige Welle nach Gerstner
Wellensteilheit
Das Maß für die Wellensteilheit ist das Verhältnis H / L (Wellenlänge zu Wellenhöhe). Bei einer
Steilheit von größer als 1/7 wird dieWelle theoretisch instabil und bricht auch im tiefenWasser.
Im realen Seegang brechen dieWellen bereits ab einer Steilheit von ca. 1/10. Dabei verlieren sie
einen großen Teil ihrer Energie. ImflachenWasser ist das VerhältnisWellenhöhe zuWassertiefe
maßgebend, die Wellen brechen dort bei H / d ∏ 0,78.
Da die Airy-Theorie streng genommen nur für Wellenmit geringer Steilheit ( H / L <º 1/50) gilt,
die tatsächlichen Wellen jedoch eine wesentlich größere Steilheit haben ( H / L º 1/30 ° 1/10),
müssen für die Dimensionierung von Offshore-Bauwerken die den Verhältnissen Wassertie-
fe/Wellenlänge/Frequenz/Wellenhöhe entsprechenden Wellentheorien verwendet werden. In
Bild 11.10 sind die Wellenprofile nach den unterschiedlichen Theorien und in Bild 11.11 de-
ren Anwendungsbereiche dargestellt. Zur Berechnung der nichtlinearen Wellen und der dar-
aus resultierenden Kräfte gibt es EDV-Programme, die je nach den o. g. Verhältnissen die dafür
geeignete Wellentheorie verwenden. Die Berechnungen von Hand sind i. A. zu aufwändig.
TreffenWellen auf große Hindernisse oder nimmt dieWassertiefe ab, z. B. in Schelfmeeren, wie
sie die Nordsee bei längeren Wellen bereits darstellt, wird die Ausbreitung der Wellen behin-
dert. Es können die folgenden Effekte auftreten:
Shoaling: Durch Grundberührung der Welle (bei d <º L /2) wird die Wellengeschwindigkeit
reduziert, die Wellenlänge nimmt ab, die Wellenhöhe nimmt zu (Shoaling-Faktor K S )
Refraktion: Wellen, die nicht senkrecht zum ansteigenden Meeresboden auflaufen, schwen-
ken solange zur Küste hin, bis ihreWellenkämme parallel zu den Tiefenlinien gerichtet sind.
Die Wellenhöhen können dabei größer oder kleiner als die der Ausgangswellen werden. Sie
werden mit dem Refraktionskoeffizienten K R beschrieben.
Diffraktion: Wellen, die auf ein Hindernis wie z. B. ein großes Bauwerk, eine Landzunge oder
Ähnliches treffen, schwenken um diese herum und laufen in den Wellenschatten ein. Die
Wellenhöhen nehmen dabei i. A. ab.
Reflektion: Versperrt ein massives Hindernis die Ausbreitung der Wellen in tiefem Wasser,
werden diese reflektiert (Einfallswinkel = Ausfallswinkel). Die Wellenhöhen bleiben gleich.