Experimental Investigation of Beach Efficiency for Regular Waves

Abstract

Et kontrollert og veldefinert miljø er viktig for å få plitelige resultater i modellforsøk. Bølgeabsorbering er derfor en viktig, men også ofte glemt del av eksperimenter. Hensikten med denne studien er å øke forståelsen av bølgerefleksjon for strender i bølgetanker og samle data for optimering av bølgeabsorbsjonsstrender. Tre eksperimenter ble gjennomført under denne studien: et sammenligningseksperiment av en ikke-perforert strand og en strand med 7.07 % perforering; et mer omfattende eksperiment for den perforerte stranden og et eksperiment med endelig vanndyp. Eksperiment en og to ble utført i Ladertanken og det tredje i den lille slepetanken, begge på IMT, Tyholt.

I det første eksperimentet ble tre forskjellige strandhøyder testet for begge strendene. Bølgeperiodene varierte fra 0.85 s til 1.71 s for tre forskjellige steilheter. Resultatene viste at den perforerte stranden var mer effektiv enn den ikke-perforerte stranden for alle strandhøydene, med gjennomsnittlig 52.4 % lavere refleksjonskoeffisient. Forskjellen var større for den høyeste strandposisjonen (109 %) og mindre for den lave strandposisjonen (1.7 %).

Under eksperiment nummer to ble den perforerte stranden testet i fem strandhøyder med bølgeperioder fra 0.57 s til 1.71 s. Refleksjonskoeffisientene ble utregnet ved hjelp av to forskjellige metoder. Metodene korrelerte godt for bølgelengdene som ble vektlagt, altså for bølger lengre enn stranden på 1.8 m (T > 1.07 s). Effekten av stranden minket for økende bølgelengder over 1.8 m for alle strandhøydene. For disse bølgene var effektiviteten til stranden strengt økende for lavere strandhøyder og steilere bølger. Den gjennomsnittlige refleksjonskoeffisienten ble redusert 46 % ved å senke stranden 50 mm og refleksjonskoeffisienten var i alt 25 % lavere for de steileste bølgene sammenlignet med de minst steile bølgene.

I eksperiment tre ble bølgeperioder fra 0.57 s til 2.14 s brukt og vanndypet omtrent halvparten av det i eksperiment en og to. De kvantitative resultatene i dette eksperimentet kan ikke sammenlignes direkte med eksperiment to, men lignende resultater ble funnet for forhold med endelig vanndyp. Observasjoner viser at refleksjonskoeffisienten øker med økende bølgelengde og at stranden er mer effektiv for bølgene med høyest steilhet, spesielt for de lengre bølgene. Likevel varierer refleksjonskoeffisienten mer under disse forholdene sammenlignet med resultatene i dypt vann, og repeterende mønstre er observert, noe som muligens skyldes parasittbølger.

A controlled and well-defined environment is important for reliable results in model testing. Wave absorption is, therefore, an important but often forgotten part of experiments. The aim of this study is to increase the understanding of wave reflection from beaches in wave tanks and collect data for optimization of wave absorption beaches.

Three experiments were conducted in this study: a comparison experiment of a non-perforated parabolic beach and a similar beach with 7.07 % perforation; a more comprehensive experiment of the perforated beach and an experiment in finite water conditions. Experiments one and two were done in the Lader Wave Laboratory and the third was done in the small towing tank, both at IMT, Tyholt. In the first experiment three beach heights were tested for both beaches; surface piercing beach, beach tangential to waterline and submerged beach. Wave periods varied between 0.85 s and 1.71 s for three different steepnesses. Results showed that the perforated beach was more efficient than the non-perforated beach for all beach heights with a 52.4 % lower mean reflection coefficient. The difference was larger for the highest beach position (109 %) and smaller for the lower beach position (1.7 %).

In the first experiment, three beach heights were tested for both beaches: a surface piercing beach; a beach tangential to the waterline and a submerged beach. Wave periods varied between 0.85 s and 1.71 s for three different steepnesses. Results showed that the perforated beach was more efficient than the non-perforated beach for all beach heights with a 52.4 % lower mean reflection coefficient. The difference was larger for the highest beach position (109 %) and smaller for the lower beach position (1.7 %).

In experiment number three, wave periods ranged from 0.57 s to 2.14 s and the water depth was close to halved relative to that of experiments one and two. The results in experiment three cannot be quantitatively compared directly to experiment two, but similar results for finite water conditions were observed. Observations show that the reflection coefficient is increasing with increased wavelength, and the beach is most efficient for the steepest waves, especially for the longer waves. However, the reflection coefficients deviated more compared to deep water conditions, and a repeated pattern was observed, which might be caused by parasitic waves.