Physical Model Study of Living Breakwaters: Effect of shape, placement and density of green-grey hybrid structures for shoreline protection

Abstract

Denne masteroppgaven undersøker muligheten for en grønngrå hybridstrukturløsning som et klimatiltak. Konseptet består av en eksisterende molostruktur forsterket med kunstige rev (AR) som tåelementer. Fysiske modelltester utføres ved Havne- og kystlaboratoriene ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU). Stabiliteten til den eksisterende moloen måles for 9 stupende og 6 bølgeforhold. Fem konfigurasjoner av eksperimentelt oppsett er testet med tre typer AR-enheter (AR1, AR2 og AR3). Totalt er 225 tester utført og oppsummert i masteroppgaven. Resultatene indikerer at en nedsenket lav molo med kunstige rev reduserer skader i strandsonen betydelig. Konfigurasjon 2, 3 og 4 viser en gjennomsnittlig skadereduksjon på henholdsvis 31 %, 35,8 % og 29,5 %. Den bølgeenergireduserende effekten av lengden på AR-enhetene ser ut til å være uavhengig av avstanden mellom AR-enhetene. Bølgeenergispredning og dermed skadereduksjon i strandsonen har størst effekt for bølgeforhold med Iribarren tall nær grensen mellom bølgende og stupende bølger.

This thesis investigates the feasibility of a green-grey hybrid structure solution as a climate change adoption measure. The concept consists of an existing breakwater structure enhanced with Artificial Reefs (AR) as toe elements. Physical model tests are conducted at the Harbour and Coastal Laboratories at the Norwegian University of Science and Technology (NTNU). The stability of the existing breakwater is measured for 9 plunging and 6 surging wave conditions. Five configurations of experimental setup are tested with three types of AR units (AR1, AR2 and AR3). In total 225 tests are carried out and summarized in the thesis. The results indicate that a submerged low crested breakwater with artificial reefs significantly reduces damage to the shoreline. Configurations 2, 3 and 4 show an average damage reduction of 31%, 35.8% and 29.5% respectively. The wave energy reducing effect of the length of the AR units appears to be independent of the spacing between the AR units. Wave energy dissipation and hence damage reduction to the shoreline has the greatest effect for wave conditions with Iribarren numbers near the boundary between surging and plunging waves.