Open Universiteit

Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1820/6242
Title: Foreshores with reed vegetation as a resilient lake shore defence: Modelling of the incoming wave height at the reed-water boundary
Authors: Steenbergen, Alexander
Issue Date: Sep-2015
Publisher: Open Universiteit Nederland
Citation: Steenbergen, A. (2015). Foreshores with reed vegetation as a resilient lake shore defence: Modelling of the incoming wave height at the reed-water boundary. (Unpublished MSc Master’s Thesis Environmental Sciences), Open Universiteit, Heerlen, NL.
Abstract: Flood control is very important in the Netherlands, since a large part of the country is below sea level. Although an extensive flood defence system has been built in the past, this system remains vulnerable; an important reason is the expected increasing storm frequency. Therefore nowadays more often resilient forms of flood protection are chosen. A good example is a foreshore, which consists of a large amount of sand, placed in front of the existing dike. In this way the hydraulic load on the dike is reduced and the dike itself does not need to be reinforced. A foreshore can also better endure disturbances and is capable of self-repair. The planting of reed vegetation seems to be an effective measure for extra wave attenuation, and for the decrease of erosion. The Dutch national water manager Rijkswaterstaat wants to apply a foreshore at the Houtribdijk, along the lake Markermeer. Foreshores are already applied along the Dutch seashore; however, knowledge on applications at freshwater systems like lakes is hardly available. An important knowledge gap involves the maximum allowable incoming wave height at the reed-water boundary, and the influence of the water depth and the slope profile on the incoming wave height. A good way to study this relation is a comparative research on reference lakes with naturally occurring reed vegetation. This has resulted in the following research question: ‘What is the maximum allowable incoming wave height when applying foreshores with reed vegetation as a resilient lake shore defence?’ For this study four reference lakes have been selected: the IJsselmeer and the Zwartemeer in the Netherlands, Lake Peipsi in Estonia, and Lake Balaton in Hungary. For all reference lakes data have been collected on the width of the reed zone perpendicular to the shore, the maximum standing depth of the reed, the water level, the surge (wind induced set-up of the mean water level) in extreme conditions, the wave height and wave period in open water, and the slope profile. These data have been entered in the hydrodynamic model XBeach, which can be used to simulate the wave impact on seashores. The model can be applied for lakes because only hydrodynamic calculations are done; these calculations for lakes are no different than for coastal systems. With the model the incoming wave height at the reed-water boundary has been calculated for the reference lakes, as well as the influence of the surge on the incoming wave height. This has been done for daily and extreme conditions. It can be concluded from the results that for new foreshores the maximum allowable incoming wave height at the reed-water boundary is approximately 0.20 m for daily conditions and 0.60 m for extreme conditions. The results show a large attenuation effect of the shallow foreshores of the reference lakes on the incoming wave height, and the reduction of this effect in case of a surge. Simulations for new foreshores show that these maximum incoming wave heights are not exceeded, when a slope of 1:80 is applied. However, the simulations are based on a wind force of 8-9 Bft, while more severe storms regularly occur in the Netherlands. According to the IPCC the number of storm depressions at temperate latitudes will increase in the future. Therefore it would be better to keep a safety margin, by applying a slope of at least 1:100.
Description: SAMENVATTING Waterveiligheid speelt een belangrijke rol in Nederland, omdat een groot deel van het land onder de zeespiegel ligt. Hoewel in het verleden een uitgebreid systeem van waterkeringen is gebouwd, blijft dit systeem kwetsbaar. Een belangrijke oorzaak is de verwachte toenemende stormfrequentie. Daarom wordt tegenwoordig steeds vaker gekozen voor veerkrachtige oplossingen voor hoogwaterbescherming. Een goed voorbeeld hiervan is een vooroever, die bestaat uit een grote hoeveelheid zand, die voor de bestaande dijk wordt gelegd. Op deze manier wordt de hydraulische belasting op de dijk verminderd en hoeft de dijk zelf niet te worden versterkt. Bovendien kan een vooroever verstoringen beter verdragen en is het in staat tot zelfherstel. Voor een extra golfdemping en voor de vermindering van de bodemerosie lijkt de aanplant van rietvegetatie een effectieve maatregel. Rijkswaterstaat wil een zandige vooroever toepassen bij de Houtribdijk langs het Markermeer. Hoewel zandige vooroevers al worden toegepast langs de Nederlandse zeekust, is kennis over toepassingen bij zoetwatersystemen zoals meren echter nauwelijks beschikbaar. Een belangrijk kennishiaat betreft de maximaal toelaatbare inkomende golfhoogte aan de buitenrand van de rietvegetatie, en de invloed van de waterdiepte en het taludprofiel op de inkomende golfhoogte. Een goede manier om deze relatie te onderzoeken, is een vergelijkend onderzoek naar referentiemeren met natuurlijk voorkomende rietvegetatie. Dit heeft geresulteerd in de volgende onderzoeksvraag: ‘Wat is de maximaal toelaatbare inkomende golfhoogte bij de toepassing van vooroevers met rietvegetatie als veerkrachtige oeververdediging van meren?’ Voor dit onderzoek zijn vier referentiemeren geselecteerd: het IJsselmeer en het Zwartemeer in Nederland, het Peipsimeer in Estland, en het Balatonmeer in Hongarije. Voor alle referentiemeren zijn voor zoveel mogelijk oeverlocaties data verzameld over de breedte van de rietzone loodrecht op de oever, de maximale diepte waarop het riet voorkomt, het waterpeil, de wateropzet bij extreme condities, de golfhoogte en de golfperiode in open water, en het taludprofiel. Deze data zijn vervolgens ingevoerd in het hydrodynamische model XBeach, waarmee de invloed van de golven op de zeekust kan worden gesimuleerd. Het model kan worden toegepast bij meren, omdat in dit onderzoek alleen hydrodynamische berekeningen zijn gedaan en deze berekeningen voor meren niet anders zijn dan voor zee-systemen. Met het model is voor de referentiemeren de inkomende golfhoogte aan de buitenrand van de rietvegetatie berekend, evenals de invloed van de wateropzet op de inkomende golfhoogte. Dit is gedaan voor zowel dagelijkse als extreme condities. Uit de resultaten kan worden geconcludeerd dat voor nieuwe vooroevers de maximaal toelaatbare golfhoogte aan de buitenrand van de rietvegetatie onder dagelijkse condities ongeveer 0.20m bedraagt, en onder extreme condities ongeveer 0.60m. De resultaten laten duidelijk het dempende effect zien van de ondiepe vooroevers van de referentiemeren op de inkomende golfhoogte, en de vermindering van dit effect bij een wateropzet. Uit de simulaties voor nieuw aan te leggen vooroevers blijkt dat bovengenoemde maximale inkomende golfhoogten niet worden overschreden als een talud van 1:80 wordt toegepast. Deze simulaties zijn echter gebaseerd op een windkracht van 8-9 Bft, terwijl zwaardere stormen geregeld voorkomen in Nederland. Volgens het IPCC zal het aantal stormdepressies 8 op de gematigde breedten in de toekomst alleen maar toenemen. Daarom is het beter om een veiligheidsmarge in acht te nemen en nieuwe vooroevers aan te leggen met een talud van ten minste 1:100.
URI: http://hdl.handle.net/1820/6242
Appears in Collections:MSc Environmental Sciences

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
MScThesis Alexander Steenbergen.pdf3.14 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.