auteur: Noël Hoste                                        De Panne, 9 februari 2010

Oppervlaktegolven ontstaan door de inwerking van wind op het wateroppervlak. Figuur 2 brengt dit zeer mooi in beeld. De wind die over het water scheert, voorgesteld door de golvende pijlen bovenaan, sleept het water mee waardoor de waterspiegel gaat rimpelen. De rimpels drukken de wind omhoog, van het watervlak weg. De voorzijde van de rimpel ligt in de luwte, daar ontstaat onderdruk en zo worden kleine draaikolken op gang gebracht tussen de rimpels. Deze draaikolken brengen hun beweging op het water over waardoor de rimpels steiler worden en het golfdal dieper. De draaikolken winnen aan kracht, en induceren een groeiend verschil in luchtdruk tussen voor- en achterzijde van de golf. De golf wordt hierdoor naar voor gedrukt en gaat uiteindelijk bewegen, mee met de windrichting.

De golven gaan aan het rollen

Voor alle duidelijkheid, alleen de golf verplaatst zich, niet het water dat er door wordt beroerd. In figuur 2 was te zien hoe het water onder invloed van de wervel tussen de golfkruinen beweegt: eerst vloeit het vooruit met de golf mee, en vloeit dan terug als de kruin is gepasseerd. Globaal blijft het water dus ter plaatse. In feite voeren de waterdeeltjes zoals figuur 3 laat zien een kringloop uit, die kleiner wordt naargelang de diepte toeneemt. De invloed van de golf laat zich voelen tot op een diepte die met ongeveer een halve golflengte overeenkomt, daaronder valt van de golven niet veel meer te merken. Een golf is in feite de belichaming van de energie die door de wind op het water is overgedragen. Doordat er geen waterverplaatsing mee gemoeid is kunnen deze golven heel ver uitdeinen. En zo ontstaat de deining, golven die komen aanrollen, ook als er lokaal geen wind te bespeuren valt. Een rimpelloze zee bestaat eigenlijk niet, er heerst altijd wel ergens een windveld dat een deining uitstuurt over de wijde zee.

De golfformules

We willen weten wat er op ons afkomt, en dus is de kennis van de energie die in de golven is opgeslagen, en van de hoogte en snelheid waarmee ze naar ons toekomen, van essentiëel belang. Boven diep water zijn snelheid en periode van de golf enkel van de golflengte[1] afhankelijk. Met andere woorden hoe sneller de golven lopen, hoe groter de afstand is tussen twee opeenvolgende golven. Hierin speelt de golfhoogte niet mee. In de energie[2] die in de golven is opgeslagen komt de hoogte wel tussen, als maatstaf voor de potentiële energie, samen met de golflengte die hier de kinetische energie vertegenwoordigt.

De hoogte van de golven hangt vooral van de afstand[3] af waarover de wind op de golven inwerkt, en in mindere mate van de windkracht. Maar golven uit verschillende richtingen kunnen interfereren, mekaar versterken of afzwakken, en hierdoor de golfhoogte onvoorspelbaar opdrijven. Hier verwijs ik graag naar de website van BMM[4], waar bij de voorspelling van de golfhoogte steeds het percentage vermeld wordt dat aan deining te wijten is. Zie fig. 4  met de voorspelling voor de periode van 07 tot 11 februari 2010 voor De Panne. Nu we toch met cijfers bezig zijn geef ik nog enkele typische waardes mee voor onze kust. De golfhoogte kan in het Noorden van de Noordzee tot 5 à 6 meter oplopen, terwijl deze hoogte aan onze kust bij storm maximaal 1 à 2 meter zal bereiken. Op kalmere dagen stijgt die hoogte niet boven de 0,5 meter. Periodes van de golven die onze kust bereiken schommelen van 1 tot 4 seconden, met bijhorende golflengtes van 3 tot 50 meter  en snelheden van 10 tot 45 km/hr.

De golven komen er aan

Wanneer de bodem dichterbij komt, vanaf een diepte van ongeveer 15 meter, gaan de golven zich anders gedragen. De minderende diepte gaat meespelen in de vergelijking voor de golfsnelheid[5] en geleidelijk aan gaan alle golven afhankelijk van hun hoogte, even snel lopen. Om dan te vertragen, wanneer de waterdiepte verder afneemt, als een gevolg van formule 5. Daardoor daalt ook de golflengte, zoals blijkt uit formule 1. Maar de golf heeft nog al zijn energie, en gaat dus klimmen, want het behoud van energie volgens formule 3 vergt een toename van de golfhoogte h ter compensatie van de daling van de golflengte L. De golfhoogte neemt dus toe, terwijl de waterdiepte verder afneemt. Vanaf een diepte van L/2 “hapert” de basis van de golf aan de bodem, zie figuur 5. Daar komt nog bij de kruin van de golf een grotere waterdiepte onder zich heeft dan het dal, en dus volgens formule 5 sneller beweegt, waardoor de kruin gaat voorijlen op het dal. De golf verliest zijn symmetrie en er ontstaat een horizontale waterverplaatsing naar de kust toe: de golf begint zijn energie aan het water over te dragen. Als de kruin nog verder gaat voorijlen neemt hij de vorm van een rol aan en stort voorover[6]. De golf breekt met veel geruis en schuimvorming; dit is de branding waarbij een groot deel van de golfenergie verloren gaat. Het water dat uit de branding vrijkomt wordt naar voren gestuwd en loopt tegen het strand op. Wanneer de resterende kinetische energie is uitgewerkt stroomt het water terug met stijgende snelheid, en botst tegen de vertraagde basis van de volgende aankomende golf. Die gaat daardoor nog sneller breken en in branding overgaan. De oplopende stroom van deze golf raakt daardoor niet zo ver, en is minder hinderlijk voor de daarop volgende golf die daardoor weer iets dichter naar het strand toe gaat breken … enz.

Wat volgt hieruit voor de zeeweringen?

Uit dit complexe verhaal is nu heel gemakkelijk een belangrijke les te trekken. Een licht hellend zandstrand zoals in De Panne vormt een perfecte bescherming tegen het geweld van de golven. Want hoe hoger de golven zijn, zoals bij storm, hoe eerder[7] de golven zullen breken en hun gevaarlijke energie omzetten in een oplopende stroom die op het zand doodloopt. Bij een combinatie van springtij met storm, zoals we op 10 februari 2009[8] hebben meegemaakt, ligt het waterniveau een stuk hoger dan normaal. Die namiddag steeg het waterpeil tot 1.80 m onder het niveau van de Zeedijk. Op zo’n dagen is het zeer belangrijk dat de gevaarlijke golven zo snel mogelijk breken, zodat nog voldoende zandhelling overblijft om de golfuitlopers op te vangen. Een geleidelijke helling van 2 tot 5 % is dus het beste wapen tegen wateroverslag op de Zeedijk.

Ter hoogte van de Westhoekdijk liggen de zaken wel even anders. In een vorige bijdrage[9] hebben we de situatie van deze dijk in detail bekeken, en de zwakke punten gedefiniëerd. In figuur 6 vind je het kaartje terug dat we toen hebben gebruikt. Wat waren ook weer die zwakke punten?

1)     de vooruitgeschoven ligging van secties 1 en 2, waardoor hier geen ruimte overblijft voor een hoogstrand; bij gemiddeld hoogwater ligt de teen van sectie 2 ongeveer 1 meter onder water;

2)     het bovenpeil van de dijk ligt op 7.00 + TAW; dit is slechts 1,25 m boven de instroomdrempels van de slufters.

Wanneer de golven bij hoogwater deze dijk bereiken, zullen ze breken ter plaatse van of net boven de teen, omdat daar de helling[10] ten opzichte van het strand abrupt oploop, en dus de waterdiepte even abrupt afneemt. Toepassing van een bekende empirische formule[11] voor de oplopende stroom op een stenen dijk leert ons dat bij een golfhoogte van 1 meter het water ruim 2,5 meter hoog zal klimmen, vertikaal gemeten. Bij gemiddeld hoogwater bij springtij, dat voor De Panne tussen 4.00 en 5.00 + TAW ligt, gaat het water dus vlot de dijk over. Bij een lager hoogwaterpeil maar met hogere golven ingevolge storm ook. En de schade is telkens weer aanzienlijk: beschadiging van de betonbekleding door achterloopsheid van het overgespoelde water, afslag van de duinen die boven de dijk uitrijzen, maar ook ondergraving van de teen van de dijk. Door de sterke helling ontwikkelt de terugloopstroom van het water op het dijktalud een hoge snelheid, botst met grote kracht op het strand net voorbij de teen, en sleurt massaal zandkorrels mee.