Delta, jaargang 34 nummer 15

Simulatiemodel voor ondiepe kustgebieden vindt wereldwijde toepassing

Een digitaal golfslagbad

De duinen, het strand en de zee staan centraal in de Week van de Zee, die nog tot 26 mei duurt. Stichting De Noordzee organiseert deze week (naar Belgisch voorbeeld) voor het eerst. In deze Delta aandacht voor het kustonderzoek aan de TU.

Het Delftse computerprogramma Swan, dat golven simuleert die tegen de Nederlandse kust beuken, is wereldwijd een succes. De Amerikaanse marine gebruikt het zelfs voor de planning van zijn kustlandingsoperaties.

Onze dijken en duinen hebben het zwaar te verduren onder golven die er hun woede op koelen. Maar ze zijn er aardig op voorbereid: de golfslag aan de Nederlandse kust heeft een inmiddels bekend patroon. Lastiger wordt het als een nieuwe dam of haven dit allemaal overhoop gooit. Het ontwerp van de Oosterscheldedam in de jaren tachtig is typisch zo'n geval. De zandplaten, stroming en golfslag in de Oosterschelde: ze zouden na de bouw allemaal veranderen, maar kennis over die processen schoot in die tijd nog tekort. Tegenwoordig niet meer. Prof.dr. Jurjen Battjes en dr. Leo Holthuijsen van de sectie Vloeistofmechanica bij Civiele techniek en Geowetenschappen deden onderzoek naar het gedrag van golven aan de kust van ondiepe zeeŽn zoals de Noordzee. Een groot deel van de kennis die daarmee is opgedaan, is vastgelegd in het computerprogramma Swan: Simulating Waves Nearshore. Kustbeheerders berekenen met Swan hoe de golfslag langs ondiepe kusten eruit zal zien als het stormt. Met die kennis weten ze op welke krachten dijken, havens en duinen moeten zijn berekend.

Ruigste

Maar de toepassingen van Swan reiken inmiddels veel verder dan de Nederlandse kust alleen, zo blijkt uit de lijst met ruim duizend geregistreerde gebruikers. Ze variŽren van vaaradviezen voor de IJslandse vissersvloot tot het ontwerpen van havens in het Verre Oosten.

,,Het bijzondere aan de Noordzee'', zegt Battjes, ,,is dat het gebied klein en ondiep is, en in de schaduw van Engeland ligt.'' Dat geeft golven weinig ruimte om zich tot grote lengte te ontwikkelen, zoals dat op oceanen wel kan. De langste rechte lijn over de Noordzee meet slechts 2500 kilometer en ligt in noord-noordwestelijke richting vanaf de Belgisch-Nederlandse kust. Golven die met een vaartje van enkele tientallen kilometers per uur ons strand oprollen zijn dus hoogstens twee etmalen oud. Battjes: ,,Eigenlijk kun je er zeker van zijn dat de golfslag in de Noordzee het gevolg is van de op dat moment heersende wind.'' ,,Heel wat anders dus'', vult Holthuijsen hem aan, ,,dan op de oceanen, waar golven probleemloos twee weken de tijd nemen om bijvoorbeeld van Nieuw-Zeeland naar CaliforniŽ te wandelen.'' De ruigste golven waarmee Nederland te maken krijgt, treden op bij een noordwestelijke wind. De golven zijn dan over de maximale lengte opgezweept door de wind en komen vervolgens terecht in een vernauwing van de Noordzee. De impact van golven op onze kustverdediging hangt daarom sterk samen met het heersende weer.

Militaire toepassing

De Amerikaanse marine volgde het Delftse onderzoeksprogramma al enkele jaren met grote interesse. Om kustlandingsoperaties beter te plannen was zij op zoek naar een geschikt golfvoorspellingsmodel voor ondiepe kustwateren. Bij dergelijke operaties doen vaartuigen van verschillende grootte mee, variŽrend van kleine rubberboten tot vliegdekschepen. De golfslag ter plaatse kan bepalend zijn voor het al dan niet door laten gaan van de operatie. Holthuijsen: ,,Militairen kunnen voor hun operaties maar ťťn ding beslissen: uitvoeren of afblazen. Swan geeft hen een gereedschap waarmee ze die beslissing kunnen nemen.'' Uiteindelijk sloten de Amerikanen een contract voor vijf jaar met de TU. Swan draait nu bij de operationele centra van de Amerikaanse marine en maakt continu golfvoorspellingen voor gebieden over de hele wereld.

De TU heeft er een aardig bedrag voor gekregen: circa een half miljoen euro. Daarvoor moesten de onderzoekers wel de originele programmeerregels, de broncode, waarin Swan was geschreven, openbaar maken. De Amerikanen wilden niet werken met een programma waarvan de broncode vertrouwelijk was. ,,De deal pakte goed uit'', zegt Battjes, want sinds het programma openbaar is, hebben talloze partijen aan het programma gesleuteld en verbeteringen doorgevoerd. Het resultaat is een state-of-the-art-pakket waarvoor in de wereld weinig concurrentie is. Battjes is niet bang dat met het vrijgeven van de code een belangrijke inkomstenbron, de verkoop van de software, voor zijn sectie opdroogt. Het Amerikaanse Office of Naval Research financiert namelijk ook veel onderzoek. ,,Wat betreft het onderzoek op dit terein hebben ze zelfs gezegd: het moet passen bij Swan. We krijgen dus meer dan voldoende spin-off.''

Toch bemoeit de TU zich maar weinig met de praktische toepassingen van haar programma. Holthuijsen: ,,We zijn geen ingenieursbureau. Wij produceren gereedschappen voor de praktijk.'' Wel worden de onderzoekers regelmatig gevraagd voor second opinions bij toepassingen. Zo moest Battjes kort geleden meebeoordelen of het doek van de opblaasbare stuw bij Ramspol, waar de IJssel uitmondt in het Ketelmeer, sterk genoeg was om de heersende golfslag te weerstaan. Battjes is blij met zulke vragen. ,,Het houdt je betrokken bij de praktijk'', vindt hij.


Siebe Bosch