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Wellenbrechen

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Brechen der Wellen an der Küste Chiles

Die zur Erzeugung der Meereswellen (Schwerewellen) erforderliche Energie wird über hunderte von Kilometern vom Wind auf die Wasseroberfläche übertragen und pflanzt sich gegebenenfalls noch über Tausende von Kilometern als Welle fort. Der Abbau dieser Energie erfolgt indessen durch den Vorgang des Wellenbrechens oft auf nur ganz wenigen Metern in der Brandungszone. Insbesondere bei solchen Randbedingungen können an den Küsten verheerende Zerstörungskräfte auftreten. Der Brechprozess der Welle selbst ist gekennzeichnet durch die Orbitalbewegung der sich bis zum Brechpunkt kontinuierlich verformenden Welle.

Sowohl das Verhältnis der momentanen Orbitalgeschwindigkeit w[m/s] zur Wellenfortschrittsgeschwindigkeit c [m/s] als auch das Verhältnis der Orbitalbeschleunigung a[m / s2] zur Erdbeschleunigung g[m / s2] ist von Bedeutung. Nach Stokes werden periodische Wellen instabil, wenn bei anwachsender Wellenhöhe der Tangentenwinkel am Wellenkamm \gamma \le 120^o wird. Für Tiefwasserwellen hat Michell (1893) die zugehörige Grenzsteilheit zu H / L = 0,142 ermittelt (H = Wellenhöhe, L = Wellenlänge) und Rankine (1860) die Übereinstimmung der Orbitalgeschwindigkeit w am Wellenkamm mit der Wellenfortschrittsgeschwindigkeit c.

Für das Brechen der Wellen in Brandungszonen gelten für den kritischen Kammwinkel und für die kritische Orbitalgeschwindigkeit w etwa die gleichen obigen Feststellungen. Die maximal mögliche Grenzsteilheit H/L im Flachwasser ist jedoch zusätzlich von der Wassertiefe d[m] abhängig, was nach der Theorie der Einzelwellen auch in dem Verhältnis der Brecherhöhe Hb zur Wassertiefe db zum Ausdruck kommt. Damit lauten die Kriterien des Wellenbrechens in Seichtwasser:


\frac{Orbitalgeschwindigkeit } {Wellenfortschrittsgeschwindigkeit}=\frac{w } {c}\ge 1


Brecherkammwinkel\ \gamma \le 120^o


\frac{Orbitalbeschleunigung } {Erdbeschleunigung}=\frac{a } {g}\ge 1


Grenzsteilheit \max\frac{H}{L}= 0,142 \tanh{2 \pi d\over L}


Relative Wellenhöhe:

0,82\le\frac{H_b } {d_b}\le 1,93.

Hinsichtlich ihrer Geometrie können etwa vier Brecherformen unterschieden werden.

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