Evaluation of existing parametrization of wave dissipation in spectral wave model swan

Abstract

Dalgalar kırılırken enerjilerinin çoğunu ısıya ve türbülansa dönüştürürler. Bu enerji, sediment taşınımı, plaj profili ve kıyı yapılarının tasarımı açısından önemlidir. Bununla birlikte, dalga kırılması hesaplamaları çoğunlukla ampirik formüllere dayanmaktadır. Dalga kırılması mekanizması hala tam olarak anlaşılamamıştır. Ancak çeşitli sayısal modeller sayesinde bu süreçler simüle edilebilmektedir. Geçmişte dalga kırılma enerjisini hesaplamak için çeşitli dalga modelleri geliştirilmiştir. Önde gelen dalga modellerinden birisi SWAN'dır (Simulating Waves Nearshore). Bu çalışmada SWAN modelleri kullanılarak dalga kırılma sürecindeki parametreler incelenmiştir. Modelleri kalibre etmek ve değerlendirmek için DUCK94 olarak adlandırılan Duck plajında yapılan bir saha deneyinin veri setleri kullanılmıştır. Bu veri setleri taban profilleri, gelgit yükselmeleri ve spektral dalga verilerinden oluşmaktadır. Bu çalışmada, sabit kırıcı indeksi ve değişken kırıcı indeksi de dahil olmak üzere farklı kırma süreçleri modellenmiştir. Dalga kırılma parametrelerindeki katsayıların optimum değerleri belirlenmiş ve değerlendirilmiştir. Bu çalışma aynı zamanda kalibre edilen modellerde üçlü dalga-dalga etkileşimi ve dip sürtünmesinin etkisini de kapsamaktadır. SWAN modellerinin çalıştırılması sonucunda, farklı katsayı değerlerine sahip iki farklı model türü önerilmiştir. Değişken kırılma indisine sahip modeller ile sabit kırılma indisine sahip kırılan dalgaların dağılımını hesaplayan modeller karşılaştırılmıştır. Modellerin derin ve sığ su koşullarındaki performansları ayrı ayrı değerlendirilmiştir.

Waves dissipate most of their energy as they break, transforming it into heat and turbulence. This energy is crucial for sediment transport, beach profile and the design of coastal structures. Nonetheless, wave breaking calculations are mostly based on empirical formulas. There is limited knowledge concerning the mechanism of wave breaking and is still not fully understood. However, thanks to various numerical models, these processes can be simulated. Various wave models to calculate wave breaking energy were developed in the past. One of the leading wave models is Simulating Waves Nearshore (SWAN). This study examined the parameters in the wave breaking process using SWAN models. Datasets of a field experiment in Duck Beach, North Carolina which is named DUCK94 are used to calibrate and evaluate the models. These datasets occur bottom profiles, tidal surges, and spectrums of waves. In this study different types of breaking process implemented in the runs including constant breaker index and the variable breaker index. The optimum values of the coefficients in the wave breaking parameters were determined and evaluated. This study also covers the effect of triad wave-wave interaction and bottom friction in the calibrated models. As a result of running SWAN models, two different types of models with different values of the coefficient are proposed. Models with a variable breaker index and models that calculate the dispersion of breaking waves with a constant breaker index are compared. The performances of the models in deep and shallow water conditions were evaluated separately.