Weizhi Wang har, med bakgrunn i sin interesse for å forstå såkalte bølgefelter i fjorder, jobbet med å videreutvikle modeller for å forutsi hvordan bølger oppfører seg under ulike forhold.

Hans arbeid er et viktig bidrag i å kunne forutsi med relativt stor grad av nøyaktighet hvor høye bølgene vil være og hvordan de beveger seg i en bestemt fjord.

Hva er bølgemodellering?

Bølgehøyde vil variere fra område til område og avhenge av vindforhold, avstand til land i ulike retninger og i hvor stor grad området er skjermet mot bølger fra havområdene utenfor.

– Det er begrenset informasjon man kan hente ut fra målinger i selve fjorden. Dersom man ønsker informasjon om hvordan bølgenes bevegelser forplanter seg utover et stort område, så trenger man å utvikle numeriske modeller eller numerisk bølgemodellering.

Numerisk analyse er en gren av matematikken der en studerer metoder og algoritmer for å utføre beregninger med tall. Metodene som utvikles, blir kalt numeriske metoder.

– Det er både mer kostnadseffektivt, tidsbesparende og gir mer nøyaktige resultater, forklarer Wang.

Bølgemodellering tar utgangspunkt i en dønning som kommer fra havet og beregner hvordan bølgen utvikler seg etter hvert som den beveger seg inn mot grunnere farvann og inn mot land.

I tillegg til dette kan man beregne hvor store bølger som produseres av den lokale vinden langs kysten.

Resultatet fra disse to beregningene, altså forplantningen av havdønningen og av de vindgenererte bølgene, utgjør til sammen den totalt anslåtte bølgehøyden.

Hvorfor er bølgemodellering nyttig?

Wang forteller at ved hjelp av slike numeriske modelleringer kan man utvikle et bølgekart som gir et godt bilde av hvordan bølger oppfører seg – hvor høye de blir eller hvordan de beveger seg over tid i et avgrenset geografisk område.

Denne kunnskapen er nyttig for ingeniører som planlegger å bygge konstruksjoner som skal være i tett kontakt med fjorden, eksempelvis flytebruer som kan være aktuelle alternativ for flere fjordkrysninger i prosjektet Ferjefri E39.

Wang utdyper litt mer om sitt forskningsprosjekt hvor han har konsentrert seg om å utvikle en ny, effektiv og fleksibel numerisk bølgemodell skreddersydd for de spesielle norske kystforholdene:

– De spesielle kystforholdene i Norge begrenser gyldigheten til mange eksisterende bølgemodeller, spesielt fordi flere av de aktuelle fjordene langs E39 er dypere enn de som har blitt undersøkt tidligere.

– I tillegg er fjordene bredere enn de som har blitt undersøkt før, så det er nødvendig å videreutvikle beregningsmodellene. Mitt prosjekt har handlet om å utvikle en numerisk bølgemodell som kan gi en effektiv og nøyaktig simulering av storstilt bølgeforplantning i norske fjorder, sier Wang.

Videoen under viser simulerte bølger på Sulafjorden. Her kan den framtidige E39 gå i bru over fjorden, fra Hareidlandet til Sula, like sør for Ålesund.

Den nye modellen er åpen og tilgjengelig for alle

Resultatene Wang har oppnådd kan brukes også utenom fjordene langs E39. De numeriske modellene kan dekke de fleste områdene av kystteknikk. Derfor er de relevante for havnedesign, kystbeskyttelse, havbruk og klimaendringer.

Modellene er åpne og tilgjengelige for alle som ønsker å bruke dem, enten det er ingeniører eller universiteter som vil benytte dem i undervisning for studenter innen havteknologi. Bølgemodellene er tilgjengelige og gratis å bruke for alle.

Dataprogrammet REEF3D som beregner vannets bevegelser er laget i åpen kildekode, tilgjengelig for alle. Se nettsiden for den nye numeriske bølgemodellen.

Referanse:

Weizhi Wang: Large-Scale Phase-Resolved Wave Modelling for the Norwegian Coast. Doktorgradsavhandling ved NTNU, 2020.