Ruhewasserspiegel

Geometrie einer trochoidalen Tiefwasserwelle: Zur Definition der Wellenlänge, des Ruhewasserspiegels, der Wellenhöhe, der horizontalen und der vertikalen Wellenasymmetrie.

Die Oberfläche eines Gewässers wird als Ruhewasserspiegel bezeichnet, wenn – wie etwa bei Windstille - keinerlei Wasserspiegelauslenkung stattfindet. Da ortsfeste Bauwerke in einem Gewässer bei zusätzlicher Abwesenheit von Strömungen im Bereich ihrer Benetzung ausschließlich durch den hydrostatischen Wasserdruck belastet werden, bildet der Ruhewasserspiegel für jede instationäre, dynamische Wasserwellenbewegung das Bezugsniveau. Bei Wellenfolgen ist er dadurch definiert, dass die Querschnittsfläche unter dem Wellenberg (über dem Ruhewasserspiegel) gleich derjenigen des Wellentales (unter dem Ruhewasserspiegel) ist, vergl. schraffierte Flächen in der Abbildung rechts. Schwerewellen weichen in ihrer Gestalt von der regelmäßigen Kosinusform in derart ab, dass sie sowohl horizontal als auch vertikal asymmetrisch sind. Ihre maximale Auslenkung H_o vom Ruhewasserspiegel nach oben (positiv) wird als Wellenkamm bezeichnet und ihre maximale Auslenkung H_u nach unten (negativ) als Wellental. Die Summe der Beträge beider benachbarter Maximalauslenkungen ist als Wellenhöhe

H = H_o + H_u

definiert. Dabei übertrifft die maximale positive Wasserspiegelauslenkung H_o in ihrem Betrage umso mehr die maximale negative Wasserspiegelauslenkung H_u, je geringer die Wassertiefe wird. Bei Wellen im Flachwasserbereich kann die Höhe des Wellenberges bis zu 3/4 der gesamten Wellenhöhe H ausmachen, während das Wellental H/4 unter dem Ruhewasserspiegel liegt. Die horizontale Wellenasymmetrie wird durch den Quotienten

H_o / H_u > 1

charakterisiert und die vertikale Wellenasymmetrie bezieht sich auf die Anteile der Längen des Kammbereiches L_B und des Talbereiches L_T an der Wellenlänge

L = L_T + 2$\cdot$ L_B / 2

L_B / L_T < 1

Bei Trochoidenwellen liegt der Ruhewasserspiegel um das Maß

δ = $\frac{\pi\cdot r^2}{L}$ = r – H_u

unter dem Orbitalkreismittelpunkt.