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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Wellenbad und ein Verfahren zum
Lenken und Modifizieren von Wellen in einem Becken und insbesondere,
aber nicht ausschließlich,
ein Wellenbad mit konvergierenden Seiten und einem geneigten Wasserwegboden, der
zum Surfen geeignet ist.
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In
der gesamten folgenden Beschreibung sowie in den beigefügten Patentansprüchen soll
der Begriff "Wasserwegboden" für die Oberfläche stehen, die
das Wasserwegbett definiert, und sollte auch so aufgefasst werden.
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Hintergrund
der Erfindung
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Wellenbäder wurden
entwickelt und allgemein verwendet, um – zumindest zu einem gewissen Grad – die Bedingungen
eines Strands zu simulieren oder einfach Wellenstrukturen im Bereich
eines Beckens bereitzustellen. Sie sorgen für Unterhaltung und bieten Bedingungen
zum Surfen, wo ansonsten ein geeigneter Strand innerhalb einer annehmbaren Entfernung
wohl nicht verfügbar
ist. Zudem können Wellenbäder ungeachtet
des Wetters gleichbleibende Wellen erzeugen, und die Eigenschaften
der Wellen lassen sich durch entsprechende Gestaltung des Wellenbads
steuern.
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Wellenbäder, die
so eingerichtet sind, dass sie eine zum Surfen geeignete Welle liefern,
umfassen normalerweise einen Wellengenerator an einem Ende des Bekkens
und ein künstliches
Riff entlang eines Teils des Beckenbodens, so dass die Welle in einer
Form gebrochen wird, die zum Surfen geeignet ist. Das Riff kann
in einem Winkel zur Wellenfront angeordnet sein, so dass sich die
Welle entlang der Linie des Riffs stetig brechen kann.
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Ein
Problem bei einigen Wellenbädern
ist gegenwärtig,
dass die Welle dazu neigt, Bögen
zu bilden oder sich anderweitig zu verzerren, wobei die Wellenfront
nahe der Mitte des Beckens der Wellenfront in der Nähe der Seiten
vorausläuft.
Dies kann zu einer Verringerung der Wellenhöhe führen und Reflexionen verursachen,
die die Qualität
der Wellen stört und
sie herabsetzt. Des Weiteren kann die Wellenhöhe in der Anwendung aufgrund
von Energieverlusten durch Brechung und Reibung über das Becken hinab abnehmen,
und die Wände
des Beckens wirken ständig
als Quelle störender
reflektierter Wellen.
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Ein
weiteres Problem bei Wellenbädern
ist gegenwärtig,
dass die Wellen auch am Riff reflektiert werden können, so
dass sich Interferenzmuster im Becken bilden. Diese Reflexionen
können
abermals an den Beckenwänden
reflektiert werden, so dass weitere Interferenzmuster erzeugt werden.
Dieses Übermaß an Reflexionen
führt leicht
dazu, dass die Qualität
der Surf-Welle schlechter wird.
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Ein
weiteres mögliches
Problem bei Wellenbädern
besteht darin, das eine durch Wellen hervorgerufene Zirkulation
vorhanden ist, die Strömungen im
Becken erzeugt. Strömungen,
die sich hin zum Wellengenerator bewegen, können leicht dazu führen, dass
Benutzer in den Weg herannahender Surfer getragen werden, woraus
sich möglicherweise
ein ernstes Sicherheitsproblem ergibt und die Qualität der Surf-Welle
beeinträchtigt
wird. Strömungen,
die sich hin zum Wellengenerator bewegen, machen es für einen
Benutzer auch schwieriger, das Becken zu verlassen, und sie werden
praktisch in einem Abriss festgehalten.
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Die
europäische
Patentveröffentlichung
Nr. 0 293 831 beschreibt eine wellenerzeugende Vorrichtung. Es wird
beschrieben, dass zwei wellenerzeugende Vorrichtungen am Ende zweier
Wasserwege enthalten sind, die sich in einem Becken kreuzen, was
zur Bildung hoher Wellen führt.
Die Bodenfläche des
Beckens ist am niedrigsten im mittleren Bereich und steigt zu den
Seiten des Beckens hin an.
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Das
US-Patent Nr. 5 271 692 beschreibt Wasserfahranlagen mit Flächenströmung. Die
Fahranlage umfasst eine Düse,
um einen Wasserstrahl mit superkritischer Geschwindigkeit auf der
Fahroberfläche
zu bilden. Die Fahroberfläche
selbst hat eine Oberfläche,
die in Richtung des Strahls geneigt ist, einen Übergangsdrehbereich und eine
(abwärts) geneigte
Oberfläche,
die in das gleiche Becken zurückführt, das
die Düse
enthält.
Die Fahroberfläche kann
auch seitlich geneigt sein.
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Das
US-Patent Nr. 4 812 077 beschreibt einen Wellengenerator, der mit
einem Schwimmbecken verbunden ist, umfassend einen Boden mit einem
tiefen Teil mit im Wesentlichen quadratischer Form, der zu einem
flachen Teil hin ansteigt, der durch ein bogenförmiges Ende begrenzt wird.
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Aufgabe der
Erfindung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Wellenbads,
das Surf-Wellen hoher Qualität
aufweist, sicher zu benutzen ist und eine verbesserte Umgebung für den Wassersport
oder zumindest eine solche bereitstellt, die der Öffentlichkeit eine
brauchbare Auswahl lässt.
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Eine
weitere oder alternative Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist
die Beseitigung oder zumindest die Korrektur von gegenwärtigen Problemen bei
Wellenbädern
und/oder Verfahren zum Erzeugen, Lenken und/oder Umformen von Wellen
oder der Öffentlichkeit
zumindest eine brauchbare Auswahl zu bieten.
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Weitere
Aufgaben der vorliegenden Erfindung sollten aus der folgenden Beschreibung
deutlich werden.
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Kurzbeschreibung
der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Wellenbad bereitgestellt,
das zum Modifizieren der Wellencharakteristika geeignet ist, wobei
das Wellenbad folgendes umfasst:
- – wenigstens
einen Wasserweg mit einem ersten und zweiten Ende, die einander
gegenüberliegen;
- – eine
erste und zweite Seitenwand, die einander gegenüberliegen und sich zumindest
entlang einem Abschnitt des Wasserwegs erstrecken;
- – einen
Wasserwegboden, der sich zwischen den Seitenwänden erstreckt, wobei
- – bei
der Verwendung Wanderwellen im Wasserweg erzeugt werden, wobei die
Wellen zum zweiten Ende des Wasserwegs hin wandern, dadurch gekennzeichnet,
dass
- – der
Wasserwegboden eine erste Bodenfläche mit einer von Null verschiedenen,
nach oben verlaufenden Steigung von etwa 1:5 (vertikaler Anstieg
zu horizontaler Entfernung) oder weniger entlang im Wesentlichen
der gesamten Breite des Wellenbads von der zweiten bis zur ersten
Seitenwand umfasst.
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Vorzugsweise
umfasst das erste Ende des Wasserwegs ein Wellenerzeugungsmittel.
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Vorzugsweise
verläuft
die Richtung des Gefälles
der ersten Bodenfläche
im Wesentlichen senkrecht zur ersten Seitenwand des Wellenbades.
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Vorzugsweise
kann die erste Bodenfläche
einen im Wesentlichen konstanten Gradienten aufweisen.
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Vorzugsweise
kann die erste Bodenfläche
einen Gradienten zwischen einschließlich 1:5 bis einschließlich 1:50
aufweisen.
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Vorzugsweise
kann das Profil des Wasserwegbodens eine zweite Bodenfläche umfassen,
die so ausgerichtet ist, dass sie eine weitere vorbestimmte Neigung
aufweist, wobei bei der Verwendung die Nenntiefe des im Wasserweg
enthaltenen Wassers zum ersten Ende des Wasserwegs hin größer ist.
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Vorzugsweise
verläuft
die Richtung des Gefälles
der zweiten Bodenfläche
im Wesentlichen senkrecht zum ersten Ende des Wasserwegs.
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Vorzugsweise
kann die zweite Bodenfläche einen
Abschnitt des Wasserwegbodens im Wesentlichen in der Nähe des ersten
Endes des Wellenbads einnehmen.
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Vorzugsweise
kann der Gradient der zweiten Bodenfläche im Wesentlichen einem Maximalgradienten,
der eine oder mehrere Wellencharakteristika aufrechterhält, entsprechen
oder diesem annähernd gleichkommen.
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Vorzugsweise
können
die eine oder mehreren Wellencharakteristika die Steilheit der Wellenvorderseite
und/oder die Forderung nach einer Kippwelle, einer stark brechenden
Welle oder einer leicht brechenden Welle umfassen.
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Vorzugsweise
kann die zweite Bodenfläche durch
einen Kanal, der quer über
den Wasserweg angeordnet ist, vom ersten Ende des Wasserwegs getrennt
sein, wobei der Kanal in Verwendung eine im Wesentlichen konstante
Tiefe aufweist.
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Vorzugsweise
kann die Länge
des Kanals entlang dem Wasserweg im Wesentlichen einer Mindestlänge für eine am
ersten Ende des Wasserwegs erzeugte Welle, die mit den erforderlichen
Wellencharakteristika gebildet wird, ehe sie über die zweite Bodenfläche wandert,
entsprechen oder dieser annähernd
gleichkommen.
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Vorzugsweise
kann die zweite Bodenfläche einen
Gradienten zwischen einschließlich
etwa 1:10 und einschließlich
1:40 aufweisen.
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Vorzugsweise
kann die erste und die zweite Bodenfläche aneinander angrenzende
und sich gegenseitig ausschließende
Abschnitte des Wasserwegbodens bilden und dadurch eine Grenze zwischen
der ersten und der zweiten Bodenfläche definieren, wobei sich
die erste Bodenfläche
von der Grenze zum zweiten Ende des Wasserwegs erstreckt und sich
die zweite Bodenfläche
von der Grenze zum ersten Ende des Wasserwegs hin erstreckt, und
wobei die Grenze zwischen der ersten und der zweiten Bodenfläche, bezo gen
auf das zweite Ende des Wasserwegs, im Wesentlichen zum ersten Ende
des Wasserwegs hin angeordnet ist.
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Vorzugsweise
kann die zweite Bodenfläche einen
Gradienten aufweisen, der wenigstens dem Doppelten des Gradienten
der ersten Bodenfläche entspricht.
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Vorzugsweise
kann die zweite Bodenfläche einen
Gradienten aufweisen, der wenigstens dem Vierfachen des Gradienten
der ersten Bodenfläche entspricht.
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Vorzugsweise
kann das zweite Ende des Wasserwegs durch einen fortschreitenden
Anstieg des Bodens des Wasserwegs definiert sein, der bei der Verwendung
ein Wasserbecken bildet, das sich vom ersten Ende des Wasserwegs
im Allgemeinen in Richtung der zweiten Seitenwand erstreckt.
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Vorzugsweise
können
ein oder mehrere künstliche
Riffe im Wasserweg enthalten sein, um den Wasserwegboden zu bilden,
und so angeordnet, dimensioniert und ausgerichtet sein, dass sie
die Form und die Brechungseigenschaften der im Wasserweg erzeugten
Wellen verbessern.
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Vorzugsweise
können
die erste und die zweite Seitenwand zum zweiten Ende des Wasserwegs hin
konvergieren.
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Vorzugsweise
kann das erste Ende des Wasserwegs eine so angeordnete und ausgerichtete Wand
umfassen, dass sie die erste und die zweite Seitenwand in einem
im Wesentlichen gleichen und entgegengesetzten Winkel schneidet.
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Vorzugsweise
können
die erste und die zweite Seitenwand in einem Winkel zwischen 5 und
45 Grad gegenüber
der Parallelen zusammenlaufen.
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Vorzugsweise
können
die erste und die zweite Seitenwand in einem Winkel von etwa 15
Grad zusammenlaufen.
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Vorzugsweise
kann das erste Ende des Wasserwegs durch eine im Wesentlichen planare Wand
gebildet sein.
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Vorzugsweise
können
die erste und die zweite Seitenwand im Wesentlichen entlang ihrer
Länge zum
zweiten Ende des Wasserwegs hin zusammenlaufen, um für brechende
Wellen, die zwischen der ersten und der zweiten Seitenwand wandern,
zumindest teilweise den durch das Brechen der Wellen entstehenden
Verlust an Wellenhöhe
zu kompensieren.
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Vorzugsweise
kann das zweite Ende des Wasserwegs eine Bodenfläche umfassen, die im Wesentlichen
einen Gradienten zwischen einschließlich 1:1 und einschließlich 1:8
umfasst.
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Vorzugsweise
kann eine oder können
beide aus erster und zweiter Seitenwand ein Wellendämpfungsmittel
umfassen, das zum Absorbieren oder Ableiten von Wellenenergie geeignet
ist.
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Vorzugsweise
kann das Wellendämpfungsmittel
eine unregelmäßige Oberfläche umfassen,
die an einer oder beiden Seitenwänden
angeordnet ist.
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Vorzugsweise
kann das Wellendämpfungsmittel
eine Reihe von wassergefüllten
Elementen oder porösen
Zwischenräumen
umfassen, die zum Absorbieren von Wellenenergie geeignet sind.
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Vorzugsweise
kann das Wellendämpfungsmittel
hinter einem Käfig
angeordnet sein.
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Weitere
Aspekte der vorliegenden Erfindung sollten aus der folgenden Beschreibung
klar werden, die lediglich als Beispiel dienen soll und in der auf
die begleitenden Zeichnungen eingegangen wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1:
zeigt eine schematische Darstellung eines Grundrisses eines Wellenbads
gemäß einem Aspekt
der vorliegenden Erfindung.
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2A–C: zeigen
jeweils eine Schnittansicht des Wellenbads längs der Linien A bis C in 1.
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3A–C: zeigen
jeweils eine Schnittansicht des Wellenbads längs der Linien D bis F in 1.
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4:
zeigt eine Momentaufnahme simulierter Ergebnisse eines Wellenbads
gemäß vorliegender
Erfindung.
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Kurze Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung
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Betrachtet
man zunächst 1,
so ist ein Grundriss eines Wellenbads, allgemein mit 1 bezeichnet,
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Wellenbad 1 umfasst
einen Wasserweg 2, mit einem ersten und zweiten Endbereich 3 bzw. 4,
die einander gegenüberliegen.
Der Wasserweg 2 wird von gegenüberliegenden Seitenwänden 5 und 6 begrenzt,
die vorzugsweise im Wesentlichen vertikal sind.
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Die
Seitenwände 5 und 6 konvergieren
in Richtung eines Punkts, der vom Wellenerzeugungsmittel 7 entfernt
ist, und hin zu einer Landzunge 12 und zu einem Beckenbereich 4B.
Der Konvergenzwinkel lässt
sich zur Optimierung der Welleneigenschaften variieren. Durch die
Konvergenz der Wände 5 und 6 kann
der Wellenkamm am ersten geneigten Teil 14 des Bodens des
Wasserwegs 2 komprimiert werden (siehe unten), so dass
eine höhere
Wellenhöhe
möglich
ist. Ist jedoch die Konvergenz der Wände 5 und 6 zu
stark, so kann es dazu kommen, dass die Qualität der Wellen durch innere Wellenreflexionen beeinträchtigt wird.
Eine Wellendämpfung
an den Wänden 5 und/oder 6 kann
zur Verringerung dieser Reflexionen hilfreich sein. Der optimale
Konvergenzwinkel der Seitenwände 5 und 6,
der durch den Winkel θ in 1 definiert
ist, richtet sich nach den erforderlichen Eigenschaften der Wellen.
Es kann jedoch eine Konvergenzrate zwischen einschließlich 5
und 45 Grad angewandt werden, wobei sich bei simulierten Ergebnissen
ein Winkel von etwa 15 Grad zur Erzeugung eines Wellenkamms von
31,5 m Länge
als geeignet erwiesen hat.
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Der
Konvergenzwinkel der Wände 5, 6 wird zumindest
teilweise durch den erforderlichen "Abziehwinkel" der Welle bestimmt. Der "Abziehwinkel" diktiert die Geschwindigkeit,
mit der das Bruchsegment der Welle über die Vorderseite des noch
ungebrochenen Teils der Welle wandert. Wellenbäder für fortgeschrittene Surfer können eine
größere Konvergenzrate
zur Bildung einer "schnellen
Welle" aufweisen,
während
Anfängerbecken
eine geringere Konvergenzrate haben können.
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Wellendämpfungsmittel
sind an einer oder an beiden der Seitenwände 5, 6 bereitgestellt,
um Reflexionen innerhalb des Wasserwegs 2 zu verringern.
Es sind verschiedene Vorrichtungen zur Absorption und Ableitung
der Wellenenergie in der Fachwelt bekannt, und es kann irgendeine
oder eine Kombination aus diesen bekannten Vorrichtungen eingesetzt
werden. Alternativ können
die Wellendämpfungsmittel
eine unregelmäßige Oberfläche umfassen,
etwa eine Reihe poröser
Zwischenräume oder
eine Reihe von wassergefüllten
Elementen, die mit einem solchen Druck befüllt sind, dass sich die wirksamste
wellendämpfende
Wirkung ergibt. Das Wellendämpfungsmittel
befindet sich hinter einem Käfig
(nicht gezeigt) an den Wänden 5 und/oder 6 und
erstrecken sich über
den größten Teil
oder die gesamten Seitenwände 5 und/oder 6.
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Die
punktierten Linien innerhalb von Wasserweg 2 und Beckenbereich 4B stehen
für Linien
konstanter Tiefe, die mit 20 bezeichnet sind. Selbstverständlich kann
die Tiefe des Wellenbads 1 je nach den speziellen Anforderungen
an das Wellenbad 1 im Wesentlichen beliebig ausgewählt werden.
Allerdings hat sich eine Beckentiefe zwischen zwei und vier Metern
für die
meisten Zwecke als effektiv erwiesen.
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Ein
Wellenerzeugungsmittel 7 kann am Endbereich 3 des
Wasserwegs 2 angeordnet sein. Das Wellenerzeugungsmittel 7 kann
in den Endbereich 3 integriert und kann eine Anordnung
vom Schwingkolbentyp sein oder andere Arten wellenerzeugender Vorrichtungen
umfassen, die in der Fachwelt bekannt sind, etwa einen Luftdruck-Schwingsenkkasten,
einen pneumatischen Vakuum-Schwingsenkkasten oder einen erhöhten Wasserturm
mit Flutungstoren. Es sei klar, dass durch Erzeugung von Schwingungen
in Endbereich 3 eine Folge von wandernden Wellenfronten
in Wasserweg 2 erzeugt wird, die in Richtung des zweiten
Endes 4 wandern (in diesem Fall ein Strand oder seichter
Bereich). Der Endbereich 3 ist vorzugsweise eine planare
Wand, die die Seitenwände 5 und 6 in
einem im Wesentlichen gleichen, aber entgegengesetzten Winkel schneidet,
wodurch die Basis eines gleichschenkligen Dreiecks definiert wird.
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Der
Endbereich 4 in der in 1 gezeigten Ausführunsgsform
umfasst eine stetig geringer werdende Tiefe des Wasserwegs 2.
Es sei klar, dass der Endbereich 4 irgendeine passende
Form aufweisen kann, die geeignet ist, Flüssigkeit innerhalb des Wasserwegs 2 aufzunehmen
oder zumindest die Menge zu steuern, die aus dem Wasserweg 2 über den
Endbereich 4 ausläuft.
Der Endbereich 4 kann zum Beispiel eine im Wesentlichen
vertikale Wand umfassen, die das Wasser innerhalb des Wasserwegs 2 eingrenzt,
oder kann einen stetigen Anstieg des Bodens des Wasserwegs 2 umfassen.
Die bevorzugte Ausführungsform
besteht darin, einen stetigen Anstieg zu haben, der die Wellenreflexionen
vom Endbereich 4 minimieren und die Wassermenge maximieren
soll, die im Einsatz durch die Wellenwirkung über den Endbereich 4 wandert
(siehe unten). Der Endbereich 4 soll auch einen strandähnlichen
Standort nachbilden, und je nach den erforderlichen Eigenschaften des
Wassers über
dem Endbereich 4 kann eine Reihe verschiedener Profile
geeignet sein.
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Ein
bevorzugte Form des Endbereichs 4 ist in 1 gezeigt.
Der Endbereich 4 umfasst eine Bodenfläche, die allgemein mit 4A bezeichnet
wird und je nach den erforderlichen Welleneigenschaften am Endbereich 4,
etwa die Kammform oder ob eine Kippwelle oder eine leicht brechende
Welle benötigt
wird, einen Gradienten von 1:1 bis 1:6 aufweist. Die beabsichtigte
Wirkung der Bodenfläche 4A ist
es, die lokale Wellenbrechung zu erleichtern. Somit kann dieser Teil
des Endbereichs 4 von Bodysurfern und Bodyboardern getrennt
von den Surfern benutzt werden, die den Wasserweg 2 benutzen.
Die Bodenfläche 4A geht
in einen Beckenbereich 4B über. Der Beckenbereich 4B erstreckt
sich weg vom Wasserweg 2 in Richtung zur tieferen Seite
des Wasserwegs 2. Der Beckenbereich 4B kann auch
eine größere Breite und
gekrümmte
Tiefenkonturen aufweisen, um die Wellen um den Beckenbereich 4B herum
zu brechen. Der Beckenbereich 4B kann somit zum entspannenden
Schwimmen benutzt werden, da die Wellenhöhe in diesem Bereich weitgehend
verringert ist. Zudem kann eine Halbinsel 8 vorgesehen
sein, um einen geschützten
Schwimmbereich 4C mit geringer Wellenaktivität zu ergeben.
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Die
Merkmale des Endbereichs 4 sollten somit so ausgestaltet
sein, dass die Wellen vom Wasserweg 2 nicht durch den Endbereich 4 weiterlaufen. Dadurch
werden die Sicherheitsprobleme vermieden, die damit verbunden sind,
dass man Surfer sich im gleichen Bereich wie Freizeitschwimmer bewegen lässt.
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Gemäß einem
Schlüsselmerkmal
der Erfindung umfasst der Boden des Wasserwegs 2 zwischen
den Seitenwänden 5 und 6 einen
ersten geneigten Teil, der allgemein durch Ziffer 14 bezeichnet ist,
wodurch eine Riffwand mit einer nominellen oder Ruhewassertiefe
geschaffen wird, die zur Seite 6 hin größer ist als zur Seite 5.
Dieser erste geneigte Teil 14 hat vorzugsweise eine Gefällerichtung
oder Gefällelinie,
die im Wesentlichen vertikal zur Seitenwand 5 ist, wodurch
Linien konstanter Tiefe 20 parallel zur Seitenwand 5 erzeugt
werden, wie in 1 gezeigt ist. Der erste geneigte
Teil 14 erzeugt in Kombination mit einem zweiten geneigten
Teil, der nachstehend beschrieben ist, ein Bodenprofil des Wasserwegs 2, das
eine riffähnliche
Struktur simuliert. Je nach den speziellen Anforderungen an das
Wellenbad, etwa Wellenform und -richtung, sind Variationen bei der genauen
Ausrichtung der Neigungen bezüglich
der Seitenwände
möglich.
Solche Variationen werden als zum Umfang der Erfindung gehörig erachtet.
Zudem kann der Gradient des geneigten Teils 14 (und des zweiten
geneigten Teils 13, der nachstehend beschrieben ist) in
der Längs-
und/oder Querrichtung des Beckens variieren, doch ist ein gleichförmiger Gradient
in beiden Richtungen bevorzugt. Auch künstliche Riffe können im
Wasserweg 2 zum Einsatz kommen, um die Eigenschaften der
Wellen zu verbessern.
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Unter
Verwendung von Computer-Modellierung und Maßstabsprototypen (weitere Details
siehe nachstehende Beschreibung zu 4) wurde
gefunden, dass ein bedeutender Vorteil des Wellenbads 1, der
dem ersten geneigten Teil 14 zuzuschreiben ist, darin besteht,
dass der Wellenkamm der erzeugten Wellen im Allgemeinen so begrenzt
ist, dass er etwa gleich der Breite der Lücke am schmalen Ende des Wasserwegs 2 ist.
Dies führt
dazu, dass die Wellenreflexionen von den Seitenwänden 5 und 6 verringert werden,
wodurch eine Beeinträchtigung
der Qualität der
Wellen vermieden wird und die Energieanforderungen zur Erzeugung
von Wellen im Wellenbad 1 minimiert werden.
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Ein
zweiter Vorteil des Einbringens des ersten geneigten Teils 14 besteht
darin, dass die Wellenhöhe
in Richtung der Länge
des Wasserwegs 2 typischerweise relativ gleichmäßig bleibt.
Dies steht im Gegensatz zu Bädern
mit gleichförmiger
Tiefe und parallelen anstatt konvergierenden Seiten, wo die Wellenreflexionen
von etwaigen Riffeinsätzen
zu gemischten stetigen und stehenden Wellenoszillationen im Wellenbad 1 führen können, so
dass das Profil der Wellenhöhe
längs des
Beckens variiert, was zu einer entsprechenden Beeinträchtigung
der Qualität
der Wellen führt.
Die konvergierenden Wände 5, 6 kompensieren
den Verlust an Wellenhöhe
aufgrund der Brechung, da der Wellenkamm auf einen kürzeren Abstand
zwischen den Wänden
beschränkt
ist, wenn die Welle das Wellenbad 1 entlangläuft.
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Ein
weiterer Vorteil des Einbringens des ersten geneigten Teils 14 besteht
darin, dass die Brechung der Welle aufgrund des Gradienten im Boden von
Wasserweg 2 dazu führen
kann, dass die Welle gegen den ersten geneigten Teil 14 gepresst
wird. Die Höhe
der Verdichtung steht in Beziehung zum Gradienten des ersten geneigten
Teils 14. Es sei klar, dass es erforderlich sein kann,
den Gradienten zu verändern,
um die Wellenform auf einen bestimmten Satz von Anforderungen zu
optimieren. In Simulationen wurde gefunden, dass ein Gradient von
etwa 1:40 eine Welle hoher Qualität erzeugt, die zum Surfen in
einem Wellenbad mit Seitenwänden 5 und 6 geeignet
ist, die 15 Grad bezüglich
der Parallelen konvergieren. Mit einem solchen Gradienten kann die
Höhe der
Wellen um bis zu 40% gegenüber
der erzeugten Höhe
gesteigert werden. Es sei jedoch klar, dass der optimale Gradient
je nach Beckenform, Verhältnis
Länge/Breite,
Tiefe des Wasserwegs 2 und Frequenz der erzeugten Wellen
verschieden sein kann. Zudem können
Riffeinsätze
verwendet werden, um zu entscheiden, ob die Welle nach rechts oder
nach links bricht. Selbstverständlich
kann der Boden des Wasserwegs 2 nach rechts oder nach links
geneigt sein.
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Der
Boden des Wasserwegs 2 kann einen zweiten geneigten Teil
umfassen, der allgemein durch Ziffer 3 bezeichnet ist,
wodurch sich eine nominelle oder Ruhewassertiefe ergibt, die zum
Ende 3 des Wasserwegs 2 hin zunimmt. Die zweite
Neigung 13 hat eine Gefällelinie,
die im Wesentlichen vertikal zum ersten Ende 3 des Wasserwegs 2 ist.
Der Teil des Bodens von Wasserweg 2, der die zweite Neigung
enthält,
ist vorzugsweise auf einen Bereich in der Nähe des Wellenerzeugungsmittels 7 beschränkt, wie
beispielsweise in 1 gezeigt.
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Direkt
neben dem Wellenerzeugungsmittel 7 ist auch ein Kanal S3
vorhanden. Der Kanal S3 hat vorzugsweise eine konstante Tiefe und
Länge und verläuft quer
zum Wasserweg 2. Der Kanal S3 unterstützt die Erzeugung von Wellen,
da er das erforderliche Wasservolumen bereitstellt, in das die Wellenstörung übertragen
werden kann, wodurch die Wellenstörung beginnen kann, sich den
Wasserweg 2 entlang zu bewegen, ehe sie auf die geneigten
Teile des Bodens von Wasserweg 2 trifft. Dadurch kann die Welle
Form annehmen, ehe sie der potentiell verzerrenden Wirkung des zweiten
geneigten Teils 13 ausgesetzt wird. Soll ein bestehendes
Becken so modifiziert werden, dass ein Wellenbad 1 gebildet
wird, so kann der Kanal S3 durch den ursprünglichen Beckenboden und einen
Einsatz gebildet werden, der auf den Boden des Beckens aufgesetzt
wird, um das erforderliche Bodenprofil des Wasserwegs zu bilden.
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Soll
jedoch das Wellenerzeugungsmittel 7 zur Ergänzung des
Wellenbads 1 dienen, so ist der Kanal S3 nicht erforderlich,
oder zumindest kann die Länge
des Kanals S3 verringert werden. Zum Beispiel kann das Wellenerzeugungsmittel 7 mit
Tiefe um den Mittelpunkt des Endes 3 angeordnet werden, um
den erforderlichen Anstieg am zweiten geneigten Teil 13 zu
verringern. Computer-Simulationen der Welleneigenschaften werden
vorzugsweise verwendet, um die Beziehung zwischen Wellenerzeugungsmittel
und Wellenbad 1 zu optimieren. Die optimale Lösung richtet
sich nach der Art des eingesetzten Wellenerzeugungsmittels 7 sowie
nach der Form des Wellenbads 1 und des Bodens von Wasserweg 2. Wird
alternativ ein Wellenerzeugungsmittel 7 hoher Qualität verwendet,
so kann es sein, dass die Welle nach dem Wandern aus dem Wellenerzeugungsmittel 7 fast
augenblicklich in der erforderlichen Form ist. Mit verringerter
Länge des
Kanals S3, unter Beibehaltung der erforderlichen Welleneigenschaften,
haben die er forderlichen Wellen längere Zeit im Wellenbad 1 Bestand,
so dass sich die Zeit des Wellenreitens verlängert. Bei dem unübertroffenen
Wellenerzeugungsmittel 3 und dem Wellenbad 1 beträgt je nach
Qualität
der vom Wellenerzeugungsmittel 3 erzeugten Wellen die Länge des
Kanals S3 typischerweise zwischen 5 und 15 Meter.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform,
die in 1 dargestellt ist, schließen sich erster geneigter Teil 14 und
zweiter geneigter Teil 13 im Wesentlichen gegenseitig aus.
Somit wird zwischen den Teilen des Bodens des Wasserwegs 2 mit
der ersten und der zweiten Neigung eine Grenze G definiert. Diese Grenze
G ist durch eine Linie durch die Biegungen der Linien konstanter
Tiefe 20 gezeigt. Die Grenze ist vorzugsweise im Wesentlichen
in Richtung des Wellenerzeugungsmittels 7 angeordnet und
erstreckt sich linear quer über
das Becken in einem vorbestimmten Winkel σ zur Seite 6. Ähnlich wie
die Länge des
Kanals S3 ist auch der Winkel σ vorzugsweise minimiert,
um die vom zweiten geneigten Teil 13 eingenommene Länge des
Wellenbads zu minimieren, da die Welle typischerweise nur brauchbar
ist, sobald sie den ersten geneigten Teil 14 erreicht.
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In
vielen Fällen
kann es jedoch sein, dass das Wellenerzeugungsmittel 3 bereits
im Wellenbad vorhanden ist, das später mit dem ersten und dem zweiten
geneigten Teil 14, 13 und/oder den konvergierenden
Wänden 5, 6 versehen
wird. In diesem Falle muss der zweite geneigte Teil 13 (und
der Kanal S3) einen Übergang
zwischen dem Teil des Wellenbads 1, der dem Wellenerzeugungsmittel 3 direkt
benachbart ist, und dem ersten geneigten Teil 14 bereitstellen.
Zur Minimierung des vom zweiten geneigten Teil 13 eingenommenen
Abstands muss der zweite geneigte Teil einen maximalen Gradienten
aufweisen. Diese Anforderung geht im Austausch gegen die Tendenz
eines zu steilen Gradienten, wobei sich eine Welle mit zu scharfem
Kamm entwickelt, die zu schnell kippt oder fällt. Natürlich kann bei einem Wellenbad 1 eine
solche Welle für
fortgeschrittene Wellenreiter erforderlich sein. Flachere Neigungen
erzeugen eher leicht brechende Wellen, die für Anfänger geeigneter sind.
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Die
vom Wellenerzeugungsmittel 7 gebildeten Wellen wandern
vom Ende 3 den Wasserweg 2 entlang zum Ende 4.
Das Profil des Bodens des Wasserwegs 2, insbesondere der
erste geneigte Teil 14, verstärkt die wellenbrechende Wirkung.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform
entsteht eine nach links brechende Welle, doch wird dem Fachmann
klar sein, dass ähnliche
Prinzipien angewandt werden können,
um eine nach rechts brechende Welle zu bilden.
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Auch
ein externer Kanal, der eine träge
fließende
Strömung 9 bildet,
kann vorgesehen sein, um eine Wasserströmung vom Ende 4 zum
Ende 3 zu ergeben. Die träge fließende Strömung 9 kann über einer
Seite des Wasserwegs 2 verlaufen, erstreckt sich aber vorzugsweise
um den gesamten Umfang des Wasserwegs 2, wie in 1 gezeigt.
Surfer können mit
der träge
fließenden
Strömung 9 zurück zum Ende 3 gelangen
und müssen
das Wasser erst dann verlassen, wenn sie sich dem Absprungturm (nicht gezeigt) – falls
vorhanden – nähern. Kleine
Wellen können
die träge
fließende
Strömung 9 hinaufwandern.
Mit dem Einlass zur träge
fließenden
Strömung 9 rechts
vom Wasserweg 2 ist ein nach links geneigter Wasserwegboden
bevorzugt, wie in 1 gezeigt. Brükken 15 können bereitgestellt
sein, damit die Menschen Zugang zum Beckenbereich 48, zum Wasserweg 2 und
zum Absprungturm haben, und diese können auch Standorte zum Beobachten
oder Photographieren von Surfern bereitstellen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
kann sich das Ende 4 des Wasserwegs so weit nach oben erstrecken,
dass eine erforderliche Menge Wasser innerhalb des Wasserwegs 2 gehalten
wird, aber nicht so weit, das Wellen nicht über das Ende 4 in
die träge
fließende
Strömung 9 gelangen
könnten.
Die Wellen können über das
Ende 4 in die träge
fließende Strömung fallen,
dadurch gestautes Wasser erzeugen und Druck bereitstellen, um die
Zirkulation des Wassers um die träge fließende Strömung zu unterstützen, wie
durch die Pfeile in der träge
fließenden Strömung 9 in 1 angedeutet.
Dieses gestaute Wasser kann in Kombination mit etwaigen zusätzlichen
Pumpen wirken, die zur Kreislaufführung des Wassers und/oder
zur Rückführung des
Wassers in den Wasserweg 2 erforderlich sein können.
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Eine
zirkulierende Wasserströmung
entlang Wasserweg 2 und träge fließender Strömung 9 ist hilfreich,
um zu verhindern, dass Strömungen
zurück und
den Wasserweg 2 hinauf fließen, so dass eine "Abriss"-ähnliche Wirkung vermieden wird.
Vermieden oder minimiert wird dadurch das Problem, dass Strömungen den
Surfer leicht zu rück
zum Ende 3 und in den Weg anderer Surfer tragen, wie auch
das Problem des Abreißens
der glatten Wellenvorderseite durch ungünstige Strömungen im Wellenbad 1.
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Betrachtet
man nun 2A, so ist ein Schnitt längs der
Linie AA in 1 gezeigt, die das Profil des
Bodens von Wasserweg 2 darstellt. Der Boden von Wasserweg 2 lässt sich
in Bereiche S1, S2 und S3 teilen, die dem ersten geneigten Teil 14,
dem zweiten geneigten Teil 13 bzw. dem Kanal S3 entsprechen.
Da die Linie AA parallel zur Wand 5 und damit vertikal
zum Gefälle
der Neigung 1 ist, ist der Teil S1 des Bodens von Wasserweg 2 im
Wesentlichen horizontal.
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Die 2B und 2C zeigen
Schnittansichten längs
der Linien BB bzw. CC in 1, die deutlich machen, dass
sich die Länge
des Teils S2 mit der Entfernung von der Seitenwand 5 verringert, so
dass eine konstante Tiefe in Kanal S3 ermöglicht wird.
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3A zeigt
eine Schnittansicht längs
der Linie DD in 1. Da die Linie DD quer zum
Teil S1 des Wasserwegs 2 liegt, fällt der Boden des Wasserwegs über das
Becken ab. Der Gradient dieses Gefälles ist vorzugsweise zwischen
2 bis 4-mal geringer als das Gefälle
längs Linie
AA über
dem Teil S2. Die 3B und 3C zeigen
Schnittansichten längs der
Linien EE bzw. FF in 1.
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4 zeigt
eine Momentaufnahme, die simulierte Ergebnisse für ein Wellenbad darstellen. Das
Diagramm in 4 zeigt die Entfernung längs des
Beckens und die auf den nominellen Wasserspiegel bezogene Wellenhöhe. Das
Wellenbad umfasste einen Wasserweg mit einem ersten geneigten Bereich
mit einem Gradienten von 1:40 und einer Konvergenzrate der Seitenwände von
15 Grad. Das Wellenerzeugungsmittel erzeugte eine Wellenperiode
von 4 Sekunden, und der Wasserweg hatte eine Tiefe von 3 m am tiefsten
Punkt und 2,25 m am flachsten Punkt. Die simulierten Wellen hatten
einen Wellenkamm, der begrenzt war auf etwa gleich die Breite des
schmalen Endes des Wasserwegs, der Wellenkamm war relativ gleichmäßig, hatte
eine zufriedenstellende Form zum Surfen über den Wasserweg, und das
Profil der Wellenhöhe änderte sich
we nig entlang dem Becken. Die vorstehend beschriebenen simulierten
Ergebnisse wurden in einem Maßstabmodell
bestätigt.
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So
wird dem Fachmann aus der obigen Beschreibung klar sein, dass jedes
Wellenbad gemäß mehreren
Faktoren konzipiert ist. Ausgangspunkt ist die Feststellung, ob
das Wellenbad 1 durch Modifizieren eines bestehenden Beckens
angefertigt oder speziell entworfen werden soll. Der allgemeine
Typ der Welle muss ausgewählt
werden, und zwar danach, ob er für
fortgeschrittene Wellenreiter, mittelmäßige Wellenreiter oder Anfänger geeignet
sein soll. Die erforderliche Steilheit der Wellenvorderseite, d.h.,
ob die Welle eine leicht brechende Welle oder eine mit scharfem
Kamm ist, um eine Kippwelle oder stark brechende Welle entstehen
zu lassen, erfordert eine unterschiedliche Auslegung des Wellenbads. Die
Planungsvariablen wie z.B. die Konvergenzrate der Seitenwände 5, 6,
die Neigungen und relativen Neigungen von erstem und zweitem geneigten
Teil 14, 13, der Abstand, der von einem etwaigen
Kanal S3 eingenommen wird, sowie die Periode der erzeugten Wellen
können
allesamt variiert und optimiert werden, um ein geeignetes Wellenbad 1 zu
erschaffen. In hohem Maße
bevorzugt sind daher Computer-Simulationen, um alle Variablen und
ihre Wechselwirkungen berücksichtigen
zu können,
und es können
sich viele unterschiedliche Entwürfe
ergeben. Diese Planungsvarianten sollen jedoch zum Umfang der vorliegenden
Erfindung gehören.
Simulationen, die zur Planung eines Wellenbads der vorliegenden
Erfindung geeignet sind, können
mit hydrodynamischen numerischen Modellieranwendungen durchgeführt werden.
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Durch
die Kombination aus erstem und zweitem geneigten Teil 14, 13 des
Bodens des Wasserwegs 2 und die konvergierenden Seiten 5 und 6 wird es
möglich,
eine Welle zu erzeugen und entlang dem Wasserweg 2 weiterlaufen
zu lassen, die eine Reihe verbesserter Eigenschaften gegenüber den
Wellen in gegenwärtig
bekannten Wellenbädern
aufweisen kann. Insbesondere ist es möglich, störende Reflexionen zu verringern
und die Wellenhöhe
zu steigern. Man kann davon ausgehen, dass das wie hierin beschriebene
Wellenbad 1 besonders geeignet ist, ein Umfeld zum Surfen
mit hohem Wert für
Surfer, Boogie-Boarder oder andere Wassersportbegeisterte bereitzustellen,
die nach brechenden Wellen verlangen.
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Wenn
in der obigen Beschreibung Bezug genommen wurde auf spezielle Komponenten
oder Zahlenwerte der Erfindung, die bekannte Entsprechungen aufweisen,
so sollen diese Entsprechungen hierin so mitaufgenommen sein als
seien sie einzeln aufgeführt
worden.
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Zwar
wurde diese Erfindung beispielhaft und mit Bezug auf mögliche Ausführungsformen
beschrieben, doch ist es selbstverständlich möglich, Abwandlungen oder Verbesserungen
daran vorzunehmen, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der
in den beigefügten
Ansprüchen
definiert ist.