Es gilt das gesprochene Wort!
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- Walter Ferdinand Auttenberg
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1 Auswirkungen der Schiffsgrößenentwicklung auf Seeschifffahrtsstraßen Ästuarsysteme I (K2) Dr.-Ing. Uliczka / Dipl.-Ing. (FH) Kondziella Es gilt das gesprochene Wort! Projekte und Entwicklungen für aktuelle Fragestellungen im Küstenwasserbau BAWKolloquium Dienststelle Hamburg am
2 Vortragsgliederung Veranlassung Schiffsgrößenentwicklung Seeschifffahrtsstraßen (SeeSchStr) Foto: BAW Wechselwirkung Seeschiff / Seeschifffahrtsstraße Hydrodynamische Belastungen Schiffshydrodynamik FuE-Projekt Schiffserzeugter Sedimenttransport (SeST) Projektkonzept und Modellvorstellungen Ergebnisse aus Messungen am Nordostsee-Kanal Zusammenfassung Seite 2
3 Schiffsgrößenentwicklung Fotos: BAW Seite 3
4 Veranlassung Wechselwirkung Seeschiff / Seeschifffahrtstraße Sedimenttransport Zusammenfassung Seeschifffahrtsstraßen nach Seeschifffahrtsstraßenordnung (SeeSchStrO, 2009): die Wasserflächen zwischen der Küstenlinie bei mittlerem Hochwasser (MThw) die Wasserflächen zwischen den Ufern der bezeichneten Teile der Binnenwasserstraßen seewärtige Begrenzung der Binnenwasserstraßen und drei Seemeilen seewärts markierten Binnenwasserstraßen und Seewasserstraßen Seite 4
5 Querschnittsverhältnis: Wasserstraße / Hauptspant n = A / A S (z.b. SeeSchStr Elbe) b = 32 m b = 59 m Absunk = Sog Seite 5
6 Hydrodynamische Belastungen Schiffserzeugte Verdrängungs- und Schwellströmung (BERNOULLI-Strömung) Auswirkung Größenentwicklung: Zunahme v R = f ( n, w B,, v S = konstant) Schadensvermeidung: u.a. Reduzierung v S Langperiodische Schiffswellen: Bugstau-Absunk-Primärwelle (Primärwellensystem) Auswirkung Größenentwicklung: Abnahme h = Zunahme z A = f ( n, w B,, v S = konstant) Schadensvermeidung: u.a. Reduzierung v S Film u. Foto: BAW Seite 6
7 Schiffshydrodynamik Squat / Trimm: Absenkung des fahrenden Schiffs mit seinem Primärwellensystem (nach Schneekluth, 1988) Auswirkung Größenentwicklung: Zunahme S = f (z A, n,, v S = konstant ) Bank-Effekt: Einseitige schiffserzeugte Strömungserhöhung bei außermittiger Fahrt (vgl.: Tragflügeleffekt) Auswirkung Größenentwicklung: Zunahme v R = f ( w B, n T,, v S = konstant) Schiff-Schiff-Interaktion: Überlagerung von schiffserzeugten Strömungs- und Wellenfeldern bei Begegnungs- und Überholvorgängen Auswirkung Größenentwicklung: Zunahme v R u. z A = f (w P, w B, n,, v S = konstant ) Seite 7
8 FuE Schiffserzeugter Sedimenttransport (SeST) Besteht ein signifikanter Einfluss von Passagen tiefgangsrelevanter Schiffe auf die Sedimentdynamik in Seeschifffahrtsstraßen? Foto: BAW Seite 8
9 Schiffserzeugter Sedimenttransport (SeST) Modellvorstellungen Nahfeld Seite 9
10 FuE Schiffserzeugter Sedimenttransport (SeST) Besteht ein signifikanter Einfluss von Passagen tiefgangsrelevanter Schiffe auf die Sedimentdynamik in Seeschifffahrtsstraßen? NOK km 18 Foto: BAW Seite 10
11 FuE Schiffserzeugter Sedimenttransport (SeST) - NOK AIS-Track CTD + Trübung (Fierprofile) + SES-Querprofile ADCP_PDT SSC 100 KONDZIELLA, B., BÖDER, V., PROKOPH, A., SAUER A., (2012): Neue Verfahren zur Erfassung von schiffserzeugtem Sedimenttransport in NOK und Elbe, Geoinformation für die Küstenzone, Band 4, Hrsg: Traub, K., Kohlus, J., Lüllwitz, T KONDZIELLA, B., BÖDER, V., PROKOPH, A., SAUER A., (2012): Forschung und Entwicklung zum schiffserzeugten Sedimenttransport (SeST) im NOK und in der Elbe Bundesanstalt für Gewässerkunde Veranstaltungen 5/ x CTD + Trübung + Strömung Seite 11
12 FuE Schiffserzeugter Sedimenttransport (SeST) - NOK Zahlen zur Messkampagne NOK2012 Stationäre Messungen vom Schiffspassagen (Konvoi- u. Einzelereignisse) 103 Einzelereignisse (± 10 Minuten; ca. 20 %) Schiffsgestützte Messungen vom Schiffspassagen 161 Fierprofile (CTD + SSC) 175 SES-Querprofile (Akustische Signatur) 523 ADCP PDT SSC-Querprofile (SSC + v) Seite 12
13 FuE Schiffserzeugter Sedimenttransport (SeST) - NOK Einzelereignis - Querprofilmessung Akustische Signatur Akustische Rückstreusignale = u.a. Luftblasen, akustische Störungen Suspendiertes Material ADCP Sedimentkonzentration 300 g/m g/m 3 50 g/m 3 Foto: BAW Seite 13
14 FuE Schiffserzeugter Sedimenttransport (SeST) - NOK Einzelereignis - Querprofilmessung t 1 = 0 min t 2 = +1,1 min ADCP Sedimentkonzentration 50 g/m g/m g/m 3 t 3 = +2,5 min t 7 = +10,1 min t 4 = +4,0 min t 6 = +7,0 min t 5 = +5,5 min Seite 14
15 FuE Schiffserzeugter Sedimenttransport (SeST) - NOK Einzelereignis - Querprofilmessung t -1 = -12 min ADCP Sedimentkonzentration 50 g/m g/m g/m 3 SSC MITT = 49 g/m3 t 5 +5,5 min t 6 +7,0 min SSC MITT = 70 g/m3 SSC MITT,S = +21 g/m3 SeSS = +28 kg/lfm NOK SSC MITT = 64 g/m3 SSC MITT,S = +15 g/m3 SeSS = +20 kg/lfm NOK Seite 15
16 FuE Schiffserzeugter Sedimenttransport (SeST) - NOK Einzelereignis Punktmessung CS Wasserspiegel 6 l 1 min Hochpassfilter < 3s v x, y, z TKE = ½ (σ x2 + σ y2 + σ z2 ) [m 2 /s 2 ] Trübung [g/m 3 ] Foto: BAW Seite 16
17 FuE Schiffserzeugter Sedimenttransport (SeST) - NOK Einzelereignis Punktmessung MG Wasserspiegel Hochpassfilter < 3s v x, y, z TKE = ½ (σ x2 + σ y2 + σ z2 ) [m 2 /s 2 ] Trübung [g/m 3 ] Foto: BAW Seite 17
18 FuE Schiffserzeugter Sedimenttransport (SeST) - NOK Klassifizierung Trübung Punktmessung Seite 18
19 Auswirkungen Schiffsgrößenentwicklung: Entscheidende Parameter der Strömungs- und Wellenbelastung Querschnittsverhältnis n (u.a. Schiffsbreite b ) Uferabstand w B Schiffsgeschwindigkeit v S Entscheidende Parameter der Schiffsdynamik (z.b. Squat, Bank-Effekt, Schiff/Schiff) Querschnittsverhältnis n; Uferabstand w B, Passierabstand w P Schiffsgeschwindigkeit v S Steuerungsparameter: Schiffsgeschwindigkeit v S o FuE Schiffserzeugter Sedimenttransport: Abhängigkeit vom Energieeintrag ( wie erwartet n, v S, ) Grenzen bei akustischen Messverfahren Analyse punktueller Messverfahren Horizontale/vertikale Verteilung durch akustische Messverfahren! Seite 19
20 Dank an die beteiligten Projektpartner: WSA Brunsbüttel / ABz. Hochdonn HafenCityUniversität Hamburg Aqua Vision BV, NL Team BAW Seite 20
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