Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung

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1 Berner Fachhochschule Hochschule für Architektur, Bau und Holz HSB Burgdorf, Biel Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung Wind, Wellen, Bathymetrie, Sedimente

2 Wozu werden Grundlagen benötigt? 1. Planung Seebodentopographie (Bathymetrie) Ausdehnung der Flachwasserzone Verlauf der Uferlinie Strömungsverhältnisse (Längs- / Querströmungen) Geologische Daten Ökologische Randbedingungen 2. Bemessung Seebodentopographie (Bathymetrie) Wellenhöhe und Wellenanlaufrichtung Wasserspiegelhöhen (Pegeldaten) Sedimentdaten (Sedimenteigenschaften und Stratigraphie) 3. Erfolgskontrolle Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 2

3 Datenherkunft 1. Windmessungen (Meteo Schweiz), Pegelmessungen (Bundesamt für Umwelt, kantonale Ämter) 2. Luftbildaufnahmen 3. Simulationen (numerische Analysen, Modellversuche) 4. Übertragungsrechnungen (Korrelationsrechnungen, Fetch-Diagramme) 5. Feldmessungen Wind- und Wellenmessungen Bathymetrie Sedimentuntersuchungen Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 3

4 Wind- und Wellenmessungen Messung der Wellenhöhen: Ultraschallsonden kapazitive Sonden Messbojen Messung der Wellenrichtung: Messbojen Strömungsmesser Messung der Windgeschwindigkeit: Anemometer Messung der Windrichtung: Windfahne Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 4

5 Wind- und Wellenmessungen Aufbau der Messanlage am Bielersee 1 Windmonitor N 2 Kapazitive Stabpegelsonde Q 3 Ultraschallsonde 4 Solarpanel R 5 Datalogger P O Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 5

6 Wind- und Wellenmessungen Windstärke [m/s] Windstärke Windrichtung W S O N Windrichtung : : : : : : : : : : : : : : :00 Wellenhöhe [mm] :52 01:21 01:50 02:18 02:47 03:16 03:45 04:14 04:42 Uhrzeit Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 6

7 Auswertung Short-Term Analyse (Wellen): Energiespektrum (Wellenperiode, Frequenz) Signifikante Wellenhöhe Fourieranalyse H 1/3 = 0.74 m T = 2.74 s ω = 0.36 Hz Signifikante Wellenhöhe: H = 4 1/ 3 EG Long-Term Analyse (Wind): Dr. E. Wyler Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 7

8 Bestimmmung der Wellenhöhe mit Fetch- Diagrammen Windgeschwindigkeit U W [m/s] Beispiel Sutz: Windstärke: u m = 12.5 m/s Tr = 1 Jahr Tr = 10 Jahre Tr = 100 Jahre Überstreichlänge: L = 11 km Wellenhöhe (gemessen): H 1/3 = 1.02 m Winddauer [h] Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 8

9 Messungen zur Ermittlung der Wirksamkeit von uferparallelen Schutzmassnahmen K t = H s,trans / H s,inc H s : signifikante Wellenhöhe (H 1/3 ) d: Wassertiefe h: Höhe der Lahnung Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 9

10 Wirkungsweise von Lahnungen Reduzierung der Wellenenergie durch Dissipation der ankommenden Wellen wellenberuhigter Bereich erneute Entstehung von Windwellen Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 10

11 Wirksamkeit von Lahnungen Messung Mörigen Messung Lüscherz Transmissionskoeffizient K t [-] Jahre 1.25 Jahre 1.75 Jahre 2.25 Jahre 2.75 Jahre Alter der Lahnung 2 0 h/d [-] Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 11

12 Wirksamkeit von Lahnungen Problem: zunehmende Porosität der Faschinen kurze Unterhaltsintervalle < 1 Jahr < 2 Jahre < 3 Jahre Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 12

13 Bathymetrie Messverfahren: Tachymeter mindestens 3 Punkte müssen lage- und höhenmässig bekannt sein gute Zugänglichkeit Beschränkung auf Wassertiefen bis ca m Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 13

14 Bathymetrie Messverfahren: GPS in Kombination mit Echolot möglich in schwer zugänglichen Gebieten Wassertiefen ab ca m Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 14

15 Bathymetrie Messverfahren: GPS in Kombination mit Rover möglich in schwer zugänglichen Gebieten geeignet zur Vermessung der Uferlinie und sehr flacher Bereiche Beschränkung auf Wassertiefe bis ca m Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 15

16 Bathymetrie - Resultate Geländepunkte und Geländemodell (Mörigen 2005) Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 16

17 Bathymetrie - Resultate Vergleich der Seebodentopographie (Mörigen) Akkumulation Erosion Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 17

18 Bathymetrie - Resultate Vergleich der Seebodentopographie (Mörigen) Akkumulation Erosion Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 18

19 Sedimentcharakterisierung Ermittlung der Korngrössenverteilung Porenvolumen (Porosität) vertikale Schichtung (Stratigraphie) Ziel: Bestimmung der Grundlagendaten für die Bemessung von Uferschutzmassnahmen Berechnung der Sedimenttransportkapazität Grundlagendaten für die numerische Analyse Beurteilung der Standsicherheit von Uferschutzmassnahmen Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 19

20 Entnahme der Sedimentproben Korngrössenverteilung Gestörte Proben: Entnahme mit Kastengreifer (Gewässer- und Bodenschutzlabor, Kanton Bern) Stratigraphie, Porenvolumen Ungestörte Proben: Entnahme mit Kurzkerngerät (Gewässer- und Bodenschutzlabor, Kanton Bern) Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 20

21 Probenanalyse Porenvolumen (Porosität): n = 1 ρ ρ d s mit ρ d = m d V n: Porosität m d : Masse der trockenen Probe ρ d : Trockendichte V: Volumen der ungestörten Probe ρ s : Korndichte Proben Gals Proben Mörigen Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 21

22 Probenanalyse Korngrössenverteilung: kombiniertes Sieb- und Sedimentationsverfahren (Siebanalyse nach EN und Aräometeranalyse nach SN a) Resultate: Kornverteilungskurve mittlerer Korndurchmesser d Durchgangssumme [%] Probe N1-3 Probe N Korngrösse [mm] Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 22

23 Sedimentverteilung Beispiel La Neuveville: percentage N3-5 N3-3 N3-2 N classes of grain sizes d m mm N2-3 d m mm N2-2 N2-1 N1-1 N1-2 N1-3 N1-4 N m Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 23

24 Zusammenfassung Felduntersuchungen liefern die Grundlagen für die Planung von Uferschutzprojekten, für die Bemessung von Uferschutzmassnahmen und für numerische Analysen. Felduntersuchungen helfen bei der Erfolgskontrolle von Uferschutzmassnahmen. Da Erfahrungswerte zum Langzeitverhalten ingenieurbiologischer Uferschutzmassnahmen grösstenteils fehlen, können regelmässig durchgeführte und dokumentierte Feldmessungen eine wertvolle Datenbasis liefern und so eine wissenschaftlich abgestützte Erfolgskontrolle unterstützen. Vorsicht bei der Auswertung der Resultate: Kurzfristige, z. B. jahreszeitlich bedingte Schwankungen können unter Umständen grösser sein als Langzeittrends. Resultate von Feldmessungen sind ortsgebunden und nicht ohne weiteres auf andere Uferbereiche übertragbar. Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 24

25 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Ermittlung von Grundlagen für die Bemessung 25