Sensor- und risikobasiertes Frühwarnsystem für Seedeiche

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Kick-Off Seminar Frühwarnsysteme, 19. Oktober 2015, Hannover Sensor- und risikobasiertes Frühwarnsystem für Seedeiche Univ.-Prof. Dr.-Ing. Holger Schüttrumpf 1 Verena Krebs, M.Sc. 1 Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jensen 2 Prof.

1 Kick-Off Seminar Frühwarnsysteme, 19. Oktober 2015, Hannover Sensor- und risikobasiertes Frühwarnsystem für Seedeiche Univ.-Prof. Dr.-Ing. Holger Schüttrumpf 1 Verena Krebs, M.Sc. 1 Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jensen 2 Prof. Dr.-Ing. Peter Fröhle 3 Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Thomas Gries 4 Prof. Dr.-Ing. Jörg Blankenbach 5 Dr.-Ing. Rainer Lehfeldt Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft der RWTH Aachen University; 2 Forschungsinstitut Wasser und Umwelt der Universität Siegen; 4 Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University; 3 Institut für Wasserbau der Technischen Universität Hamburg- Harburg; 5 Geodätisches Institut der RWTH Aachen University; 6 Bundesanstalt für Wasserbau

Personen Mehr als 10 Mrd. Sachwerte in Hamburg und mehr als 48 Mrd.

Frühwarnsysteme für Sturmfluten und Hochwasserereignisse basieren nur auf

2 Einführung km² niedrig liegende Küstengebiete 2,5 Millionen potentiell gefährdete Personen Mehr als 10 Mrd. Sachwerte in Hamburg und mehr als 48 Mrd. Sachwerte in den überflutungsgefährdeten Gebieten in Schleswig- Holstein Aktuelle Frühwarnsysteme für Sturmfluten und Hochwasserereignisse basieren nur auf Vorhersage von Wasserständen Aktuelle Frühwarnsysteme berücksichtigen nicht: Windinduzierte Wellen Strömungen Widerstandsfähigkeit von Seedeichen Foto: DPA Foto: Scholz Foto: Thiesel 2

3 Zielsetzung Entwicklung von Technologien und Modellierungswerkzeugen für ein innovatives sowie intelligentes risiko- und sensorgestütztes Frühwarnsystem, welches am Beispiel von Seedeichen getestet wird. Daher ist es erforderlich, ein Frühwarnsystem unter Einbezug aller bekannten Prozesse und eines risikobasierten Ansatz aufzubauen und durch die Kombination verschiedener Sensordaten, Vorhersagemodelle, Marine Daten-Infrastrukturen und intelligenter Technologien zu erweitern. 3

4 Projektpartner 4

5 Projektgliederung und Arbeitspakete 5

6 AP1 - Sturmflutsimulator Quelle: fwu,

7 AP1 - Sturmflutsimulator 7 Quelle: fwu, 2015

8 AP2 - Wellenbelastungssimulator AP2: Wellenmonitoring und Wellenbelastungssimulator Numerische Modellierung (nowcast und forecast) der Seegangsbedingungen auf der Nordsee (Wave Monitor) Methodik und (exemplarische) Implementation eines modellbasierten Ansatzes zum now- und forecast der Wellenbelastungen (möglichst phasenaufgelöst) auf einen Deichabschnitt Anbindung an Dike Simulator und GeoPortal Hierzu: Installation und Betrieb einer Messkette zur Erfassung der hydrodynamischen Belastung vor und auf dem Deich für einen beispielhaften Seedeich im Feld 8 Quelle: TUHH WB, 2015

9 AP2 - Wellenbelastungssimulator 9 Quelle: TUHH WB, 2015

10 AP 3 - Deichmonitoring Wie können Versagensmechanismen frühzeitig erkannt werden? 10 Auswahl möglicher Deichversagensmechanismen nach KORTENHAUS & OUMERACI (2002)

11 Einsatz intelligenter Geotextilien Einbau auf landseitiger Böschung Einbau unterhalb der Deckschicht Entwicklung von zwei verschiedenen Sensortypen: 1. Wasserstandsensoren 2. Deformationssensoren Datenerfassung über Sensorknotenpunkte 11

12 Physikalische Untersuchung Modellphysikalische Untersuchungen mikroskalig in situ mesoskalig makroskalig 12

Erste kleinmaßstäbliche Versuche Sensoreinbau Ausbildung Sickerlinie 0.8 0.7 0.6 0.

13 Erste kleinmaßstäbliche Versuche Sensoreinbau Ausbildung Sickerlinie Kanal 2 Kanal 3 Kanal 4 Kanal 5 Kanal 7 Kanal 8, 9, 10 Auswertung Sensoren Spannung [V] Zeit [sec] 13

14 Durchsickerung 14

15 Einbau Intelligenter Geotextilien Erste Prototypmessung: Carbonrovings (Faserbündel) werden mittels Sticktechnik auf Trägermaterial (hier Geotextil) aufgebracht Verkabelung der Fasern, Einbau von Referenzwiderständen, Anlegen einer konstanten Stromstärke Spannungsmessung zwischen jeweils zwei Rovings Wasser zwischen zwei Rovings -> Reduzierung des Widerstands -> Spannungsabfall 15

Auswertung erster Sensorversuche 0.8 0.7 0.6 Ch 2 Ch 3 Ch 4 Ch 5 Ch 7 Ch 8, 9, 10 0.5 Spannung [V] 0.4 0.3 0.2 0.

16 Auswertung erster Sensorversuche Ch 2 Ch 3 Ch 4 Ch 5 Ch 7 Ch 8, 9, Spannung [V] Spannungsabfall an den Sensoren zeigt ansteigenden Wasserstand auf der Binnenböschung des Deiches infolge der Durchsickerung Lage der Sensoren im Modelldeich Zeit [sek]

17 AP 3 - Weiteres Vorgehen Entwicklung von Tools zur Datenanalyse und Datenaufbereitung für Deich-App bzw. GeoPortal Weiterentwicklung der Messtechnik für Wasserstandsensoren Entwicklung und Validierung der Deformationssensoren Vorbereitung der großmaßstäblichen Versuche Seitenansicht des geplanten Deichmodells 17

Widerstandsfähigkeiten von Bauwerken mit Einwirkungs-Versagensfunktionen GeoPortal

18 AP4 - Überflutungssimulator Hydrodynamische Analyse Ermittlung von Überflutungsflächen, Wasserständen und Fließgeschwindigkeiten Zuverlässigkeitsanalyse Ermittlung der Widerstandsfähigkeiten von Bauwerken mit Einwirkungs-Versagensfunktionen GeoPortal Analyse der Konsequenzen Ermittlung der Konsequenzen für Werte, Güter und Personen im Überflutungsbereich 18

19 AP 5 Entwicklung SGDI Implementierung einer Sensor- und Geodateninfrastruktur (SGDI) Dateninfrastruktur des GeoPortals Quelle: gia,

20 AP 5 Entwicklung SGDI Implementierung einer Sensor- und Geodateninfrastruktur (SGDI) Aufbau eines webbasierten GeoPortals Entwurf des GeoPortals Quelle: gia,

21 Kick-Off Seminar Frühwarnsysteme, 19. Oktober 2015, Hannover Sensor- und risikobasiertes Frühwarnsystem für Seedeiche Vielen Dank an: Foto: Scholz 21

22 Quellennachweis FWU (2015): Arbeitspaket 1 Storm Surge Monitor and Simulator. Präsentation auf Kick-off-Meeting EarlyDike, , Aachen (unveröffentlicht). GIA (2015): Arbeitspaket 5 Sensor- und Geodateninfrastruktur. Präsentation auf Kick-off-Meeting EarlyDike, , Aachen (unveröffentlicht). KORTENHAUS, A.; OUMERACI, H. (2002): Probabilistische Bemessungsmethoden für Seedeiche (ProDeich). Leichtweiss-Institut für Wasserbau, Braunschweig. TUHH WB (2015): WorkPackage 2 Wave Monitor and Wave Load Simulator. Präsentation auf Kick-off-Meeting EarlyDike, , Aachen (unveröffentlicht). 22

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