INTBEM B Mathematische Modellierung der hydrodynamischen Belastungen von See- und Ästuardeichen

Ähnliche Dokumente
NLWKN - Geschäftsbereich III

Deichverstärkung Alter Koog Nordstrand

INTBEM. Integrierte Bemessung von See- und Ästuardeichen

Experimentelle Untersuchungen zur Erosion oberhalb von Dünendeckwerken

Analyse bodenmechanischer Prozesse zur funktionalen Optimierung von (INTBEM A)

NUMERISCHE UND EXPERIMENTELLE SIMULATION VON DEICHBRUCHVORGÄNGEN DURCH DRUCKSCHLAGBELASTUNGEN. von

ERMITTLUNG VON WELLENÜBERLAUFMENGEN AN STURMFLUTSCHUTZWÄNDEN AUF DEICHEN. von

Wasserbauliches Versuchswesen im Wandel der Zeiten - Historie, Stand und Perspektiven

Leibniz Universität Hannover Fakultät für Bauingenieurwesen und Geodäsie. Franzius-Institut für Wasserbau und Küsteningenieurwesen

ConDyke Einfluss von konkaven und konvexen Knicken im Deichlängsprofil auf die Freibordermittlung von See- und Ästuardeichen

Laborpraktikum Wellenauflauf und -überlauf : Versuchsdurchführung und Ergebniserfassung

Sichere Zukunft für die Halligen. Jacobus Hofstede

Mathematische Modellierung von Wellenaufund -überlauf

Hydraulische Modellversuche zur Freibordbestimmung an Sturmflutschutzwänden

Forschung für den Küstenschutz im GWK gestern, heute, morgen. Stefan Schimmels, Forschungszentrum Küste (FZK)

Küstenvorfeld und Ästuare im Klimawandel

Planungen zum Küstenschutz in Niedersachsen

Rekonstruktion historischer Ästuarzustände zur Analyse der Tidedynamik in der deutschen Bucht

Entwicklung und Evaluation von nachhaltigen Küstenschutzkonzepten für die Halligen

Laborpraktikum Wellenauflauf und -überlauf : Aufgabenstellung, theoretischer Hintergrund und Praktikumsablauf

Mittelfristige Tide- und Seegangsmodellierung für das Einzugsgebiet des Norderneyer Seegats

Sturmfluten in Hamburg aber sicher! 40 Jahre Sturmflut 1976 gestern, heute, morgen

2 Amt für ländliche Räume Husum

Deichverstärkung Dagebüller Koog Nord 2. Bauabschnitt Koog-km bis 2+350

Knut Sommermeier Staatliches Amt für Landwirtschaft und Umwelt, Mittleres Mecklenburg

Anpassungsstrategien für den Hochwasserschutz im Land Bremen

Sensor- und risikobasiertes Frühwarnsystem für Seedeiche

Büsching, F.: Küsteningenieurwesen 2002/15.1

Ergebnisse der Sicherheitsüberprüfung der Warften auf der Hallig Langeneß III

Entwicklung von Anpassungsstrategien im Küstenund Hochwasserschutz vor dem Hintergrund des Klimawandels"

Ermittlung von Bemessungsseegang für Küstenschutzwerke im Wattenmeer

Strategien für den Küstenschutz Ergebnisse aus dem Projekt RAdOst

WELLENBELASTUNG EINES MOBILEN KÜSTENHOCHWASSERSCHUTZBAUWERKES. von Sandra Burg 1 Andreas Kortenhaus 2 Hocine Oumeraci 3

Küstenschutz in Zeiten des Klimawandels

Validierung und Regionalisierung von Bemessungshochwasserständen an der deutschen Ostseeküste

Geotechnische Fragestellungen im Verkehrswasserbau für den Küstenbereich Dr.-Ing. Martin Pohl

Orkan Xaver Seegangsstatistik an den Stationen FINO 1 und Borkum-Südstrand

Ingenieurkammer Niedersachsen Meeresspiegelanstieg, Sturmfluten und Küstenschutz - Was Ingenieure am Strand und im Hafen machen?

Versagen und Konsequenzen des Versagens von Küstenschutzbauwerken in Mecklenburg-Vorpommern. M.Sc. Angelika Gruhn Prof. Dr.-Ing.

Analysing long-term changes of tidal dynamics in the German Bight (ALADYN)

Workshop Küstenraum und Klimawandel. Küstenmanagement & Klimawandel: Status Quo Rostock-Warnemünde, 5./6.Oktober 2009

Nachhaltiger Küstenschutz unter Berücksichtigung des Klimawandels am Beispiel der Halligen

Küstenschutz in Zeiten des Klimawandels

Klima-Anpassungsstrategie im Küstenschutz des Landes Schleswig-Holstein. Jacobus Hofstede

Hochwasserschutz in den außendeichsliegenden Gewerbegebieten Bremens

Quantifizierung der Sedimentakkumulation auf den Halligen Hooge, Langeness und Nordstrandischmoor

Umbau der Talsperre Wendebach Anhang 6: Freibordbemessung

FuE-Projekt Deichwiderstand

Gutachten 05/2014. Überprüfung der Sturmflutsicherheit im Einflussbereich des geplanten Offshore-Terminals Bremerhaven

Geowissenschaftliches Zentrum Abtl. Sedimentologie/Umweltgeologie

Die Synergie von Klimaforschung und Küsteningenieurwesen: Forschung zum Umgang mit dem Sturmflutrisiko längs der Deutschen Nordseeküste

Belastungen von Küstenschutzanalagen

Bemessung von See- und Ästuardeichen in Niedersachsen

Zeitliche Kolkentwicklung durch einen Monopile unter Seegang bei Sturmflut

OptempS-MohoWif. Optimierung empirischer Sturmflutvorhersagen und Modellierung hoch auflösender Windfelder

Geotechnische Aspekte bei Dämmen und Deichen im Überblick

Sediment- und Morphodynamik im Niedersächsischen Wattenmeer

Umsetzung des Artikels 6 der Europäischen Hochwasserrisikomanagementrichtlinie

"Hydraulische Auswirkungen künstlicher Riffe auf Tsunami Wellen - Laboruntersuchungen"

Numerische Modellierung von Wasserstand und Seegang an Halligwarften als Grundlage für die Ermittlung von Sicherheitskriterien

Eine sichere Zukunft für die Halligen Ministerialdirigent Dietmar Wienholdt

Statistisch-probabilistische Einordnung von Sturmfluten mit sehr geringen Eintrittswahrscheinlichkeiten. Jürgen Jensen & Christoph Mudersbach

DHI-Workshop in Bremen, Seite 1

PROJEKTVORSTELLUNG LIVING COASTLAB HALLIG. Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jensen & Dr.-Ing. Arne Arns

Kosten- und Zeitersparnis durch konstruktionsbegleitende Simulation mit CATIA V5 Die numerische Simulation ist mittlerweile ein fester und nicht mehr

Ausführliche Lösungen zu ausgewählten Aufgaben von ÜB 5 und 6. Streudiagramm

Küstenschutz für die Insel Wangerooge. Erhöhung und Verstärkung des Dorf- und Ostgrodendeiches

Windfelder auf der Elbe (KFKI-Projekt OPTEL)

Freibordbemessung an Hochwasserschutzanlagen

Klima-Vortragsreihe Meeresspiegelanstieg und Sturmfluten an

MUSTERLÖSUNG K L A U S U R KÜSTENINGENIEURWESEN II

Der Urknall und die Kosmische Hintergrundstrahlung

Eurotop Das europäische Wellenüberlaufhandbuch

Schwebstoffmessungen Ein unverzichtbarer Beitrag zur Validierung numerischer Simulationsmodelle

5. Erschütterungen. 1. Ausbreitung von Erschütterungen. 2. Beurteilung von Erschütterungen. 3. Reduktion von Erschütterungen

Verweilzeitverhalten im Rührkessel / Kaskade und Verweilzeitverhalten im Strömungsrohr

Vergleich Auslaufbecher und Rotationsviskosimeter

Bemessungsseegang für die Deckwerke am Nordweststrand von Norderney

Allgemeine Chemie Computer Praktikum Frühjahrssemester Regressions-Tutorial Lineare und nicht-lineare Regression

UNTERSUCHUNGEN ZUR VORBEMESSUNG EINES INNOVATIVEN DECKWERKS FÜR DEN KÜSTENSCHUTZ. von Tijl Staal 1 Matthias Kudella 2 Hocine Oumeraci 3

Seminar im Wintersemester 2010/2011: Quantitative und implementierte Methoden der Marktrisikobewertung

Übungen zu Einführung in die Analysis

Küstenschutz in Zeiten des Klimawandels. Dr.-Ing. Johannes Oelerich Landesbetrieb für Küstenschutz, Nationalpark und Meeresschutz Schleswig-Holstein

Küstenschutz in Niedersachsen Das Küstenschutzprogramm des Landes Niedersachsen

Erarbeitung eines Fachplans Küstenschutz Ostseeküste S.-H. LKN-SH Geschäftsbereich 2 Dirk van Riesen RAdOst Timmendorfer Strand,

Schleswig-Holstein Der echte Norden

Die zeitabhängige Durchströmung von Dämmen

Wellenbelastung und Stabilität hydraulisch gebundener Deckwerke

Höhere Mathematik III für die Fachrichtung Physik

BRUCHENTWICKLUNG UND DURCHBRUCH VON SEEDEICHEN GROßMAßSTÄBLICHE MODELLVERSUCHE. von Peter Geisenhainer 1 Hocine Oumeraci 2

Ein Wort vorweg: Der WWF wünscht sich für die Halligen, dass

ZENARiO-Kolloquium Carl-von-Ossietzky Universität Oldenburg

Hybride Modellierung zur Optimierung von Hochwasserschutzmaßnahmen

Dieter Brandt: Unterricht mit dem V200 in der Kurstufe Workshop Unterrichtsbeispiele Tagung Karlsruhe 7. März 2006

Kolkbildung und Dimensionierung des Kolkschutzes eines OWEA-Schwerkraftfundaments

Anwendung. an einem Beispiel. Dr.-Ing. Tilman Holfelder Dr.-Ing. Renald Soyeaux Bundesanstalt für Wasserbau, Karlsruhe

Fadenpendel (M1) Ziel des Versuches. Theoretischer Hintergrund

Transkript:

INTBEM B Mathematische Modellierung der hydrodynamischen Belastungen von See- und Ästuardeichen Arbeitsgruppe: Dipl.-Ing. Cordula Berkenbrink Dipl.-Ing. Ralf Kaiser Dipl.-Ing. Hanz Dieter Niemeyer KFKI-Seminar, 28.10.09

Projektziele INTBEM Entwicklung einer integrierten Bemessung von See- und Ästuardeichen Berücksichtigung der hydrodynamischen Belastung, der Deichgeometrie und der Eigenschaften des verwendeten Erdbaustoffes Deiche können zukünftig sicherer und wirtschaftlicher dimensioniert werden Sicherheitsreserven bzw. Sicherheitsdefizite bestehender Deiche können quantifiziert werden Erstellung von Prioritätskatastern für zukünftig notwendige Deichverstärkungen im Insel- und Küstenschutz

Arbeiten von INTBEM B Mathematische Modellierung der hydrodynamischen Belastung (Wellenauflauf, Wellenüberlauf, Auf- und Rücklaufgeschwindigkeiten, Schichtdicken, etc.) Verifikation des Modells auch an Hand komplexer Geometrien Nachweis der Erforderlichkeit eines Modells ins Besondere im Hinblick auf die Verfügbarkeit umfangreicher empirischer Gleichungen

Bemessung von Seedeichen in Niedersachsen nach Lüders u. Leis 1964, ML 1973 und Niemeyer 2000 e) g 2π rechnerische Bestickhöhe A 97 = 1.62 Hm0 Tm 1,0 tanα γ R Bemessungswasserstand d) säkularer Anstieg + Klimazuschlag c) Maximaler Stau; ergibt sich aus HHThw - MThw b) Größte Springerhöhung MThw Mittleres Tidehochwasser a) der letzten 5 Jahre 0 bezogen auf NN NN MTnw

Bemessungskonzept INTBEM Meeresspiegelanstieg (Entwicklung MThw) Entwicklung der Sturmintensität Bemessungswasserstand Spektrum Bemessungsseegang Modelle für komplexe Deichgeometrien Identifizierung der bodenmechanische Prozesse Wellenauflauf und -überlauf in Abhängigkeit von der Deichgeometrie Quantifizierung der Widerstandsfähigkeit der Böden Deichgeometrie in Abhängigkeit der spezifischen Eigenschaften des Bodens Quantifizierung von Sicherheitsreserven zur Erstellung von Prioritätskatastern für zukünftige Deichverstärkungen

Wellenüberlauf - Belastungsreserven Derzeit angesetzte Überlaufsicherheiten 3% aller Wellen (TWB 1967) Niedersachsen 2 l/(m s) Generalplan Schleswig-Holstein 0,1-1,0 l/(m s) Niederlande Ergebnisse der Überlauftests in Delfzijl Keine Schäden an der Grasnarbe bis 50 l/(m s) Funktionserhalt bis 50 l/(m s) nach künstlicher Vorschädigung

Überlauftoleranz und Bemessungswasserstand 18 2,31 10 6,60 m BWSt (mnn) 2,31

Mathematische Modellierung OTT-1D Flachwassergleichungen (Impuls- und Massenerhaltung) explizite Lösung über FVM nach dem Godunov-Verfahren Maximaler Rechenzeitschritt wird durch CFL-Kriterium beschränkt Wellenbrechen ist implizit durch Borenbildung enthalten effizient und stabil wenige Modelleinstellungen nötig

Eingabe OTT Wasserstand Seegang Bauwerk numerische Größen RWS Zeitreihe Spektrum Einzelwelle Geometrie Rauhigkeitsbeiwert Start-/Endpunkt Diskretisierungs- / Zeitschritte u.a. Ausgabe OTT Horizontale Geschwindigkeit Schichtdicke Wasserspiegelauslenkung Wellenüberlauf

OTT-1D original OTT-1D modifiziert

Vorgehen 1) alle Daten aus den verfügbaren Wellenkanalversuchen werden mit OTT-1D modelliert 2) Validierung des Modells mittels Regression Die Regressionsgerade sollte möglichst nah an der Referenzlinie liegen Die Streuung sollte möglichst gering sein 0,9 < R² <= 1,0 sehr gut bis perfekt 0,8 < R² <= 0,9 gut bis sehr gut

Vorgehen 1) alle Daten aus den verfügbaren Wellenkanalversuchen werden mit OTT-1D modelliert 2) Validierung des Modells mittels Regression 3) Vergleich mit empirischen Formeln speziell auf die Daten aus den jeweiligen Kanalversuchen angepasste Formel allgemeine Wellenüberlaufformel aus EurOtop 2007

empirische Formeln: Grundgleichung: mit: Q * R * Q 0 und b Q * = Q 0 exp (-b * R * ) dimensionsloser Wellenüberlauf dimensionslose Freibordhöhe empirische Beiwerte Anpassung der Beiwerte bis berechnete und gemessene Werte bestmöglich übereinstimmen unterschiedliche Berechnung: Norderney Weststrand: Norderney Nordstrand: EurOtop: nur von Seegang abhängig keine Geometrie von Seegang und äquivalenter Deichneigung abhängig keine exakte Geometrie, keine Rauhigkeit nahezu alle denkbaren Einflussfaktoren enthalten, jedoch mit gewissen Einschränkungen

Vorgehen 1) alle Daten aus den verfügbaren Wellenkanalversuchen werden mit OTT-1D modelliert 2) Validierung des Modells mittels Regression 3) Vergleich mit empirischen Formeln speziell auf die Daten aus den jeweiligen Kanalversuchen angepasste Formel allgemeine Wellenüberlaufformel aus EurOtop 2007 4) Kalibrierung des Modells

verfügbare Daten zur Validierung und Kalibrierung einfache Geometrie: Deich Großer Wellenkanal Hannover (2000) Wellenkanal Franzius Institut (2007) komplexe Geometrie: Deckwerk Wellenkanal Leichtweiß-Institut Norderney Weststrand (2003) Wellenkanal Leichtweiß-Institut Baltrum Weststrand (2006) Großer Wellenkanal Hannover Norderney Nordstrand (1999)

Versuchsanordnung im GWK (2000) nach Oumeraci et al. 2001

Vergleich: OTT-1D mit gemessenen Daten 20 OTT-1D gemessen = berechnet 15 q berechnet [l/(ms)] 10 5 R 2 = 0.8759 0 0 5 10 15 20 q gemessen [l/(ms)]

Vergleich: angepasste empirische Formel mit gemessenen Daten 20 Oumeraci et al. (2001) gemessen = berechnet 15 q berechnet [l/(ms)] 10 5 R 2 = 0.5833 0 0 5 10 15 20 q gemessen [l/(ms)]

Grundgleichung: Q * = Q 0 exp (-b * R * ) dimensionslose Parameter Q * = q 2 g H 3 m0 1 ξ d R * = R H m0 c ξ d empirische Beiwerte: Q 0 0,038 b 3,25 (offene Küste) 4,32 (Wattenmeer)

Vergleich: EurOtop mit gemessenen Daten 20 EurOtop (2007) gemessen = berechnet 15 q berechnet [l/(ms)] 10 5 0 0 5 10 15 20 q gemessen [l/(ms)] R 2 = 0.7995

Grundgleichung: Q * = Q 0 exp (-b * R * ) dimensionslose Parameter Q * = q g H m0 Hm0 /L tanα 0 1 γ b R * = R H c m0 Hm0 /L tanα 0 γ b 1 γ f γ θ γ υ empirische Beiwerte: Q 0 0,067 b 4,75

20 Vergleich: berechnete und gemessene Wellenüberlaufrate OTT-1D Oumeraci et al. (2001) EurOtop (2007) 15 gemessen = berechnet q berechnet [l/(ms)] 10 5 0 0 5 10 15 20 q gemessen [l/(ms)] R 2 = 0.8759 R 2 = 0.5833 R 2 = 0.7995

Vergleich: berechnete und gemessene mittlere Wasserüberdeckung 1.4 OTT-1D Oumeraci et al. (2001) 1.2 EurOtop (2007) gemessen = berechnet 1 d berechnet [cm] 0.8 0.6 0.4 0.2 R 2 = 0.8770 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 d gemessen [cm] R 2 = 0.7595 R 2 = 0.6329

Norderney Weststrand 3 Profile mit je 3 Wasserständen N16bg schmale breite Berme Berme kleine hohe Wand Wand Norderney N09bg N09sg Kortenhaus et al., 2004

Vergleich: OTT-1D mit gemessenen Daten 8 7 alle Profile schmale Berme, niedrige Wand breite Berme, niedrige Wand q OTT-1D [l/(sm)] 6 5 4 3 breite Berme, hohe Wand gem = ber 2 R 2 = 0.9535 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 q gemessen [l/(sm)] R 2 = 0.9915 R 2 = 0.9658 R 2 = 0.9522

Vergleich: angepasste empirische Formel mit gemessenen Daten 8 7 alle Profile schmale Berme, niedrige Wand breite Berme, niedrige Wand 6 5 breite Berme, hohe Wand gem = ber q Owen [l/(sm)] 4 3 2 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 q gemessen [l/(sm)] R 2 = 0.9846 R 2 = 0.9862 R 2 = 0.9898 R 2 = 0.9927

Grundgleichung: Q * = Q 0 exp (-b * R * ) dimensionslose Parameter Q * = g H m0 q T m 1,0 R * = T m 1,0 R c g H m0 empirische Beiwerte: Q 0 0,0081 b 45,447

Formel vom Weststrand am Nordstrand angewendet 45 40 Owen gemessen = berechnet 35 30 qowen [l/(s m)] 25 20 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 q gemessen [l/(s m)] R 2 = 0.7564

Vergleich: EurOtop mit gemessenen Daten 8 7 alle Profile schmale Berme, niedriege Wand breite Berme, niedriege Wand q EurOtop [l/(sm)] 6 5 4 3 breite Berme, hohe Wand gem = ber 2 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 q gemessen [l/(sm)] R 2 = 0.8278 R 2 = 0.9418 R 2 = 0.9429 R 2 = 0.9759

Grundgleichung: Q * = Q 0 exp (-b * R * ) dimensionslose Parameter Q * = q g H m0 Hm0 /L tanα 0 1 γ b R * = R H c m0 Hm0 /L tanα 0 γ b 1 γ f γ θ γ υ empirische Beiwerte: Q 0 0,067 b 4,75

Weitere übergebene Belastungsgrößen Wellenauf- bzw. Wellenüberlauf Schichtdicken auf Außenböschung, Krone und Binnenböschung mittlere Wasserüberdeckung Strömungsgeschwindigkeiten Auflauf- bzw. Ablaufgeschwindigkeiten Überlaufgeschwindigkeiten