Hydrodynamische Belastungen an Seeschifffahrtsstraßen Ästuarsysteme I (K2) - Dr.-Ing. K. Uliczka www.baw.de Ufersicherungen an Seeschifffahrts- und Binnenschifffahrtsstraßen BAWKolloquium Dienststelle Hamburg am 29.08.2013
Vortragsgliederung Seeschifffahrtsstraßen (SeeSchStr) Hydrodynamische Belastungen Tide Seegang Schiffsverkehr Größenordnung der Belastungen Messungen in der Natur Prognosen anhand von Modellen Bemessungsgrößen für Ufersicherungen Zusammenfassung und Ausblick Seite 2
Fotos: BAW See Küste Strand Sonne - Urlaub Seite 3
Schifffahrt Fotos: BAW Seite 4
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 5
Seeschifffahrtsstraßen Jade-Weser Elbe NOK Trave Warnow Stralsund Peenestrom nach Seeschifffahrtsstraßenordnung (2009): Lesum, Hunte, Eider, Oste, Lühe, Pinnau, Ryk Seite 6
Uferbelastungen Foto: BAW Tideströmung Seegang Foto: BAW Schiffserzeugte Belastungen Seite 7
Fotos: WSA Meppen Astronomisch bedingte Belastung einer Seeschifffahrtsstraße Tidewelle Tideströmung Sonderfall: Bore Seite 8
Astronomisch bedingte Belastung einer Seeschifffahrtsstraße Tideströmung Sonderfall Bore 0,8 1,0 m/s 1,6 1,8 m/s nach: Ufersicherung des DEK zwischen Herbrum und Papenburg, BAW (2006) Seite 9
Fotos: BAW Seegangsbelastung von Uferdeckwerken Außenelbe - Brunsbüttel Unterelbe HH-Rissen z. B.: Unterelbe, Juelssand Wasserstand: 4,5 mnn (MThw+2,5m) Windgeschwindigkeit: 24 m/s / 10 Bft. Windrichtung: 330 NNW Wellenhöhe: 0,45 m Wellenperiode: 2,6 s Seite 10
Fotos: BAW Seegangsbelastung von Uferdeckwerken z. B.: Außenelbe, Cuxhaven Wasserstand: 2,0 mnn (ca. MThw) Windgeschwindigkeit: 8 m/s / 4 5 Bft. Windrichtung: 330 NNW Wellenhöhe: 0,65 m Wellenperiode: 3,1 s Unterelbe HH-Rissen Seite 11
Fotos: BAW Seegangsbelastung von Uferdeckwerken bei Sturmfluten z. B.: Außenjade, Wangerooge Wasserstand: 4,0 mnn (ca. MHW+2,5 m) Windgeschwindigkeit: 24 m/s / 10 Bft. Windrichtung: 330 NNW Wellenhöhe: 3,4 m Wellenperiode: 6,8 s z. B.: Außenelbe, Cuxhaven Wasserstand: 2,0 mnn (ca. MThw) Windgeschwindigkeit: 8 m/s / 4 5 Bft. Windrichtung: 330 NNW Wellenhöhe: 0,65 m Wellenperiode: 3,1 s Unterelbe HH-Rissen Seite 12
Schiffserzeugte Belastungen Seite 13
Fotos: BAW Schiffserzeugte Belastungen Rückströmung Seite 14
Fotos: BAW Schiffserzeugte Belastungen Rückströmung Absunk = Sog Primärwelle = Schwell Sekundärwellen Seite 15
Schiffserzeugte Belastungen Messungen in der Natur z A,50 < 0,3 m z A,MAX 1,5 m H P,MAX 1,3 m H S,MAX 1,6 m H P,50 < 0,35 m H S,50 < 0,65 m Absunk = Sog Primärwelle = Schwell Sekundärwellen n 1.300 Seite 16
Fotos: BAW Schiffserzeugte Belastungen Sonderfall Außentief B1 Absunk = Sog Primärwelle = Schwell Sekundärwellen B2 Seite 17
Schiffserzeugte Belastungen Prognose anhand von Modellen METHODE: Numerische Simulation Derzeit RANSE-Modelle im seitlich begrenztem Flachwasser auf dem Weg zum Stand der Technik RANSE-Modelle Absunk = Sog Seite 18
Schiffserzeugte Belastungen Prognose anhand von Modellen METHODE: Hydraulisches Modell - Anerkannter Stand der Technik => Systemversuche Modellversuche London 1761 (aus SCHNEEKLUTH, 1988) WILLIAM FROUDE Schiffbauingenieur 1810 1879, UK Modellversuche BAW-DH 2009 (WSV-Auftrag, Maßstab 1:40) FROUDEsche Ähnlichkeitsbedingungen und Absunk = Sog Primärwelle = Schwell Sekundärwellen REYNOLDSsche Grenzbedingungen sind erfüllt! Seite 19
Schiffserzeugte Belastungen Hydraulisches Modell Querschnittsverhältnis n = A / A S = 15 A = Wasserstraßenquerschnitt A S = Hauptspantquerschnitt Absunk = Sog Primärwelle = Schwell Sekundärwellen Seite 20
Schiffserzeugte Belastungen Hydraulisches Modell Querschnittsverhältnis n = A / A S = 7,5 Absunk = Sog Primärwelle = Schwell Sekundärwellen Seite 21
Schiffserzeugte Belastungen Querschnittsverhältnisse (z.b. SeeSchStr Elbe) Absunk = Sog Seite 22
Tide Seegang - Schiffserzeugte Belastungen (z.b. SeeSchStr Elbe) Übergangsbereich Seegang 1988 Schiffserzeugte Belastungen gemäß BAW, 1996 (u.a. nach Führböter et al.(1988) Seite 23
Tide Seegang - Schiffserzeugte Belastungen (z.b. SeeSchStr Elbe) heute u.a. nach BAW (2006) Seite 24
Schlussfolgerung für SeeSchStr Lokale Bewertung der hydrodynamischen Belastung: Maximale Tideströmung Langperiodische Schiffswellen (Absunk, Primärwelle) Kurzperiodische Schiffswellen (Sekundärwellen) Überlagerung: Tideströmung / schiffserzeugte Rückströmung Geografische, bathymetrische, hydrologische Sonderfälle! Bemessungsrelevanter Seegang bei höheren Wasserständen (z.b. aus Seegangsatlas) Empfehlung: Örtliche Messkampagnen über repräsentativen Zeitraum (z. B. Unterelbe ca. 2 Monate) Seite 25
Ausblick: Hydrodynamische Belastungen für die Bemessung H P H SIG v f Seite 26
Schlussfolgerung für SeeSchStr Lokale Bewertung der hydrodynamischen Belastung: Maximale Tideströmung im Uferbereich Langperiodische Schiffswellen (Absunk, Primärwelle) Kurzperiodische Schiffswellen (Sekundärwellen) Überlagerung: Tideströmung / schiffserzeugte Rückströmung Geografische, bathymetrische, hydrologische Sonderfälle! Bemessungsrelevanter Seegang bei höheren Wasserständen (z.b. aus Seegangsatlas) Empfehlung: Örtliche Messkampagnen über repräsentativen Zeitraum Seite 27