Wechselwirkung Schiff / Wasserstraße

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Transkript:

Wechselwirkung Schiff / Wasserstraße Berlin 21.09.2006 Dr.-Ing. R. Soyeaux

Gliederung (1) Phänomen (2) Begriffe (3) Einflussgrößen (4) Zusammenhänge (5) Porenwasserüberdruck (6) Messungen (7) Trassierung

Phänomen: Schiff im Fluss Absunk Bugwelle 1. Wellental Wellenkämme Sekundärwellen Heckwelle + Schraubenstrahl Bug Blickrichtung Heck Luftbild

Phänomen: Schiff im Kanal Naturversuch Wesel-Datteln-Kanal (Oktober 2002) Fahrt der MS Main Fahrt-Nr.: MSb_100 nahe der kritischen Schiffsgeschwindigkeit leer böschungsnah am 27.10.02

Phänomen: Schiff im Kanal MSb_100 am 27.10.02 leer, böschungsnah Wiederauffüllungsströmung = Rollbrecher RWS Bugabsunk schneller Wasserspiegelabsunk Porenwasserüberdruck im Boden Heckabsunk RWS Absunkmulde Absunkmulde

Schiffsinduzierte Wellen im Kanal Wesentliche Begriffe Wasserspiegelanspannung vor dem Bug Gb_100 am 24.10.02 voll, böschungsnah Schraubenstrahl Rückströmung Heckabsunk tiefer als Bugabsunk! Absunkmulde Heckquerwelle Wiederauffüllungsströmung = Rollbrecher

Schiffswellen Prinzip Primärwelle Schiffsumströmung und Wellenbildung Kanalufer Sekundärwellen

Sekundärwellen Sekundärwellensystem Zusammensetzung und Überlagerung Querwelle Interferenzlinie Schrägwelle

Typische Wasserspiegeländerung Wellenmessung am Ufer / charakteristische Größen 38,00 Bugstau Heckquerwelle 37,80 RWS RWS Höhe in m+nn 37,60 37,40 Wasserspiegelanspannung H Bem Sekundärwellen 37,20 1. Absunktal 2. Absunktal 37,00 Primärwelle 41375 41385 41395 41405 41415 41425 41435 41445 41455 Zeit [Sek]

Zusammenhänge Hauptabhängigkeiten vs. Absunk, Heck- und Sekundärwellenhöhe, Geschwindigkeiten der Rück- und Wiederauffüllungsströmung Schiffsgeschwindigkeit kritische Schiffsgeschwindigkeit v krit v Wiederauf H Heck v Rück

Zusammenhänge Zusammenhang Schiffsgeschwindigkeit - Absunk hier: Einfluss der Gewässerbreite (Anwendung des GBB) 20 18 16 14 GMS (110m x 11,4m x 2,8m) (δ 1H =0,19m, A SH =35,15m 2 ) T-Profil - 50 % b WS = 400 m 200m 150 m 100 m v S km [ ] h 12 10 8 12 km/h 9 km/h 75 m 55 m 6 4 2-75 % 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Δh [ m]

Zusammenhänge Zusammenhang Schiffsgeschwindigkeit - Absunk hier: Einfluss der Wassertiefe (Anwendung des GBB) 20 18 16 GMS (110m x 11,4m x 2,8m) T-Profil (δ 1H =0,19m, A SH =35,15m 2 ) b WS = 400m 200m 14 150m 100m v S km [ ] h 12 10 8 12 km/h 9 km/h 75m 55m 6 4 Wassertiefe 4,00 m Wassertiefe 3,50 m 2 + 20 % 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Δh [ m]

Abklingen von Absunk o.ä. (z.b. zum rechten Ufer) Abklingverhalten (Ergebnis der Fahrversuche WDK 2002) 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 1,0 60 % 20 % 3 % L eff /B=10 0,9 GMS 3,0 2,0 1,5 1,25 0,8 b r =L 0,7 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,6 b r =2L 0,25 u r,rts /b r 0,2 0,5 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 L eff /b r 0,15 0,4 0,3 b r =5L 0,1 0,2 0,05 0,1 0,0 1 - u r,lks /b r Verhältnis mittlerer Wasserspiegelabsunk am Ufer zu der am Schiff = f (Abstand des Schiffs vom Ufer) Einfluss der Gewässerbreite, Schiffslänge

Abklingverhalten Heckwelle steuerbord backbord Fahrt eines Aufsichtsbootes Wuster-Durchstich: UHW-aufwärts steuerbord extrem ufernah Fahrgeschwindigkeit ca. 20 km/h

Wesentliche Einflussgrößen Gewässergeometrie / Schiffsabmessung und -position Gewässer: -Breite - Tiefe, Profil - Böschungsneigung Schiff: - Länge, Breite, Tiefgang - Beladungszustand - Uferabstand Luftbild: Fahrgastschiff (FGS) und Großmotorgüterschiff (GMS) auf der Saar Untere Havel-Wasserstraße

Boden element Korn/ Wasser/ Luft Porenwasserüberdruck Phänomen Wasserspiegeländerung [cm] 20 ta 0-20 za -40-60 -80 50 60 70 80 90 100 Zeit [s] Mehrphasensystem: Wasser- Spiegel- Verlauf schneller Druckabfall Aufgrund der Volumenausdehnung der Luft ist bei einer Druckänderung ein Wassertransport erforderlich. Die Strömungsgeschwindigkeit ist von der Durchlässigkeit des Bodens abhängig.

Porenwasserüberdruck 20 Phänomen 0.1 Zunahme der Tiefe Wasserspiegeländerung [cm] t a 0-20 z a -40-60 -80 50 60 70 80 90 100 Wasserspiegeländerung Δh [m] 0.0-0.1-0.2-0.3-0.4-0.5-0.6-0.7-0.8 Welle Randbedingung z = -3.5 cm) z = -14.5 cm) z = -31 cm) z = -72.5 cm) PWÜD Zeit [s] z a 55.0 60.0 65.0 70.0 75.0 80.0 85.0 90.0 95.0 100.0 105.0 Zeit [s] PWÜD

Naturuntersuchung Übersicht über Messstelle WDK-km 46,500 23.10.02 Steinbewegung Wasserspiegel 19.10.02 24.10.02 19.10.02

Naturuntersuchung Anordnung der Messgeräte Sohle WDK-km 46,500 Druckdosen N Sohle Geschwindigkeitssonden Geschiebefallen mittige Fahrt aussermittige Fahrt ADCP GPS - Antennen Sohle böschungsnahe Fahrt Drehzahlmessgerät Wellensonden Kraftmessung Deckwerksstein Bauwagen Massstab Maßstab Kamera Deckwerksversuchsfelder Geschiebefänger

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