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Modellierung von Sedimenttransporten im Wattenmeer - Gerold Brink- Spalink - Forschergruppe BioGeoChemie des Watts TP 4 Gerold Brink-Spalink Jörg-Olaf Wolff Emil Stanev BioGeoChemistry of Tidal Flats (SP 4) Modelling Mud and Sand Transport in the East-Frisian Wadden Sea

Modellierung von Sedimenttransporten im Wattenmeer - Gerold Brink-Spalink - Forschergruppe BioGeoChemie des Watts TP 4 Gerold Brink-Spalink Jörg-Olaf Wolff

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Modellierung von Sedimenttransporten im Wattenmeer

- Gerold Brink-Spalink -

Forschergruppe BioGeoChemie des Watts TP 4

Gerold Brink-Spalink Jörg-Olaf Wolff Emil Stanev

BioGeoChemistry of Tidal Flats (SP 4)

Modelling Mud and Sand Transport in the East-Frisian Wadden Sea

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Overview:

1. Model Area: East Frisian Wadden Sea

2. Sediment Transport Model

3. Model Results

4. Conclusions

Overview:

1. Model Area: East Frisian Wadden Sea

2. Sediment Transport Model

3. Model Results

4. Conclusions

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Study Area: Spiekeroog Island

Spiekeroog

Otzumer Balje

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Model Area: East Frisian Wadden Sea

7 Basins

Volume High Water: 184 Mio m³

Volume Low Water: 39 Mio m³

Area: 71 Mio m²

Inlet width: 2500 m

Inlet area: 11000 m²

Spiekeroog Basin:(spring tide)

Maximum channel depth: 12 m

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Overview:

1. Model Area: East Frisian Wadden Sea

2. Sediment Transport Model

3. Model Results

4. Conclusions

Overview:

1. Model Area: East Frisian Wadden Sea

2. Sediment Transport Model

3. Model Results

4. Conclusions

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uA

z

uA

zxg

z

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y

uv

x

u

t

uHV

22

vA

z

vA

zyg

z

vwfu

y

v

x

uv

t

vHV

22

Hydrodynamic Model (GETM)

0

z

w

y

v

x

u

Momentum equations:

Vertical mixing:

1tVA

,2

4

kct

k and from k--turbulence-model

,,1minmin

min

DD

DD

crit

Drying:

critDD for 1

critminfor 10 DDD

minfor 0 DD

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•3D-model

•horizontal resolution: 200 m

•vertical resolution: D/10 (D=water depth)

•vertical grid: -coordinates

•Time discretization: mode splitting

• t1=3s for sea level, vert. integr. Velocities

• t2=15s for 3D-fields: turbulent variables, ...)

Hydrodynamic Model

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Sediment Transport Model

erosiondeposition

settlingdiffusionadvection

EDcvzz

cA

zz

cw

y

cv

x

cu

t

csV

Deposition: d

dsb vcD

0

0 1

Erosion:e

eeME

0

0 1

Settling velocity:2

0

0

18d

gvs

sm

ss ckv or

(Sand) (Mud)

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• Sediment on ground (Sand: 100µm, Mud) unlimited• Morphologic changes during model run are not

considered in topography data• Water flowing into model area carries no sediment• Sediment flowing out of model area is „lost“ • Sediment model is initialized half a tide after

hydrodynamic model

Forcing on northern boundary:

Boundary conditions:

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Overview:

1. Model Area: East Frisian Wadden Sea

2. Sediment Transport Model

3. Model Results

4. Conclusions

Overview:

1. Model Area: East Frisian Wadden Sea

2. Sediment Transport Model

3. Model Results

4. Conclusions

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Mean bottom shear velocity

Maximum bottom shear velocity

Duration of erosion of mud (top) and sand (bottom) during one spring tide cycle in percent:

u*=1,4 cm/s

u*=2,0 cm/s

Hydrodynamic conditions for erosion

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flood

high water

ebb

low water

Integrated suspended sediment concentration

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Sediment movements after 3 tidal cycles

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Model estimate of sediment types:

Measurement of sand content in sediment:

250-125 µm 125-63 µm

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Time evolution of vertical concentration profiles

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Vertical average of concentration: Transport through inlet:

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Overview:

1. Model Area: East Frisian Wadden Sea

2. Sediment Transport Model

3. Model Results

4. Conclusions

Overview:

1. Model Area: East Frisian Wadden Sea

2. Sediment Transport Model

3. Model Results

4. Conclusions

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• A 3D-model for sediment transport has been set up, that accounts for the main processes (erosion, settling, deposition, advection, turbulent mixing)

• Suspended sediment concentration patterns show consistent behaviour with observations

• Spatial distribution of sediment types matches observations in large areas

• Further calibration with measurements necessary

• Waves need to be taken into account

Conclusions:

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