Sedimenttransportvorgänge im Innenbereich der Nordzufahrt Stralsund

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Sedimenttransportvorgnge im Innenbereich der Nordzufahrt Stralsund. MorWin Workshop am 30.11.00 in Warnemnde. Einleitung Warum Innenbereich ?. Fragestellungen des WSA Stralsund zur Fahrwasserstabilitt.( Wo sind stranfllige Bereiche der Schiffahrtsrinne ?). - PowerPoint PPT Presentation

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  • Sedimenttransportvorgnge im Innenbereich der Nordzufahrt StralsundMorWin Workshop am 30.11.00 in Warnemnde

  • EinleitungWarum Innenbereich ?Fragestellungen des WSA Stralsund zur Fahrwasserstabilitt.( Wo sind stranfllige Bereiche der Schiffahrtsrinne ?)

    Gute Datenlage durch das MorWin-Messprogramm Herbst 1997 und durch Verkehrsicherheitspeilungen der Fahrrinne durch das WSA Stralsund.

    Grtenteils 2 dimensionale Strmungsvorgnge (Rinnen und Flachs) Auenbereich.

  • Vergleich 2D/3D Modellierung Strmungsbild in der Gellenbucht bei NW-Wind3D schwarz - Oberflchenschicht violett - bodennahe Schicht

  • Vergleich 2D/3D Modellierung Abweichung der bodennahen Strmungsrichtung []RCM9

  • Vergleich 2D/3D ModellierungAbweichung der bodennahen Strmungsrichtung []RCM9S4

  • Vergleich 2D/3D Modellierung zu MessungMessung RCM9 (Bockgrund) - bodennah

  • Vergleich 2D/3D Modellierung zu MessungMessung S4 (Hiddensee) - tiefengemittelt

  • GliederungModelle / ModellbildungHydrologie des InnenbereichsMorphodynamische Modellierung mit stationren Zustndenstationre windinduzierte Strmungszustndestationre wasserstandsinduzierte StrmungszustndeVergleich mit gemessenen Volumina (aus Peilungen der Nordzufahrt)Zusammenfassung

  • Modelle/ModellbildungEingesetzte Modelle

    MODELL

    Gleichung/Formulierung

    BUBBLE

    Tiefengemittelte Strmung & Wasserstand

    2D-HN-FEM, Flachwassergleichungen

    SWAN

    Propagation der Wellenenergie

    (( Hs, Tp,, etc.)

    FD, Wellen-Aktions-Gleichung im Frequenz- und Richtungsraum, Wellen-Wellen-Interaktion, Quellen- u. Senkent.

    TIMOR

    Transporte, Morphologie-

    nderungen

    Bodenevolutionsgleichung, Geschiebe: Meyer-Peter & Mller,

    Suspension: dynamische Pick-up Funktion,

    fraktionierter Transport (bis zu 12 Fraktionen)

  • Modelle/Modellbildung Wichtige Transportprozesse im InnenbereichOSTSEEInnenbereich.

  • Modelle/Modellbildung Modellgebiete & -gitternetzeFEM-Netz: 25000 KnotenFeinste Auflsung: 20m

  • Modelle/Modellbildung Modellgebiete & -gitternetzeGebiet der eingenisteten Wellenmodellierung im Innenbereich.

  • Modelle/Modellbildung Randbedingungen fr Modellierung von stationren WindsituationenBezglich der Windsituation gemittelte Wasserstnde aus dem BSH- Modell.

  • Modelle/Modellbildung Randbedingungen fr Modellierung von stationren WindsituationenKLIBO - Windatlas

  • Modelle/Modellbildung Pegel Althagen ohne/mit WindatlasPegelmessungModellrechnung ohne Windatlas

  • Hydrologie des InnenbereichesWindeinflu auf die Strmungen im Innenbereich

  • Hydrologie des InnenbereichesWindeinflu auf die Strmungen im Innenbereich

  • Hydrologie des InnenbereichesStrmungsgeschwindigkeit im Innenbereich als Funktion der Pegeldifferenz Barhft - NeuendorfBarhft

  • Hydrologie des InnenbereichesStrmungsgeschwindigkeit im Innenbereich als Funktion der Pegeldifferenz Barhft - NeuendorfBarhft

  • Hydrologie des InnenbereichesMittlere Pegeldifferenzen Barhft Neuendorf (93-98) als Funktion der Windsituation

  • Hydrologie des InnenbereichsZusammenfassungIm statistischen Mittel ist die Strmungslage im Innenbereich durch die Windlage (Windstrke und richtung) bestimmt. Diese Situationen werden mit dem HN-Modell unter Vorgabe von stationrem Wind gut wiedergegeben (windinduzierte Strmungslagen) .Es gibt darber hinaus starke Ein- und Ausstromereignisse, die z.T. oder vollstndig von Wasserstandsschwankungen grorumiger Art (Seiches) induziert sind (wasserstandsinduzierte Strmungslagen) .

    These: Beide Prozesse wirken auf die Morphologie.

  • Hydrologie des InnenbereichesBeispiel einer nicht-windbeeinfluten AusstromsituationStrmungsrichtungWESTSDOST

  • Morphodynamische Modellierungen mit windinduzierten StrmungslagenWasserspiegellagen whrend NNW -Wind 6 Bft.

  • Morphodynamische Modellierung Windinduzierte StrmungslagenBUBBLE und SWAN laufen mit stationren Randbedingungen fr 12 Windrichtungen (je 30) und 5 Windgeschwindigkeiten (4-8 Bft.).

    BUBBLESWANTIMORStationre Randbed. Wasserstand, Windfeld TIMOR: Morphologienderungen fr 12 x 5 = 60 versch. Windlagen

  • Morphodynamische Modellierung Sohlhhenentwicklung [m] bei stationren Windlagen (7 Bft.) innerhalb 1 h in den Rinnenabschnitten

  • Morphodynamische Modellierungen wasserstands-induzierter StrmungslagenWasserspiegellagen whrend eines Anstiegs des Wasserstandes der Ostsee

  • Morphodynamische Modellierung Wasserstandsinduzierte StrmungslagenBUBBLE rechnet mit stationren Wasserstandsrandbedin- gungen je 5 Ein- und Ausstromsituationen ohne Wind und Welle. TIMOR: Morphologienderungen fr 2 x 5 = 10 versch. Wasserspiegellagen

  • Morphodynamische ModellierungSohlhhenentwicklung [m] bei wasserstandsinduzierten Strmungslagen innerhalb 1 h in den Rinnenabschnitten

  • Vergleich mit gemessenen VoluminaZeitrume mit auswertbaren Peilinformationen

  • Vergleich mit gemessenen VoluminaWindstatistik von 4 untersuchten Zeitrume Winter 94-95: hohe WindhufigkeitSdwest-Westwind dominiert Winter 95-96: erhhte WindhufigkeitWest- und Ostwinde Frhjahr 98:geringe WindhufigkeitWestwind dominiert stark Spring 97: hohe WindhufigkeitNordost-Ostwind dominiertWinter 94-95Winter 95-96Frhjahr 98Frhjahr 97

  • Vergleich mit gemessenen Volumina Berechnung mit Windstatistik der WindsituationenGemesseneVolumina:Berechnete Volumina:

  • Vergleich mit gemessenen Volumina Berechnung mit Windstatistik der WindsituationenGemesseneVolumina:Berechnete Volumina:

  • Vergleich mit gemessenen VoluminaBestimmung der wasserstandsinduzierten Ereignisse

  • Vergleich mit gemessenen VoluminaBestimmung der wasserstandsinduzierten Ereignisse

  • Vergleich mit gemessenen VoluminaWasserspiegelstatistik Winter 97-98

    Diagramm1

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    Pegeldifferenz Barhft-Neuendorf [cm]

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    Statistik der windbereinigten Pegeldifferenzen - Winter 97-98

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    Pegeldifferenz Barhft-Neuendorf [cm]

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    -40-35-30-25-20-15-10-5510152025303540

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    Tabelle2

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    Pegeldifferenz Barhft-Neuendorf [cm]

    Stundenmesswerte

    Statistik der windbereinigte Pegeldifferenzen - Winter 97-98

    Tabelle1

    -40-35-30-25-20-15-10-5510152025303540

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    Tabelle2

    Tabelle3

  • Vergleich mit gemessenen Volumina Berechnung mit Windstatistik und WasserspiegelstatistikBerechnete Volumina:

  • ZusammenfassungDie Versandungssensitivitt der Rinnenabschnitte bezglich Windsituationen und nicht windinduzierten Ein- und Ausstromereignissen kann aufgezeigt werden.Die Morphologie des Innenbereichs kann mittels Windstatistiken in Zeitrumen von bis zu ca. Jahr mit linearer Superposition berechnet werden. Verbesserte Ergebnisse erhlt man mit Bercksichtigung der wasserstandsinduzierten Ein- und Ausstromsituationen.

    Vorzugsweise 2 versch. Strmungsrichtungen. Von Sued bis NNW von beiden Modellen recht gut wiedergegeben. Nord bis Sued nicht gut. Die Verschrnkung von ca 35 Grad an der Messstelle bei NW-Wind ist an den Pfeilen zu erkennen.Vorzugsweise 1 Strmungsrichtung ungefaehr Kuestenparallel nach Norden. Der Abstand zwischen den Modellen ist im relevanten Bereich von SW bis NW ungefaehr gleich. D.h. kaum ein 3-dimensionaler Effekt.Abhngigkeit ist bei WNW-Wind hoch. SUED und OST verhalten sich nicht so abhngig , oder auch sensitiv gegenueber einer Windstaerkenerhoehung.Einteilung der Fahrrinne in Abschnitte um das Verhalten zu beschreiben.Raten nderung/Stunde im cm bzw. mm-Bereich.Raten der mittleren Sohlhoehenaenderungen im mm-Bereich.Sedimentation von 5 und 6 hngt mit Ausstromlagen zusammen. Sedimentation von 7-9 mit Einstromlagen. Wichtig 7-9 Erosion bei Ausstrom !!Verifikationsdaten: Es werden jetzt Volumen in den Abschnitten dargestellt und keine mittleren Sohlhhenvernderungen ! Lcken in den Daten. Peilungen nur in Fahrrinnenbreite Generell nimmt die Versandungstendenz von 2 bis Abschnitt 7-8 ab und steit im hinteren Teil der Vierendehlrinne wieder leicht an. Gren Zeitrume mit Ostwind zeigen auch mehr Versandung in der hinteren Vierendehlrinne. Vgl. winter95-96 und fruehj 97 mit fruhj 98.Geringere Windhufigkeit insbesondere der NW-Winde zeitigen geringer Volumen winter 94-95 zwar sehr viel Wind aber meist SW- vgl. fruehj 98 mit den anderen

    Generell Groessenordnung und allgemeine Tendenz zur Versandung gut wiedergegeben.Modelldaten geben die Nordost bis -Ostwindabhngigkeit der hinteren Vierendehlrinne wieder.Frhjahr 98 Erosion in 1 vom Modell wiedergegeben (liegt an hohe Westwindhufigkeit mit 4 und 5 Bft)Fehler: Winter94-95 Winter 95-96