Christian Maushake

Ich bin seit 1989 bei der BAW angestellt und beschäftige mich seit Mitte der 90-er Jahre mit Naturmessungen in Küstengewässern und Ästuaren, schwerpunktmäßig mit der Erhebung von Validierungsdatensätzen für die numerische Simulation

… eine vollgepackte Messwoche am Eider-Sperrwerk

In der vergangenen Woche ist eine aufwändige Messkampagne am Eider-Sperrwerk erfolgreich durchgeführt worden. Hier im BAW Blog ist bereits über die vorbereitende Geräteerprobung berichtet worden.
Im Kern ging es darum, die Strömungs- und Durchflussverhältnisse am Eider-Sperrwerk zu insgesamt vier verschiedenen Betriebszuständen zu erfassen. Betriebszustand bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Wehrtore in Abhängigkeit von der hydrologischen Situation und der Tidephase geöffnet oder geschlossen werden. Dies geschieht zum einen, um die Entwässerung des Hinterlandes zu gewährleisten und zum anderen um den Sedimenteintrag in das Ästuar zu minimieren und die Schiffbarkeit der Eider sicher zu stellen.

Blick auf das Eider-Sperrwerk gen Norden mit eingezeichneten Messquerschnitten

Auf zwei Messquerschnitten in ca. 80 m Entfernung binnen- und seeseitig des Eider-Sperrwerks wurden parallel kontinuierliche ADCP-Querprofilmessungen über den Zeitraum eines kompletten Tidezyklus aufgenommen. Inklusive Vor- und Nachlauf bedeutet dies ca. 14 Stunden reine Messzeit pro Tag, plus jeweils ca. 2-3 Stunden für die Mobilisierung und Demobilisierung der Messanlage. Ein anspruchsvolles Pensum also, welches nur durch einen Zwei-Schicht-Betrieb umgesetzt werden konnte. Hierfür waren ständig 10 Kolleginnen der BAW und des beteilgten Ingenieurbüros IMP, Oldenburg vor Ort.

Für den Aufbau und Betrieb der Messanlage war ein hoher logistischer Aufwand erforderlich. Da die Messungen in einem nicht befahrbaren Bereich vor dem Sperrwerk stattfanden, wurde eigens eine Seilbahnanlage mit einer Spannweite von ca. 300 m entworfen und in den Werkstätten der BAW angefertigt. An dieser Seilbahnanlage ist dann eine Trägerplattform kontinuierlich über den Messquerschnitt geführt worden. Die hierauf installierten Mess-Systeme sind dann von Land aus per WLAN fernbedient worden.

Messfahrt in der Abenddämmerung. Kleines Bild: Einsetzen der Trägerplattform

Die Arbeiten wurden durch das WSA Tönning logistisch in hervorragender Weise unterstützt. So mussten beispielsweise an allen vier Ankerpunkten der Seilbahnanlage tonnenschwere Tetrapoden als Gegengewicht gesetzt werden. Hierfür war auf dem seeseitigen Messquerschnitt sogar der Einsatz des WSV-eigenen Tonnenlegers „TRITON“ erforderlich.

Tonnenleger „TRITON“ beim Setzen einer Tetrapode – ein schwieriges Manöver direkt vor dem Sperrwerk

In der Messwoche vom 13. bis zum 18.09 konnten nun die vier vorgesehenen Betriebszustände wie geplant abgearbeitet werden. Die beiden Messflösse haben ca. 1.100 mal die Eider vor dem Sperrwerk überquert und dabei eine Strecke von über 240 km ohne nennenswerte Störung zurück gelegt. Das war eine großartige Teamleistung aller Beteiligten.

Da die Eider-Treene-Sorge Region, die durch das Sperrwerk von der Nordsee getrennt wird, von großer Bedeutung für die Entwässerung des nördlichen Schleswig-Holsteins ist, fanden die Arbeiten der BAW auch das Interesse der lokalen Presse und von NDR Fernsehen und Hörfunk. In der Abendausgabe des „Schleswig-Holstein-Magazins“ wurde ein Kurzbericht gesendet, der NDR Hörfunk berichtete und in der Dithmarscher Landeszeitung erschien ein ausführlicher Artikel.

Das NDR-Fernsehen zu Gast an der Mess-Stelle

Mit dieser Messkampagne können erstmalig seit Inbetriebnahme des Eider-Sperrwerks im Jahr 1973 exakte Strömungs- und Durchflussdaten bereit gestellt werden. Damit stehen wichtige Basisdaten für die durch die BAW zu erstellende wasserbauliche Systemanalyse zur Verfügung.

Wie geht es weiter? Anfang Oktober werden zunächst noch die 5 Messgeräteverankerungen geborgen, die ebenfalls im Rahmen dieses Projektes in der Außen- und Tideeider ausgebracht wurden. Und dann geht es an die Analyse, Bewertung und Dokumentation der Daten – der Teil der Arbeit, der erfahrungsgemäß den erheblich größeren zeitlichen Aufwand erfordert – und dann berichtet meist auch kein Fernsehen mehr.
Aber wir vielleicht an dieser Stelle.

Verfasst von Christian Maushake

Ich bin seit 1989 bei der BAW angestellt und beschäftige mich seit Mitte der 90-er Jahre mit Naturmessungen in Küstengewässern und Ästuaren, schwerpunktmäßig mit der Erhebung von Validierungsdatensätzen für die numerische Simulation

„Zukunft Eider“ – erfolgreiche Geräteerprobung am Eider-Sperrwerk

Im Rahmen des Projektes „Zukunft Eider“ hat die Naturmessgruppe der BAW Hamburg in Zusammenarbeit mit dem WSA Tönning und dem Ingenieurbüro IMP Ingenieure, Oldenburg erfolgreich eine Geräteerprobung am Eider-Sperrwerk an der schleswig-holsteinischen Westküste durchgeführt. Es sollte ein Verfahren erprobt werden, mit dem nah am Bauwerk Durchflussmengen und Strömungsgeschwindigkeiten über den gesamten durchströmten Querschnitt erfasst werden.

Luftaufnahme Eider-Sperrwerk mit Messprofil für die Geräteerprobung (Quelle: BAW)

Hierfür sollen akustische Strömungsprofiler (ADCP) eingesetzt werden, die über den Messquerschnitt geführt werden. Dies ist mittlerweile ein Standard-Verfahren für derartige Fragestellungen.

Unter den gegebenen Randbedingungen stellen sich allerdings besondere Herausforderungen:

Zum einen findet die Messung in einem Bereich statt, der aus Sicherheitsgründen für Wasserfahrzeuge gesperrt ist. Dies bedeutet, dass eine unbemannte Trägerplattform eingesetzt werden muss, auf der die Messtechnik inklusive Datenerfassung und Stromversorgung untergebracht ist. Mittlerweile sind zahlreiche für diesen Zweck konzipierte autonome Fahrzeuge auf dem Markt verfügbar. Aufgrund der genannten Sicherheitsaspekte und der schwierigen Strömungsverhältnisse kommt diese Lösung jedoch nicht in Betracht. Ein Verdriften der Trägerplattform in das Sperrwerk muss auf jeden Fall vermieden werden. Deshalb wurde eine mobile Seilbahnanlage entworfen und gefertigt, die den Messquerschnitt mit einer Länge von ca. 350 m (!) überspannt. An dieser Anlage wird mittels einer Umlaufwinde die (ebenfalls selbst entworfene) Trägerplattform mit der Messtechnik geführt.

Geräteträger und Seilbahnanlage im Einsatz am Eider-Sperrwerk

Zum anderen dienen die Tests der Überprüfung, ob die eingesetzte ADCP-Messtechnik bei den schwierigen Strömungsbedingungen plausible Ergebnisse liefert. Bei einem Tidenhub von ca. 3 m treten nicht nur starke Gezeitenströmungen in beiden Richtungen des Eider-Sperrwerkes auf. Zusätzlich wird die Tide im Normalbetrieb durch das teilweise Schließen der Wehrtore gedrosselt, und zwar sowohl im Flutstrom (landeinwärts) als auch im Ebbstrom (seewärts). Hierdurch entstehen starke Verwirbelungen und Turbulenzen, die eine Messung mit akustischen Verfahren (ADCP) erschweren.

Die durchgeführten Tests haben ergeben, dass die ADCP-Messtechnik überwiegend gute und verwertbare Ergebnisse liefert. Lediglich in Phasen der voll entwickelten Tideströmung muss im strömungsabgewandten Bereich (lee-seitig) des Sperrwerks mit so starken Störungen gerechnet werden, dass die Messungen nicht verwertbar sind.

In dem nun erstellten Messkonzept wird daher vorgeschlagen, auf beiden Seiten des Sperrwerkes parallel zu messen, so dass man auf jeden Fall mindestens auf einem Messquerschnitt valide Strömungs- und Durchflussdaten erfasst.

ADCP-Querprofil während Flutstrom. Oben: Vertikalprofil der Strömungsgeschwindigkeit, die Strömungsschatten der Bauwerkspfeiler zeichnen sich deutlich ab. Unten: Lageplan mit eingezeichneten Geschwindigkeitsvektoren (tiefengemittelt).

Dieses Messkonzept wird nun gemeinsam mit den Kooperationspartnern der BAW im September 2020 in einem einwöchigen Untersuchungsprogramm umgesetzt, bei dem jeweils über den Zeitraum einer Tide (ca. 12,5 Stunden) die Strömungs- und Durchflussverhältnisse zu verschiedenen Betriebszuständen erfasst werden. Begleitend wird über den Zeitraum von ca. 4 Wochen gemeinsam mit dem WSA Tönning ein Netz aus 5 Unterwasserverankerungen in der Tideeider ausgebracht, mit dem gewässerphysikalische Zustandsgrößen wie Strömung, Salzgehalt, Temperatur und Sauerstoffgehalt gemessen werden.

Verfasst von Christian Maushake

Ich bin seit 1989 bei der BAW angestellt und beschäftige mich seit Mitte der 90-er Jahre mit Naturmessungen in Küstengewässern und Ästuaren, schwerpunktmäßig mit der Erhebung von Validierungsdatensätzen für die numerische Simulation

Projekt EDoM’18 erfolgreich gestartet

Unter dem Titel „EDoM‘18“ (Ems-Dollart-Measurements) ist in dieser Woche unter federführender Beteiligung der BAW ein groß angelegtes niederländisch-deutsches Naturmessprogramm in der Unter- und Außenems erfolgreich gestartet. Insgesamt 16 Institutionen, Behörden und Universitäten wollen sich mit über 20 Wissenschaftlern daran machen, die hydrologischen Verhältnisse zwischen dem sogenannten „Emder Fahrwasser“ und der offenen Nordsee zu untersuchen.

Ausbringen einer Messgeräteverankerung in der Außenems

Die Ems, die in diesem Bereich teils auf deutschem, teils auf niederländischem Territorium liegt, leidet seit vielen Jahren unter einer Verschlechterung des ökologischen Zustandes. Die Ursache hierfür ist eine extrem hohe Schwebstofffracht, die mit jeder Flut in das System eingetragen wird. Die Mechanismen, die zu dieser „Verschlickung“ führen, sind noch nicht genau verstanden und können durch theoretische Betrachtungen und Simulationsberechnungen noch nicht vollständig nachvollzogen werden. Die aus EDoM’18 gewonnenen Erkenntnisse sollen nun einen Beitrag leisten, um Lösungsstrategien für eine Verbesserung des ökologischen Zustandes sowie für eine Reduzierung der enormen Unterhaltungsaufwendungen der WSV zu entwickeln.

Messnetz aus festen Beobachtungsstationen und schiffsgestützten Messungen

Während eines zweitägigen Workshops in Delfzijl (NL) im Oktober 2017 ist zunächst ein zweistufiges Naturmessprogramm vereinbart worden, dessen erster Teil nun in dieser Woche umgesetzt wurde. Hierfür wurde ein engmaschiges Netz aus insgesamt 10 Unterwasser-Messstationen konzipiert, welches über den Zeitraum von ca. 1 Monat Daten zur Verteilung des Salzgehaltes und zur Strömungs- und Schwebstoffdynamik im Untersuchungsgebiet sammelt.  Eingebettet in dieses Monitoring-Programm ist eine Messkampagne (Ende August 2018) über einen Tidezyklus, an der sich zeitgleich 8 Schiffe aus Deutschland und den Niederlanden beteiligen werden, um hochaufgelöste Beobachtungen der Wassersäule (z.B. Probennahmen, Turbulenz) und Querprofilmessungen zur Durchfluss- und Strömungsverteilung durchzuführen. Die Kampagne wird im Winterhalbjahr (voraussichtlich Januar 2019) wiederholt, um unterschiedliche Abflussbedingungen zu erfassen.

Eine 4-köpfige Planungsgruppe bestehend aus Rijkswaterstaat (zuständig für Verkehrswege), dem Forschungsinstitut Deltares, dem Projektmanagementdienstleister Royal Haskoning (alle NL) und der BAW (im Auftrag des WSA Emden) hat die Koordinierung des umfangreichen Programms übernommen. Darüber hinaus sind (u.a.) beteiligt: der Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN), das Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW), das Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ) sowie die Universitäten von Oldenburg, Twente, Wageningen und Delft . Im Rahmen internationaler Kooperationen werden sich die University of Maine (US, Spezialgebiet: Turbulenzuntersuchungen) und die Plymouth University (UK, Spezialgebiet: Flockendynamik) beteiligen. Mit ersten Ergebnissen aus der Sommermesskampagne 2018 kann im Winter gerechnet werden, das gesamte Programm wird Ende 2019 abgeschlossen sein.

 

Verfasst von Christian Maushake

Ich bin seit 1989 bei der BAW angestellt und beschäftige mich seit Mitte der 90-er Jahre mit Naturmessungen in Küstengewässern und Ästuaren, schwerpunktmäßig mit der Erhebung von Validierungsdatensätzen für die numerische Simulation