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