Sedimentäre Grenzerfahrungen – niederländische und deutsche Messschiffe im Einsatz für Methodenvergleiche

Martin Struck
25. Januar 2022
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Anfang November 2021 fand im deutsch-niederländischen Grenzabschnitt des Rheins eine länderübergreifende Kampagne zum Vergleich von Sedimentmessmethoden statt. Die Kampagne ist Teil des über die Euregio-Rhein-Waal mit INTERREG-Mitteln geförderten Projektes Living-Lab Rhine (LILAR). Dieses ist zugleich Pilotprojekt der deutschen und niederländischen Partner der im Aufbau befindlichen europäischen Forschungsinfrastruktur DANUBIUS-RI. Das LILAR-Projekt strebt an, das gemeinsame Verständnis des Sedimentregimes im Rhein zu verbessern und somit ein nachhaltiges Sediment- und Flussmanagement zwischen Deutschland und den Niederlanden zu unterstützen. An dem Projekt sind neben der BAW auch die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG), das Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Rhein (WSA) und von niederländischer Seite Rijkswaterstaat sowie Deltares beteiligt. Zudem unterstützen zwei Masterandinnen der TU Delft und der TU Darmstadt das Projekt.

Während der Messkampagne wurden mit insgesamt fünf Schiffen (Abb. 1) – „Rheinland“, „Mercator“ und „Fluctus“ auf Seiten des WSA und „Conrad“ und „Flevomeer“ von Rijkswaterstaat – verschiedene Untersuchungen zum Transport von Schweb- und Geschiebefracht sowie ergänzend auch zu Mikroplastik durchgeführt. Hierbei wurden sowohl Messungen an zwei Flussquerschnitten vorgenommen, als auch die Bewegung des Sediments an der Flusssohle über einen definierten Flussabschnitt untersucht.

Abb. 1: Die Messschiffe „Rheinland“, „Conrad“, „Mercator“ und „Flevomeer“ (von links) während der Messkampagne am Niederrhein.

Zur Bestimmung des Schwebstoffgehaltes im Flussquerschnitt wurden Wasserproben an mehreren Punkten und aus mehreren Tiefen mit unterschiedlichen Methoden entnommen (Abb. 2). Diese Proben wurden anschließend gesiebt und gefiltert, je nach Methode vor Ort oder im Labor, und der Sedimentrückstand zur genauen Bestimmung der Sedimentkonzentration getrocknet und gewogen. Ein ganz ähnlicher Ansatz wurde bei der Beprobung von Mikroplastik verfolgt (Abb. 3). Ergänzend zur Schwebstoffbeprobung wurde an den gleichen Punkten mittels Aktivsonar-Messgeräten (ADCP und ADV), d. h. über Schallwellen-Reflektion an Schwebstoffpartikeln, der Anteil von Schwebstoffen im Wasser indirekt gemessen.

Abb. 2: Messvorrichtungen für Schwebfrachtmessungen. a) Messrahmen zur zeitgleichen Schwebstoff-Probennahme in verschiedenen Tiefen. b) Messflügel mit Pumpvorrichtung zur sequenziellen Schwebstoff-Probennahme in verschiedenen Tiefen.
Abb. 3: Mikroplastik-Probennahme in insgesamt 3 Tiefen (zu sehen ist die Probennahme an der Wasseroberfläche).

Für die Bestimmung des Geschiebetransportes wurden Proben von der Sohlenoberfläche mittels zwei Arten von Geschiebefängern gesammelt (Abb. 4). In beiden Fällen wurde bei Geschiebetrieb bewegtes Sediment mit einem Fangkorb aufgefangen, welches dann später im Labor gesiebt wurde, um die unterschiedlichen Anteile der Sedimentfraktionen zu bestimmen. Während der Probenahme zeichneten Kameras die Sedimentbewegungen an der Sohle auf. Indirekte Messungen des Geschiebetriebs fanden wiederum mithilfe von Aktivsonar-Messgeräten statt. Zusätzlich wurde die Höhenlage der Sohle mehrfach mittels Fächerecholot-Peilungen bestimmt, um Dünenbewegungen zu erkennen, die eine andere Art des Geschiebetransportes darstellen.

Abb. 4: Geschiebefänger für die Beprobung des Geschiebetriebs auf der Sohle. a) Deutsche Variante der BfG. b) Niederländische Variante.

Die gemeinsame Messkampagne lieferte aufschlussreiche Erkenntnisse bezüglich der unterschiedlichen Messmethoden der deutschen und niederländischen Partner. Neben der noch ausstehenden Quantifizierung der Unterschiede in den Messergebnissen fördern diese Erkenntnisse das Verständnis für Daten aus vergangenen und zukünftigen Messungen und machen diese nicht zuletzt bei der internationalen Zusammenarbeit besser interpretierbar. Außerdem können sie als Grundlage für einen möglichen zukünftigen Abgleich der Messmethoden und -ergebnisse dienen.

Ein Video zur beschriebenen Kampagne ist auf dem Youtube-Kanal der BAW verfügbar [1], eine Bilderserie kann auf Flickr eingesehen werden [2].

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An der Entstehung dieses Beitrages hat Martin Hämmerle mitgewirkt. Fotos: BAW.

Quellen:

[1] https://www.youtube.com/watch?v=KFTVXz4BU-w

[2] https://www.flickr.com/photos/bundesanstalt_fuer_wasserbau/albums/72177720296043685

Verfasst von Martin Struck

Das bodenmechanische Praktikum für die Studierenden der HSU 2021

Julia Sorgatz
20. Januar 2022
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Im November und Dezember 2021 wurde inzwischen fast traditionsgemäß das bodenmechanische Praktikum für Studierende der Helmut-Schmidt-Universität (HSU) in der BAW ausgerichtet. Das geotechnische Labor in Hamburg unterstützt mit diesen jährlich stattfindenden Praktika die HSU beim Studiengang Bauingenieurwesen. Neben Studierenden der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) waren in diesem Jahr auch erstmals Studierende der Autobahn GmbH dabei.

Sowohl mit Blick auf die Praktikumsinhalte als auch bei den Hygienemaßahmen waren die Mitarbeiter:innen auf BAW-Seite beim dritten Praktikumsjahrgang, dem zweiten unter Corona-Bedingungen, gut vorbereitet. 2G und AHA+L+C – Regeln ermöglichten eine sichere Durchführung des Praktikums.

Inhaltlich wurden wie bereits in den vergangenen Jahren am ersten Praktikumstag die Bodenklassifikation und Bodenansprache thematisiert. Von Anne Heeling wurde die fachgerechte Beschreibung des Bodens im Bohrkern und in Sonderproben erläutert. Anschließend konnten die Studierenden die Ansprache selbst üben. Auch bei Versuchen zur Ermittlung der Siebkurve, den Konsistenzgrenzen, Kalkgehalt und Glühverlust war die Mitarbeit der Studierenden gefragt, die an den einzelnen Versuchsständen von Melanie Schwab, Femke Behrens und Dirk Augner in Kleingruppen angeleitet wurden.

Studierende bei der Bodenanprache an Kern- und Sonderproben (links) und bei der Ermittlung der Konsistenzgrenzen (rechts).

Am zweiten Praktikumstag lag der Fokus auf den höherwertigen Versuchen der Bodenmechanik. Die Studierenden der Gruppe 1 mussten einen Probenkörper für einen Triaxialversuch aus einer älteren, stark organischen Sonderprobe von der Kleinen Schleuse Kiel herstellen. Hierbei zeigten sich die Tücken der Probenherstellung. Sagen wir mal so: Nach der entsprechenden DIN EN ISO 17892-9:2018-07 für Triaxialversuche dürfen „Furchen oder Löcher, die nicht größer als 1/6 des Probekörperdurchmessers sind, mit aufgearbeitetem Probematerial gefüllt“ werden, um einen akzeptablen Probenkörper zu erhalten. Gruppe 2 hatte da ein wenig mehr Glück, denn sie durfte die Probenherstellung an einer im Labor homogenisierten, konsolidierten Kleiprobe üben.

Anschließend führten die Studierenden den Einaxialen Druckversuch und Untersuchungen mit der Laborflügelsonde selbstständig durch. Da der Ödometerversuch und der Triaxialversuch mit einer Versuchsdauer zwischen ein bis drei Wochen einen Praktikumstag sprengen würde, gab es hierfür nur Trockenübungen zum Einbau und Erläuterungen zur Versuchsdurchführung. Verschiedene Arbeitsblätter zur Auswertung der Versuche ergänzten das praktische Lehrangebot der BAW.

Dem Laborteam der BAW haben die Praktikumstage wieder viel Spaß bereitet. Wir hoffen, den Studierenden ging es ähnlich und etwaige Klausurfragen zu Laborversuchen können nun gut beantwortet werden.

Verfasst von Julia Sorgatz

7. Kolloquium zur Wiederherstellung der ökologischen Durchgängigkeit an Bundeswasserstraßen von BAW und BfG

Burkhard Uhlig
26. November 2021
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Am 18./19. November 2021 fand in der BAW ein Kolloquium zum Thema „Die Variabilität natürlicher Prozesse – Eine Herausforderung bei der Planung von Fischaufstiegsanlagen“ statt, zu welchem BAW und BfG gemeinsam eingeladen hatten. Als auswärtiger Referent konnte unter anderem Prof. Dr. Geist von der TU München gewonnen werden, der auch den Einführungsvortrag hielt.

Das Kolloquium, das aus Pandemiegründen virtuell stattfinden musste, war auf ein erfreulich hohes Interesse gestoßen. Die vollständig digitale Ausrichtung war für die Organisator:innen eine neue Erfahrung und bisweilen auch Herausforderung. Basis für die Karlsruher Referierenden war ein professionell eingerichtetes Medienstudio, welches die besten technischen Voraussetzungen für das virtuelle Modell bot. Am Donnerstagmittag begrüßte BAW-Amtsleiter Prof. Dr. Heinzelmann die knapp 300 Teilnehmenden und damit einen etwa doppelt so großen Kreis von Fachleuten, als dies bei einer Präsenzveranstaltung der Fall gewesen wäre.

Die Referate des ersten Tags waren der biologischen und natürlichen Variabilität von Fischbeständen sowie der hydrologischen Variabilität gewidmet. Der Vortragsblock am zweiten Tag befasste sich im Wesentlichen mit dem Umgang mit natürlicher Variabilität bei der Planung von Fischaufstiegsanlagen. Im Anschluss an die Vorträge bestand die Möglichkeit zum fachlichen Austausch der Teilnehmenden in separaten moderierten Diskussionsräumen, die auch rege genutzt wurde. Das Schlusswort sprachen am Freitagmittag Dr. Roman Weichert und Dr. Matthias Scholten.

Die Organisator:innen erhielten im Anschluss an das Kolloquium eine sehr positive Resonanz. Hierbei wurden insbesondere die vielseitige Themenauswahl, die Referent:innen und die technische Umsetzung – nicht zuletzt in den Diskussionsräumen – hervorgehoben. Alle Vorträge des Kolloquiums werden zeitnah in einem Tagungsband veröffentlicht und dieser dann auch zum Download angeboten werden.

Verfasst von Burkhard Uhlig

Der erste erfolgreiche Herzschlag der neuen Mehrzweckschiffe (MZS)

Benno Lenkeit
15. November 2021
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Mit der erfolgreichen Zertifizierungserprobung des ersten LNG-Bordnetzaggregates einer 12er-Serie, begleitet von der Klassifikationsgesellschaft Lloyds Register, der BAW und der WSV, wurde ein essenzieller Meilenstein im Konstruktions- und Fertigungsprozess der drei neuen Mehrzweckschiffe erreicht.

Dies ist besonders bemerkenswert, da in den letzten 21 Monaten ein mit Erdgas betreibbarer Verbrennungsmotor so weiterentwickelt wurde, dass er mit toxischer und explosiver Verbrennungsluft, die bei einem Havariebekämpfungseinsatz im Operationsgebiet des MZS auftreten kann, sicher funktioniert.

Dafür haben die Motorkonstrukteure nicht nur die baulich konstruktiven Aggregate-Anpassungen durchgeführt, sondern im Vorfeld Versuche und Messungen an einem Testmotor realisieren müssen.

Auch die Nachbildung der im realen Schiffseinsatz besonders kritischen explosiven Umgebungssituation musste zur Vorbereitung der Werkserprobung betrachtet und in die Bordnetzaggregateerprobung integriert werden. Nicht zuletzt waren hierfür die baulichen Gegebenheiten am Motorprüfstand und auch der laufende Fertigungsbetrieb bzgl. des sicherheitstechnischen Umgangs mit explosiver Verbrennungsluft zu berücksichtigen.

Für den nunmehr ersten Motor dieser neuen hochkomplexen und ausrüstungsintensiven LNG-Mehrzweckschiffe hat alles auf Anhieb funktioniert. Die erforderlichen Nachweise konnten erbracht werden. Für die nun folgenden Aggregate wünschen wir den vertraglich und fertigungstechnisch verantwortlichen Firmen MTU und BERGEN-Engine auch weiterhin gutes Gelingen.

Für das in Norwegen bereits gebaute und erfolgreich erprobte Bordnetzaggregat bzw. die noch zu bauenden drei Einheiten für das erste MZS schließen sich nun zunächst der Transportweg nach Litauen (Klaipėda), zum Zwecke des Einbaues in den Schiffskasko an. Im weiteren Projekt-/Fertigungsablauf wird der vorausgerüstete Schiffskasko, nach Deutschland (Lemwerder) verschleppt. Dort wird aus dem vorausgerüsteten Kasko ein modernes und hochkomplexes Mehrzweckschiff, dessen Systeme, wie auch die Bordnetzaggregate nach Abschluss der Installationsarbeiten einer Inbetriebnahmeprozedur und weiterer Hafen- und Seeerprobungen unterzogen werden. Anschließend kann das Mehrzweckschiff dem in 2021 neu gegründeten Reedereizentrum der WSV übergeben werden.

P.S. Durch die zwischenzeitliche Herauslösung des Motorfertigungswerkes aus dem Rolls-Royce-Konzern gehören sowohl der gebaute als auch die noch für die Mehrzweckschiffe zu bauenden LNG-Motoren zu den letzten, die ein Rolls-Royce-Typenschild erhalten werden.

(erstellt: Ulf Türmer, Referat K4, Fachbereich Elektrotechnik)

Bildquelle: BAW

Verfasst von Benno Lenkeit

’Gnat’ together – W2 auf Stechmückenjagd

Martin Hämmerle
10. November 2021
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Am 23.09.2021 morgens traf sich das Referat W2 Flussbau für eine halbtägige Exkursion in Rappenwört (Abb. 1). Die Veranstaltung erfolgte im Rahmen der BAW „get together“, mit denen der persönliche Kontakt im Kollegium auch unter Pandemiebedingungen und nach einer home-office-lastigen Zeit wieder gepflegt werden konnte.

Abbildung 1: Die get-together-Gruppe am Ausgangspunkt der Exkursion.
Abb. 1: Die get-together-Gruppe am Ausgangspunkt der Exkursion.

Die Gruppe wurde von Dipl.-Biol. Harald Jonitz zu verschiedenen Standorten im Altarm- und Auenbereich geführt und dabei umfassend vor allem zur Biologie von Mücken sowie der Stechmückenbekämpfung durch die Kommunale Aktionsgemeinschaft zur Bekämpfung der Schnakenplage e. V. (KABS) informiert. Themenbereiche des Vortrags und der Diskussionen waren beispielsweise die bevorzugten Habitate von Stechmücken (v. a. ephemere, stehende Gewässer für die Larven, Abb. 2), spezifische Fortpflanzungs- und Entwicklungszyklen (und die Kopplung an das z. B. im Jahr 2021 aus Mückenperspektive günstige Witterungsgeschehen), Erkennungsmerkmale und die (jeweils aktuell eher kleine) Rolle von Mücken in Nahrungsketten sowie bei der Übertragung von Krankheiten. Zudem wurden die Bekämpfungsmethoden im Wandel der Zeit sowie Möglichkeiten, selbst den lästigen Plagegeistern auf das Chitin zu rücken, thematisiert.

Abbildung 2: Im Bild ist eine große Anzahl von Mückenlarven zu sehen, die eine Pfütze in einer Abdeckplane als ideales Habitat für ihre Entwicklung nutzt.
Abb. 2: Eine Pfütze in einer Abdeckplane ist ein ideales Habitat für Mückenlarven.

Insgesamt wurde an diesem sonnig-frischen Vormittag wieder deutlich, dass selbst bei der Fokussierung auf einen relativ kleinen Teil eines Ökosystems die Prozesse und Abhängigkeiten im Detail sehr komplex sind – was ja auch das Arbeiten im, am und mit dem Fluss unverändert spannend gestaltet. Auch im Falle dieser Veranstaltung waren der Blick über den eigenen Fachhorizont hinaus sowie die kontroverse Diskussion also wieder lohnenswert.

Vielen Dank an Harald für die kurzweiligen Stunden, die weitreichenden und tiefgehenden Erklärungen sowie die interessanten Diskussionen – wir wünschen einen schönen und erfolgreichen Aufenthalt im südhemisphärischen Nordwinterquartier!

An der Entstehung dieses Beitrages haben Peter Servouse und Fabian Beimowski mitgewirkt. Fotos: Bernd Hentschel.

Verfasst von Martin Hämmerle

Kiellegung des ersten von insgesamt drei LNG- Mehrzweckschiffen (MZS) des Bundes

Benno Lenkeit
9. September 2021
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Mit dem erfolgten Brennstart am 28.06.2021 und der nunmehr am 07.09.2021 erfolgten offiziellen Kiellegung wurde knapp 20 Monate nach erfolgter Vertragsunterzeichnung am 20.01.2020 der Schritt in die eigentliche Fertigung des ersten von insgesamt drei neuen LNG- Mehrzweckschiffen (MZS) des Bundes vollzogen. Der Auftragnehmer, die Abeking & Rasmussen Schiffs- und Yachtwerft SE, hat auf Grund der gegenwärtigen sehr guten Auslastungslage am Stammsitz in Lemwerder an der Weser einen Teil der Fertigung an die Western Baltija Shipbuilding Yard in Klaipeda/ Litauen vergeben. Die Abeking & Rasmussen Schiffs- und Yachtwerft SE ist während der gesamten Fertigung mit einem eigenen Projektteam zur Sicherstellung einer hohen Qualität sowie als permanenter Ansprechpartner für die Bauaufsicht des Auftraggebers in Klaipeda vertreten. Das Fertigungskonzept sieht vor, dass die Neubauten in einer sogenannten Blockbauweise umfangreich vorausgerüstet mit einem Abstand von ca. 9 Monaten bis schlussendlich September 2023 an der Ostsee entstehen werden. U.a. werden bauablaufbedingt bereits Großkomponenten, wie z.B. der ca. 350 m3 fassende LNG- Tank, die Bergen- Gasmotoren ab Schiff zwei, die Hauptantriebsanlagen sowie der Bugjet der Fa. Schottel eingebracht. Für die weitere Ausstattung mit umfangreicher Decksausrüstung, u.a. die große Schleppwinde, die Hebezeuge, die umfangreiche Ausrüstung zur Ölbekämpfung, der Ausbau und die Einrichtung mit sämtlichen dann folgenden Inbetriebnahmen, Erprobungen und Probefahrten werden die Schiffe sukzessive schwimmfähig und vollständig konserviert an die Weser überführt werden.

Der nunmehr erfolgten Kiellegung sind intensive Gespräche im Rahmen der Prozesse von Basic – und Detail Design vorangegangen. Diese erfolgten zwischen den Beteiligten der Werft, dem Projektteam des Auftraggebers, bestehend aus dem Team der Bauaufsicht des Referates Schiffstechnik der BAW, den Vertretern des künftigen Eigners (WSV mit dem Reedereizentrum, inkl. Mitgliedern der künftigen Besatzung) sowie der Klassifikationsgesellschaft Lloyds Register und einer Vielzahl von beteiligten Systemlieferanten und Zulieferern. Die in der zweiten Hälfte 2020 bei der HSVA Hamburg erfolgreich durchgeführten umfangreichen Modelloptimierungen und anschließenden Modellversuche lassen ein in Bezug auf die geforderten Leistungsmerkmale, insbesondere die Erreichung des geforderten Pfahlzuges von 1450 kN, optimierten Schiffsentwurf erwarten. Der weitere Fertigungszeitplan sieht für den Mai 2022 sowie den Januar 2023 die jeweiligen Kiellegungen der MZS 2 und MZS 3 vor, so dass spätestens ab diesem Zeitpunkt die Intensität für die Beteiligten der Bauaufsicht nochmals erhöht wird. Zudem wird mit der Überführung des MZS 1 voraussichtlich im April 2022 die Bauaufsicht dann künftig zwei Baustellenorte betreuen müssen. Zur Wahrnehmung der Bauaufsicht steht ein erfahrenes Team, bestehend aus dem Referat Schiffstechnik der BAW, dem Reedereizentrum der WSV, einschließlich Mitgliedern der künftigen Besatzung sowie einem externen Dienstleister im Auftrag der BAW, der Bietergemeinschaft Reederei Laeisz/ Innoven GmbH, zur Verfügung. Ein nächstes Highlight wird die Erprobung und Zertifizierung der für diesen Einsatzfall speziell entwickelten gasschutzfähigen Bergen- Gasmotoren sein. Die baugleichen Mehrzweckschiffe werden die mit LNG betriebene, seegehende Spezialschiffsflotte des Bundes um drei weitere Einheiten erweitern.

Quelle: Abeking & Rasmussen Kiellegung 6510 Klaipeda 7 September 2021

Verfasst von Benno Lenkeit

Flusskrümmungen im Labor

Irina Klassen
28. August 2021
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Wer trotz Lockdown und Home Office in den letzten Monaten einen Blick in die Halle V am Standort Karlsruhe werfen konnte, wird unschwer festgestellt haben, dass sich hier so einiges getan hat. Wo über 20 Jahre die Oder bei Hohenwutzen mit einem Geschiebetransportmodell (GTM) und später z. B. die Verringerung der Sedimentation in Häfen mit Hilfe von Lenkbuhnen untersucht wurden, wird seit November 2020 auf einer Fläche von fast 800 m² ein großes gegenständliches GTM aufgebaut – das sogenannte Krümmungsmodell. Es sieht dem Odermodell sogar ähnlich, da das gleiche gelbe Kunststoffgranulat genutzt wird, um das Geschiebe nachzubilden. Geschiebe ist das Sohlmaterial im Gewässerbett, das hüpfend und springend entlang der Gewässersohle bewegt wird.

Das neue Flächenmodell entsteht im Rahmen des Forschungsvorhabens „Hydraulische und morphodynamische Untersuchungen in Krümmungsstrecken mit Geschiebetransport“. Flusskrümmungen stellen im Wasserbau eine komplexe hydraulische und morphodynamische Situation dar, die gekennzeichnet ist durch dreidimensionale Strömungseffekte und eine große Veränderlichkeit von Strömung und Sohlgeometrie über den Ort und die Zeit.

Im Fokus der Untersuchungen stehen die Wirkung von Regelungsbauwerken im Gewässerbett (z. B. Buhnen oder Schwellen) und der Einfluss der Vorlandcharakteristik auf die Strömung und die Umformung der Gewässersohle in Flusskrümmungen. Im Modell sind drei Krümmungen mit zwei unterschiedlichen Radien abgebildet. Es werden Zusammenhänge unterschiedlicher geometrischer und hydraulischer Randbedingungen untersucht, um den Ansprüchen an die Wasserstraße sowohl für den Schiffsverkehr als auch als Lebensraum für Tiere und Pflanzen durch Strukturierung besser gerecht zu werden.

Ziel ist es, allgemeingültige Empfehlungen für strukturierende Maßnahmen in durch Krümmungen geprägten Flussstreckenabschnitten an den Bundeswasserstraßen abzuleiten. Die Modelluntersuchungen schaffen damit eine Schnittstelle zwischen anwendungsorientierter Forschung und WSV-Beratung.

Abb. 1: Projektion des Krümmungsmodells auf den Hallenboden.

Was ist bei diesem Geschiebetransportmodell denn nun aber so anders im Vergleich zu seinen Vorgänger-Modellen? Im Gegensatz zu stark anwendungsorientierten Laborrinnen oder zu GTM, die konkrete Flussabschnitte abbilden, ermöglicht das parametrisierbare Modell zu möglichst unterschiedlichen Flusskrümmungsabschnitten entlang der deutschen Bundeswasserstraßen Rhein, Elbe, Donau und Oder einen Bezug. Das Modell wurde daher so konzipiert, dass wesentliche geometrische, hydraulische und morphologische Parameter relativ leicht verändert werden können:

  • Änderung des Modellmaßstabs zur Anpassung an unterschiedliche Flüsse
  • Wahl des Modell-Sohlmaterials (ermöglicht die Simulation von Sand-Kies- als auch überwiegend Kiesführender Flüsse)
  • Bauwerksmodifikationen, z.B. Veränderung der Buhnenhöhe bezogen auf die Gewässersohle oder die Höhe des Vorlandes, Austausch von Buhnen durch Parallelwerke etc.
  • Vorlandmodifikationen durch unterschiedliche Vorlandhöhen, -breiten oder Rauheiten, Aktivierung einer Vorlandrinne

Der Modellaufbau ist beendet. Die Vorländer wurden zwischen Querprofilen aus Metall mit Sand gestaltet, der durch eine Estrichschicht befestigt wurde. Ca. 90  Buhnen wurden in Formen gegossen, im Gewässerbett eingebaut und zusätzlich mit einem Belag zur Erhöhung der Rauheit versehen. Als Sohlmaterial wurde gelbes Kunststoffgranulat aus Polystyrol zwischen Ufer und Buhnen eingeschwemmt. Nun kann das Modell mit der umfangreichen Mess- und Regeltechnik in Betrieb genommen werden.

Abb. 2: Rohbau des Modellaufbaus– Blick nach unterstrom (Stand: 18.12.2020).
Abb. 3: Frisch gefülltes Modell mit gelbem Granulat als Sohlmaterial, Buhnen in weiß an beiden Ufern, Vorlandfläche in grau – Blick nach oberstrom (Stand: 30.06.2021).

Die Art der Kalibrierung und die dabei zu erhebenden Daten wurden mit den Numerikern der BAW abgestimmt.  So können geeignete Daten für die Weiterentwicklung und Validierung von numerischen Modellverfahren zur Simulation von Strömung und Geschiebetransport bereitgestellt werden. Und wer weiß, bei all den vielen möglichen zu untersuchenden Fragestellungen, Parametervariationen und der ständig in der Entwicklung befindlichen Messtechnik wird das Krümmungsmodell bezüglich seiner Lebenszeit vielleicht an seinen Vorgänger heranreichen…

Weitere Informationen zum Forschungsvorhaben finden sich unter:

https://izw.baw.de/publikationen/forschung-xpress/0/BAWFoX_2021_26.pdf

An der Entstehung dieses Beitrages haben Petra Faulhaber und Bernd Hentschel mitgewirkt.

Verfasst von Irina Klassen

Bauteilversuche in der Schleuse Oberesslingen

Marc Schmitz
21. Juli 2021
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Die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) und das Wasserstraßen-Neubauamt Heidelberg (WNA) laden Bauunternehmen und Planungsbüros mit fundierten Erfahrungen im Schleusenbau (Massivbau und Stahlwasserbau) zu einem Interessendialog ein. Die Gespräche dienen dazu, die Vergabe der Planungs- und Bauleistungen für das innovative Pilotprojekt „Bauteilversuche in Oberesslingen“ vorzubereiten, um die Herausforderungen des Projekts von Anfang an partnerschaftlich zusammen mit der Bauindustrie zu lösen.

Instandsetzung unter Betrieb an der Schleuse Feudenheim (2009)

Die Planungs- und Bauleistungen für die Bauteilversuche in Oberesslingen werden im Anschluss an den Interessendialog voraussichtlich Mitte 2021 in einem Verhandlungsverfahren mit vorherigem europaweiten Teilnahmewettbewerb ausgeschrieben.

Im Pilotprojekt sollen Bauteilversuche an der rechten Kammer der Schleuse Oberesslingen als Musterschleuse durchgeführt werden. BAW und WNA möchten mit den Bauteilversuchen bautechnischen Verfahren in der Praxis erproben, die sie im Rahmen des Gesamtprojekts „Instandsetzung unter Betrieb“ (IuB) als Alternativen zu herkömmlichen Bauweisen speziell entwickelt haben, um Einkammerschleusen künftig unter laufendem Schifffahrtsbetrieb instand zu setzen. 

Ziel des Gesamtprojektes IuB ist es, die bautechnischen Verfahren in der Praxis zu testen, Leistungsdaten zu ermitteln und die Ergebnisse anschließend als modulare Lösungen für typische Instandsetzungsaufgaben in einer Handlungsempfehlung („Modulbaukasten“) für alle zukünftigen Instandsetzungen unter Betrieb zusammenzustellen.

Interessierte Unternehmen können bis zum 31.03.21 per E-Mail an die BAW (E-Mail: bauteilversuche@baw.de) melden, um an dem Interessendialog teilzunehmen.

Details zu den Zielen und geplanten technischen Verfahren der Bauteilversuche sowie zum Ablauf des Interessendialogs und des nachfolgenden Vergabeverfahrens sind dem Informationspapier zu entnehmen.

Weitere Informationen werden zeitnah hier hinterlegt

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Nach der Fertigstellung der Vergabeunterlagen und der Freigabe des Projekts durch das BMVI und die GDWS ist derzeit vorgesehen, die Bekanntmachung der IuB-Bauteilversuche an der Schleuse Oberesslingen Ende Dezember 2021 über die E-Vergabe-Plattform des Bundes zu veröffentlichen.

Neben den Antragsunterlagen zum Teilnahmewettbewerb werden über die E-Vergabeplattform des Bundes auch alle bisher erstellten technischen Unterlagen zum Bauwerk und zu den Bauteilversuchen veröffentlicht. Im Falle der Veröffentlichung muss der Antrag zur Teilnahme über die E-Vergabe-Plattform des Bundes eingereicht werden. Art und Umfang und zu beachtende Termine der hierfür benötigten Unterlagen sind im Rahmendokument der Vergabeunterlagen beschrieben.   

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Sehr geehrte Damen und Herren,

es ist soweit:

Das Verfahren zur Vergabe der Planungs- und Bauleistungen für die Bauteilversuche in Oberesslingen wurde gestartet. Machen Sie mit! BAW und WNA-HD laden alle interessierten Unternehmen ein, sich jetzt an dem Verfahren zu beteiligen.

In dem Pilotprojekt erprobt die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes verschiedene bautechnische Verfahren für die Instandsetzung von Schleusen unter und außer Betrieb in der Praxis. Dabei setzt sie ganz auf Innovation und bezieht das Know-How der Planungs- und Bauunternehmen von Anfang an in das Projekt ein. Die Ergebnisse des Verfahrens werden die Grundlage sein für die künftige Instandsetzung von bis zu 200 Einkammer-Schleusen unter laufenden Schifffahrtsbetrieb.

Die Bekanntmachung des europaweiten Verhandlungsverfahren mit vorherigem öffentlichen Teilnahmewettbewerb finden Sie hier [https://ted.europa.eu/udl?uri=TED:NOTICE:665698-2021:TEXT:DE:HTML]. Über die Bekanntmachung gelangen Sie zu den vollständigen Vergabeunterlagen, die auf der eVergabe-Plattform des Bundes bereitstehen. In dem Verfahren können interessierte Unternehmen ihren Teilnahmeantrag bis zum 02.02.2022 um 12 Uhr einreichen. Wenn Sie am Verfahren teilnehmen möchten, empfehlen wir, sich auf der  eVergabe-Plattform zu registrieren. Registrierte Unternehmen werden automatisch über neue Unterlagen, etwaige geänderte Fristen, etc. informiert.

Kommen Sie gut ins neue Jahr.

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Informationspapier-Interessendialog_17.02.2021Herunterladen
FAQ-FinalHerunterladen
Umfang-Bauteilversuche-OESHerunterladen
Vergabe-und-Vertragsmodel-BTV-IuBHerunterladen
Schnitt-Schleusenkomp-1Herunterladen
Vorlaeufiger-Zeitplan_Vergabeverfahren-BTV_Stand-30.07.2021-1Herunterladen
Schalplan_8832_Sohlenplatten_1900px_breitHerunterladen
Uebersichtsplan_1zu200_999-0125169-0000_Blog
Bekanntmachung-des-Vergabeverfahrens-noch-in-2021Herunterladen

Verfasst von Marc Schmitz

Messungen auf der Elbe

Petra Faulhaber
2. Juni 2021
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Zurzeit ist das Ingenieurbüro Schmid zum zweiten Mal in diesem Jahr im Auftrag der BAW auf der Binnenelbe unterwegs, um Strömungsdaten zu erheben. Die erste Messkampagne fand vom 16. bis 19. April 2021 zwischen El-km 217 und 420 (Wittenberg/Lutherstadt und Havelberg), die zweite vom 25. Mai bis 2. Juni zwischen El-km 217 und 517 (Hitzacker) statt. Der Schwerpunkt dieser Messungen liegt auf dem Erfassen von Durchflüssen, die außerhalb der Streichlinie in Seitenbereichen abgeführt werden. Bei den Abflussverhältnissen beider Kampagnen (zwischen mittlerem Niedrigwasser und Mittelwasser) betrifft das hauptsächlich die Strömung hinter Parallelwerken, durch Buhnenkerben und niedrig angeschlossen Seitenarme.

Diese Strömungssituationen entstanden immer dort, wo die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) meist im Rahmen der Unterhaltung in Abstimmung mit Landesbehörden eine Strukturverbesserung erzielen wollte. Mit solchen Maßnahmen wurden bereits wertvolle Erfahrungen bei der Aufwertung der Lebensräume für Pflanzen und Tieren gewonnen, die mit Blick auf die Erweiterung des Aufgabenspektrums der WSV immer größere Bedeutung erlangen. Diese Aufgabenänderung umfasst die Verpflichtung der WSV zur wasserwirtschaftlichen Unterhaltung als Eigentümer, Initiativen im Rahmen des „Blauen Bandes Deutschland“ und – ganz aktuell – überträgt das „Gesetz über den wasserwirtschaftlichen Ausbau zur Erreichung der Bewirtschaftungsziele der Wasserrahmenrichtlinie“ der WSV Anteile des wasserwirtschaftlichen Ausbaus als hoheitliche Aufgabe. An der Elbe bietet darüber hinaus seit 2017 das „Gesamtkonzept Elbe“ einen Rahmen dafür, dass die unterschiedlichen Ansprüche an den Fluss gleichberechtigt miteinander abgewogen werden.

Um die Erfahrungen mit bisher umgesetzten Maßnahmen für das weitere Handeln nutzen zu können, sind Kontrollen erforderlich, ob und wie die Ziele der Maßnahmen erreicht wurden.  Hier interessieren die BAW die abiotischen Bedingungen wie Strömungsparameter und Veränderlichkeit der Sohlgestalt und des Feststofftransportes. Soll beispielsweise die Strömungsvielfalt vergrößert werden, ist aufzuzeigen, wie sich die Strömung nach der Maßnahme ausprägt. Dazu werden bei den Sondermessungen Fließgeschwindigkeit, Sohlgeometrie und Wasserspiegel flächenhaft gemessen. Dies geschah u. a. in einem Abschnitt bei El-km 217 (siehe Bild oben) bereits bei verschiedenen Abflüssen. Hier wurden vom Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt Elbe, Haus Dresden, bei der Unterhaltung von Buhnen z. B. folgende Maßnahmen umgesetzt:

  • In Kerben wurde die landseite Böschung nicht gesichert, sodass Uferabbrüche zugelassen werden.
  • Eine Insel, die Tieren Schutz vor Prädatoren bietet und die Strömung lenkt für besserer Schifffahrtsbedingungen, wurde geschaffen.
  • Eine Buhne wurde stromab statt stromauf ausgerichtet.

Im Bild unten sieht man die Darstellung der mittleren Fließgeschwindigkeiten aus einer flächenhaften Messung im Jahr 2017 bei leicht überströmten Buhnen. Hier sind die Strömung um die Insel und bei Buhnenkerben zu erkennen. 

Eine wichtige Angabe für die Charakterisierung der Abflusssituation ist der Durchflussanteil außerhalb der Streichlinie. Dieser kann aus flächenhaften, aber auch aus Messungen in geeigneten Profilen ermittelt werden. Bei der Messung in 2017 wurden beispielsweise bei einem Gesamtabfluss von 457 m³/s  Durchflüsse von 4 – 6 m³/s in den Kerben und hinter einer Insel gemessen. Mit den Tiefenanalysen der WSV kann parallel geprüft werden, ob die Seitendurchflüsse zu einer Verschlechterung der Schifffahrtsbedingungen führen. So erhofft man sich letztendlich Hinweise, welche Parameter (z. B. Durchflussanteil, Höhe der Sohle) für Seitendurchflüsse bei bestimmten Streckencharakteristika zugelassen werden können. Da man dazu die Wirkung über das maßgebende Abflussspektrum kennen muss, sind viele Messungen erforderlich. Bei großen Maßnahmen werden von der BAW auch Strömungsmodelle zur Prognose der Wirkungen genutzt. Für die Überprüfung der Prognosefähigkeit der Modelle sind die Ergebnisse der Naturuntersuchungen von großem Nutzen.

Verfasst von Petra Faulhaber

Nun herrscht wieder Stille – um und in der Grünen Rinne

Veronica Wiering
17. Mai 2021
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Die Fischversuche 2020/21 mit der Forschungsfrage, ob sich die Passagewahrscheinlichkeit für kleine schwimmschwache Fische durch eine raue Sohle im Vergleich zu einer glatten Sohle verbessert, sind beendet. Sowohl die Kolleg*innen der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) als auch deren Schützlinge haben die BAW verlassen. Während die Fische wieder in ihre Herkunftsgewässer gesetzt wurden, befinden sich die Biolog*innen der BfG und die Hydrauliker*innen der BAW für die Datenauswertung an den Schreibtischen.

Zwei Fischarten, Rotaugen und Gründlinge, haben in der aktuellen Ethohydraulikstudie des BAW-BfG-Verbundprojekts „Ökologische Durchgängigkeit“ den Versuchsaufbau in einer Laborrinne der BAW durchschwommen. Jeweils in Dreiergruppen wurden die Fische mit der hydraulischen Situation in Form eines Einstiegsschlitzes und einer rauen oder glatten Sohle konfrontiert. Um die Versuchsbedingungen zu dokumentieren und vor allem das Fischverhalten im Nachgang zu analysieren, wurde im Vorfeld der Versuche die Hydraulik im Ober- und Unterwasser sowie im Einstiegsschlitz gemessen.

Die Bemessungsgeschwindigkeit in dieser Untersuchung wurde als die maximale Geschwindigkeit im Schlitzquerschnitt definiert und sollte für die glatte und raue Sohle gleich sein. Die Geschwindigkeit im und unterhalb des Schlitzes korreliert mit der Wasserspiegeldifferenz von Ober- und Unterwasser. Durch die Variation des Durchflusses und des Unterwasserstands wurde die vorgegebene Geschwindigkeit eingestellt, sodass die hydraulischen Zustände bei rauer und glatter Sohle vergleichbar sind.

Detailansicht auf die Schlitzabströmung.

Im Einstiegsschlitz sind die Geschwindigkeitswerte unabhängig von der Sohlstruktur über die Tiefe annähernd konstant. Das sich im Schlitz bei rauer Sohle, anders als in der Gerinnehydraulik, im messbaren Bereich (ca. 2cm oberhalb der höchsten Steinspitze) keine geschwindigkeitsreduzierte Schicht einstellt, bestätigt die zuvor getroffene Annahme über die hydraulische Situation am Schlitz.

Bevor tiefer in die weitere Auswertung eingestiegen werden kann, müssen zunächst alle erstellten Unterlagen, wie z.B. die handschriftlichen Protokolle, digitalisiert und die vielen Fischvideos gesichert werden. Ob sich die Schlitzpassagerate bei rauer Sohle von der bei glatter Sohle signifikant unterscheidet und wie groß der mögliche Unterschied sein wird, kann erst nach umfangreichen statistischen Tests gesagt werden.

BAW und BfG sind auf die Erkenntnisse gespannt, die sich aus diesem Versuchsaufbau ableiten lassen, und schielen schon jetzt mit einem Auge auf die nächsten Fischversuche, die für 2022 geplant sind.

Dieser Artikel wurde in Zusammenarbeit mit den Kolleg*innen der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) verfasst. Weitere Informationen zum Projekt der ökologischen Durchgängigkeit finden Sie unter https://www.bafg.de/DE/08_Ref/U4/07_Durchg/durchg_node.html. Allgemeine Informationen zur BfG finden Sie hier www.bafg.de.

Verfasst von Veronica Wiering

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