MorphoWeser - Dynamik kohäsiver Sedimente

Ereignisgesteuerte Morphodynamik im Weserästuar - Untersuchungen zur Dynamik kohäsiver Sedimente in der Weser im Abschnitt Blexer Bogen und Nordenham


Das Teilprojekt: „Untersuchungen zur Dynamik kohäsiver Sedimente in der Weser im Abschnitt Blexer Bogen und Nordenham (MorphoWeser - Dynamik kohäsiver Sedimente)“ wird als Kooperationsprojekt zwischen der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW), Dienststelle Hamburg-Rissen, und dem Institut für Wasserbau der Technischen Universität Hamburg-Harburg durchgeführt. Es ist ein Teil des Forschungsvorhabens „Ereignisgesteuerte Morphodynamik im Weserästuar (MorphoWeser)“ der BAW. Ein zweites Teilprojekt „Modellaufbau und Langfristmodellierung morphologischer Änderungen der Außenweser“ dieses Vorhabens wird vom MARUM in Bremen bearbeitet. Im Teilprojekt an der TUHH wird der Sedimenttransport am Übergang zwischen Unter- und Außenweser mit dem Fokus auf kohäsive Sedimente untersucht.

Im Rahmen des Sedimentmanagements der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) für die Sicherung und Instandhaltung der Fahrrinne der Seeschifffahrtsstraße im Weserästuar werden Unterhaltungsbaggerungen durchgeführt. Einen Schwerpunkt dieser Erhaltungsmaßnahmen liegt bei Bremerhaven im Abschnitt Weser-Km 55-65 (sog. Blexer Bogen und Schlickstrecke Nordenham; s. folgende Abbildung). In diesem Bereich fallen im Wesentlichen Schluffe mit im Mittel hohen organischen Bestandteilen (Schlick) an. Es ergeben sich Baggermengen von ca. 1-2 Mio qm pro Jahr. Für eine Optimierung des Sedimentmanagements der WSV und zur Prognose der Auswirkung wasserbaulicher Maßnahmen wird es als notwendig angehen die Sedimentdynamik in diesem Gebiet mit numerischen Verfahren naturähnlich wiederzugeben. Diesbezüglich ist es erforderlich bestehende Modelle anzupassen und zu erweitern.

Zudem besteht ein grundlegendes Interesse ein besseres Verständnis für die im Weserästuar stattfindenden natürlichen Prozesse mit Auswirkung auf die Hydro- und Morphodynamik zu entwickeln. Den spezifischen Eigenschaften und Auswirkungen von kohäsiven Sedimenten wird in diesem Zusammenhang eine besondere Bedeutung beigemessen.

Fragestellungen

1.  Stand von Wissenschaft und Forschung

  • Modellierung des Transportverhaltens kohäsiver Sedimente
  • Spezifische Arbeiten zum Weserästuar
  • Relevanter Forschungsbedarf in Bezug auf kohäsive Sedimente
  • Möglichkeiten der Modellerweiterung (UnTRIM und DELFT3D)

2. Modellierung des abiotischen Sedimenttransportes (Stand der Technik)

  • Abbildung des Transportes suspendierter Sedimente und relevanter Prozesse
    • Ästuarine Zirkulation
    • Tidal Pumping
    • Ästuarine Trübungszone (longitudinales Trübungsmaximum)
  • Abbildung der lokalen Umlagerung
    • Lokale Resuspension und Deposition in Abhängigkeit vom Tidezyklus
    • Wiedergabe von Netto-Depostionsgebieten

3. Weiterentwicklung bestehender Formulierungen des Sedimenttransportes

  • Detailliertere Beschreibung der effektiven Sinkgeschwindigkeit
  • Verbessertes Bodenschicht- und Bodenaustauschmodell (Depositions- und Erosionsströme)
  • Berücksichtigung biogener Effekte (z.B. Flokkulation; Extracellular Polymeric Substances EPS)
  • Durchführung von Messungen im Labor und in der Natur zur Verbesserung und Ableitung von Modellparametern

Die numerische Modellierung erfolgt mit D-Flow und D-Morphology aus der DELFT3D -Suite, einer frei verfügbaren Modellierungsumgebung von Deltares. Für die Untersuchung der aufgezeigten Fragestellungen wird das Modellgebiet gemäß der folgenden Abbildung gewählt.

Rahmendaten

Kooperationspartner:  

Bundesanstalt für Wasserbau (BAW), Dienststelle Hamburg-Rissen

Institut für Wasserbau der Technischen Universität Hamburg (TUHH)

Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Peter Fröhle

Projektingenieur: Roland Hesse, M.Sc.

Laufzeit: 20.11.2014 – 20.11.2017 (3 Jahre)