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Tidekennwerte der Strömung

Aus BAWiki

Graphische Darstellung der Tidekennwerte der Strömungsgeschwindigkeit. Diese Darstellung ist zusätzlich auch als Encapsulated PostScript Datei erhältlich.

Graphische Darstellung der Tidekennwerte für den Durchfluß. Diese Darstellung ist zusätzlich auch als Encapsulated PostScript Datei erhältlich.

Graphische Darstellung von Reststromweg und Reststrom (-geschwindigkeit). Diese Darstellung ist zusätzlich auch als Encapsulated PostScript Datei erhältlich.

Inhaltsverzeichnis

Motivation

Berechnung und graphische Darstellung verschiedener Tidekennwerte der Strömung tragen wie schon die Tidekennwerte des Wasserstandes dazu bei, ausgewählte Aspekte der Gezeitendynamik getrennt für den Ebbe- und Flutstrom sowie für die gesamte Tide in Küstengewässern und Ästuarien herauszuarbeiten.

  • So ermöglicht insbesondere die für den Flutstrom und den Ebbestrom getrennt durchgeführte Berechnung der Tidekennwerte der Strömung einen Einblick in die Ungleichheit oder Asymmetrie der Tidephasen. Diese Ungleichheit kann sich z.B. in unterschiedlich langen Flut- und Ebbestromdauern äußern. Auch können die maximal erreichten Flut- und Ebbestromgeschwindigkeiten infolge der verschieden langen Tidephasen oder als Ergebnis des unterschiedlich raschen Steigens oder Fallens des Wasserspiegels (daraus resultieren verschiedene Beschleunigungen) mehr oder weniger stark von einander abweichen. Differenzen der max. Strömungsgeschwindigkeiten können eine der wesentlichen Ursachen für residuellen ebbe- oder flutorientierten Sedimenttransport sein.
  • Unterschiedliche Eintrittszeiten der Stromkenterungen sind in erster Linie ein Ergebnis der gegen Ende der jeweiligen Tidephase in ihrer Bedeutung von Ort zu Ort unterschiedlich zunehmenden bewegungshemmenden Kräfte (barokliner und barotroper Druckgradient, Reibung an der Gewässersohle) gegenüber den beharrenden (Massenträgheit). Das Ergebnis für diese Tidekenngrößen wird stark von der Wassertiefe beeinflusst, aber auch die Position des betrachteten Wasservolumens innerhalb der Wassersäule ist von Bedeutung.
  • Verschiedene Abstände der Kenterpunkte der Strömung von den dazugehörigen Thw- oder Tnw-Ereignissen sind ein Begleitumstand des unterschiedlichen Fortschreitens der Gezeitenwelle. Während bei einer "idealen" Tiefwasserwelle (z.B. Gezeiten in ozeanischen Gebieten) Stromkenterung und Thw/Tnw um jeweils 90 ° phasenverschoben sind, treten in Ästuarien deutlich kleinere Phasenverschiebungen auf, die auf Reibungseffekte und/oder Reflexionserscheinungen zurückgeführt werden können.
  • Die Stauwasserdauer vermittelt einen Anhaltspunkt für die Phase milden Strömungsklimas. Zu diesen Zeiten haben insbesondere im Wasser befindliche Schwebstoffe Gelegenheit zur Sedimentation. Ausgeprägte Unterschiede in der Länge der Stauwasserdauer bei Ebbe- und Flutstromkenterung können einen residuellen ebbe- oder flutorientierten Schwebstofftransport begünstigen.
  • Die für die gesamte Tidedauer kalkulierten residuellen Größen können Trends für Resttransporte aufzeigen helfen. So stellt der Eulersche Reststrom eine Approximation erster Ordnung für den Lagrangeschen Resttransport dar - allerdings sollte er nicht überinterpretiert werden.

Eine automatische Analyse zur Ermittlung der Tidekennwerte der Strömungsgeschwindigkeit von 2D- oder 3D- Berechnungsergebnissen wird von den Programmen TDKVF und NCANALYSE durchgeführt.

Berechnung der Strömungskenterung

Die Zeitpunkte der Ebbe- und Flutstromkenterung werden von den Programmen TDKVF und NCANALYSE in unterschiedlicher Weise bestimmt.

Programm TDKVF

TDKVF ermittelt den Termin der Strömungskenterung auf Basis des Betrags der Strömungsgeschwindigkeit:

  • Der Termin der Ebbestromkenterung entspricht einem Zeitpunkt mit minimaler Strömungsgeschwindigkeit (lokales Minimum des Betrags der Strömungsgeschwindigkeit), welcher der Eintrittszeit des Tideniedrigwassers (Tnw) am nächsten liegt.
  • Der Termin der Flutstromkenterung entspricht einem Zeitpunkt mit minimaler Strömungsgeschwindigkeit (lokales Minimum des Betrags der Strömungsgeschwindigkeit), welcher der Eintrittszeit des Tidehochwassers (Thw) am nächsten liegt.

Programm NCANALYSE

Bild Definition der Orientierung der Hauptströmung sowie der Ebene der Stromkenterung zur Bestimmmung der Stromkenterung.

NCANALYSE bestimmt den Termin der Strömungskenterung auf Basis aller Strömungsvektoren wie folgt:

  1. Für jede Position wird aus allen Strömungsvektoren die Orientierung der Hauptströmung bestimmt;
  2. Senkrecht zur Orientierung der Hauptströmung wird eine Ebene der Stromkenterung definiert;
  3. Der Termin der Stromkenterung ergibt sich aus dem Durchgang des Strömungsvektors durch die Ebene der Stromkenterung:
    • erfolgt die Kenterung in der Nähe des Tideniedrigwassers (Tnw), so handelt es sich um eine Ebbestromkenterung, oder
    • erfolgt die Kenterung in der Nähe des Tidehochwassers (Thw), so handelt es sich um eine Flutstromkenterung.
  4. Eine Stromkenterung wird dann nicht ermittelt, falls eines der nachfolgend genannten Kriterien erfüllt ist:
    • es tritt keine Umkehr der Strömung ein (unidirektionale Strömung),
    • eine Strömungsumkehr tritt zu selten auf (weniger als zweimal innerhalb einer Tide),
    • eine Strömungsumkehr tritt zu häufig auf (mehr als zweimal innerhalb einer Tide),
    • es existiert keine ausgewiesene Hauptströmungsrichtung (kreisförmig rotierende Strömung), oder
    • die Strömungsumkehr ist ein sehr kurzzeitiges Ereignis.

Man beachte, dass die Orientierung der Hauptströmung, und damit die Lage der Kenetrungsebene sowie der Termin der Kenterung für eine Position von der Anzahl der benutzten Daten und damit von der Länge des Analysezeitraums abhängen kann.

Definition der Tidekennwerte der Strömung und des Wassertransports

Hinweis: Nachfolgend sind die aus den exakten integralen Größen abgeleiteten Tidekennwerte des Wassertransports jeweils unter der (Unter-) Überschrift Berechnung aus integralem Wassertransport aufgeführt.

Flutstrom

Laufzeit Flutstromkenterung

Zeitdifferenz der Flutstromkenterung (Kf) am Ort zum Eintritt des Ereignisses am Referenzpunkt für die Phase.
Beispielgrafiken: Laufzeit Flutstromkenterung.
Analyseprogramm: TDKVF und NCANALYSE.

Stauwasserdauer bei Flutstromkenterung

Zeitspanne bei Flutstromkenterung, während der die Fließgeschwindigkeit einen bestimmten Betrag (z.B. 0.2 m/s) nicht überschreitet.
Beispielgrafiken: Stauwasserdauer bei Flutstromkenterung.
Analyseprogramm: TDKVF und NCANALYSE.

Kenterpunktabstand Flutstromkenterung

Zeitspanne zwischen dem Eintritt des Tidehochwassers und dem Zeitpunkt der Flutstromkenterung.
Beispielgrafiken: Kenterpunktabstand Flutstromkenterung.
Analyseprogramm: TDKVF und NCANALYSE.

Flutstromdauer

Zeitspanne zwischen Ebbestromkenterung und der folgenden Flutstromkenterung.
Beispielgrafiken: Flutstromdauer.
Analyseprogramm: TDKVF und NCANALYSE.

maximale Flutstromgeschwindigkeit

Maximalwert der Fließgeschwindigkeit während der Flutstromdauer.
Beispielgrafiken: maximale Flutstromgeschwindigkeit.
Analyseprogramm: TDKVF und NCANALYSE.

mittlere Flutstromgeschwindigkeit

Mittelwert der Fließgeschwindigkeit (dem Betrage nach) innerhalb der Flutstromdauer.
Beispielgrafiken: mittlere Flutstromgeschwindigkeit.
Analyseprogramm: TDKVF und NCANALYSE.

residuelle Flutstromgeschwindigkeit

Residuelle Flutstromgeschwindigkeit (aus vektorieller Addition) innerhalb der Flutstromdauer.
Beispielgrafiken: residuelle Flutstromgeschwindigkeit.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

eulerscher Flutweg

Summe der Vektoren der Transportwege an einem Ort für die Dauer des Flutstroms.
Beispielgrafiken: eulerscher Flutweg.
Analyseprogramm: TDKVF und NCANALYSE.

Flutstromvolumen

Berechnung aus synoptischer Strömungsgeschwindigkeit

Wasservolumen, das einen Querschnitt während der Flutstromdauer durchfließt.
Beispiel: Flutstromvolumen in der inneren Außenweser. Darstellung veraltet.
Analyseprogramm: TDKVF.

Berechnung aus integralem Wassertransport

Exaktes Wasservolumen (bis auf Rundungsfehler), das einen Querschnitt - bei den HN-Verfahren UNTRIM und UNTRIM2 ist das die über einer Kante liegende Durchflussfläche - während der Flutstromdauer durchfließt. Hierbei wird ausschließlich die senkrecht zur Durchflussfläche strömende Wassermenge erfasst. Eine Rekonstruktion des Gesamtvektors durch Projektion bleibt den visualisierenden Programmen überlassen (z. B. NCPLOT).
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Flutstromvolumen-Transportrate

Berechnung aus synoptischer Strömungsgeschwindigkeit

Wird von dem Programm TDKVF nicht berechnet.

Berechnung aus integralem Wassertransport

Exakte Transportrate für das Wasservolumen (bis auf Rundungsfehler), welches einen Querschnitt - bei den HN-Verfahren UNTRIM und UNTRIM2 ist das die über einer Kante liegende Durchflussfläche - während der Flutstromdauer durchströmt. Hierbei wird ausschließlich die senkrecht zur Durchflussfläche strömende Wassermenge erfasst. Eine Rekonstruktion des Gesamtvektors durch Projektion bleibt den visualisierenden Programmen überlassen (z. B. NCPLOT). Die Transportrate wird in temporär trockenfallenden Gebieten für den Zeitraum der Überflutung berechnet.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Differenzen der Eintrittszeit des Flutstrommaximums

Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt des Eintritts der max. Flutstromgeschwindigkeit an verschiedenen Orten innerhalb des Untersuchungsgebiete.
Beispiel: Eintrittszeit des maximalen Flutstroms in der inneren Außenweser. Darstellung veraltet.
Analyseprogramm: TDKVF. Wird von NCANALYSE nicht mehr unterstützt.

Ebbestrom

Laufzeit Ebbestromkenterung

Zeitdifferenz der Ebbestromkenterung (Ke) am Ort zum Eintritt des Ereignisses am Referenzpunkt für die Phase.
Beispielgrafiken: Laufzeit Ebbestromkenterung.
Analyseprogramm: TDKVF und NCANALYSE.

Stauwasserdauer bei Ebbestromkenterung

Zeitspanne bei Ebbestromkenterung, während der die Fließgeschwindigkeit einen bestimmten Betrag (z.B. 0.2 m/s) nicht überschreitet.
Beispielgrafiken: Stauwasserdauer bei Ebbestromkenterung.
Analyseprogramm: TDKVF und NCANALYSE.

Kenterpunktabstand Ebbestromkenterung

Zeitspanne zwischen dem Eintritt des Tideniedrigwassers und dem Zeitpunkt der Ebbestromkenterung.
Beispielgrafiken: Kenterpunktabstand Ebbestromkenterung.
Analyseprogramm: TDKVF und NCANALYSE.

Ebbestromdauer

Zeitspanne zwischen Flutstromkenterung und der folgenden Ebbestromkenterung.
Beispielgrafiken: Ebbestromdauer.
Analyseprogramm: TDKVF und NCANALYSE.

maximale Ebbestromgeschwindigkeit

Maximalwert der Fließgeschwindigkeit während der Ebbestromdauer.
Beispielgrafiken: maximale Ebbestromgeschwindigkeit.
Analyseprogramm: TDKVF und NCANALYSE.

mittlere Ebbestromgeschwindigkeit

Mittelwert der Fließgeschwindigkeit (dem Betrage nach) innerhalb der Ebbestromdauer.
Beispielgrafiken: mittlere Ebbestromgeschwindigkeit.
Analyseprogramm: TDKVF und NCANALYSE.

residuelle Ebbestromgeschwindigkeit

Residuelle Ebbestromgeschwindigkeit (aus vektorieller Addition) innerhalb der Ebbestromdauer.
Beispielgrafiken: residuelle Ebbestromgeschwindigkeit.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

eulerscher Ebbeweg

Summe der Vektoren der Transportwege an einem Ort für die Dauer des Ebbestroms.
Beispielgrafiken: eulerscher Ebbeweg.
Analyseprogramm: TDKVF und NCANALYSE.

Ebbestromvolumen

Berechnung aus synoptischer Strömungsgeschwindigkeit

Wasservolumen, das einen Querschnitt während der Ebbestromdauer durchfließt.
Beispiel: Ebbestromvolumen in der inneren Außenweser. Darstellung veraltet.
Analyseprogramm: TDKVF.

Berechnung aus integralem Wassertransport

Exaktes Wasservolumen (bis auf Rundungsfehler), das einen Querschnitt - bei den HN-Verfahren UNTRIM und UNTRIM2 ist das die über einer Kante liegende Durchflussfläche - während der Ebbestromdauer durchfließt. Hierbei wird ausschließlich die senkrecht zur Durchflussfläche strömende Wassermenge erfasst. Eine Rekonstruktion des Gesamtvektors durch Projektion bleibt den visualisierenden Programmen überlassen (z. B. NCPLOT).
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Ebbestromvolumen-Transportrate

Berechnung aus synoptischer Strömungsgeschwindigkeit

Wird von dem Programm TDKVF nicht berechnet.

Berechnung aus integralem Wassertransport

Exakte Transportrate für das Wasservolumen (bis auf Rundungsfehler), welches einen Querschnitt - bei den HN-Verfahren UNTRIM und UNTRIM2 ist das die über einer Kante liegende Durchflussfläche - während der Ebbestromdauer durchströmt. Hierbei wird ausschließlich die senkrecht zur Durchflussfläche strömende Wassermenge erfasst. Eine Rekonstruktion des Gesamtvektors durch Projektion bleibt den visualisierenden Programmen überlassen (z. B. NCPLOT). Die Transportrate wird in temporär trockenfallenden Gebieten für den Zeitraum der Überflutung berechnet.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Differenzen der Eintrittszeit des Ebbestrommaximums

Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt des Eintritts der max. Ebbestromgeschwindigkeit an verschiedenen Orten innerhalb des Untersuchungsgebietes.
Beispiel: Eintrittszeit des maximalen Ebbestroms in der inneren Außenweser. Darstellung veraltet.
Analyseprogramm: TDKVF. Hinweis: Wird von NCANALYSE nicht mehr unterstützt.

Gesamte Tide

Tidestromdauer

Tidestromdauer. Periode von einer Ebbestromkenterung zur nächsten Ebbestromkenterung.
Beispielgrafiken: Tidestromdauer.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Flutstromdauer : Ebbestromdauer

Verhältniswert von Flutstromdauer zu Ebbestromdauer.
Beispielgrafiken: Flutstromdauer : Ebbestromdauer.
Analyseprogramm: TDKVF und NCANALYSE.

Flutstromdauer : Tidestromdauer

Verhältniswert von Flutstromdauer zu Tidestromdauer.
Beispielgrafiken: Flutstromdauer : Tidestromdauer.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Ebbestromdauer : Tidestromdauer

Verhältniswert von Ebbestromdauer zu Tidestromdauer.
Beispielgrafiken: Ebbestromdauer : Tidestromdauer.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

mittlere Tidestromgeschwindigkeit

Mittelwert der Fließgeschwindigkeit innerhalb eine Tide (von Ebbestromkenterung zu Ebbestromkenterung).
Bei der Berechnung wird die lokale Dauer der Überflutung zu Grunde gelegt.
Beispielgrafiken: mittlere Tidestromgeschwindigkeit.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

maximale Flutstromgeschwindigkeit : maximale Ebbestromgeschwindigkeit

Verhältniswert von maximaler Flutstromgeschwindigkeit zu maximaler Ebbestromgeschwindigkeit.
Beispielgrafiken: maximale Flutstromgeschwindigkeit : maximale Ebbestromgeschwindigkeit.
Analyseprogramm: TDKVF und NCANALYSE.

maximale Flutstromgeschwindigkeit : mittlere Tidestromgeschwindigkeit

Verhältniswert von maximaler Flutstromgeschwindigkeit zu mittlerer Tidestromgeschwindigkeit.
Beispielgrafiken: maximale Flutstromgeschwindigkeit : mittlere Tidestromgeschwindigkeit.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

maximale Ebbestromgeschwindigkeit : mittlere Tidestromgeschwindigkeit

Verhältniswert von maximaler Ebbestromgeschwindigkeit zu mittlerer Tidestromgeschwindigkeit.
Beispielgrafiken: maximale Ebbestromgeschwindigkeit : mittlere Tidestromgeschwindigkeit.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

mittlere Flutstromgeschwindigkeit : mittlere Ebbestromgeschwindigkeit

Verhältniswert von mittlerer Flutstromgeschwindigkeit zu mittlerer Ebbestromgeschwindigkeit.
Beispielgrafiken: mittlere Flutstromgeschwindigkeit : mittlere Ebbestromgeschwindigkeit.
Analyseprogramm: TDKVF und NCANALYSE.

mittlere Flutstromgeschwindigkeit : mittlere Tidestromgeschwindigkeit

Verhältniswert von mittlerer Flutstromgeschwindigkeit zu mittlerer Tidestromgeschwindigkeit.
Beispielgrafiken: mittlere Flutstromgeschwindigkeit : mittlere Tidestromgeschwindigkeit.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

mittlere Ebbestromgeschwindigkeit : mittlere Tidestromgeschwindigkeit

Verhältniswert von mittlerer Ebbestromgeschwindigkeit zu mittlerer Tidestromgeschwindigkeit.
Beispielgrafiken: mittlere Ebbestromgeschwindigkeit : mittlere Tidestromgeschwindigkeit.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Reststrom

Summe der Vektoren der Fließgeschwindigkeiten an einem Ort über eine volle Tidedauer.
Für die Berechnung wird die lokale Dauer der Wasserbedeckung zu Grunde gelegt.
Beispielgrafiken: Reststrom.
Analyseprogramm: TDKVF und NCANALYSE.

eulerscher Flutweg : eulerscher Ebbeweg

Verhältniswert von eulerschem Flutweg zu eulerschem Ebbeweg.
Beispielgrafiken: eulerscher Flutweg : eulerscher Ebbeweg.
Analyseprogramm: TDKVF und NCANALYSE.

Reststromweg

Summe der Vektoren der Transportwege an einem Ort über eine volle Tidedauer.
Für die Berechnung wird die lokale Dauer der Wasserbedeckung zu Grunde gelegt.
Beispielgrafiken: Reststromweg.
Analyseprogramm: TDKVF und NCANALYSE.

Tidestromvolumen

Berechnung aus synoptischer Strömungsgeschwindigkeit

Summe der Beträge des Flutstromvolumens und des Ebbestromvolumens.
Beispiel: Tidestromvolumen in der inneren Außenweser. Darstellung veraltet.
Analyseprogramm: TDKVF.

Berechnung aus integralem Wassertransport

Summe der Beträge der exakten (bis auf Rundungsfehler) bei Ebbestrom und Flutstrom durch einen Querschnitt strömenden Wassermenge. Hierbei wird nur die senkrecht zur Durchflussfläche strömende Wassermenge erfasst.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Flutstromvolumen : Ebbestromvolumen

Berechnung aus synoptischer Strömungsgeschwindigkeit

Verhältniswert von Flutstromvolumen zu Ebbestromvolumen.
Beispiel: Flutstromvolumen : Ebbestromvolumen in der inneren Außenweser. Darstellung veraltet.
Analyseprogramm: TDKVF.

Berechnung aus integralem Wassertransport

Verhältniswert der exakten (bis auf Rundungsfehler) bei Flutstrom und Ebbestrom durch einen Querschnitt strömenden Wassermengen. Hierbei wird jeweils nur die senkrecht zur Durchflussfläche strömende Wassermenge erfasst.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Flutstromvolumen : Tidestromvolumen

Berechnung aus synoptischer Strömungsgeschwindigkeit

Wird von dem Programm TDKVF nicht berechnet.

Berechnung aus integralem Wassertransport

Verhältniswert der exakten (bis auf Rundungsfehler) bei Flutstrom und während der gesamten Tide (Flutstrom und Ebbestrom) durch einen Querschnitt strömenden Wassermengen. Hierbei wird jeweils nur die senkrecht zur Durchflussfläche strömende Wassermenge erfasst.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Ebbestromvolumen : Tidestromvolumen

Berechnung aus synoptischer Strömungsgeschwindigkeit

Wird von dem Programm TDKVF nicht berechnet.

Berechnung aus integralem Wassertransport

Verhältniswert der exakten (bis auf Rundungsfehler) bei Ebbestrom und während der gesamten Tide (Flutstrom und Ebbestrom) durch einen Querschnitt strömenden Wassermengen. Hierbei wird jeweils nur die senkrecht zur Durchflussfläche strömende Wassermenge erfasst.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Residuelles Tidestromvolumen

Berechnung aus synoptischer Strömungsgeschwindigkeit

Residuelles Wasservolumen, welches einen Querschnitt innerhalb einer vollen Tidedauer durchfließt.
Beispiel: Restdurchfluß in der inneren Außenweser. Darstellung veraltet.
Analyseprogramm: TDKVF.

Berechnung aus integralem Wassertransport

Exaktes, residuelles Wasservolumen (bis auf Rundungsfehler), das einen Querschnitt - bei den HN-Verfahren UNTRIM und UNTRIM2 ist das die über einer Kante liegende Durchflussfläche - innerhalb einer ganzen Tide (Flutstrom und Ebbestrom) durchfließt. Hierbei wird ausschließlich die senkrecht zur Durchflussfläche strömende Wassermenge erfasst. Eine Rekonstruktion des Gesamtvektors durch Projektion bleibt den visualisierenden Programmen überlassen (z. B. NCPLOT).
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Residuelle Tidestromvolumen-Transportrate

Berechnung aus synoptischer Strömungsgeschwindigkeit

Wird von TDKVF nicht berechnet.

Berechnung aus integralem Wassertransport

Exakte, residuelle Transportrate (bis auf Rundungsfehler) für einen Querschnitt - bei den HN-Verfahren UNTRIM und UNTRIM2 ist das die über einer Kante liegende Durchflussfläche - innerhalb einer ganzen Tide (Flutstrom und Ebbestrom). Hierbei wird ausschließlich die senkrecht zur Durchflussfläche strömende Wassermenge erfasst. Eine Rekonstruktion des Gesamtvektors durch Projektion bleibt den visualisierenden Programmen überlassen (z. B. NCPLOT). Die Transportrate wird in temporär trockenfallenden Gebieten für den Zeitraum der Überflutung berechnet.
Analyseprogramm: NCANALYSE.


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