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Korrosionsschutz von Offshore-Bauwerken zur Nutzung der Windenergie

2023-06-14T06:38:20Z

Merkelj:

Der Anteil der Erneuerbaren Energien am deutschen Strommix steigt beständig. Die Windenergie ist dabei eine der wichtigsten Quellen. Da die Ertragsprognosen durch gleichmäßigen und meist kräftigen Wind auf See besonders hoch sind, stellen Windenergieanlagen auf dem Meer einen effizienten Stromlieferanten dar. Die besonders anspruchsvollen Umweltbedingungen verlangen jedoch nach einem adäquaten Korrosionsschutzkonzept damit die Integrität der Anlagenstrukturen dauerhaft sichergestellt ist. Vor diesem Hintergrund muss der Korrosionsschutz hohen Anforderungen gerecht werden. Das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) in Hamburg prüft als Genehmigungsbehörde im Rahmen der Antragsstellung alle Offshore-Aktivitäten in der deutschen AWZ von Nord- und Ostsee. Die BAW mit Dienstsitz in Karlsruhe unterstützt das BSH in den Verfahren fachlich rund um das Thema Korrosionsschutz. Darüber hinaus ist die BAW als Vertreter des öffentlichen Interesses in Fachgremien und Forschungsprojekten aktiv. Aus diesen sind die folgenden Teile des VGB/BAW-Standards entstanden.

Herausgegebene Standards und Anhänge:

[https://izw.baw.de/publikationen/merkblaetter/0/VGBE-S-021-01-2023-05-DE%20(ebook-FREE-protect).pdf VGB/BAW-Standard – Korrosionsschutz von Offshore-Bauwerken zur Nutzung der Windenergie – Teil 1: Allgemeines 4. Ausgabe 2023 (VGB-S-021-01-2018-04-DE)]

[https://izw.baw.de/publikationen/merkblaetter/0/Steckbrief-zu_VGB-S-021-01-2017-06-DE_FINAL_Public_License.pdf VGB/BAW-Standard – Korrosionsschutz von Offshore-Bauwerken zur Nutzung der Windenergie – Teil 1: Allgemeines, Anlage 10, Steckbrief]

[https://izw.baw.de/publikationen/merkblaetter/1/VGBE-S-021-02-2023-05-DE%20(ebook-FREE-protect).pdf VGB/BAW-Standard – Korrosionsschutz von Offshore-Bauwerken zur Nutzung der Windenergie – Teil 2: Anforderungen an Korrosionsschutzsysteme 4. Ausgabe 2023 (VGB-S-021-02-2018-04-DE)]

[https://izw.baw.de/publikationen/merkblaetter/0/VGBE-S-021-03-2023-05-DE%20(ebook-FREE-protect).pdf VGB/BAW-Standard – Korrosionsschutz von Offshore-Bauwerken zur Nutzung der Windenergie – Teil 3: Applikation von Beschichtungssystemen 4. Ausgabe 2023 (VGB-S-021-03-2018-04-DE)]

[https://izw.baw.de/publikationen/merkblaetter/0/VGB-S-021-04-2018-07-DE_FINAL_eBook%20PublicLicenseOPEN.pdf VGB/BAW-Standard – Korrosionsschutz von Offshore-Bauwerken zur Nutzung der Windenergie – Teil 4: Kathodischer Korrosionsschutz (KKS) 1. Ausgabe 2018 (VGB-S-021-04-2018-07-DE)]

[https://izw.baw.de/publikationen/merkblaetter/0/Anlage_2_KKS.pdf VGB/BAW-Standard – Korrosionsschutz von Offshore-Bauwerken zur Nutzung der Windenergie – Teil 4: Kathodischer Korrosionsschutz (KKS), Anlage 2]

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[[Strukturübersicht]]

[[en:Protecting offshore wind turbines against corrosion]]

Korrosionsschutz von Offshore-Bauwerken zur Nutzung der Windenergie

2023-06-14T06:37:22Z

Merkelj:

Der Anteil der Erneuerbaren Energien am deutschen Strommix steigt beständig. Die Windenergie ist dabei eine der wichtigsten Quellen. Da die Ertragsprognosen durch gleichmäßigen und meist kräftigen Wind auf See besonders hoch sind, stellen Windenergieanlagen auf dem Meer einen effizienten Stromlieferanten dar. Die besonders anspruchsvollen Umweltbedingungen verlangen jedoch nach einem adäquaten Korrosionsschutzkonzept damit die Integrität der Anlagenstrukturen dauerhaft sichergestellt ist. Vor diesem Hintergrund muss der Korrosionsschutz hohen Anforderungen gerecht werden. Das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) in Hamburg prüft als Genehmigungsbehörde im Rahmen der Antragsstellung alle Offshore-Aktivitäten in der deutschen AWZ von Nord- und Ostsee. Die BAW mit Dienstsitz in Karlsruhe unterstützt das BSH in den Verfahren fachlich rund um das Thema Korrosionsschutz. Darüber hinaus ist die BAW als Vertreter des öffentlichen Interesses in Fachgremien und Forschungsprojekten aktiv. Aus diesen sind die folgenden Teile des VGB/BAW-Standards entstanden.

Herausgegebene Standards und Anhänge:

[https://izw.baw.de/publikationen/merkblaetter/0/VGBE-S-021-01-2023-05-DE%20(ebook-FREE-protect).pdf VGB/BAW-Standard – Korrosionsschutz von Offshore-Bauwerken zur Nutzung der Windenergie – Teil 1: Allgemeines 4. Ausgabe 2023 (VGB-S-021-01-2018-04-DE)]

[https://izw.baw.de/publikationen/merkblaetter/0/Steckbrief-zu_VGB-S-021-01-2017-06-DE_FINAL_Public_License.pdf VGB/BAW-Standard – Korrosionsschutz von Offshore-Bauwerken zur Nutzung der Windenergie – Teil 1: Allgemeines, Anlage 10, Steckbrief]

[https://izw.baw.de/publikationen/merkblaetter/1/VGBE-S-021-02-2023-05-DE%20(ebook-FREE-protect).pdf VGB/BAW-Standard – Korrosionsschutz von Offshore-Bauwerken zur Nutzung der Windenergie – Teil 2: Anforderungen an Korrosionsschutzsysteme 4. Ausgabe 2023 (VGB-S-021-02-2018-04-DE)]

[https://izw.baw.de/publikationen/merkblaetter/0/VGBE-S-021-03-2023-05-DE%20(ebook-FREE-protect).pdf VGB/BAW-Standard – Korrosionsschutz von Offshore-Bauwerken zur Nutzung der Windenergie – Teil 3: Applikation von Beschichtungssystemen 4. Ausgabe 20123 (VGB-S-021-03-2018-04-DE)]

[https://izw.baw.de/publikationen/merkblaetter/0/VGB-S-021-04-2018-07-DE_FINAL_eBook%20PublicLicenseOPEN.pdf VGB/BAW-Standard – Korrosionsschutz von Offshore-Bauwerken zur Nutzung der Windenergie – Teil 4: Kathodischer Korrosionsschutz (KKS) 1. Ausgabe 2018 (VGB-S-021-04-2018-07-DE)]

[https://izw.baw.de/publikationen/merkblaetter/0/Anlage_2_KKS.pdf VGB/BAW-Standard – Korrosionsschutz von Offshore-Bauwerken zur Nutzung der Windenergie – Teil 4: Kathodischer Korrosionsschutz (KKS), Anlage 2]

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[[Strukturübersicht]]

[[en:Protecting offshore wind turbines against corrosion]]

Wasserbauliches Versuchswesen

2023-01-30T11:02:01Z

Merkelj:

[[en:Hydraulic Modelling]]
[[Bild: BAWiki_wasserbauliches_Versuchswesen_1.jpg|thumb|Bild 1: Abladeoptimierung Mittelrhein; Modell Rhein-Jungferngrund (Längenmaßstab 1:60)]]
[[Bild: BAWiki_wasserbauliches_Versuchswesen_2.jpg|thumb|Bild 2: Füllsystem einer Schleuse im Modellmaßstab 1:25]]
[[Bild: BAWiki_wasserbauliches_Versuchswesen_3.jpg|thumb|Bild 3: Messboot im Hallenversuch]]
[[Bild: BAWiki_wasserbauliches_Versuchswesen_4.jpg|thumb|Bild 4: Untersuchungen zur Passierbarkeit von Fischaufstiegsanlagen]]

Gegenständliche Modelle stellen in der BAW eine wichtige Methode bei der Bearbeitung unterschiedlicher wasserbaulicher Fragestellungen an Bundeswasserstraßen dar. Im Binnenbereich stehen komplexe Fragestellungen zu räumlichen Strömungsvorgängen (z.B. Wehre, Schleusen, [[Buhnen]], Fischaufstiegsanlagen) und zum [[Feststofftransport]] (z.B. Sedimentablagerungen in Fahrrinnen und in von Hafeneinfahrten) im Vordergrund während im Küstenbereich hauptsächlich schiffsdynamische Parameter im Zusammenhang mit der Wechselwirkung zwischen [[Seeschiff]] und Seeschifffahrtstraße im gegenständlichen [[Modell]] analysiert werden. Viele der in den Laboratorien erhobenen hochwertigen Daten werden für die Validierung und Weiterentwicklung der in der BAW verwendeten numerischen Simulationsmethoden oder für detaillierte nautische Analysen mit dem [[Schiffsführungssimulator]] (SFS) der BAW genutzt.

Es werden sowohl Modelle als detaillierte Nachbildungen von Flussstrecken oder Bauwerken als auch Systemmodelle für prinzipielle Untersuchungen verwendet. Bei der BAW stehen mehrere Versuchshallen mit moderner Infrastruktur zur Verfügung. Am Standort Karlsruhe werden z. B. etwa 4.500 m² Hallenfläche mit modernen vollautomatisch bedienbaren Messbrücken abgedeckt, die über umfangreiche photogrammetrische Messsysteme zur flächigen Erfassung von veränderlichen Modellgeometrien und Strömungsparametern verfügen. Fünf Rinnen mit Breiten zwischen 0,80 m und 5,00 m und Längen zwischen 20 und 78 m stehen für hydraulische und morphologische Projekt- und Forschungsarbeiten zur Verfügung. Ein flexibel einsetzbarer Schleusenversuchsstand im Maßstab 1:25 mit durchsichtigen und verschiebbaren Kammerwänden kann an unterschiedliche Kammerbreiten und Füll- und Entleersysteme angepasst werden und verfügt über eine umfangreiche Messtechnik wie zum Beispiel eine Schiffskraftmessanlage, mit der am Bug bzw. Heck Längs- und Querkräfte eines Modellschiffs gemessen werden können.

Am Standort Hamburg wird im Wesentlichen das 3.500 m² große Schiffswellenbecken für Untersuchungen im Zusammenhang mit der Wechselwirkung von [[Wasserstraße]] und [[Seeschiff]] für fahrdynamische Untersuchungen eingesetzt. Ebenso können die auf das Schiff wirkenden Querkräfte und Giermomente gemessen werden. Die Untersuchungen werden mit unterschiedlichen Schiffsmodellen im Maßstab 1:40 durchgeführt (Aufgrund der großen Abmessungen der Seeschiffe führt dieser Maßstab zu Schiffsmodellen mit 5-10 m Länge). In der großen Umlaufrinne von 200 m Länge ist eine 80 m lange Untersuchungsstrecke als gerades Rechteckgerinne ausgebildet, um Erosions- und Depositionsversuche natürlichen Sohlmaterials unter tideähnlichen Strömungsverhältnissen mit Strömungsgeschwindigkeiten bis zu 2 m/s durchführen zu können.

Eine Übersicht der zur Verfügung stehenden technischen Ausstattung bekommen sie hier: 
https://www.baw.de/de/die_baw/wie_wir_arbeiten/ausstattung_dienste/ausstattung_dienste.html

Die zum Einsatz kommenden kommerziell erhältlichen Mess- und Regelsysteme werden durch spezielle in der BAW entwickelte Geräte und Softwarelösungen ergänzt. Die Versuchsstände sind weitgehend automatisiert und ermöglichen einen effizienten Betrieb.

Etliche der in der BAW verwendeten Methoden des wasserbaulichen Versuchswesens sind in der unten aufgeführten Literaturquelle detailliert beschrieben.

* [[Schiffserzeugte Belastungen]]
* [[Schiffsdynamik]]

==Literatur==

*''[[Bundesanstalt für Wasserbau]] 2007: Mitteilungen Nr. 90, Wasserbauliches Versuchswesen''

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[[Strukturübersicht]]

Bemessungssoftware

2022-04-08T11:30:12Z

Merkelj:

[[en:Design Software]]
Bemessungssoftware dient der Anwendung von Empfehlungen und Berechnungsverfahren aus z. B. Regelwerken und Merkblättern für verkehrswasserbauliche Fragestellungen in der Praxis. Sie vereint in der Regel theoretische und empirische Ansätze mit den Ergebnissen praktischer Erfahrungen. Dem Anwender soll neben Rechenergebnissen für verschiedene Belastungsszenarien auch ein Dimensionierungsvorschlag für seine Problemstellung angeboten werden.

==GBBSoft - Software zur Bemessung von Böschungs- und Sohlensicherungen an Binnenwasserstraßen==
[[Bild: BAWiki_Bemessungssoftware1.png|thumb|Bild 1: Startbildschirm der Software GBBSoft+]]
[[Bild: BAWiki_Bemessungssoftware2.jpg|thumb|Bild 2: Ergebnisse der Bemessung von Ufersicherungen mit GBBSoft+]]
[[Bild: BAWiki_Bemessungssoftware3.jpg|thumb|Bild 3: Entscheidungsablauf bei der Wahl von technisch-biologischen Ufersicherungen]]
[[Bild: BAWiki_Bemessungssoftware4.jpg|thumb|Bild 4: Schiffsinduzierte Belastungen am Beispiel der ufernahen Fahrt eines GMS im Kanal]]

2008 wurde GBBSoft zur Bemessung von Böschungs- und Sohlensicherungen an Binnenwasserstraßen für die Anwendungsfälle, die durch Regelbauweisen nicht abgedeckt sind, im Geschäftsbereich der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) per Erlass eingeführt. Die Software basiert auf dem erstmals 2004 von der BAW herausgegebenen Mitteilungsblatt Nr. 87 "Grundlagen zur Bemessung von Böschungs- und Sohlensicherungen an Binnenwasserstraßen" (GBB2004).

Seit 2011 liegt eine umfangreich überarbeitete Fassung des GBB2004 vor, die als BAW-Regelwerk GBB2010 (BAW 2011) auf der Homepage der BAW zur Verfügung steht (BAWMerkblatt GBB 2010). Die Berechnungsansätze und Bemessungskonzepte des Regelwerks GBB2010 sind in der Software umgesetzt, die entwickelt wurde, um die Anwendung des GBB2010, insbesondere bei der Suche nach optimalen Lösungen, zu verkürzen und zu vereinfachen und um Verständnis- und Rechenfehler bei der Anwendung der teilweise komplexen Algorithmen zu vermeiden.

Aktuelle rechtliche Regelungen (z. B. Europäische Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL 2000) und politische Rahmenbedingungen (z. B. durch das Bundesprogramm "Blaues Band Deutschland") fördern und fordern Maßnahmen zur Renaturierung im Bereich der Nebenwasserstraßen und zur Biotopvernetzung in den vielbefahrenen Bundeswasserstraßen. Ziel ist eine ökologische Aufwertung der Wasserstraßen, um u. a. eine Erhöhung der Struktur- und Artenvielfalt und eine Entwicklung naturnäherer Lebensräume zu fördern. Die verstärkte Anwendung von technisch-biologischen Ufersicherungen unterstützt dieses Ziel.

Diese Entwicklung führte in den Jahren 2015 und 2016 zu einer umfangreichen funktionalen Weiterentwicklung der Software und einer Umbenennung in GBBSoft+. GBBSoft+ beinhaltet neben der Umsetzung dieser aktuellen rechtlichen Rahmenbedingungen auch die Implementierung eines Variantengenerators zur Erstellung von mehreren Bemessungsfällen gleichzeitig und die Möglichkeit aus realen Querprofilen Ersatztrapezprofile, die zur Berechnung benötigt werden, zu erzeugen.

Die Einbindung von technisch-biologischen Ufersicherungen in GBBSoft+ erfolgt auf Grundlage des 2016 erschienenen Merkblatts DWA-M 519 der DWA-Arbeitsgruppe „Technisch-biologische Ufersicherungen an großen und schiffbaren Binnengewässern“ (DWA 2016). Mit dieser inhaltlichen Erweiterung können Bemessungsvorschläge für technisch-biologische Ufersicherungen (TBU) übersichtlich und mit überschaubarem Zeitaufwand erarbeitet werden.

GBBSoft+ ermittelt die hydraulischen Belastungen auf Uferböschungen, die aus dem Primär- und Sekundärwellenfeld von typischen Binnenschiffen (z. B. Motorgüterschiff, Schubverband, Sportboot) in stationärer, uferparalleler Fahrt in einem prismatischen, trapezförmigen Gewässerquerschnitt resultieren. Diese Berechnungsaufgabe wird "Hydraulische Berechnung" genannt.

Belastungen auf Sohle und Uferböschungen aus dem Schraubenstrahl des Hauptantriebs und einem Bugstrahlruder, sogenannte propulsionsbedingte Belastungen, können für Manöversituationen mit vernachlässigbarer Schiffsgeschwindigkeit bei beliebiger Strahlrichtung berechnet werden. Diese Berechnungsaufgabe wird "Propulsion berechnen" genannt.

Auf Grundlage der schiffsinduzierten Belastungen erfolgt dann alternativ die Bemessung einer technischen Ufersicherung nach GBB2010 oder einer technisch-biologischen Ufersicherung nach DWA-M 519 (s. Abb. 1).

Bei einer technischen Ufersicherung gliedert sich die Bemessung in zwei Bearbeitungsschritte. Bei der "hydraulischen Bemessung" berechnet GBBSoft+ die erforderliche Größe bzw. das erforderliche Gewicht eines Einzelsteins eines losen Schüttsteindeckwerks. Dadurch soll die Oberflächenerosion der Deckwerksteine bzw. die Bewegung jedes oberflächennahen Steins vermieden oder zumindest stark begrenzt werden. Die anschließende "geotechnische Bemessung" zielt auf die notwendige Deckschichtdicke, um die lokale Standsicherheit (Vermeidung eines Abgleitens der Böschung in einer oberflächennahen böschungsparallelen Bruchfuge bzw. von hydrodynamischen Bodenverlagerungen) zu gewährleisten. Die globale Standsicherheit ist außerhalb von GBBSoft+ separat nachzuweisen. Zur Verbesserung der Stabilität können verschiedene Deckwerkstützungen, wie u. a. Fußeinbindung oder Fußvorlage, gewählt werden. Dabei wird z. B. die Tiefe der Fußeinbindung automatisch variiert, um dem Anwender die optimale Auslegung des Deckwerks zu erleichtern. Die geotechnische Bemessung ist auch ohne vorausgehende hydraulische Berechnung möglich, da die geotechnisch bemessungsrelevanten Einwirkungen auch manuell eingegeben werden können (z. B. gemessene Werte oder Erfahrungswerte).

Bei der Bemessung von technisch-biologischen Ufersicherungen wird in GBBSoft+ zunächst anhand von technischen Kriterien (Erosionsstabilität, erforderliches Flächengewicht) die Notwendigkeit einer Ufersicherung überprüft (s. Abb. 2). Im Merkblatt DWA-M 519 werden zudem ingenieurbiologische Kriterien definiert, die zum größten Teil aus Erfahrungen an kleineren Fließgewässern ohne Schifffahrt resultieren und zur qualitativen Bewertung der Bauweisen („zu empfehlen“, „bedingt zu empfehlen“ und „nicht zu empfehlen“) herangezogen werden. Die ingenieurbiologischen Kriterien sind in GBBSoft+ hinterlegt und bilden zusammen mit den technischen Kriterien die Bewertungsgrundlage für die Anwendbarkeit und Dimensionierung von bislang zehn technisch-biologischen Bauweisen zur Ufersicherung. Die Prüfung von ökologischen Kriterien (ökologische Wirksamkeit einer Maßnahme) muss vom Nutzer selbst vorgenommen werden.

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[[Strukturübersicht]]

Automatisierte Abfluss- und Stauregelung

2022-04-08T11:29:54Z

Merkelj:

[[en:Automated Discharge and Water Level Control]]
[[Bild: BAWiki_Stauzielregelung1.png|thumb|Bild 1: Umsetzung eines Moselreglers (Beispiel: Wehr Müden)]]
[[Bild: BAWiki_Stauzielregelung2.png|thumb|Bild 2: Schema einer Abfluss- und Wasserstandsregelung]]

Zahlreiche Flüsse in Deutschland sind staugeregelt, vorrangig zur Verbesserung der Schifffahrtsverhältnisse und zur Energieerzeugung. Ein effizienter bzw. optimierter Betrieb von Wehr, Kraftwerk und Schleusen erfordert, sie weitestgehend automatisiert zu betreiben. Die BAW ist diesbezüglich derzeit an verschiedenen Stauhaltungen an Mosel, Neckar, Main und Saar tätig.

Die automatisierte Steuerung und Regelung einer Staustufe erfordert die Parametrisierung der Leittechnik. Eine OW/Q Regelung ist hier Stand der Technik, die eine Wasserstandsregelung (OW-Anteil) mit dem Zufluss in die Regelstrecke kombiniert (Q-Anteil). Die Parameter der Leittechnik müssen an die örtlichen Verhältnisse angepasst werden und insbesondere berücksichtigen, dass das Stellorgan Wehr möglichst wenig bewegt wird. Diese Parameter können nicht aus dem Betrieb der Staustufe abgeleitet werden, sie müssen vorab bereitge-stellt werden. Zur Lösung dieser Aufgabe bedient sich die BAW der gemeinsamen Simulation von Hydraulik und Leittechnik auf der Entwicklungsplattform MATLAB/SIMULINK.

Das hydraulische Verhalten der Stauhaltung wird über das hydronumerische Verfahren CasControl abgebildet, während Wehr und Kraftwerk in Form von Kennlinien hinterlegt sind. Ebenso wie vor Ort werden die Mess-, Regel- und Stellgrößen im System über Methoden der Regelungstechnik und Signalverarbeitung miteinander vernetzt.

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[[Strukturübersicht]]

Bemessungssoftware

2022-04-08T11:22:28Z

Merkelj:

Bemessungssoftware

2022-04-08T11:21:54Z

Merkelj: Die Seite wurde neu angelegt: „en:Design Software Bemessungssoftware dient der Anwendung von Empfehlungen und Berechnungsverfahren aus z. B. Regelwerken und Merkblättern für verkehrsw…“

[[en:Design Software]]

Bemessungssoftware dient der Anwendung von Empfehlungen und Berechnungsverfahren aus z. B. Regelwerken und Merkblättern für verkehrswasserbauliche Fragestellungen in der Praxis. Sie vereint in der Regel theoretische und empirische Ansätze mit den Ergebnissen praktischer Erfahrungen. Dem Anwender soll neben Rechenergebnissen für verschiedene Belastungsszenarien auch ein Dimensionierungsvorschlag für seine Problemstellung angeboten werden.

==GBBSoft - Software zur Bemessung von Böschungs- und Sohlensicherungen an Binnenwasserstraßen==
[[Bild: BAWiki_Bemessungssoftware1.png|thumb|Bild 1: Startbildschirm der Software GBBSoft+]]
[[Bild: BAWiki_Bemessungssoftware2.jpg|thumb|Bild 2: Ergebnisse der Bemessung von Ufersicherungen mit GBBSoft+]]
[[Bild: BAWiki_Bemessungssoftware3.jpg|thumb|Bild 3: Entscheidungsablauf bei der Wahl von technisch-biologischen Ufersicherungen]]
[[Bild: BAWiki_Bemessungssoftware4.jpg|thumb|Bild 4: Schiffsinduzierte Belastungen am Beispiel der ufernahen Fahrt eines GMS im Kanal]]

2008 wurde GBBSoft zur Bemessung von Böschungs- und Sohlensicherungen an Binnenwasserstraßen für die Anwendungsfälle, die durch Regelbauweisen nicht abgedeckt sind, im Geschäftsbereich der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) per Erlass eingeführt. Die Software basiert auf dem erstmals 2004 von der BAW herausgegebenen Mitteilungsblatt Nr. 87 "Grundlagen zur Bemessung von Böschungs- und Sohlensicherungen an Binnenwasserstraßen" (GBB2004).

Seit 2011 liegt eine umfangreich überarbeitete Fassung des GBB2004 vor, die als BAW-Regelwerk GBB2010 (BAW 2011) auf der Homepage der BAW zur Verfügung steht (BAWMerkblatt GBB 2010). Die Berechnungsansätze und Bemessungskonzepte des Regelwerks GBB2010 sind in der Software umgesetzt, die entwickelt wurde, um die Anwendung des GBB2010, insbesondere bei der Suche nach optimalen Lösungen, zu verkürzen und zu vereinfachen und um Verständnis- und Rechenfehler bei der Anwendung der teilweise komplexen Algorithmen zu vermeiden.

Aktuelle rechtliche Regelungen (z. B. Europäische Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL 2000) und politische Rahmenbedingungen (z. B. durch das Bundesprogramm "Blaues Band Deutschland") fördern und fordern Maßnahmen zur Renaturierung im Bereich der Nebenwasserstraßen und zur Biotopvernetzung in den vielbefahrenen Bundeswasserstraßen. Ziel ist eine ökologische Aufwertung der Wasserstraßen, um u. a. eine Erhöhung der Struktur- und Artenvielfalt und eine Entwicklung naturnäherer Lebensräume zu fördern. Die verstärkte Anwendung von technisch-biologischen Ufersicherungen unterstützt dieses Ziel.

Diese Entwicklung führte in den Jahren 2015 und 2016 zu einer umfangreichen funktionalen Weiterentwicklung der Software und einer Umbenennung in GBBSoft+. GBBSoft+ beinhaltet neben der Umsetzung dieser aktuellen rechtlichen Rahmenbedingungen auch die Implementierung eines Variantengenerators zur Erstellung von mehreren Bemessungsfällen gleichzeitig und die Möglichkeit aus realen Querprofilen Ersatztrapezprofile, die zur Berechnung benötigt werden, zu erzeugen.

Die Einbindung von technisch-biologischen Ufersicherungen in GBBSoft+ erfolgt auf Grundlage des 2016 erschienenen Merkblatts DWA-M 519 der DWA-Arbeitsgruppe „Technisch-biologische Ufersicherungen an großen und schiffbaren Binnengewässern“ (DWA 2016). Mit dieser inhaltlichen Erweiterung können Bemessungsvorschläge für technisch-biologische Ufersicherungen (TBU) übersichtlich und mit überschaubarem Zeitaufwand erarbeitet werden.

GBBSoft+ ermittelt die hydraulischen Belastungen auf Uferböschungen, die aus dem Primär- und Sekundärwellenfeld von typischen Binnenschiffen (z. B. Motorgüterschiff, Schubverband, Sportboot) in stationärer, uferparalleler Fahrt in einem prismatischen, trapezförmigen Gewässerquerschnitt resultieren. Diese Berechnungsaufgabe wird "Hydraulische Berechnung" genannt.

Belastungen auf Sohle und Uferböschungen aus dem Schraubenstrahl des Hauptantriebs und einem Bugstrahlruder, sogenannte propulsionsbedingte Belastungen, können für Manöversituationen mit vernachlässigbarer Schiffsgeschwindigkeit bei beliebiger Strahlrichtung berechnet werden. Diese Berechnungsaufgabe wird "Propulsion berechnen" genannt.

Auf Grundlage der schiffsinduzierten Belastungen erfolgt dann alternativ die Bemessung einer technischen Ufersicherung nach GBB2010 oder einer technisch-biologischen Ufersicherung nach DWA-M 519 (s. Abb. 1).

Bei einer technischen Ufersicherung gliedert sich die Bemessung in zwei Bearbeitungsschritte. Bei der "hydraulischen Bemessung" berechnet GBBSoft+ die erforderliche Größe bzw. das erforderliche Gewicht eines Einzelsteins eines losen Schüttsteindeckwerks. Dadurch soll die Oberflächenerosion der Deckwerksteine bzw. die Bewegung jedes oberflächennahen Steins vermieden oder zumindest stark begrenzt werden. Die anschließende "geotechnische Bemessung" zielt auf die notwendige Deckschichtdicke, um die lokale Standsicherheit (Vermeidung eines Abgleitens der Böschung in einer oberflächennahen böschungsparallelen Bruchfuge bzw. von hydrodynamischen Bodenverlagerungen) zu gewährleisten. Die globale Standsicherheit ist außerhalb von GBBSoft+ separat nachzuweisen. Zur Verbesserung der Stabilität können verschiedene Deckwerkstützungen, wie u. a. Fußeinbindung oder Fußvorlage, gewählt werden. Dabei wird z. B. die Tiefe der Fußeinbindung automatisch variiert, um dem Anwender die optimale Auslegung des Deckwerks zu erleichtern. Die geotechnische Bemessung ist auch ohne vorausgehende hydraulische Berechnung möglich, da die geotechnisch bemessungsrelevanten Einwirkungen auch manuell eingegeben werden können (z. B. gemessene Werte oder Erfahrungswerte).

Bei der Bemessung von technisch-biologischen Ufersicherungen wird in GBBSoft+ zunächst anhand von technischen Kriterien (Erosionsstabilität, erforderliches Flächengewicht) die Notwendigkeit einer Ufersicherung überprüft (s. Abb. 2). Im Merkblatt DWA-M 519 werden zudem ingenieurbiologische Kriterien definiert, die zum größten Teil aus Erfahrungen an kleineren Fließgewässern ohne Schifffahrt resultieren und zur qualitativen Bewertung der Bauweisen („zu empfehlen“, „bedingt zu empfehlen“ und „nicht zu empfehlen“) herangezogen werden. Die ingenieurbiologischen Kriterien sind in GBBSoft+ hinterlegt und bilden zusammen mit den technischen Kriterien die Bewertungsgrundlage für die Anwendbarkeit und Dimensionierung von bislang zehn technisch-biologischen Bauweisen zur Ufersicherung. Die Prüfung von ökologischen Kriterien (ökologische Wirksamkeit einer Maßnahme) muss vom Nutzer selbst vorgenommen werden.

Datei:BAWiki Bemessungssoftware4.jpg

2022-04-08T11:21:36Z

Merkelj:

Datei:BAWiki Bemessungssoftware3.jpg

2022-04-08T11:21:23Z

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Datei:BAWiki Bemessungssoftware2.jpg

2022-04-08T11:21:07Z

Merkelj:

Datei:BAWiki Bemessungssoftware1.png

2022-04-08T11:20:52Z

Merkelj:

Hauptseite

2022-04-08T11:15:46Z

Merkelj:

== BAWiki ==

* [[Wasserbauliche Methoden]]:
*# [[Mathematische Verfahren]]
*# [[Naturmessungen]]
*# [[Schiffsführungssimulation]]
*# [[Wasserbauliches Versuchswesen]]
*# [[Automatisierte Abfluss- und Stauregelung]]
*# [[Ökologische Durchgängigkeit]]
*# [[Tidedynamik der Ästuare]]
*# [[Bemessungssoftware]]
*# [[Wehranlagen]]
*# [[Buhnen - Regelungselemente an Bundeswasserstraßen]]

* [[Bautechnische Methoden]]:
*# [[Alkalireaktivität von Gesteinskörnungen und Betonen (Baustoffe)]]
*# [[Analyse und Prüfung von Bau- und Beschichtungsstoffen (Stahlbau und Korrosionsschutz)]]
*# [[Dauerhaftigkeitsbemessung hinsichtlich Betonstahlkorrosion]]
*# [[Beurteilung des Frostwiderstands von Beton (Baustoffe)]]
*# [[Hydratationswärmeentwicklung von Beton (Baustoffe)]]
*# [[Korrosionsschutzprüfungen (Stahlbau und Korrosionsschutz)]]
*# [[Nichtlineare Tragwerksanalyse (NiTrA) (Massivbau)]]
*# [[Korrosionsschutz von Offshore-Bauwerken zur Nutzung der Windenergie]]
*# [[Nichtlineare, probabilistische Berechnungen]]
*# [[Scherfestigkeit von Beton und Mauerwerk]]
*# [[Tragfähigkeitsbewertung bestehender Stahlwasserbauverschlüsse (Stahlbau und Korrosionsschutz)]]
*# [[Beurteilung des baulichen Zustandes von Massivbauwerken (Baustoffe)]]
*# [[Zustandsprognose]]

* [[Geotechnische Methoden]]:
*# [[Geotechnische Laborversuche]]
*# [[Geotechnische Feldversuche]]
*# [[Geotechnische Messungen]]
*# [[Analytische Verfahren]]
*# [[Numerische Verfahren]]

* [[:Kategorie:Glossar|Glossar]]

* BAWiki: [[Strukturübersicht|Schnellzugriff]] auf alle Inhalte ([[Strukturübersicht]])
* BAWiki: Zugriff nach [[Spezial:Kategorien|Kategorien]]

[[en:Main Page]]

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Automatisierte Abfluss- und Stauregelung

2022-04-08T11:10:22Z

Merkelj: Die Seite wurde neu angelegt: „en:Automated Discharge and Water Level Control Bild 1: Umsetzung eines Moselreglers (Beispiel: Wehr Müden) …“

Datei:BAWiki Stauzielregelung2.png

2022-04-08T11:07:56Z

Merkelj:

Datei:BAWiki Stauzielregelung1.png

2022-04-08T11:07:44Z

Merkelj:

Hauptseite

2022-04-08T11:05:25Z

Merkelj:

== BAWiki ==

* [[Wasserbauliche Methoden]]:
*# [[Mathematische Verfahren]]
*# [[Naturmessungen]]
*# [[Schiffsführungssimulation]]
*# [[Wasserbauliches Versuchswesen]]
*# [[Automatisierte Abfluss- und Stauregelung]]
*# [[Ökologische Durchgängigkeit]]
*# [[Tidedynamik der Ästuare]]
*# [[Wehranlagen]]
*# [[Buhnen - Regelungselemente an Bundeswasserstraßen]]

* [[Bautechnische Methoden]]:
*# [[Alkalireaktivität von Gesteinskörnungen und Betonen (Baustoffe)]]
*# [[Analyse und Prüfung von Bau- und Beschichtungsstoffen (Stahlbau und Korrosionsschutz)]]
*# [[Dauerhaftigkeitsbemessung hinsichtlich Betonstahlkorrosion]]
*# [[Beurteilung des Frostwiderstands von Beton (Baustoffe)]]
*# [[Hydratationswärmeentwicklung von Beton (Baustoffe)]]
*# [[Korrosionsschutzprüfungen (Stahlbau und Korrosionsschutz)]]
*# [[Nichtlineare Tragwerksanalyse (NiTrA) (Massivbau)]]
*# [[Korrosionsschutz von Offshore-Bauwerken zur Nutzung der Windenergie]]
*# [[Nichtlineare, probabilistische Berechnungen]]
*# [[Scherfestigkeit von Beton und Mauerwerk]]
*# [[Tragfähigkeitsbewertung bestehender Stahlwasserbauverschlüsse (Stahlbau und Korrosionsschutz)]]
*# [[Beurteilung des baulichen Zustandes von Massivbauwerken (Baustoffe)]]
*# [[Zustandsprognose]]

* [[Geotechnische Methoden]]:
*# [[Geotechnische Laborversuche]]
*# [[Geotechnische Feldversuche]]
*# [[Geotechnische Messungen]]
*# [[Analytische Verfahren]]
*# [[Numerische Verfahren]]

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Schiffsführungssimulation

2022-04-08T11:01:39Z

Merkelj:

[[en:Ship Handling Simulation]]

Die Bundesanstalt für Wasserbau, Dienststelle Hamburg, Abteilung Wasserbau im Küstenbereich berät die Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt (GDWS) u.a. im Rahmen von Fahrrinnenbemessungen für die Anpassung der Seeschifffahrtsstraßen an die Großschifffahrt (z. B. Unter- und Außenelbe, Unterweser, Außenweser, auch Zufahrt Stralsund, Peenestrom). Zur endgültigen Festlegung der Fahrrinnenabmessungen haben heutzutage die Ergebnisse aus Schiffsführungssimulationen eine erhebliche Entscheidungsrelevanz. Die Anwendung von Schiffsführungssimulatoren wird für eine Fahrrinnenbemessung als wertvoll erachtet und für kritische Randbedingungen (z. B. Minimierung der Fahrrinnenabmessungen) empfohlen (u. a. PIANC WG II-20, 1992; PIANC WG II-30, 1997), obwohl die Grenzen für eine derartige Anwendung noch unsicher sind. Die BAW wird vornehmlich von den Wasser- und Schifffahrtsämtern zur fachlichen Beratung bei Vergabeverfahren von Simulationsaufträgen und für die Überprüfung der Bemessungsansätze hinzugezogen. Bewertungen der heutigen, für nautische Fragestellungen konzipierten Schiffsführungssimulationssoftware führten zu der Feststellung, dass die für eine Fahrrinnenbemessung relevanten mathematischen Ansätze der Simulationsanlagen (z. B. zum Squat, zum Bank-Effekt) nicht den fachlichen Anforderungen der WSV genügen. Mit dem Hintergrund der schnell zunehmenden Schiffsgrößen in der Containerschifffahrt und der langen Planungsphasen für Anpassungsmaßnahmen der Seeschifffahrtsstraßen wird eine fachlich abgesicherte Befahrbarkeitsanalyse für zukünftige große Containerschiffe z. B. für das Weser- oder Elbeästuar oder auch den Nord-Ostsee-Kanal (NOK) gefordert.

Die Dringlichkeit der Aufgabe wird um so deutlicher, als die wirtschaftliche Ausnutzung der heute vorhandenen oder zukünftig angepassten Infrastruktur der Wasserstraße im Vordergrund stehen wird und damit eine kontinuierliche Weiterentwicklung der modularen Simulationssoftware, auch in Form von Entwicklungs- und Implementierungsarbeiten, erforderlich ist.

Im Bereich der Binnenschifffahrt werden Schiffsführungssimulatoren in Deutschland erst seit dem Jahr 2008 eingesetzt. Seit 2009 verfügt die BAW Karlsruhe über einen eigenen Simulator. Aufbauend auf diesen kommerziellen Simulator, der für die Ausbildung des nautischen Personals auf Seeschiffen konzipiert ist, wurde der vorhandene Rechenkern um Methoden zur Berechnung schiffsinduzierter Wellen und zur Vorhersage der Bewegung von Binnenschiffen in extrem flachem Wasser unter Berücksichtigung von Strömungsfeldern erweitert. Parallel wurden die Eigenschaften der Heck- und Bugruderanlagen an die Technik, wie sie üblicherweise auf Binnenschiffen eingesetzt wird, angepasst. Weitere Entwicklungen, wie z.B. die Erweiterung des Kollisionsmodells zur Simulation von Gleitmolen, Squat und Banking, sind in Bearbeitung.

{| class="wikitable"
|-
! style="background-color:#FFFFFF;" | [[Bild:Methoden_Schiffsführungssimulation.jpg|thumb|450px|left]] || style="background-color:#FFFFFF;" | [[Bild:Methoden_Schiffsfuehrungssimulation_Bild2a.jpg|thumb|300px|right]]
|}
''Bild 1: Schiffsführungssimulator in der BAW (rechts: Karlsruhe; links: Hamburg)''

Für die Durchführung der Untersuchungen sind zwei unterschiedliche Vorgehensweisen geplant. Um zu möglichst objektiven Simulationsergebnissen zu gelangen, werden die Simulationsfahrten im Normalfall durch einen Regelkreis gesteuert, der dafür sorgt, dass das Modellschiff einer vorgegebenen Leitlinie folgt. Damit wird gewährleistet, dass die Leistungen und Fähigkeiten des "Schiffsführers" für die gesamten Untersuchungen konstant und die Ergebnisse der einzelnen Simulationsfahrten untereinander vergleichbar sind. Die Befahrbarkeit des Fahrtreviers unter Beachtung der vorgegeben Leitlinie an sich und die Anzahl und Stärke der Schiffsmanöver, die im Verlauf der Simulationsfahrt eingeleitet werden mussten, geben Auskunft darüber, in wieweit Sicherheit und Leichtigkeit für die Befahrbarkeit der Untersuchungsstrecke gegeben sind.

Spielen psychologische Aspekte, die den Schiffsführer bei seinen Entscheidungen beeinflussen könnten, innerhalb der Untersuchungen eine Rolle, so besteht die Möglichkeit, das Schiff von einem Schiffsführer nach Sicht durch die Untersuchungsstrecke steuern zu lassen. Zu diesem Zweck steht dem Schiffsführer eine nachgebildete Brücke mit quasi originalen Bedienelementen eines Binnenschiffes zur Verfügung. Die Außensicht wird mit Hilfe von drei Monitoren dargestellt. Um den Simulator hinsichtlich der Wahl des Schiffstyps, der Antriebsart und der Ausrüstung mit Ruderorganen möglichst flexibel zu gestalten, können unterschiedlichste Bedienelemente installiert werden. Die für den Schiffsführer notwendigen Anzeigeinstrumente werden generisch auf Monitoren im Fahrpult dargestellt.

* [[Qualitätssicherung für Schiffsführungssimulation in der WSV]]
* [[Strömungsdaten für Schiffsführungssimulation in der WSV ]]

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[[Strukturübersicht]]

Mathematische Verfahren

2022-04-08T10:43:16Z

Merkelj:

[[en:Mathematical Methods]]
[[Bild: Methoden_mathematische_Verfahren.jpg|thumb|Bild 1: Numerik]]
[[Bild: Methoden_mathematische_Verfahren2.jpg|240px|thumb|Bild 2: Dreidimensionale numerische Berechnung der Geschwindigkeitsverteilungen in einer Flusskrümmung.]]

Durch den Einsatz mathematischer/numerischer Verfahren können Erkenntnisse über natürliche Prozesse gewonnen werden (Simulation). Ferner ermöglichen sie Prognosen zur natürlichen Entwicklung wie auch zur Wirkung anthropogener Eingriffe in natürliche Systeme. Die zentralen [[Simulationsverfahren]] werden von Methoden zur Datenaufbereitung und Gitternetzgenerierung ([[Pre- und Postprocessing|Preprocessing]]) sowie zur Visualisierung und [[Analyse der Berechnungsergebnisse]] ([[Pre- und Postprocessing|Postprocessing]]) ergänzt. Die numerische Simulation stellt eine etablierte und vielfach eingesetzte Methode zur Bearbeitung verkehrswasserbaulicher Fragestellungen dar.

Bevor ein mathematisches Verfahren eingesetzt werden kann, muss eine Analyse des natürlichen Systems im Hinblick auf die darin ablaufenden Prozesse durchgeführt werden. Mit Blick auf das zu untersuchende System, z.B. Fluss oder Ästuar, sowie auf die zu untersuchende Fragestellung, muss eine Auswahl hinsichtlich der unbedingt von dem Modell zu berücksichtigenden Prozesse durchgeführt werden (Modellfunktionalität). Davon ausgehend wird das konzeptionelle Modell formuliert, zumeist in Form gewöhnlicher oder partieller Differentialgleichungen. Diese können für natürliche Systeme in der Regel nicht exakt gelöst werden. Einzelne Prozesse, wie z.B. die Reibung an der Gewässersohle, können daher nur in vereinfachter Form berücksichtigt werden (Parametrisierung). Darüber hinaus werden die unbekannten Größen (Wasserspiegellage, Strömungsgeschwindigkeit usw.) nur an endlich vielen Orten und Terminen berechnet (Diskretisierung). Aus den grundlegenden Gleichungen sowie den Annahmen zur Diskretisierung und Parametrisierung folgt die algorithmische Implementierung des Modells unter Zuhilfenahme von Methoden der numerischen Mathematik. Dem schließt sich noch die Software-Implementierung an, die an Hand grundlegender Beispiele auf ihre Korrektheit verifiziert wird. Damit steht ein mathematisches Verfahren mit eingeschränktem Gültigkeitsbereich zur Verfügung, welches zur Simulation verschiedener ortsspezifischer Modelle (Rhein bei Bingen, Tideelbe, usw.) eingesetzt werden kann. Für ein breites Spektrum an natürlichen Prozessen können in der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) verschiedene mathematische Verfahren eingesetzt werden.

Im Preprocessing müssen Anfangs- und Randwerte für den gesamten Simulationszeitraum sowie das Berechnungsgitter für das jeweilige ortsspezifische Modell erstellt werden. Die konsistenten Berechnungsergebnisse einer Simulation werden später mit Beobachtungsdaten verglichen (Kalibrierung, Validierung), grafisch visualisiert, zur Verdeutlichung dynamischer Vorgänge zu Animationen verarbeitet, oder zum Berechnen von Kenngrößen (z.B. Hochwasser, maximale Strömungsgeschwindigkeit) sowie deren Änderung (Prognose) weiter gehend analysiert.

==Dokumentationen==

* [[BAW-Software-Dokumentation]]
* [[Pre- und Postprocessing]]
* [[Simulationsverfahren]]

==Validierungsstudien und Modellsysteme==

* [[Validierungsstudien]]
* [[Modellsysteme]]

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[[Strukturübersicht]]

Mathematische Verfahren

2022-04-08T10:42:29Z

Merkelj:

[[en:Mathematical Methods]]
[[Bild: Methoden_mathematische_Verfahren.jpg|thumb|Numerik]]
[[Bild: Methoden_mathematische_Verfahren2.jpg|240px|thumb|Dreidimensionale numerische Berechnung der Geschwindigkeitsverteilungen in einer Flusskrümmung.]]

Durch den Einsatz mathematischer/numerischer Verfahren können Erkenntnisse über natürliche Prozesse gewonnen werden (Simulation). Ferner ermöglichen sie Prognosen zur natürlichen Entwicklung wie auch zur Wirkung anthropogener Eingriffe in natürliche Systeme. Die zentralen [[Simulationsverfahren]] werden von Methoden zur Datenaufbereitung und Gitternetzgenerierung ([[Pre- und Postprocessing|Preprocessing]]) sowie zur Visualisierung und [[Analyse der Berechnungsergebnisse]] ([[Pre- und Postprocessing|Postprocessing]]) ergänzt. Die numerische Simulation stellt eine etablierte und vielfach eingesetzte Methode zur Bearbeitung verkehrswasserbaulicher Fragestellungen dar.

Bevor ein mathematisches Verfahren eingesetzt werden kann, muss eine Analyse des natürlichen Systems im Hinblick auf die darin ablaufenden Prozesse durchgeführt werden. Mit Blick auf das zu untersuchende System, z.B. Fluss oder Ästuar, sowie auf die zu untersuchende Fragestellung, muss eine Auswahl hinsichtlich der unbedingt von dem Modell zu berücksichtigenden Prozesse durchgeführt werden (Modellfunktionalität). Davon ausgehend wird das konzeptionelle Modell formuliert, zumeist in Form gewöhnlicher oder partieller Differentialgleichungen. Diese können für natürliche Systeme in der Regel nicht exakt gelöst werden. Einzelne Prozesse, wie z.B. die Reibung an der Gewässersohle, können daher nur in vereinfachter Form berücksichtigt werden (Parametrisierung). Darüber hinaus werden die unbekannten Größen (Wasserspiegellage, Strömungsgeschwindigkeit usw.) nur an endlich vielen Orten und Terminen berechnet (Diskretisierung). Aus den grundlegenden Gleichungen sowie den Annahmen zur Diskretisierung und Parametrisierung folgt die algorithmische Implementierung des Modells unter Zuhilfenahme von Methoden der numerischen Mathematik. Dem schließt sich noch die Software-Implementierung an, die an Hand grundlegender Beispiele auf ihre Korrektheit verifiziert wird. Damit steht ein mathematisches Verfahren mit eingeschränktem Gültigkeitsbereich zur Verfügung, welches zur Simulation verschiedener ortsspezifischer Modelle (Rhein bei Bingen, Tideelbe, usw.) eingesetzt werden kann. Für ein breites Spektrum an natürlichen Prozessen können in der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) verschiedene mathematische Verfahren eingesetzt werden.

Im Preprocessing müssen Anfangs- und Randwerte für den gesamten Simulationszeitraum sowie das Berechnungsgitter für das jeweilige ortsspezifische Modell erstellt werden. Die konsistenten Berechnungsergebnisse einer Simulation werden später mit Beobachtungsdaten verglichen (Kalibrierung, Validierung), grafisch visualisiert, zur Verdeutlichung dynamischer Vorgänge zu Animationen verarbeitet, oder zum Berechnen von Kenngrößen (z.B. Hochwasser, maximale Strömungsgeschwindigkeit) sowie deren Änderung (Prognose) weiter gehend analysiert.

==Dokumentationen==

* [[BAW-Software-Dokumentation]]
* [[Pre- und Postprocessing]]
* [[Simulationsverfahren]]

==Validierungsstudien und Modellsysteme==

* [[Validierungsstudien]]
* [[Modellsysteme]]

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[[Strukturübersicht]]

Mathematische Verfahren

2022-04-08T10:14:25Z

Merkelj:

Mathematische Verfahren

2022-04-08T10:14:11Z

Merkelj:

[[en:Mathematical Methods]]
[[Bild: Methoden_mathematische_Verfahren.jpg|thumb|Bild 1: Numerik]]
[[Bild: Methoden_mathematische_Verfahren2.jpg|250px|thumb|Bild 2: Dreidimensionale numerische Berechnung der Geschwindigkeitsverteilungen in einer Flusskrümmung.]]

Durch den Einsatz mathematischer/numerischer Verfahren können Erkenntnisse über natürliche Prozesse gewonnen werden (Simulation). Ferner ermöglichen sie Prognosen zur natürlichen Entwicklung wie auch zur Wirkung anthropogener Eingriffe in natürliche Systeme. Die zentralen [[Simulationsverfahren]] werden von Methoden zur Datenaufbereitung und Gitternetzgenerierung ([[Pre- und Postprocessing|Preprocessing]]) sowie zur Visualisierung und [[Analyse der Berechnungsergebnisse]] ([[Pre- und Postprocessing|Postprocessing]]) ergänzt. Die numerische Simulation stellt eine etablierte und vielfach eingesetzte Methode zur Bearbeitung verkehrswasserbaulicher Fragestellungen dar.

Bevor ein mathematisches Verfahren eingesetzt werden kann, muss eine Analyse des natürlichen Systems im Hinblick auf die darin ablaufenden Prozesse durchgeführt werden. Mit Blick auf das zu untersuchende System, z.B. Fluss oder Ästuar, sowie auf die zu untersuchende Fragestellung, muss eine Auswahl hinsichtlich der unbedingt von dem Modell zu berücksichtigenden Prozesse durchgeführt werden (Modellfunktionalität). Davon ausgehend wird das konzeptionelle Modell formuliert, zumeist in Form gewöhnlicher oder partieller Differentialgleichungen. Diese können für natürliche Systeme in der Regel nicht exakt gelöst werden. Einzelne Prozesse, wie z.B. die Reibung an der Gewässersohle, können daher nur in vereinfachter Form berücksichtigt werden (Parametrisierung). Darüber hinaus werden die unbekannten Größen (Wasserspiegellage, Strömungsgeschwindigkeit usw.) nur an endlich vielen Orten und Terminen berechnet (Diskretisierung). Aus den grundlegenden Gleichungen sowie den Annahmen zur Diskretisierung und Parametrisierung folgt die algorithmische Implementierung des Modells unter Zuhilfenahme von Methoden der numerischen Mathematik. Dem schließt sich noch die Software-Implementierung an, die an Hand grundlegender Beispiele auf ihre Korrektheit verifiziert wird. Damit steht ein mathematisches Verfahren mit eingeschränktem Gültigkeitsbereich zur Verfügung, welches zur Simulation verschiedener ortsspezifischer Modelle (Rhein bei Bingen, Tideelbe, usw.) eingesetzt werden kann. Für ein breites Spektrum an natürlichen Prozessen können in der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) verschiedene mathematische Verfahren eingesetzt werden.

Im Preprocessing müssen Anfangs- und Randwerte für den gesamten Simulationszeitraum sowie das Berechnungsgitter für das jeweilige ortsspezifische Modell erstellt werden. Die konsistenten Berechnungsergebnisse einer Simulation werden später mit Beobachtungsdaten verglichen (Kalibrierung, Validierung), grafisch visualisiert, zur Verdeutlichung dynamischer Vorgänge zu Animationen verarbeitet, oder zum Berechnen von Kenngrößen (z.B. Hochwasser, maximale Strömungsgeschwindigkeit) sowie deren Änderung (Prognose) weiter gehend analysiert.

==Dokumentationen==

* [[BAW-Software-Dokumentation]]
* [[Pre- und Postprocessing]]
* [[Simulationsverfahren]]

==Validierungsstudien und Modellsysteme==

* [[Validierungsstudien]]
* [[Modellsysteme]]

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[[Strukturübersicht]]

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2022-04-08T10:13:13Z

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Mathematische Verfahren

2022-04-08T10:10:55Z

Merkelj:

[[en:Mathematical Methods]]
[[Bild: Methoden_mathematische_Verfahren.jpg|thumb|Bild 1: Numerik]]
[[Bild: Methoden_mathematische_Verfahren2.jpg|200px|thumb|Bild 2: Dreidimensionale numerische Berechnung der Geschwindigkeitsverteilungen in einer Flusskrümmung.]]

Durch den Einsatz mathematischer/numerischer Verfahren können Erkenntnisse über natürliche Prozesse gewonnen werden (Simulation). Ferner ermöglichen sie Prognosen zur natürlichen Entwicklung wie auch zur Wirkung anthropogener Eingriffe in natürliche Systeme. Die zentralen [[Simulationsverfahren]] werden von Methoden zur Datenaufbereitung und Gitternetzgenerierung ([[Pre- und Postprocessing|Preprocessing]]) sowie zur Visualisierung und [[Analyse der Berechnungsergebnisse]] ([[Pre- und Postprocessing|Postprocessing]]) ergänzt. Die numerische Simulation stellt eine etablierte und vielfach eingesetzte Methode zur Bearbeitung verkehrswasserbaulicher Fragestellungen dar.

Bevor ein mathematisches Verfahren eingesetzt werden kann, muss eine Analyse des natürlichen Systems im Hinblick auf die darin ablaufenden Prozesse durchgeführt werden. Mit Blick auf das zu untersuchende System, z.B. Fluss oder Ästuar, sowie auf die zu untersuchende Fragestellung, muss eine Auswahl hinsichtlich der unbedingt von dem Modell zu berücksichtigenden Prozesse durchgeführt werden (Modellfunktionalität). Davon ausgehend wird das konzeptionelle Modell formuliert, zumeist in Form gewöhnlicher oder partieller Differentialgleichungen. Diese können für natürliche Systeme in der Regel nicht exakt gelöst werden. Einzelne Prozesse, wie z.B. die Reibung an der Gewässersohle, können daher nur in vereinfachter Form berücksichtigt werden (Parametrisierung). Darüber hinaus werden die unbekannten Größen (Wasserspiegellage, Strömungsgeschwindigkeit usw.) nur an endlich vielen Orten und Terminen berechnet (Diskretisierung). Aus den grundlegenden Gleichungen sowie den Annahmen zur Diskretisierung und Parametrisierung folgt die algorithmische Implementierung des Modells unter Zuhilfenahme von Methoden der numerischen Mathematik. Dem schließt sich noch die Software-Implementierung an, die an Hand grundlegender Beispiele auf ihre Korrektheit verifiziert wird. Damit steht ein mathematisches Verfahren mit eingeschränktem Gültigkeitsbereich zur Verfügung, welches zur Simulation verschiedener ortsspezifischer Modelle (Rhein bei Bingen, Tideelbe, usw.) eingesetzt werden kann. Für ein breites Spektrum an natürlichen Prozessen können in der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) verschiedene mathematische Verfahren eingesetzt werden.

Im Preprocessing müssen Anfangs- und Randwerte für den gesamten Simulationszeitraum sowie das Berechnungsgitter für das jeweilige ortsspezifische Modell erstellt werden. Die konsistenten Berechnungsergebnisse einer Simulation werden später mit Beobachtungsdaten verglichen (Kalibrierung, Validierung), grafisch visualisiert, zur Verdeutlichung dynamischer Vorgänge zu Animationen verarbeitet, oder zum Berechnen von Kenngrößen (z.B. Hochwasser, maximale Strömungsgeschwindigkeit) sowie deren Änderung (Prognose) weiter gehend analysiert.

==Dokumentationen==

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* [[Pre- und Postprocessing]]
* [[Simulationsverfahren]]

==Validierungsstudien und Modellsysteme==

* [[Validierungsstudien]]
* [[Modellsysteme]]

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2022-04-08T10:10:48Z

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Mathematische Verfahren

2022-04-08T09:55:14Z

Merkelj:

[[en:Mathematical Methods]]
[[Bild: Methoden_mathematische_Verfahren.jpg|thumb|Bild 1: Numerik]]

Durch den Einsatz mathematischer/numerischer Verfahren können Erkenntnisse über natürliche Prozesse gewonnen werden (Simulation). Ferner ermöglichen sie Prognosen zur natürlichen Entwicklung wie auch zur Wirkung anthropogener Eingriffe in natürliche Systeme. Die zentralen [[Simulationsverfahren]] werden von Methoden zur Datenaufbereitung und Gitternetzgenerierung ([[Pre- und Postprocessing|Preprocessing]]) sowie zur Visualisierung und [[Analyse der Berechnungsergebnisse]] ([[Pre- und Postprocessing|Postprocessing]]) ergänzt. Die numerische Simulation stellt eine etablierte und vielfach eingesetzte Methode zur Bearbeitung verkehrswasserbaulicher Fragestellungen dar.

Bevor ein mathematisches Verfahren eingesetzt werden kann, muss eine Analyse des natürlichen Systems im Hinblick auf die darin ablaufenden Prozesse durchgeführt werden. Mit Blick auf das zu untersuchende System, z.B. Fluss oder Ästuar, sowie auf die zu untersuchende Fragestellung, muss eine Auswahl hinsichtlich der unbedingt von dem Modell zu berücksichtigenden Prozesse durchgeführt werden (Modellfunktionalität). Davon ausgehend wird das konzeptionelle Modell formuliert, zumeist in Form gewöhnlicher oder partieller Differentialgleichungen. Diese können für natürliche Systeme in der Regel nicht exakt gelöst werden. Einzelne Prozesse, wie z.B. die Reibung an der Gewässersohle, können daher nur in vereinfachter Form berücksichtigt werden (Parametrisierung). Darüber hinaus werden die unbekannten Größen (Wasserspiegellage, Strömungsgeschwindigkeit usw.) nur an endlich vielen Orten und Terminen berechnet (Diskretisierung). Aus den grundlegenden Gleichungen sowie den Annahmen zur Diskretisierung und Parametrisierung folgt die algorithmische Implementierung des Modells unter Zuhilfenahme von Methoden der numerischen Mathematik. Dem schließt sich noch die Software-Implementierung an, die an Hand grundlegender Beispiele auf ihre Korrektheit verifiziert wird. Damit steht ein mathematisches Verfahren mit eingeschränktem Gültigkeitsbereich zur Verfügung, welches zur Simulation verschiedener ortsspezifischer Modelle (Rhein bei Bingen, Tideelbe, usw.) eingesetzt werden kann. Für ein breites Spektrum an natürlichen Prozessen können in der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) verschiedene mathematische Verfahren eingesetzt werden.

Im Preprocessing müssen Anfangs- und Randwerte für den gesamten Simulationszeitraum sowie das Berechnungsgitter für das jeweilige ortsspezifische Modell erstellt werden. Die konsistenten Berechnungsergebnisse einer Simulation werden später mit Beobachtungsdaten verglichen (Kalibrierung, Validierung), grafisch visualisiert, zur Verdeutlichung dynamischer Vorgänge zu Animationen verarbeitet, oder zum Berechnen von Kenngrößen (z.B. Hochwasser, maximale Strömungsgeschwindigkeit) sowie deren Änderung (Prognose) weiter gehend analysiert.

==Dokumentationen==

* [[BAW-Software-Dokumentation]]
* [[Pre- und Postprocessing]]
* [[Simulationsverfahren]]

==Validierungsstudien und Modellsysteme==

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* [[Modellsysteme]]

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Mathematische Verfahren

2022-04-08T09:54:55Z

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[[en:Mathematical Methods]]
[[Bild: Methoden_mathematische_Verfahren.jpg|thumb|Bild 1: Numerik]]
[[Bild: Methoden_mathematische_Verfahren2.jpg|240px|thumb|Bild 2: Dreidimensionale numerische Berechnung der Geschwindigkeitsverteilungen in einer Flusskrümmung]]

Durch den Einsatz mathematischer/numerischer Verfahren können Erkenntnisse über natürliche Prozesse gewonnen werden (Simulation). Ferner ermöglichen sie Prognosen zur natürlichen Entwicklung wie auch zur Wirkung anthropogener Eingriffe in natürliche Systeme. Die zentralen [[Simulationsverfahren]] werden von Methoden zur Datenaufbereitung und Gitternetzgenerierung ([[Pre- und Postprocessing|Preprocessing]]) sowie zur Visualisierung und [[Analyse der Berechnungsergebnisse]] ([[Pre- und Postprocessing|Postprocessing]]) ergänzt. Die numerische Simulation stellt eine etablierte und vielfach eingesetzte Methode zur Bearbeitung verkehrswasserbaulicher Fragestellungen dar.

Bevor ein mathematisches Verfahren eingesetzt werden kann, muss eine Analyse des natürlichen Systems im Hinblick auf die darin ablaufenden Prozesse durchgeführt werden. Mit Blick auf das zu untersuchende System, z.B. Fluss oder Ästuar, sowie auf die zu untersuchende Fragestellung, muss eine Auswahl hinsichtlich der unbedingt von dem Modell zu berücksichtigenden Prozesse durchgeführt werden (Modellfunktionalität). Davon ausgehend wird das konzeptionelle Modell formuliert, zumeist in Form gewöhnlicher oder partieller Differentialgleichungen. Diese können für natürliche Systeme in der Regel nicht exakt gelöst werden. Einzelne Prozesse, wie z.B. die Reibung an der Gewässersohle, können daher nur in vereinfachter Form berücksichtigt werden (Parametrisierung). Darüber hinaus werden die unbekannten Größen (Wasserspiegellage, Strömungsgeschwindigkeit usw.) nur an endlich vielen Orten und Terminen berechnet (Diskretisierung). Aus den grundlegenden Gleichungen sowie den Annahmen zur Diskretisierung und Parametrisierung folgt die algorithmische Implementierung des Modells unter Zuhilfenahme von Methoden der numerischen Mathematik. Dem schließt sich noch die Software-Implementierung an, die an Hand grundlegender Beispiele auf ihre Korrektheit verifiziert wird. Damit steht ein mathematisches Verfahren mit eingeschränktem Gültigkeitsbereich zur Verfügung, welches zur Simulation verschiedener ortsspezifischer Modelle (Rhein bei Bingen, Tideelbe, usw.) eingesetzt werden kann. Für ein breites Spektrum an natürlichen Prozessen können in der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) verschiedene mathematische Verfahren eingesetzt werden.

Im Preprocessing müssen Anfangs- und Randwerte für den gesamten Simulationszeitraum sowie das Berechnungsgitter für das jeweilige ortsspezifische Modell erstellt werden. Die konsistenten Berechnungsergebnisse einer Simulation werden später mit Beobachtungsdaten verglichen (Kalibrierung, Validierung), grafisch visualisiert, zur Verdeutlichung dynamischer Vorgänge zu Animationen verarbeitet, oder zum Berechnen von Kenngrößen (z.B. Hochwasser, maximale Strömungsgeschwindigkeit) sowie deren Änderung (Prognose) weiter gehend analysiert.

==Dokumentationen==

* [[BAW-Software-Dokumentation]]
* [[Pre- und Postprocessing]]
* [[Simulationsverfahren]]

==Validierungsstudien und Modellsysteme==

* [[Validierungsstudien]]
* [[Modellsysteme]]

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[[Strukturübersicht]]

Mathematische Verfahren

2022-04-08T09:52:50Z

Merkelj:

[[en:Mathematical Methods]]
[[Bild: Methoden_mathematische_Verfahren.jpg|thumb|Bild 1: Numerik]]
[[Bild: Methoden_mathematische_Verfahren2.jpg|thumb|Bild 2: Dreidimensionale numerische Berechnung der Geschwindigkeitsverteilungen in einer Flusskrümmung]]

Durch den Einsatz mathematischer/numerischer Verfahren können Erkenntnisse über natürliche Prozesse gewonnen werden (Simulation). Ferner ermöglichen sie Prognosen zur natürlichen Entwicklung wie auch zur Wirkung anthropogener Eingriffe in natürliche Systeme. Die zentralen [[Simulationsverfahren]] werden von Methoden zur Datenaufbereitung und Gitternetzgenerierung ([[Pre- und Postprocessing|Preprocessing]]) sowie zur Visualisierung und [[Analyse der Berechnungsergebnisse]] ([[Pre- und Postprocessing|Postprocessing]]) ergänzt. Die numerische Simulation stellt eine etablierte und vielfach eingesetzte Methode zur Bearbeitung verkehrswasserbaulicher Fragestellungen dar.

Bevor ein mathematisches Verfahren eingesetzt werden kann, muss eine Analyse des natürlichen Systems im Hinblick auf die darin ablaufenden Prozesse durchgeführt werden. Mit Blick auf das zu untersuchende System, z.B. Fluss oder Ästuar, sowie auf die zu untersuchende Fragestellung, muss eine Auswahl hinsichtlich der unbedingt von dem Modell zu berücksichtigenden Prozesse durchgeführt werden (Modellfunktionalität). Davon ausgehend wird das konzeptionelle Modell formuliert, zumeist in Form gewöhnlicher oder partieller Differentialgleichungen. Diese können für natürliche Systeme in der Regel nicht exakt gelöst werden. Einzelne Prozesse, wie z.B. die Reibung an der Gewässersohle, können daher nur in vereinfachter Form berücksichtigt werden (Parametrisierung). Darüber hinaus werden die unbekannten Größen (Wasserspiegellage, Strömungsgeschwindigkeit usw.) nur an endlich vielen Orten und Terminen berechnet (Diskretisierung). Aus den grundlegenden Gleichungen sowie den Annahmen zur Diskretisierung und Parametrisierung folgt die algorithmische Implementierung des Modells unter Zuhilfenahme von Methoden der numerischen Mathematik. Dem schließt sich noch die Software-Implementierung an, die an Hand grundlegender Beispiele auf ihre Korrektheit verifiziert wird. Damit steht ein mathematisches Verfahren mit eingeschränktem Gültigkeitsbereich zur Verfügung, welches zur Simulation verschiedener ortsspezifischer Modelle (Rhein bei Bingen, Tideelbe, usw.) eingesetzt werden kann. Für ein breites Spektrum an natürlichen Prozessen können in der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) verschiedene mathematische Verfahren eingesetzt werden.

Im Preprocessing müssen Anfangs- und Randwerte für den gesamten Simulationszeitraum sowie das Berechnungsgitter für das jeweilige ortsspezifische Modell erstellt werden. Die konsistenten Berechnungsergebnisse einer Simulation werden später mit Beobachtungsdaten verglichen (Kalibrierung, Validierung), grafisch visualisiert, zur Verdeutlichung dynamischer Vorgänge zu Animationen verarbeitet, oder zum Berechnen von Kenngrößen (z.B. Hochwasser, maximale Strömungsgeschwindigkeit) sowie deren Änderung (Prognose) weiter gehend analysiert.

==Dokumentationen==

* [[BAW-Software-Dokumentation]]
* [[Pre- und Postprocessing]]
* [[Simulationsverfahren]]

==Validierungsstudien und Modellsysteme==

* [[Validierungsstudien]]
* [[Modellsysteme]]

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2022-04-08T09:51:30Z

Merkelj:

Hauptseite

2022-04-07T11:08:43Z

Merkelj:

== BAWiki ==

* [[Wasserbauliche Methoden]]:
*# [[Mathematische Verfahren]]
*# [[Naturmessungen]]
*# [[Schiffsführungssimulation]]
*# [[Wasserbauliches Versuchswesen]]
*# [[Ökologische Durchgängigkeit]]
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*# [[Wehranlagen]]
*# [[Buhnen - Regelungselemente an Bundeswasserstraßen]]

* [[Bautechnische Methoden]]:
*# [[Alkalireaktivität von Gesteinskörnungen und Betonen (Baustoffe)]]
*# [[Analyse und Prüfung von Bau- und Beschichtungsstoffen (Stahlbau und Korrosionsschutz)]]
*# [[Dauerhaftigkeitsbemessung hinsichtlich Betonstahlkorrosion]]
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*# [[Nichtlineare Tragwerksanalyse (NiTrA) (Massivbau)]]
*# [[Korrosionsschutz von Offshore-Bauwerken zur Nutzung der Windenergie]]
*# [[Nichtlineare, probabilistische Berechnungen]]
*# [[Scherfestigkeit von Beton und Mauerwerk]]
*# [[Tragfähigkeitsbewertung bestehender Stahlwasserbauverschlüsse (Stahlbau und Korrosionsschutz)]]
*# [[Beurteilung des baulichen Zustandes von Massivbauwerken (Baustoffe)]]
*# [[Zustandsprognose]]

* [[Geotechnische Methoden]]:
*# [[Geotechnische Laborversuche]]
*# [[Geotechnische Feldversuche]]
*# [[Geotechnische Messungen]]
*# [[Analytische Verfahren]]
*# [[Numerische Verfahren]]

* [[:Kategorie:Glossar|Glossar]]

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Schiffserzeugte Belastungen

2022-04-07T10:35:54Z

Merkelj: /* Hydrodynamisch-numerische Methoden */

[[en:Ship-generated Loading]]

Die Änderung der tiefgangs- und geschwindigkeitsabhängigen schiffserzeugten Belastung der Schifffahrtsstraßen setzt eine Definition der Kenngrößen (z.B. Schiffswellensystem, Verdrängungsströmung) voraus und erfordert die Kenntnis der funktionellen Abhängigkeiten (z.B. Schiffsgeschwindigkeit und Schiffsbreite, Fahrwasserverhältnisse, Passierabstand). U.a. zeigt Bild 1 schematisch das Schiffswellensystem.

Seit Anfang dieses Jahrhunderts wurde eine Vielzahl analytischer und empirischer Ansätze zur Berechnung der Wechselwirkung von Schiff und Wasserstraße entwickelt. Erste Berechnungen mit hydrodynamisch-numerischen Modellen zeigen im Vergleich zu Ergebnissen aus hydraulischen Maßstabsmodellen Abweichungen, so dass diese numerischen Modelle zur Ermittlung ausbaubedingter Änderungen schiffserzeugter Belastungen in Schifffahrtsstraßen noch nicht als abgesichertes wissenschaftliches Hilfsmittel einzustufen sind. Eine gesicherte, quantitative Prognose schiffserzeugter Belastungen in inhomogenen Wasserstraßen ist derzeit nur auf Basis hydraulischer Modellversuche in einem fachwissenschaftlich abgesicherten Modellmaßstab möglich (Stand der Technik und Wissenschaft).

Bei der BAW Dienststelle Hamburg wurden in den letzten Jahren zur Fragestellung der Wechselwirkung Seeschiff - Seeschifffahrtsstraße sowohl Untersuchungen in hydraulischen Modellen als auch Messungen in der Natur durchgeführt.

==Definition der Kenngrößen==
[[en:Definition of the Characteristic Parameters]]

[[Bild: bild2.jpg|thumb|Bild 1: Kenngrößen und Abhängigkeiten]]

Bei der Fahrt eines Schiffes durch das Wasser treten infolge der Verdrängungsströmung und den auftretenden Druck- und Wasserspiegeländerungen an Bug, Heck und Schiffslängsseite Wellensysteme unterschiedlicher Periode auf. Das Schiffswellen- und Strömungssystem ist bei Revierfahrt z.B. in einem Ästuar im unterkritischen Geschwindigkeitsbereich (Schiffsgeschwindigkeit kleiner als die Wellenfortschrittsgeschwindigkeit) gekennzeichnet durch:
* den Bugstau ('''sB''') direkt am Schiffskörper,
* den Absunk ('''zA''') seitlich am Schiff,
* die Heckwelle ('''HP''') als Teil des langperiodischen Primärwellensystems,
* die das Primärwellensystem überlagernden Sekundärwellen ('''HS'''),
* die zeitgleich auftretende Rückstromgeschwindigkeit ('''vR''').

Die Wasserspiegeländerungen in tiefen- und seitenbegrenztem Fahrwasser, wie sich das Wellenbild für einen Betrachter vom Ufer aus darstellt, sind als Seitenansicht und in starker Überhöhung in obiger Skizze erläutert.
 

==Funktionelle Abhängigkeiten==
[[en:Functional Relationships]]

Die Größen der von fahrenden Schiffen erzeugten Wasserspiegelschwankungen und Strömungen sind eine Funktion:
* von Schiffsgeschwindigkeit '''vS''' und Passierabstand '''L'''
* der Schiffsabmessungen (Länge '''l''', Breite '''b''', Tiefgang '''t''', eingetauchter Hauptspantquerschnitt '''AS''')
* vom Gesamtwiderstand des Schiffes (Schiffsform) im Kanal '''RT,K'''
* der Fahrwasserverhältnisse (Wasserspiegel- '''B''' und Sohlbreite '''BS''', Wassertiefe '''d''', Querprofilform und -fläche '''A''', Uferform und Böschungsneigung '''1 : m''')
* der Strömungsverhältnisse in der Wasserstraße
* sonstiger Einflüße wie z.B. Krümmung, Antriebsart, Dichte des Wassers.

Als die wesentlichen Parameter für die schiffserzeugte Belastung von Seeschifffahrtsstraßen haben sich:
* die Schiffsgeschwindigkeit ('''vS''')
* der Passierabstand ('''L''') vom Ufer , der den hydraulisch wirksamen Teilquerschnitt ('''AT''') bestimmt,
* und das Verhältnis von Gesamtwassertiefe zur Tauchtiefe ('''d/t'''), mit '''AT''' das Teilquerschnittsverhältnis '''AT / 0,5 AS''', herausgestellt.

Vereinfacht lassen sich die physikalischen Vorgänge bei einer Schiffspassage in inhomogenen Wasserstraßen (oder bei außermittiger Fahrt) damit erläutern, dass die Wasserstraße durch das Schiff in zwei Teilquerschnitte '''AT1''' und '''AT2''' getrennt wird, durch die das jeweils halbe Verdrängungsvolumen am Schiff vorbeigeführt wird. Das unterschiedliche Teilquerschnittsverhältnis '''AT1 / 0,5 AS''' und '''AT2 / 0,5 AS''' bedingt quantitativ ungleiche [[schiffserzeugte Belastungen]] an den jeweiligen Uferabschnitten.
 

==Analytische und empirische Ansätze==
[[en:Analytical and Empirical Methods]]
==Traditionelle Verfahren==
[[Bild: bild3.jpg|thumb|Bild 1: Bandbreite möglicher Berechnungsergebnisse]]

Während zur Berechnung des Absunks zA im wesentlichen analytische Herleitungen herangezogen werden können (u.a. KREY, 1913; CONSTANTINE, 1960; BOUWMEESTER et al., 1977; FÜHRBÖTER, 1982), sind die Rechenverfahren zur Ermittlung der Wellenhöhe auch anhand von Modellversuchen und/oder [[Naturmessungen]] empirisch abgeleitet (u.a. RÖMISCH, 1969). Die kurzperiodischen Sekundärwellen sind zwar in einigen empirischen Ansätzen mit berücksichtigt, als Funktion der beschriebenen Einflußgrößen jedoch nicht im Detail bekannt, da sie in Abhängigkeit von Schiffsgeschwindigkeit und besonders der Schiffsform durch die unterschiedliche Druckverteilung am Schiffskörper entstehen.

Für den unterkritischen Geschwindigkeitbereich, in dem in der Handelsschiffahrt aus wirtschaftlichen Gründen gefahren wird (etwa vS < 0,9·[g·d]0,5), sind aus dem Schrifttum vereinfacht folgende Zusammenhänge ermittelt:

* Absunk und Wellenhöhe zA prop. vSk mit 2 < k < 3,5 zA prop. nk mit -1,5 < k < -1
* Rückstromgeschwindigkeit vR prop. vS vR prop. n-1

Das Diagramm (Bild 1) zeigt die Bandbreite möglicher Berechnungsergebnisse für die Randbedingungen eines Meßquerschnitts an der Unterelbe im Vergleich mit Meßwerten aus dem hydraulischen Modell der BAW-AK.

Für die Prognose schiffserzeugter Belastungen in inhomogenen Seeschifffahrtsstraßen sind neben der Wechselwirkung von Schiff zu Wasserstraße bei der Wellen- und Strömungsentstehung desweiteren Wellenausbreitungsprozesse wie u.a. Refraktion und Shoaling maßgebend, so dass die Einbeziehung dieser physikalischen Vorgänge in die Berechnung (ohne Parametrisierung) erforderlich wird.

Die traditionellen empirischen und analytischen Ansätze können die schiffserzeugten Belastungen durch die seegängige Großschifffahrt auf den großen inhomogenen Seeschifffahrtsstraßen und besonders im Tidegebiet quantitativ nur sehr unzureichend abschätzen. Eine rechnerische Ermittlung zukünftiger Belastungen kann folgedessen mit diesen Ansätzen nicht erfolgen.
 

==Hydrodynamisch-numerische Methoden==
[[en:Hydrodynamic Numerical Methods]]
[[Bild: bild4.jpg|thumb|Bild 1: Berechnete Wasserspiegelauslenkung für ein PANMAX Containerschiff]]

Auf der Basis der heute zur Verfügung stehenden Rechner-Hardware sowie bearbeiteter Formen der BOUSSINESQ-Gleichungen (NWOGU, 1993)<ref>NWOGU, O., Alternative form of Boussinesq equation for nearshore wave propagation, J. of Waterway, Port, Coastel and Ocean Engineering, Vol. 119, No. 6, ASCE, USA, 1993</ref> war es möglich, u.a. Schiffswellen in tiefen- und seitenbegrenztem Wasser einschließlich der Wellenausbreitungsprozesse Refraktion, Shoaling, Diffraktion und Reflexion, jüngst auch Strömungsrefraktion sowie Squat und Trimm - vorerst bei unterkritischer Fahrt - zu simulieren. Erste umfangreiche Berechnungen mit dem Programm WAKE2D des National Research Council of Canada - Canadian Hydraulic Center ([http://www.nrc-cnrc.gc.ca/eng/ibp/chc.html NRC-CHC, 1997]) <ref>NRC-CHC, Numerical Model Study of Ship-Induced Waves und Currents in the Elbe Estuary, Controlled Technical Report, HYD.CTR-093 (unveröffentlicht), Ottawa, Canada, 1997</ref> wurden im Auftrag der BAW-AK im Rahmen der Untersuchungen an der Unterelbe vorgenommen. Bei den Rechenergebnissen mit WAKE2D ist u.a. eine starke Überschätzung der kurzperiodischen Wellen gegenüber den gemessenen Werten aus dem hydraulischen Modell festzustellen.

Andere theoretisch-numerische Verfahren zur Schiffsumströmung, wie z.B. FANKAN (Fluid-Automaten-Netz für Kanäle für völlige Schiffe; PAGEL/FÜHRER, 1989)<ref>PAGEL, W. und FÜHRER, M., Umströmungs- und Widerstandsverhalten völliger Schiffe bei Kanalfahrt. Ergebnisse einer diskreten Modellierung und ihrer experimentellen Verifizierung, Mitteilungen der Forschungsanstalt für Schiffahrt, Wasser- und Grundbau, Schriftenreihe Heft 3, Berlin, 1989</ref>, sind nicht entsprechend entwickelt, die hydrodynamisch optimierte Form von Seeschiffen (u.a. Wulstbug) hinreichend genau zu diskretisieren und verfälschen damit die dynamische Belastung von Seeschifffahrtsstraßen.

Erste Proberechnungen mit einem weiteren Modell namens SHALLOWTANK (CHEN, 1998)<ref>CHEN, X.-N., Schiffswellenbildung über einer querveränderlichen Topographie, Abstracts - 19. Duisburger Kolloquium Schiffstechnik/ Meerestechnik, Das Schiff für überkritische Fahrt, Duisburg, 1998</ref> (CHEN/ULICZKA, 1999)<ref>CHEN, X.-N. und ULICZKA, K., On Ships in Natural Waterways, Proceedings of Int. Conf. on Coastal Ships and Inland Waterways, The Royal Institution of Naval Architects, Feb. 1999, London 1999</ref> zeigen qualitativ und - bedingt - quantitativ gute Übereinstimmungen mit den Meßergebnissen von Versuchsfahrten im hydraulischen Modell der BAW-AK. Das Berechnungsverfahren SHALLOWTANK wurde auch schon für die Berechnung schiffserzeugter Belastung bei transkritischen und überkritischen Schiffsgeschwindigkeiten (CHEN, 1997)<ref>CHEN, X.-N., Theoretische Grundlagen der Wellenwiderstandseliminierung bei überkritischer Fahrt, besonders durch den Einsatz gekrümmter Katamarane, Proceedings - 18. Duisburger Kolloquium Schiffstechnik/Meerestechnik, Das Schiff in begrenzten Gewässern, Duisburg, 1997</ref> eingesetzt. Nach weiteren erforderlichen Verifikationsrechnungen sowie nach der Vorlage eines Validierungsdokuments wäre in Zukunft eine rechnerische Bearbeitung von Fragestellungen zur schiffserzeugten Belastung inhomogener Wasserstraßen mit diesem Programm denkbar.

Derzeit ist die numerische Bearbeitung (z.B. mit WAKE2D oder SHALLOWTANK) noch als Stand der Forschung, aber nicht als wissenschaftlich unstrittiges Hilfsmittel zur Bearbeitung der Fachaufgabe Wechselwirkung Seeschiff - Seeschifffahrtsstraße einzustufen.

Eine gesicherte, quantitative Prognose schiffserzeugter Belastungen in Seeschifffahrtsstraßen ist gegenwärtig nur auf Basis hydraulischer Modellversuche in einem fachwissenschaftlich abgesicherten Modellmaßstab möglich (Stand der Technik und Wissenschaft).

== Einzelnachweise ==
<references />
 

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[[Strukturübersicht]]

Schiffserzeugte Belastungen

2022-04-07T10:35:21Z

Merkelj: /* Traditionelle Verfahren */

Schiffserzeugte Belastungen

2022-04-07T10:35:10Z

Merkelj: /* Analytische und empirische Ansätze */

Schiffserzeugte Belastungen

2022-04-07T10:34:54Z

Merkelj: /* Funktionelle Abhängigkeiten */

Schiffserzeugte Belastungen

2022-04-07T10:34:35Z

Merkelj: /* Definition der Kenngrößen */

Schiffserzeugte Belastungen

2022-04-07T10:34:14Z

Merkelj:

Schiffserzeugte Belastungen

2022-04-07T09:55:54Z

Merkelj:

Schiffsdynamik

2022-04-07T09:53:25Z

Merkelj:

[[en:Ship Dynamics]]

[[Bild: BAWiki_Schiffsdynamik_1.jpg|thumb|Bild 1: Messungen zur Schiffsdynamik großer Fahrzeuge in Seeschifffahrtssraßen]]
[[Bild: BAWiki_Schiffsdynamik_2.jpg|thumb|Bild 2: Moderne Messtechnik zur Erfassung der Schiffsdynamik im Modellversuchswesen]]
[[Bild: BAWiki_Schiffsdynamik_3.jpg|thumb|Bild 3: Begegnung im Modellversuch]]
[[Bild: BAWiki_Schiffsdynamik_4.jpg|thumb|Bild 4: Summenkurve des zusätzlichen Squats bei Schiffsbegegnungen auf einer Seeschifffahrtsstraße]]
[[Bild: BAWiki_Schiffsdynamik_5.jpg|thumb|Bild 5: Messungen der Schiffsdynamik auf Revierfahrt Elbe]]

Der Fachbegriff "Dynamisches Fahrverhalten" wird im folgenden reduziert auf die vertikalen Bewegungen des Schiffs (Squat und Trimm) in Wechselwirkung mit der Schiffsgröße, der Schiffsgeschwindigkeit und den Sohlstrukturen.

Als Squat ist die Absenkung des fahrenden Schiffs mit dem Primär-Wellen-System, das es selbst bei Fahrt erzeugt, definiert. Trimm ist die Verdrehung des Schiffs um die Querachse und wird beeinflusst u.a. von bestimmten Schiffsparametern und der Schiffsgeschwindigkeit.Die Untersuchungen haben das Ziel, der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) für kommende Ausbauplanungen die geschwindigkeits-, wasserstands- und tiefgangsabhängigen Parameter Squat und Trimm zur Festlegung der Fahrrinnentiefen zur Verfügung zu stellen. Die Modelluntersuchungen sind in drei Teilprojekte unterteilt:

*Erfassung von Squat und Trimm sowie schiffserzeugter Druck- und Wellensysteme bei Fahrt über eine feste, ebene Sohle in seitlich unbegrenztem Flachwasser
*Erfassung von Squat und Trimm sowie schiffserzeugter Druck- und Wellensysteme bei Fahrt über eine feste Sohle mit Transportkörpern in seitlich unbegrenztem Flachwasser
*Systematische Untersuchungen zur Erfassung von Squat und Trimm sowie schiffserzeugter Druck- und Wellensysteme bei Fahrt im Revier mit seitlich begrenzter Fahrrinne im Flachwasser.

Ausgewählte Ergebnisse der umfangreichen Versuchsserien werden unter den obigen Ziffern vorgestellt. Einen Eindruck der Versuchseinrichtung und der Größenordnung der Modellschiffe vermittelt Bild 1.

Die Ergebnisse der Untersuchungen zu 1. und 2. wurden im März 2001 (Uliczka/Flügge, 2001) sowie im September und Dezember 2001 (Flügge/Uliczka, 2001) veröffentlicht. Zu Ziffer 3 erfolgten Veröffentlichungen im Januar 2004 (Uliczka/Kondziella/Flügge, 2004) sowie in 2006 (Uliczka/Kondziella, 2006).

Die Fachaufgabe Wechselwirkung Seeschiff/Seeschifffahrtsstraße (WSS) erforderte auf Grund der Größenentwicklung der Seeschiffe und der daraus notwendigen Befahrbarkeitsanalyse der Tideästuare u.a. fortlaufende Forschungsanstrengungen auf dem Gebiete der Schiffsdynamik bei Revierfahrt mit Blick auf die physikalischen Grundlagen für das „Werkzeug“ Schiffsführungssimulation. Somit wurde dieses Forschungsgebiet neben der „vertikalen“ Schiffsdynamik mit Squat, Trimm (s.o.) durch die Teilprojekte Wechselwirkung Schiff/ Ufer (BERNOULLI-Effekt oder „Bank-Effekt“) sowie Schiff/Schiff ergänzt. In den Teilprojekten werden neben den bisher schon erforderlichen Kenngrößen der schiffserzeugten Wasserspiegelauslenkung und Strömung sowie des geschwindigkeitsabhängigen Squat und Trimm zusätzlich die seitlich auf das Schiff wirkenden geschwindigkeitsabhängigen Kräfte und Momente erfasst.

*Im Teilprojekt „Bank-Effekt“ wurden die Wechselwirkung von Seeschiffen mit verschiedenen Uferböschungen durch die Erfassung der abstands- und neigungsabhängige Querkräfte und Giermomente im physikalischen Modellversuch ermittelt.
*Das derzeit laufende Teilprojekt „Schiff-Schiff-Interaktion“ erarbeitet die geschwindigkeitsabhängigen Querkräfte und Giermomente sowie den dynamischen Squat und Trimm bei den Begegnungen außergewöhnlich großer Containerschiffe in Abhängigkeit des Kursabstands, des Tiefgangs sowie des Wasserstands. Hierbei werden sowohl physikalische Modellversuche (EFD: Experimental Fluid Dynamics) als auch hydrodynamisch-numerische Berechnungen (CFD: Computational Fluid Dynamics) vorgenommen.
*Die jeweils parallel mit zu erfassenden schiffserzeugten Wasserspiegelauslenkungen (Schiffswellen) und Strömungen ermöglichen eine ganzheitliche Betrachtung der physikalischen Prozesse bei der Revierfahrt.

In den Teilprojekten wurde und wird im Wesentlichen die Methode des hydraulischen Maßstabsversuchs nach Stand von Technik und Wissenschaft eingesetzt, um zum einen fahrdynamische Daten für die großen Fahrzeuge zu ermitteln, zum anderen Basisdaten für die Schiffsführungssimulation sowie Validierungsdaten für die Weiterentwicklung hydrodynamisch-numerischer Verfahren bereitzustellen.

==Literatur==

*''Uliczka, K. und Flügge, G., Squat-Untersuchungen für sehr große Postpanmax-Containerschiffe, Tagungsband HTG-Sprechtag des FA Seeschifffahrtsstraßen, Hafen und Schiff, Hamburg, 27. März 2001''

*''Flügge, G. und Uliczka, K., Dynamisches Fahrverhalten und Wechselwirkungen mit der Fahrrinnensohle von sehr großen Containerschiffen unter extremen Flachwasserbedingungen, Tagungsband HTG-Kongress Häfen & Wasserstraßen, Hamburg, September 2001''

*''Flügge, G. und Uliczka, K., Dynamisches Fahrverhalten und Wechselwirkungen mit der Fahrrinnensohle von sehr großen Containerschiffen unter extremen Flachwasserbedingungen (mit weiteren Ergebnissen), HANSA 138. Jhrg. Dezember 2001''

*''Uliczka, K., Kondziella, B. und Flügge, G., Dynamisches Fahrverhalten sehr großer Containerschiffe in seitlich begrenztem extremen Flachwasser, HANSA 141. Jhrg. Januar 2004''

*''Uliczka, K. und Kondziella, B., Dynamic response of very large containerships in extremly shallow water, Proceedings of the 31st PIANC Congress, Estoril, Spanien, 2006''

*''Uliczka, K., Seeschiffe auf Seeschifffahrtsstraßen am Beispiel der Unter und Außenelbe. In: Hamburg – die Elbe und das Wasser sowie weitere wasserhistorische Beiträge. Schriften der DWhG Band 13, S. 97-112, Siegburg, 2009''

*''Uliczka, K. und Kondziella, B., Research on ship dynamics on large containerships in confined fairways. International Conference on Ship Manoeuvring in Shallow and Confined Water – Bank-Effects - Antwerp. In: Conference Proceedings of RINA, Ghent University, FHR, RINA, London, 2009''

*''Briggs, M. J., Vantorre, M., Uliczka, K. und Debaillon, P., Prediction of Squat for Underkeel Clearance. In: Handbook of Coastal and Ocean Engineering, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., Singapore, 2010''

*''Uliczka, K., Böttner, C-U. und Carstens, D., Head-on traffic at the approach channel to the Port of Hamburg. 3rd International Conference on Ship Manoeuvring in Shallow and Confined Water – Ships Behaviour in Locks - Ghent. In: Conference Proceedings of RINA, Ghent University, FHR, RINA London, 2013''

*''Uliczka, K., Wasserbauliche Modellversuche zur Wechselwirkung Seeschiff / Seeschifffahrtsstraße. In: 44. Internationales Wasserbau-Symposium Aachen 2014, RWTH Aachen, IWW, Achen, 2014''

*''Gourly, T.P., Ha, J.H., Mucha, P. und Uliczka, K., Sinkage and Trim of Modern Container Ships in Shallow Water. In: Proceedings, Australasian Coasts & Ports Conference 2015, Auckland, New Zealand, 2015''

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[[Strukturübersicht]]

Schiffserzeugte Belastungen

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Schiffsdynamik

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* [[Definition der Kenngrößen]]
* [[Funktionelle Abhängigkeiten]]
* [[Analytische und empirische Ansätze]]
* [[Hydrodynamisch-numerische Methoden]]
 

==Literatur==

*''Uliczka, K. und Flügge, G., Squat-Untersuchungen für sehr große Postpanmax-Containerschiffe, Tagungsband HTG-Sprechtag des FA Seeschifffahrtsstraßen, Hafen und Schiff, Hamburg, 27. März 2001''

*''Flügge, G. und Uliczka, K., Dynamisches Fahrverhalten und Wechselwirkungen mit der Fahrrinnensohle von sehr großen Containerschiffen unter extremen Flachwasserbedingungen, Tagungsband HTG-Kongress Häfen & Wasserstraßen, Hamburg, September 2001''

*''Flügge, G. und Uliczka, K., Dynamisches Fahrverhalten und Wechselwirkungen mit der Fahrrinnensohle von sehr großen Containerschiffen unter extremen Flachwasserbedingungen (mit weiteren Ergebnissen), HANSA 138. Jhrg. Dezember 2001''

*''Uliczka, K., Kondziella, B. und Flügge, G., Dynamisches Fahrverhalten sehr großer Containerschiffe in seitlich begrenztem extremen Flachwasser, HANSA 141. Jhrg. Januar 2004''

*''Uliczka, K. und Kondziella, B., Dynamic response of very large containerships in extremly shallow water, Proceedings of the 31st PIANC Congress, Estoril, Spanien, 2006''

*''Uliczka, K., Seeschiffe auf Seeschifffahrtsstraßen am Beispiel der Unter und Außenelbe. In: Hamburg – die Elbe und das Wasser sowie weitere wasserhistorische Beiträge. Schriften der DWhG Band 13, S. 97-112, Siegburg, 2009''

*''Uliczka, K. und Kondziella, B., Research on ship dynamics on large containerships in confined fairways. International Conference on Ship Manoeuvring in Shallow and Confined Water – Bank-Effects - Antwerp. In: Conference Proceedings of RINA, Ghent University, FHR, RINA, London, 2009''

*''Briggs, M. J., Vantorre, M., Uliczka, K. und Debaillon, P., Prediction of Squat for Underkeel Clearance. In: Handbook of Coastal and Ocean Engineering, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., Singapore, 2010''

*''Uliczka, K., Böttner, C-U. und Carstens, D., Head-on traffic at the approach channel to the Port of Hamburg. 3rd International Conference on Ship Manoeuvring in Shallow and Confined Water – Ships Behaviour in Locks - Ghent. In: Conference Proceedings of RINA, Ghent University, FHR, RINA London, 2013''

*''Uliczka, K., Wasserbauliche Modellversuche zur Wechselwirkung Seeschiff / Seeschifffahrtsstraße. In: 44. Internationales Wasserbau-Symposium Aachen 2014, RWTH Aachen, IWW, Achen, 2014''

*''Gourly, T.P., Ha, J.H., Mucha, P. und Uliczka, K., Sinkage and Trim of Modern Container Ships in Shallow Water. In: Proceedings, Australasian Coasts & Ports Conference 2015, Auckland, New Zealand, 2015''

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Schiffserzeugte Belastungen

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[[en:Ship-generated Loading]]
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[[Bild: BAWiki_Schiffsdynamik_2.jpg|thumb|Bild 2: Moderne Messtechnik zur Erfassung der Schiffsdynamik im Modellversuchswesen]]
[[Bild: BAWiki_Schiffsdynamik_3.jpg|thumb|Bild 3: Begegnung im Modellversuch]]
[[Bild: BAWiki_Schiffsdynamik_4.jpg|thumb|Bild 4: Summenkurve des zusätzlichen Squats bei Schiffsbegegnungen auf einer Seeschifffahrtsstraße]]
[[Bild: BAWiki_Schiffsdynamik_5.jpg|thumb|Bild 5: Messungen der Schiffsdynamik auf Revierfahrt Elbe]]

Der Fachbegriff "Dynamisches Fahrverhalten" wird im folgenden reduziert auf die vertikalen Bewegungen des Schiffs (Squat und Trimm) in Wechselwirkung mit der Schiffsgröße, der Schiffsgeschwindigkeit und den Sohlstrukturen.

Als Squat ist die Absenkung des fahrenden Schiffs mit dem Primär-Wellen-System, das es selbst bei Fahrt erzeugt, definiert. Trimm ist die Verdrehung des Schiffs um die Querachse und wird beeinflusst u.a. von bestimmten Schiffsparametern und der Schiffsgeschwindigkeit.Die Untersuchungen haben das Ziel, der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) für kommende Ausbauplanungen die geschwindigkeits-, wasserstands- und tiefgangsabhängigen Parameter Squat und Trimm zur Festlegung der Fahrrinnentiefen zur Verfügung zu stellen. Die Modelluntersuchungen sind in drei Teilprojekte unterteilt:

*Erfassung von Squat und Trimm sowie schiffserzeugter Druck- und Wellensysteme bei Fahrt über eine feste, ebene Sohle in seitlich unbegrenztem Flachwasser
*Erfassung von Squat und Trimm sowie schiffserzeugter Druck- und Wellensysteme bei Fahrt über eine feste Sohle mit Transportkörpern in seitlich unbegrenztem Flachwasser
*Systematische Untersuchungen zur Erfassung von Squat und Trimm sowie schiffserzeugter Druck- und Wellensysteme bei Fahrt im Revier mit seitlich begrenzter Fahrrinne im Flachwasser.

Ausgewählte Ergebnisse der umfangreichen Versuchsserien werden unter den obigen Ziffern vorgestellt. Einen Eindruck der Versuchseinrichtung und der Größenordnung der Modellschiffe vermittelt Bild 1.

Die Ergebnisse der Untersuchungen zu 1. und 2. wurden im März 2001 (Uliczka/Flügge, 2001) sowie im September und Dezember 2001 (Flügge/Uliczka, 2001) veröffentlicht. Zu Ziffer 3 erfolgten Veröffentlichungen im Januar 2004 (Uliczka/Kondziella/Flügge, 2004) sowie in 2006 (Uliczka/Kondziella, 2006).

Die Fachaufgabe Wechselwirkung Seeschiff/Seeschifffahrtsstraße (WSS) erforderte auf Grund der Größenentwicklung der Seeschiffe und der daraus notwendigen Befahrbarkeitsanalyse der Tideästuare u.a. fortlaufende Forschungsanstrengungen auf dem Gebiete der Schiffsdynamik bei Revierfahrt mit Blick auf die physikalischen Grundlagen für das „Werkzeug“ Schiffsführungssimulation. Somit wurde dieses Forschungsgebiet neben der „vertikalen“ Schiffsdynamik mit Squat, Trimm (s.o.) durch die Teilprojekte Wechselwirkung Schiff/ Ufer (BERNOULLI-Effekt oder „Bank-Effekt“) sowie Schiff/Schiff ergänzt. In den Teilprojekten werden neben den bisher schon erforderlichen Kenngrößen der schiffserzeugten Wasserspiegelauslenkung und Strömung sowie des geschwindigkeitsabhängigen Squat und Trimm zusätzlich die seitlich auf das Schiff wirkenden geschwindigkeitsabhängigen Kräfte und Momente erfasst.

*Im Teilprojekt „Bank-Effekt“ wurden die Wechselwirkung von Seeschiffen mit verschiedenen Uferböschungen durch die Erfassung der abstands- und neigungsabhängige Querkräfte und Giermomente im physikalischen Modellversuch ermittelt.
*Das derzeit laufende Teilprojekt „Schiff-Schiff-Interaktion“ erarbeitet die geschwindigkeitsabhängigen Querkräfte und Giermomente sowie den dynamischen Squat und Trimm bei den Begegnungen außergewöhnlich großer Containerschiffe in Abhängigkeit des Kursabstands, des Tiefgangs sowie des Wasserstands. Hierbei werden sowohl physikalische Modellversuche (EFD: Experimental Fluid Dynamics) als auch hydrodynamisch-numerische Berechnungen (CFD: Computational Fluid Dynamics) vorgenommen.
*Die jeweils parallel mit zu erfassenden schiffserzeugten Wasserspiegelauslenkungen (Schiffswellen) und Strömungen ermöglichen eine ganzheitliche Betrachtung der physikalischen Prozesse bei der Revierfahrt.

In den Teilprojekten wurde und wird im Wesentlichen die Methode des hydraulischen Maßstabsversuchs nach Stand von Technik und Wissenschaft eingesetzt, um zum einen fahrdynamische Daten für die großen Fahrzeuge zu ermitteln, zum anderen Basisdaten für die Schiffsführungssimulation sowie Validierungsdaten für die Weiterentwicklung hydrodynamisch-numerischer Verfahren bereitzustellen.

* [[Definition der Kenngrößen]]
* [[Funktionelle Abhängigkeiten]]
* [[Analytische und empirische Ansätze]]
* [[Hydrodynamisch-numerische Methoden]]
 

==Literatur==

*''Uliczka, K. und Flügge, G., Squat-Untersuchungen für sehr große Postpanmax-Containerschiffe, Tagungsband HTG-Sprechtag des FA Seeschifffahrtsstraßen, Hafen und Schiff, Hamburg, 27. März 2001''

*''Flügge, G. und Uliczka, K., Dynamisches Fahrverhalten und Wechselwirkungen mit der Fahrrinnensohle von sehr großen Containerschiffen unter extremen Flachwasserbedingungen, Tagungsband HTG-Kongress Häfen & Wasserstraßen, Hamburg, September 2001''

*''Flügge, G. und Uliczka, K., Dynamisches Fahrverhalten und Wechselwirkungen mit der Fahrrinnensohle von sehr großen Containerschiffen unter extremen Flachwasserbedingungen (mit weiteren Ergebnissen), HANSA 138. Jhrg. Dezember 2001''

*''Uliczka, K., Kondziella, B. und Flügge, G., Dynamisches Fahrverhalten sehr großer Containerschiffe in seitlich begrenztem extremen Flachwasser, HANSA 141. Jhrg. Januar 2004''

*''Uliczka, K. und Kondziella, B., Dynamic response of very large containerships in extremly shallow water, Proceedings of the 31st PIANC Congress, Estoril, Spanien, 2006''

*''Uliczka, K., Seeschiffe auf Seeschifffahrtsstraßen am Beispiel der Unter und Außenelbe. In: Hamburg – die Elbe und das Wasser sowie weitere wasserhistorische Beiträge. Schriften der DWhG Band 13, S. 97-112, Siegburg, 2009''

*''Uliczka, K. und Kondziella, B., Research on ship dynamics on large containerships in confined fairways. International Conference on Ship Manoeuvring in Shallow and Confined Water – Bank-Effects - Antwerp. In: Conference Proceedings of RINA, Ghent University, FHR, RINA, London, 2009''

*''Briggs, M. J., Vantorre, M., Uliczka, K. und Debaillon, P., Prediction of Squat for Underkeel Clearance. In: Handbook of Coastal and Ocean Engineering, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., Singapore, 2010''

*''Uliczka, K., Böttner, C-U. und Carstens, D., Head-on traffic at the approach channel to the Port of Hamburg. 3rd International Conference on Ship Manoeuvring in Shallow and Confined Water – Ships Behaviour in Locks - Ghent. In: Conference Proceedings of RINA, Ghent University, FHR, RINA London, 2013''

*''Uliczka, K., Wasserbauliche Modellversuche zur Wechselwirkung Seeschiff / Seeschifffahrtsstraße. In: 44. Internationales Wasserbau-Symposium Aachen 2014, RWTH Aachen, IWW, Achen, 2014''

*''Gourly, T.P., Ha, J.H., Mucha, P. und Uliczka, K., Sinkage and Trim of Modern Container Ships in Shallow Water. In: Proceedings, Australasian Coasts & Ports Conference 2015, Auckland, New Zealand, 2015''

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[[Strukturübersicht]]

Datei:BAWiki Schiffsdynamik 5.jpg

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Wasserbauliches Versuchswesen

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[[en:Hydraulic Modelling]]
[[Bild: BAWiki_wasserbauliches_Versuchswesen_1.jpg|thumb|Bild 1: Abladeoptimierung Mittelrhein; Modell Rhein-Jungferngrund (Längenmaßstab 1:60)]]
[[Bild: BAWiki_wasserbauliches_Versuchswesen_2.jpg|thumb|Bild 2: Füllsystem einer Schleuse im Modellmaßstab 1:25]]
[[Bild: BAWiki_wasserbauliches_Versuchswesen_3.jpg|thumb|Bild 3: Messboot im Hallenversuch]]
[[Bild: BAWiki_wasserbauliches_Versuchswesen_4.jpg|thumb|Bild 4: Untersuchungen zur Passierbarkeit von Fischaufstiegsanlagen]]

Gegenständliche Modelle stellen in der BAW eine wichtige Methode bei der Bearbeitung unterschiedlicher wasserbaulicher Fragestellungen an Bundeswasserstraßen dar. Im Binnenbereich stehen komplexe Fragestellungen zu räumlichen Strömungsvorgängen (z.B. Wehre, Schleusen, Buhnen, Fischaufstiegsanlagen) und zum Feststofftransport (z.B. Sedimentablagerungen in Fahrrinnen und in von Hafeneinfahrten) im Vordergrund während im Küstenbereich hauptsächlich schiffsdynamische Parameter im Zusammenhang mit der Wechselwirkung zwischen Seeschiff und Seeschifffahrtstraße im gegenständlichen Modell analysiert werden. Viele der in den Laboratorien erhobenen hochwertigen Daten werden für die Validierung und Weiterentwicklung der in der BAW verwendeten numerischen Simulationsmethoden oder für detaillierte nautische Analysen mit dem Schiffsführungssimulator (SFS) der BAW genutzt.

Es werden sowohl Modelle als detaillierte Nachbildungen von Flussstrecken oder Bauwerken als auch Systemmodelle für prinzipielle Untersuchungen verwendet. Bei der BAW stehen mehrere Versuchshallen mit moderner Infrastruktur zur Verfügung. Am Standort Karlsruhe werden z. B. etwa 4.500 m² Hallenfläche mit modernen vollautomatisch bedienbaren Messbrücken abgedeckt, die über umfangreiche photogrammetrische Messsysteme zur flächigen Erfassung von veränderlichen Modellgeometrien und Strömungsparametern verfügen. Fünf Rinnen mit Breiten zwischen 0,80 m und 5,00 m und Längen zwischen 20 und 78 m stehen für hydraulische und morphologische Projekt- und Forschungsarbeiten zur Verfügung. Ein flexibel einsetzbarer Schleusenversuchsstand im Maßstab 1:25 mit durchsichtigen und verschiebbaren Kammerwänden kann an unterschiedliche Kammerbreiten und Füll- und Entleersysteme angepasst werden und verfügt über eine umfangreiche Messtechnik wie zum Beispiel eine Schiffskraftmessanlage, mit der am Bug bzw. Heck Längs- und Querkräfte eines Modellschiffs gemessen werden können.

Am Standort Hamburg wird im Wesentlichen das 3.500 m² große Schiffswellenbecken für Untersuchungen im Zusammenhang mit der Wechselwirkung von Wasserstraße und Seeschiff für fahrdynamische Untersuchungen eingesetzt. Ebenso können die auf das Schiff wirkenden Querkräfte und Giermomente gemessen werden. Die Untersuchungen werden mit unterschiedlichen Schiffsmodellen im Maßstab 1:40 durchgeführt (Aufgrund der großen Abmessungen der Seeschiffe führt dieser Maßstab zu Schiffsmodellen mit 5-10 m Länge). In der großen Umlaufrinne von 200 m Länge ist eine 80 m lange Untersuchungsstrecke als gerades Rechteckgerinne ausgebildet, um Erosions- und Depositionsversuche natürlichen Sohlmaterials unter tideähnlichen Strömungsverhältnissen mit Strömungsgeschwindigkeiten bis zu 2 m/s durchführen zu können.

Eine Übersicht der zur Verfügung stehenden technischen Ausstattung bekommen sie hier: 
https://www.baw.de/DE/die_baw/technische_ausstattung/technische_ausstattung.html

Die zum Einsatz kommenden kommerziell erhältlichen Mess- und Regelsysteme werden durch spezielle in der BAW entwickelte Geräte und Softwarelösungen ergänzt. Die Versuchsstände sind weitgehend automatisiert und ermöglichen einen effizienten Betrieb.

Etliche der in der BAW verwendeten Methoden des wasserbaulichen Versuchswesens sind in der unten aufgeführten Literaturquelle detailliert beschrieben.

* [[Schiffserzeugte Belastungen]]
* [[Schiffsdynamik]]

==Literatur==

*''Bundesanstalt für Wasserbau 2007: Mitteilungen Nr. 90, Wasserbauliches Versuchswesen''

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[[Strukturübersicht]]

Wasserbauliches Versuchswesen

2022-04-07T09:17:26Z

Merkelj:

[[en:Hydraulic Modelling]]
[[Bild: BAWiki_wasserbauliches_Versuchswesen_1.jpg|thumb|Bild 1: Abladeoptimierung Mittelrhein; Modell Rhein-Jungferngrund (Längenmaßstab 1 : 60)]]
[[Bild: BAWiki_wasserbauliches_Versuchswesen_2.jpg|thumb|Bild 2: Füllsystem einer Schleuse im Modellmaßstab 1:25]]
[[Bild: BAWiki_wasserbauliches_Versuchswesen_3.jpg|thumb|Bild 3: Messboot im Hallenversuch]]
[[Bild: BAWiki_wasserbauliches_Versuchswesen_4.jpg|thumb|Bild 4: Untersuchungen zur Passierbarkeit von Fischaufstiegsanlagen]]

Gegenständliche Modelle stellen in der BAW eine wichtige Methode bei der Bearbeitung unterschiedlicher wasserbaulicher Fragestellungen an Bundeswasserstraßen dar. Im Binnenbereich stehen komplexe Fragestellungen zu räumlichen Strömungsvorgängen (z.B. Wehre, Schleusen, Buhnen, Fischaufstiegsanlagen) und zum Feststofftransport (z.B. Sedimentablagerungen in Fahrrinnen und in von Hafeneinfahrten) im Vordergrund während im Küstenbereich hauptsächlich schiffsdynamische Parameter im Zusammenhang mit der Wechselwirkung zwischen Seeschiff und Seeschifffahrtstraße im gegenständlichen Modell analysiert werden. Viele der in den Laboratorien erhobenen hochwertigen Daten werden für die Validierung und Weiterentwicklung der in der BAW verwendeten numerischen Simulationsmethoden oder für detaillierte nautische Analysen mit dem Schiffsführungssimulator (SFS) der BAW genutzt.

Es werden sowohl Modelle als detaillierte Nachbildungen von Flussstrecken oder Bauwerken als auch Systemmodelle für prinzipielle Untersuchungen verwendet. Bei der BAW stehen mehrere Versuchshallen mit moderner Infrastruktur zur Verfügung. Am Standort Karlsruhe werden z. B. etwa 4.500 m² Hallenfläche mit modernen vollautomatisch bedienbaren Messbrücken abgedeckt, die über umfangreiche photogrammetrische Messsysteme zur flächigen Erfassung von veränderlichen Modellgeometrien und Strömungsparametern verfügen. Fünf Rinnen mit Breiten zwischen 0,80 m und 5,00 m und Längen zwischen 20 und 78 m stehen für hydraulische und morphologische Projekt- und Forschungsarbeiten zur Verfügung. Ein flexibel einsetzbarer Schleusenversuchsstand im Maßstab 1:25 mit durchsichtigen und verschiebbaren Kammerwänden kann an unterschiedliche Kammerbreiten und Füll- und Entleersysteme angepasst werden und verfügt über eine umfangreiche Messtechnik wie zum Beispiel eine Schiffskraftmessanlage, mit der am Bug bzw. Heck Längs- und Querkräfte eines Modellschiffs gemessen werden können.

Am Standort Hamburg wird im Wesentlichen das 3.500 m² große Schiffswellenbecken für Untersuchungen im Zusammenhang mit der Wechselwirkung von Wasserstraße und Seeschiff für fahrdynamische Untersuchungen eingesetzt. Ebenso können die auf das Schiff wirkenden Querkräfte und Giermomente gemessen werden. Die Untersuchungen werden mit unterschiedlichen Schiffsmodellen im Maßstab 1:40 durchgeführt (Aufgrund der großen Abmessungen der Seeschiffe führt dieser Maßstab zu Schiffsmodellen mit 5-10 m Länge). In der großen Umlaufrinne von 200 m Länge ist eine 80 m lange Untersuchungsstrecke als gerades Rechteckgerinne ausgebildet, um Erosions- und Depositionsversuche natürlichen Sohlmaterials unter tideähnlichen Strömungsverhältnissen mit Strömungsgeschwindigkeiten bis zu 2 m/s durchführen zu können.

Eine Übersicht der zur Verfügung stehenden technischen Ausstattung bekommen sie hier: 
https://www.baw.de/DE/die_baw/technische_ausstattung/technische_ausstattung.html

Die zum Einsatz kommenden kommerziell erhältlichen Mess- und Regelsysteme werden durch spezielle in der BAW entwickelte Geräte und Softwarelösungen ergänzt. Die Versuchsstände sind weitgehend automatisiert und ermöglichen einen effizienten Betrieb.

Etliche der in der BAW verwendeten Methoden des wasserbaulichen Versuchswesens sind in der unten aufgeführten Literaturquelle detailliert beschrieben.

* [[Schiffserzeugte Belastungen]]
* [[Schiffsdynamik]]

==Literatur==

*''Bundesanstalt für Wasserbau 2007: Mitteilungen Nr. 90, Wasserbauliches Versuchswesen''

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[[en:Hydraulic Modelling]]
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[[Bild: BAWiki_wasserbauliches_Versuchswesen_2.jpg|thumb|Bild 2: Füllsystem einer Schleuse im Modellmaßstab 1:25]]
[[Bild: BAWiki_wasserbauliches_Versuchswesen_3.jpg|thumb|Bild 3: Messboot im Hallenversuch]]
[[Bild: BAWiki_wasserbauliches_Versuchswesen_4.jpg|thumb|Bild 4: Untersuchungen zur Passierbarkeit von Fischaufstiegsanlagen]]

Gegenständliche Modelle stellen in der BAW eine wichtige Methode bei der Bearbeitung unterschiedlicher wasserbaulicher Fragestellungen an Bundeswasserstraßen dar. Im Binnenbereich stehen komplexe Fragestellungen zu räumlichen Strömungsvorgängen (z.B. Wehre, Schleusen, Buhnen, Fischaufstiegsanlagen) und zum Feststofftransport (z.B. Sedimentablagerungen in Fahrrinnen und in von Hafeneinfahrten) im Vordergrund während im Küstenbereich hauptsächlich schiffsdynamische Parameter im Zusammenhang mit der Wechselwirkung zwischen Seeschiff und Seeschifffahrtstraße im gegenständlichen Modell analysiert werden. Viele der in den Laboratorien erhobenen hochwertigen Daten werden für die Validierung und Weiterentwicklung der in der BAW verwendeten numerischen Simulationsmethoden oder für detaillierte nautische Analysen mit dem Schiffsführungssimulator (SFS) der BAW genutzt.

Es werden sowohl Modelle als detaillierte Nachbildungen von Flussstrecken oder Bauwerken als auch Systemmodelle für prinzipielle Untersuchungen verwendet. Bei der BAW stehen mehrere Versuchshallen mit moderner Infrastruktur zur Verfügung. Am Standort Karlsruhe werden z. B. etwa 4.500 m² Hallenfläche mit modernen vollautomatisch bedienbaren Messbrücken abgedeckt, die über umfangreiche photogrammetrische Messsysteme zur flächigen Erfassung von veränderlichen Modellgeometrien und Strömungsparametern verfügen. Fünf Rinnen mit Breiten zwischen 0,80 m und 5,00 m und Längen zwischen 20 und 78 m stehen für hydraulische und morphologische Projekt- und Forschungsarbeiten zur Verfügung. Ein flexibel einsetzbarer Schleusenversuchsstand im Maßstab 1:25 mit durchsichtigen und verschiebbaren Kammerwänden kann an unterschiedliche Kammerbreiten und Füll- und Entleersysteme angepasst werden und verfügt über eine umfangreiche Messtechnik wie zum Beispiel eine Schiffskraftmessanlage, mit der am Bug bzw. Heck Längs- und Querkräfte eines Modellschiffs gemessen werden können.

Am Standort Hamburg wird im Wesentlichen das 3.500 m² große Schiffswellenbecken für Untersuchungen im Zusammenhang mit der Wechselwirkung von Wasserstraße und Seeschiff für fahrdynamische Untersuchungen eingesetzt. Ebenso können die auf das Schiff wirkenden Querkräfte und Giermomente gemessen werden. Die Untersuchungen werden mit unterschiedlichen Schiffsmodellen im Maßstab 1:40 durchgeführt (Aufgrund der großen Abmessungen der Seeschiffe führt dieser Maßstab zu Schiffsmodellen mit 5-10 m Länge). In der großen Umlaufrinne von 200 m Länge ist eine 80 m lange Untersuchungsstrecke als gerades Rechteckgerinne ausgebildet, um Erosions- und Depositionsversuche natürlichen Sohlmaterials unter tideähnlichen Strömungsverhältnissen mit Strömungsgeschwindigkeiten bis zu 2 m/s durchführen zu können.

Eine Übersicht der zur Verfügung stehenden technischen Ausstattung bekommen sie hier: 
https://www.baw.de/DE/die_baw/technische_ausstattung/technische_ausstattung.html

Die zum Einsatz kommenden kommerziell erhältlichen Mess- und Regelsysteme werden durch spezielle in der BAW entwickelte Geräte und Softwarelösungen ergänzt. Die Versuchsstände sind weitgehend automatisiert und ermöglichen einen effizienten Betrieb.

Etliche der in der BAW verwendeten Methoden des wasserbaulichen Versuchswesens sind in der unten aufgeführten Schrift detailliert beschrieben.

* [[Schiffserzeugte Belastungen]]
* [[Schiffsdynamik]]

==Literatur==

*''Bundesanstalt für Wasserbau 2007: Mitteilungen Nr. 90, Wasserbauliches Versuchswesen''

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