Tideunabhängige Kennwerte der Strömung: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 13. September 2024, 12:07 Uhr

Motivation

Die Berechnung und graphische Darstellung der tideunabhängigen Kennwerte der Strömung kann dazu beitragen, einige Aspekte des Systemverhaltens natürlicher Gewässer näher zu beleuchten. Im Gegensatz zu den Tidekennwerten der Strömung dient die Ermittlung der tideunabhängigen Strömungskennwerte in erster Linie der Analyse des (System-) Verhaltens von

nicht durch Gezeiten dominierten Gewässern, wie beispielsweise den Küstengewässern und Flußmündungen entlang der Ostseeküste, oder
zur Ermittlung von Strömungskennwerten für beliebig lange oder kurze Analysezeiträume, oder
für diejenigen Abschnitte von Tidegewässern, in denen es nicht oder nur sehr kurzzeitig zu einer Umkehr der Strömung kommt, so dass eine entsprechende Berechnung der Tidekennwerte der Strömung entweder nicht möglich oder nicht sinnvoll ist.

Im einzelnen sind verschiedene nützliche Anwendungen der Analyseergebnisse denkbar, zum Beispiel:

Aus den Zeiten bzw. Häufigkeiten für die Dauer hoher oder niedriger Strömungsgeschwindigkeit können Rückschlüsse auf die Dauer von Ereignissen mit extremen Strömungsverhältnissen gezogen werden. Diese Werte lassen sich z.B. zur Beurteilung der damit verbundenen Belastungen für Fauna und Flora des Gewässers heranziehen.

Tideunabhängige Kennwerte der Strömung werden von den Programmen LZKVF und NCANALYSE berechnet.

Definition der Kennwerte

Maximale Strömungsgeschwindigkeit (Vmax)

Höchster Wert der (lokalen) Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Analysezeitraums.
Beispielgrafik: Maximale Strömungsgeschwindigkeit.
Analyseprogramm: LZKVF und NCANALYSE.

Maximale gültige Strömungsgeschwindigkeit (xVmax)

Höchster Wert der (lokalen) Strömungsgeschwindigkeit innerhalb einer beliebigen Zeitspanne, in der beliebig viele ungültige Werte (Trockenfallen sowie andere Gründe für ungültige Daten) enthalten sein dürfen, so dass nicht sicher gestellt ist, dass der maximale Datenwert der Vmax entspricht.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Residuelle Strömungsgeschwindigkeit (Vres)

Residuelle Strömungsgeschwindigkeit (aus vektorieller Addition) innerhalb des Analysezeitraums.
Das Residuum wird dabei auf Basis der Dauer der tatsächlichen Überflutung berechnet.
Beispielgrafik: Residuelle Strömungsgeschwindigkeit.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Mittlere Strömungsgeschwindigkeit (Betrag) (VmitB)

Mittlere Strömungsgeschwindigkeit (dem Betrag nach) innerhalb des Analysezeitraums.
Der Wert wird dabei auf Basis der Dauer der tatsächlichen Überflutung berechnet.
Beispielgrafik: Mittlere Strömungsgeschwindigkeit (Betrag).
Analyseprogramm: LZKVF und NCANALYSE.

Standardabweichung der Strömungsgeschwindigkeit (StdAbw)

Standardabweichung der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Analysezeitraums.
Wird nur für dauerhaft überflutete Gebiete berechnet.
Beispielgrafik: Standardabweichung der Strömungsgeschwindigkeit.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Varianz der Strömungsgeschwindigkeit (Var)

Varianz der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Analysezeitraums.
Wird nur für dauerhaft überflutete Gebiete berechnet.
Beispielgrafik: Varianz der Strömungsgeschwindigkeit.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Dauer hoher Strömungsgeschwindigkeit (VhDau)

Zeitraum, in dem der Betrag der Strömungsgeschwindigkeit oberhalb eines bestimmten Grenzwerts liegt.
Beispielgrafiken: Dauer hoher Strömungsgeschwindigkeit.
Analyseprogramm: LZKVF und NCANALYSE.

Dauer niedriger Strömungsgeschwindigkeit (VnDau)

Zeitraum, in dem der Betrag der Strömungsgeschwindigkeit unterhalb eines bestimmten Grenzwerts liegt.
Beispielgrafiken: Dauer niedriger Strömungsgeschwindigkeit.
Analyseprogramm: LZKVF und NCANALYSE.

Häufigkeitsverteilung der Strömung (RelFreq)

Relative Häufigkeit der Strömungsgeschwindigkeit für bestimmte Geschwindigkeitsintervalle.
Beispielgrafiken: Relative Häufigkeitsverteilung der Strömung.
Analyseprogramm: LZKVF und NCANALYSE.

Kumulative Häufigkeitsverteilung der Strömung (CumFreq)

Kumulative Häufigkeit der Strömungsgeschwindigkeit für bestimmte Geschwindigkeitsintervalle.
Beispielgrafiken: Kumulative Häufigkeitsverteilung der Strömung.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Häufigkeit der Überschreitung von Strömungsgrenzwerten (ExcFreq)

Häufigkeit der Überschreitung von Strömungsgrenzwerten innerhalb des Analysezeitraums.
Beispielgrafiken: Häufigkeit der Überschreitung von Strömungsgrenzwerten.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Häufigkeit der Unterschreitung von Strömungsgrenzwerten (UndFreq)

Häufigkeit der Unterschreitung von Strömungsgrenzwerten innerhalb des Analysezeitraums.
Beispielgrafiken: Häufigkeit der Unterschreitung von Strömungsgrenzwerten.
Analyseprogramm: NCANALYSE.

Quantile der Strömungsgeschwindigkeit

Wert der Strömungsgeschwindigkeit einer Zeitreihe, der von einem bestimmten prozentualen Anteil der vorliegenden Strömungswerte nicht überschritten wird.
Wird nur für dauerhaft überflutete Gebiete berechnet.

Analyseprogramm: NCANALYSE.

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Strukturübersicht

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 [[en:Characteristic Numbers of Current Velocity (independent of tides)]]
 [[Kategorie:Tideunabhängige Kennwerte]]
-[http://www.baw.de/downloads/wasserbau/mathematische_verfahren/pre_postpr/pdf/tdkv-de1.pdf Graphische Darstellung] der Tidekennwerte der Strömungsgeschwindigkeit. Diese Darstellung ist zusätzlich auch als [http://www.baw.de/downloads/wasserbau/mathematische_verfahren/pre_postpr/eps/lzkwf-de1.eps Encapsulated PostScript Datei] erhältlich.<br />
-[http://www.baw.de/downloads/wasserbau/mathematische_verfahren/pre_postpr/pdf/tdkq-de.pdf Graphische Darstellung] der Tidekennwerte für den Durchfluß. Diese Darstellung ist zusätzlich auch als [http://www.baw.de/downloads/wasserbau/mathematische_verfahren/pre_postpr/eps/tdkq-de1.eps Encapsulated PostScript Datei] erhältlich.<br />
+==Motivation==
+Die Berechnung und graphische Darstellung der tideunabhängigen Kennwerte der Strömung kann dazu beitragen, einige Aspekte des Systemverhaltens natürlicher [[Gewässer]] näher zu beleuchten. Im Gegensatz zu den [[Tidekennwerte der Strömung|Tidekennwerten der Strömung]] dient die Ermittlung der tideunabhängigen Strömungskennwerte in erster Linie der Analyse des (System-) Verhaltens von
+* nicht durch Gezeiten dominierten Gewässern, wie beispielsweise den Küstengewässern und Flußmündungen entlang der Ostseeküste, oder
+* zur Ermittlung von Strömungskennwerten für beliebig lange oder kurze Analysezeiträume, oder
+* für diejenigen Abschnitte von Tidegewässern, in denen es nicht oder nur sehr kurzzeitig zu einer Umkehr der Strömung kommt, so dass eine entsprechende Berechnung der [[Tidekennwerte der Strömung]] entweder nicht möglich oder nicht sinnvoll ist.
+Im einzelnen sind verschiedene nützliche Anwendungen der Analyseergebnisse denkbar, zum Beispiel:
+* Aus den Zeiten bzw. Häufigkeiten für die Dauer hoher oder niedriger Strömungsgeschwindigkeit können Rückschlüsse auf die Dauer von Ereignissen mit extremen Strömungsverhältnissen gezogen werden. Diese Werte lassen sich z.B. zur Beurteilung der damit verbundenen Belastungen für [[Fauna]] und [[Flora]] des Gewässers heranziehen.
+'''Tideunabhängige Kennwerte der Strömung werden von den Programmen [[LZKVF]] und [[NCANALYSE]] berechnet.'''
+==Definition der Kennwerte==
+===Maximale Strömungsgeschwindigkeit (Vmax)===
+Höchster Wert der (lokalen) Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Analysezeitraums.<br />
+[[Beispielgrafik: Maximale Strömungsgeschwindigkeit]]. <br />
+Analyseprogramm: [[LZKVF]] und [[NCANALYSE]].
-[http://www.baw.de/downloads/wasserbau/mathematische_verfahren/pre_postpr/pdf/tdkv-de1.pdf Graphische Darstellung] von Reststromweg und Reststrom (-geschwindigkeit). Diese Darstellung ist zusätzlich auch als [http://www.baw.de/downloads/wasserbau/mathematische_verfahren/pre_postpr/eps/tdkr-de1.eps Encapsulated PostScript Datei] erhältlich.<br />
+===Maximale gültige Strömungsgeschwindigkeit (xVmax)===
+Höchster Wert der (lokalen) Strömungsgeschwindigkeit innerhalb einer beliebigen Zeitspanne, in der beliebig viele ungültige Werte (Trockenfallen sowie andere Gründe für ungültige Daten) enthalten sein dürfen, so dass nicht sicher gestellt ist, dass der maximale Datenwert der Vmax entspricht.<br />
+<!-- [[Beispielgrafiken: Maximale Strömungsgeschwindigkeit]]. <br /> -->
+Analyseprogramm: [[NCANALYSE]].
-==Motivation==
+===Residuelle Strömungsgeschwindigkeit (Vres)===
-Berechnung und graphische Darstellung verschiedener Tidekennwerte der Strömung tragen wie schon die Tidekennwerte des Wasserstandes dazu bei, ausgewählte Aspekte der Gezeitendynamik getrennt für den Ebbe- und Flutstrom sowie für die gesamte Tide in Küstengewässern und Ästuarien herauszuarbeiten.
+Residuelle Strömungsgeschwindigkeit (aus vektorieller Addition) innerhalb des Analysezeitraums. <br />
-* So ermöglicht insbesondere die für den Flutstrom und den Ebbestrom getrennt durchgeführte Berechnung der Tidekennwerte der Strömung einen Einblick in die Ungleichheit oder Asymmetrie der Tidephasen. Diese Ungleichheit kann sich z.B. in unterschiedlich langen Flut- und Ebbestromdauern äußern. Auch können die maximal erreichten Flut- und Ebbestromgeschwindigkeiten infolge der verschieden langen Tidephasen oder als Ergebnis des unterschiedlich raschen Steigens oder Fallens des Wasserspiegels (daraus resultieren verschiedene Beschleunigungen) mehr oder weniger stark von einander abweichen. Differenzen der max. Strömungsgeschwindigkeiten können eine der wesentlichen Ursachen für residuellen ebbe- oder flutorientierten Sedimenttransport sein.
+Das Residuum wird dabei auf Basis der Dauer der tatsächlichen Überflutung berechnet.<br />
-* Unterschiedliche Eintrittszeiten der Stromkenterungen sind in erster Linie ein Ergebnis der gegen Ende der jeweiligen Tidephase in ihrer Bedeutung von Ort zu Ort unterschiedlich zunehmenden bewegungshemmenden Kräfte (barokliner und barotroper Druckgradient, Reibung an der Gewässersohle) gegenüber den beharrenden (Massenträgheit). Das Ergebnis für diese Tidekenngrößen wird stark von der Wassertiefe beeinflusst, aber auch die Position des betrachteten Wasservolumens innerhalb der Wassersäule ist von Bedeutung.
+[[Beispielgrafik: Residuelle Strömungsgeschwindigkeit]]. <br />
-* Verschiedene Abstände der Kenterpunkte der Strömung von den dazugehörigen Thw- oder Tnw-Ereignissen sind ein Begleitumstand des unterschiedlichen Fortschreitens der Gezeitenwelle. Während bei einer "idealen" Tiefwasserwelle (z.B. Gezeiten in ozeanischen Gebieten) Stromkenterung und Thw/Tnw um jeweils 90 ° phasenverschoben sind, treten in Ästuarien deutlich kleinere Phasenverschiebungen auf, die auf Reibungseffekte und/oder Reflexionserscheinungen zurückgeführt werden können.
+Analyseprogramm: [[NCANALYSE]].
-* Die Stauwasserdauer vermittelt einen Anhaltspunkt für die Phase milden Strömungsklimas. Zu diesen Zeiten haben insbesondere im Wasser befindliche Schwebstoffe Gelegenheit zur Sedimentation. Ausgeprägte Unterschiede in der Länge der Stauwasserdauer bei Ebbe- und Flutstromkenterung können einen residuellen ebbe- oder flutorientierten Schwebstofftransport begünstigen.
-* Die für die gesamte Tidedauer kalkulierten residuellen Größen können Trends für Resttransporte aufzeigen helfen. So stellt der Eulersche Reststrom eine Approximation erster Ordnung für den Lagrangeschen Resttransport dar - allerdings sollte er nicht überinterpretiert werden.
+===Mittlere Strömungsgeschwindigkeit (Betrag) (VmitB)===
+Mittlere Strömungsgeschwindigkeit (dem Betrag nach) innerhalb des Analysezeitraums.<br />
+Der Wert wird dabei auf Basis der Dauer der tatsächlichen Überflutung berechnet.<br />
+[[Beispielgrafik: Mittlere Strömungsgeschwindigkeit (Betrag)]]. <br />
+Analyseprogramm: [[LZKVF]] und [[NCANALYSE]].
+===Standardabweichung der Strömungsgeschwindigkeit (StdAbw)===
+Standardabweichung der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Analysezeitraums.<br />
+Wird nur für dauerhaft überflutete Gebiete berechnet.<br />
+[[Beispielgrafik: Standardabweichung der Strömungsgeschwindigkeit]]. <br />
+Analyseprogramm: [[NCANALYSE]].
-'''Eine automatische Analyse zur Ermittlung der Tidekennwerte der Strömungsgeschwindigkeit von 2D- oder 3D- Berechnungsergebnissen wird von dem Programm [[TDKVF]] durchgeführt.'''
+===Varianz der Strömungsgeschwindigkeit (Var)===
+Varianz der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Analysezeitraums.<br />
+Wird nur für dauerhaft überflutete Gebiete berechnet.<br />
+[[Beispielgrafik: Varianz der Strömungsgeschwindigkeit]]. <br />
+Analyseprogramm: [[NCANALYSE]].
-==Definition der Tide-Kennwerte der Strömung==
+===Dauer hoher Strömungsgeschwindigkeit (VhDau)===
+Zeitraum, in dem der Betrag der Strömungsgeschwindigkeit oberhalb eines bestimmten Grenzwerts liegt.<br />
+[[Beispielgrafiken: Dauer hoher Strömungsgeschwindigkeit]]. <br />
+Analyseprogramm: [[LZKVF]] und [[NCANALYSE]].
+===Dauer niedriger Strömungsgeschwindigkeit (VnDau)===
+Zeitraum, in dem der Betrag der Strömungsgeschwindigkeit unterhalb eines bestimmten Grenzwerts liegt.<br />
+[[Beispielgrafiken: Dauer niedriger Strömungsgeschwindigkeit]]. <br />
+Analyseprogramm: [[LZKVF]] und [[NCANALYSE]].
+===Häufigkeitsverteilung der Strömung (RelFreq)===
+Relative Häufigkeit der Strömungsgeschwindigkeit für bestimmte Geschwindigkeitsintervalle.<br />
+[[Beispielgrafiken: Relative Häufigkeitsverteilung der Strömung]]. <br />
+Analyseprogramm: [[LZKVF]] und [[NCANALYSE]].
+===Kumulative Häufigkeitsverteilung der Strömung (CumFreq)===
+Kumulative Häufigkeit der Strömungsgeschwindigkeit für bestimmte Geschwindigkeitsintervalle.<br />
+[[Beispielgrafiken: Kumulative Häufigkeitsverteilung der Strömung]]. <br />
+Analyseprogramm: [[NCANALYSE]].
+===Häufigkeit der Überschreitung von Strömungsgrenzwerten (ExcFreq)===
+Häufigkeit der Überschreitung von Strömungsgrenzwerten innerhalb des Analysezeitraums.<br />
+[[Beispielgrafiken: Häufigkeit der Überschreitung von Strömungsgrenzwerten]]. <br />
+Analyseprogramm: [[NCANALYSE]].
+===Häufigkeit der Unterschreitung von Strömungsgrenzwerten (UndFreq)===
+Häufigkeit der Unterschreitung von Strömungsgrenzwerten innerhalb des Analysezeitraums.<br />
+[[Beispielgrafiken: Häufigkeit der Unterschreitung von Strömungsgrenzwerten]]. <br />
+Analyseprogramm: [[NCANALYSE]].
+===Quantile der Strömungsgeschwindigkeit===
+Wert der Strömungsgeschwindigkeit einer Zeitreihe, der von einem bestimmten prozentualen Anteil der
+vorliegenden Strömungswerte nicht überschritten wird. <br />
+Wird nur für dauerhaft überflutete Gebiete berechnet.<br />
+* a) [[Beispielgrafik: Median der Strömungsgeschwindigkeit Q_0.50]]
+* b) [[Beispielgrafiken: Quantile der Strömungsgeschwindigkeit Q_0.01, Q_0.05, Q_0.95, Q_0.99]]
+Analyseprogramm: [[NCANALYSE]].