ELBE-SQUAT
Erfassung, Analyse und Vergleich des dynamischen Fahrverhaltens von größen- und tiefgangsrelevanten Fahrzeugen auf Unter- und Außenelbe
Einleitung
Im Projekt „Erfassung, Analyse und Vergleich des dynamischen Fahrverhaltens von größen- und tiefgangsrelevanten Fahrzeugen auf Unter- und Außenelbe“ erfassen die Ingenieurgesellschaft von Lieberman mbH und das Institut für Wasserbau der TUHH in Kooperation mit der BAW-DH im Auftrag des WSA HH das Fahrverhalten der aktuellen Flottenstruktur zur wirtschaftlichen Optimierung des Tidefahrplanprogramms.
Projektziel
Um eine optimale, wirtschaftliche Nutzung des Elbefahrwassers zu gewährleisten, werden zuverlässige, revierspezifische Werte für das dynamische Fahrverhalten von größen- und tiefgangsrelevanten Fahrzeugen benötigt.
Effekte der Fahrdynamik wie Squat, Trimm und Krängung aber auch tidebedingte Veränderungen der Dichte des Wassers beeinflussen den Tiefgang der Schiffe. Begrenzte Fahrwassertiefen führen dazu, dass große Container- oder Massengutschiffe den Hamburger Hafen zum Teil nur tideabhängig anlaufen können.
Im Rahmen des Projektes erfolgt eine Validierung des Tidefahrplans für derzeitige Schiffsgrößen durch einen Vergleich des nach einem theoretischen Ansatz berechneten Squat mit dem gemessenen tatsächlichen Squat.
Erfassung des dynamischen Fahrverhaltens
Das dynamische Fahrverhalten von größen- und tiefgangsrelevanten Fahrzeugen auf Unter- und Außenelbe wird im Rahmen einer Messkampagne erfasst.
Das Messprogramm umfasst sechs relevante Containerschiffstypen mit Längen von 294 m bis 396 m. Als siebter Schiffstyp kommt ein Massengutfrachter hinzu. Pro Schiffstyp werden drei Messfahrten durchgeführt – zwei davon auslaufend und eine einlaufend. Dabei ist jeweils ein Messteam auf dem Bemessungsschiff und eines auf einem Begleitfahrzeug im Einsatz. Die Messungen werden auf der Revierfahrt vom Hamburger Hafen bis Tonne 11, etwa bei Elbkilometer 752, westlich von Scharhörn durchgeführt.
Auf dem jeweiligen Bemessungsschiff wird der Tiefgang in Ruhelage mit 2 Radarpegeln bestimmt, die an zuvor eingemessenen Positionen an Bord installiert sind. 6 GNSS-Empfänger werden jeweils an Steuerbord und Backbord am Bug und Heck sowie auf den Nocken des Bemessungsschiffes installiert. Aus diesen Daten werden die Geschwindigkeit über Grund, die Vorausrichtung, der Trimm und die Krängung berechnet. Über die Höhe der GNSS-Empfänger, den Tiefgang in Ruhelage und den zuvor mithilfe von Pegeldaten berechneten ortsabhängigen Wasserstand kann dann der tatsächliche Squat an jeder Position des Bemessungsschiffes auf der Elbe bestimmt werden. Zur weiteren Auswertung werden zudem relevante betriebstechnische Daten aus dem Voyage Data Recorder des Schiffes herangezogen.
Neben schiffsspezifischen Parametern wie Blockkoeffizient oder Länge zwischen den Loten müssen für die Berechnung des Squats nach ICORELS auch hydrologische Parameter wie die Dichte des Wassers und die Geschwindigkeit durch das Wasser an der Position des Bemessungsschiffes bekannt sein. Diese werden von dem vorausfahrenden Begleitfahrzeug mithilfe eines Doppler Velocity Log (DVL) und einer CTD-Sonde aufgenommen. Aus der Geschwindigkeit des Begleitfahrzeuges über Grund und der Vorausrichtung (berechnet aus 2 weiteren GNSS-Empfängern) sowie der aufgezeichneten Strömungsgeschwindigkeit kann die Geschwindigkeit durchs Wasser errechnet werden.
Über die Daten der CTD-Sonde kann die sich über die Revierfahrt verändernde Dichte des Wassers bestimmt werden. Die ortsabhängige Wassertiefe, die ebenfalls für die Berechnung des Squats benötigt wird, kann nun aus dem ortsabhängigen Wasserstand und der auf Basis der jeweils aktuellen Verkehrssicherungspeilungen ermittelten Unterwassertopographie bestimmt werden.
Aus der Wassertiefe, dem Tiefgang in Ruhelage, dem Squat und dem Einfluss der Dichteänderung berechnet sich dann die Unterkielfreiheit des Bemessungsschiffes.
Zur Untersuchung des Einflusses von begegnenden Fahrzeugen auf den Squat des Bemessungsschiffes werden die nautischen Parameter mithilfe eines AIS-Gerätes aufgezeichnet und im Anschluss ausgewertet.
Analyse des dynamischen Fahrverhaltens
Zur Analyse des dynamischen Fahrverhaltens der aktuellen Flottenstruktur auf der Unter- und Außenelbe wird der Einfluss der Geschwindigkeit durch das Wasser, der Unterkielfreiheit, des Elbequerschnittes, der Schiff-Schiff Interaktionen, des Trimms, der Krängung, des Drifts und der meteorologischen Faktoren auf den Squat untersucht.
Zudem wird die Abhängigkeit des Squats vom Fahrzeugtyp analysiert.
Vergleich des tatsächlichen Squats mit dem Squat nach ICORELS
Nach der Plausibilisierung und Verrechnung aller Daten liegt der tatsächliche Schiffsquat sowie die Unterkielfreiheit zu jeder Zeit und Position des Containerschiffes auf Unter- und Außenelbe vor.
Durch den Vergleich des tatsächlichen Squats mit dem berechneten Squat nach ICORELS, der bei der Gestaltung des Tidefahrplans der Elbe zum Einsatz kommt, wird dieser validiert.
Team
Das ELBE-SQUAT Team besteht aus Mitarbeitern der von Lieberman GmbH »Bauen und Umwelt« und des Instituts für Wasserbau der Technischen Universität Hamburg-Harburg.
TU Hamburg-Harburg
Herr Dipl.-Ing. F. Treuel
Herr Prof. Dr.-Ing. P. Fröhle
Herr Dipl.-Ing. V. Gabalda
Herr Dipl.-Ing. I. Gershovich
Frau M.Sc. B. Barthel
Herr B.Sc. G. Doden
Herr B.Sc. M. Schwebe
Frau S. Strube
von Lieberman GmbH
Herr Dr.-Ing. T. Albers
Herr Dipl.-Ing. B. Reiter
Herr Dipl.-Ing. P. Papavasileiou
Frau B.Sc. A. Bockelmann
Kooperationspartner
