Institut für Wasserbau

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ELMOD

Simulation und Analyse der hydrologischen und morphologischen Entwicklung der Tideelbe für den Zeitraum von 2013 bis 2018

Hintergrund und Zielsetzung

Das übergeordnete Ziel des Vorhabens ELMOD ist es, das Verständnis der Sedimenttransportprozesse in Ästuaren und Küstenmeeren weiter zu vertiefen und die Prognosefähigkeit von dreidimensionalen hydro- und morphodynamischen Modellen zu verbessern.

Dieses Ziel wird auf der Grundlage von Untersuchungen zur hydrologischen und morphologischen Entwicklung der Tideelbe im Zeitraum 2013-2018 verfolgt. In diesem Zeitraum waren in der Tideelbe verschiedene auffällige hydrologische und morphologische Veränderungen, wie z.B. ein ungewöhnlich hoher Anstieg des Tidehubs und der Trübung sowie erhöhte Sedimentationsraten zu beobachten. Hiermit gingen u.a. erhöhte Unterhaltungsbaggermengen an feinkörnigen Sedimenten im Hamburger Hafen aber auch in weiteren Fahrrinnenabschnitten sowie in den Nebenbereichen und Häfen einher. Für die beschriebenen Veränderungen im System sind nach derzeitigen Erkenntnissen morphologische Veränderungen – insbesondere im Mündungstrichter – ursächlich, die durch die Folgen der seit Sommer 2013 anhaltenden Phase unterdurchschnittlich niedriger Oberwasserzuflüsse überlagert und durch ein auf diese Entwicklung unzureichend angepasstes Sedimentmanagement verstärkt werden.

Im Rahmen von ELMOD sollen die im Zeitraum 2013-2018 beobachteten Änderungen der Schwebstoffdynamik und Morphodynamik im System Tideelbe mittels Hindcaststudien untersucht und die auslösenden Prozesse identifiziert und analysiert werden. Hierzu werden die vorliegenden Analysen durch Messungen in der Natur und Untersuchungen im Labor, Erweiterung bestehender Modellansätze und umfassende Modellierungsarbeiten ergänzt.

Arbeitsplan

Das Vorhaben ELMOD ist in 3 Teilprojekte gegliedert, die die genannte Zielsetzung in Kooperation sowie in engem Austausch mit den assoziierten Projektpartnern verfolgen. Die Vernetzung der Teilprojekte sowie die wesentlichen Schnittstellen sind in Abbildung 1 dargestellt.

Die BAW bearbeitet das Teilprojekt 1 „Modellanwendung und Parameterbestimmung“. In diesem TP werden verschiedene lange Zeiträume simuliert und analysiert. Integrale Kontrollgrößen zum Vergleich mit beobachteten Veränderungen sind bekannte morphologische Entwicklungen, aber auch ein Vergleich der vom Modell berechneten Unterhaltungsbaggermengen mit den bekannten Mengen aus diesen Jahren. Die UniBw bearbeitet das Teilprojekt 2 „Modellbildung und Parametrisierung“. Hier werden Modellansätze für Turbulenz, Sinkgeschwindigkeit, Deposition, Konsolidierung, Erosion und Geschiebetransport unter Berücksichtigung von topographischen Informationen unterhalb der Netzauflösung (Subgrid) angepasst. Die TUHH führt im Teilprojekt 3 „Messungen in der Natur und experimentelle Untersuchungen im Labor“ durch. Der Fokus liegt auf Messungen des sohlnahen Schwebstoffgehaltes und der Konsolidierungsprozesse in einem Tidezyklus an unterschiedlichen Sedimentationsschwerpunkten in der Natur und deren Nachbildung im Labor zwecks systematischer Untersuchungen.

Abbildung 1: Hybrider Modellierungsansatz zur verbesserten Simulation der Schwebstoffdynamik und der Sohlentwicklung in Abschnitten mit dominierenden Feinstsedimenten und Vernetzung der Teilprojekte
Abbildung 2: Entnahme von Schlickproben mit dem am Institut für Wasserbau entwickelten Sedimentprobenentnahmegerät

Projektdurchführung

Organisatorisches