Modellierung Tsunami induzierter Transportvorgänge von groben Gesteinsablagerungen , Kombination physikalischer Versuche, innovativer numerischer Modellierung und Felduntersuchungen

• Antragsteller: Dr. Max Engel; Professor Dr.-Ing. Holger Schüttrumpf
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 298757467

Küstengebiete besitzen hohe Attraktivität für Besiedlung und Industrie, sind jedoch wiederkehrenden Extremwellenereignissen (Tsunamis, Sturmfluten) gegenüber hoch exponiert. Angesichts des erwarteten Besiedlungswachstums intensiviert sich der Bedarf, Frequenz-Magnitude-Beziehungen sowie Schadenspotenzial solcher Ereignisse verlässlich einschätzen zu können. Dies ermöglicht in einem weiteren Schritt die Ausarbeitung von Gefahrenmanagementplänen und -minderungsmaßnahmen. Tsunamis stellen aufgrund ihrer mitunter verheerenden Auswirkungen eine besondere Gefahr dar. Da Tsunamis der höchsten Magnituden meist Wiederkehrintervalle von mehreren hundert oder tausend Jahren aufweisen, liegen an vielen Küsten keine Beobachtungen oder gar Messungen zu solchen Worst-Case-Szenarien vor. In diesem Fall erlauben marine Sedimente entlang der Küste Rückschlüsse. Spezifische Eigenschaften der Ablagerungen können in Zusammenhang mit der zum Transport notwendigen Wellenenergie gesetzt werden und lassen damit Erkenntnisse über die Charakteristika des sedimentierenden Überflutungsereignisses zu. Aufgrund ihrer größeren Beständigkeit gegenüber Oberflächenprozessen und menschlicher Tätigkeit sind zur Rekonstruktion solcher Ereignisse grober Schutt und Blöcke besser geeignet als feine Sedimente, wenngleich die Unterscheidung zwischen Tsunamis und Sturmfluten oft schwierig ist. Eine Erhöhung der Deutungssicherheit liefern numerische Modelle, die jedoch essentielle beeinflussende Parameter wie z. B. mitgeführte Sedimentfracht, Interaktionen zwischen Blöcken oder komplexe Blöcke abseits idealisierter Formen bei der Simulation des tsunamiinduzierten Transports vernachlässigen. Auch in physikalischen Laborversuchen werden die genannten Faktoren bisher nicht oder nur sehr unzureichend betrachtet. Im Weiteren sind nur Versuche mit idealisierten Modellkörpern auf uniformen Bathymetrien und Küstentopographien bekannt. Im Rahmen des hier vorgestellten Projekts sollen vier essentielle Lücken im Stand der Forschung geschlossen werden: Zunächst sollen in physikalischen Laborversuchen (i) das Verhalten komplexer und idealisierter Blöcke sowie (ii) die Interaktion zwischen Blöcken während des Tsunamiauflaufs analysiert und verglichen werden. Es folgen Versuche zum Einfluss (iii) der Bathymetrie sowie (iv) des mitgeführten Sediments auf Blocktransportmodus, -weg und -distanz. Anschließend werden die gewonnen Erkenntnisse in einem numerischen Zwei-Phasen-Modell umgesetzt, das wiederum anhand der physikalischen Versuche kalibriert und validiert wird. Das numerische Modell soll bei Projektabschluss in der Lage sein, bei vorgegebenen Tsunamiparametern und beruhend auf fototechnisch exakt umgesetzter Topographie und Blöcken, Transportvorgänge an Küsten mit einer richtungsweisenden Genauigkeit zu simulieren. Eine erste praktische Anwendung wird perspektivisch für die sedimentologisch detailliert untersuchte Insel Bonaire (Niederländische Antillen) angestrebt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Kooperationspartner: Professor Shiva P. Pudasaini, Ph.D.