Parametrisierung nichtlinearer schiffsinduzierter 3D-Wellenfelder für die hydraulische Bemessung von Schutzbauwerken an Seeschifffahrtsstraßen (Parameterisation of nonlinear ship-induced wave fields - PaNSiWa)

• Antragsteller: Dr.-Ing. Markus Brühl
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323009320

In den letzten 15 Jahren wurden vermehrt Schadensfälle an Buhnen, Leitwerken sowie Deckwerken der deutschen Seeschifffahrtsstraßen festgestellt. Die Untersuchungen dieser Schäden haben gezeigt, dass die für die Bemessung der Deckschichten an Strombauwerken in Seeschifffahrtsstraßen bislang verwendeten Ansätze, die für die Belastung der Deckschichten durch Windwellen entwickelt wurden, nicht ausreichend sind, um die zunehmenden Belastungen durch schiffserzeugte Wellen zu berücksichtigen. Seit 2011 werden daher durch die BAW, Dienststelle Hamburg, in einem Verbundprojekt (Schiffserzeugte langperiodische Belastung zur Bemessung der Deckschichten von Strombauwerken an Seeschifffahrtsstraßen) gemeinsam mit der HPA, dem LWI der TU Braunschweig und dem IWW der RWTH Aachen fundierte Unterlagen zur Bemessung dieser Bauwerke erarbeitet. Die durch das LWI innerhalb dieses Verbundprojekts durchgeführten 2D-Untersuchungen an Punktmessungen in 3D-Schiffswellenfeldern wurden im August 2013 abgeschlossen und haben die derzeit noch bestehenden Wissenslücken hinsichtlich der Typisierung und Parametrisierung von Schiffswellen aufgezeigt. Die Ergebnisse des Verbundprojekts haben insbesondere die Notwendigkeit einer 3D-Analyse der komplexen räumlichen, nichtlinearen Schiffswellenfelder verdeutlicht, die nicht Bestandteil des Untersuchungsumfangs innerhalb des Verbundprojekts waren. Durch das Verbundprojekt sind die für die Durchführung des geplanten Vorhabens notwendigen Kontakte vorhanden und sowie die Verfügbarkeit von Schiffswellendaten für Validierungs-, Vergleichs- und Analysezwecke gesichert. Das Hauptziel dieses Forschungsvorhabens ist daher die Erarbeitung von wissenschaftlichen Grundlagen für die Parametrisierung schiffsinduzierter 3D-Wellenfelder als Grundlage für die hydraulische Bemessung von Deckschichten von Strombauwerken an Seeschifffahrtsstraßen unter besonderer Berücksichtigung der räumlichen sowie der nichtlinearen Eigenschaften der Schiffswellen. Insbesondere zielen die geplanten theoretischen und numerischen Untersuchungen auf folgende Schwerpunkte: (i) Implementierung einer nicht-linearen Fourier-Transformation (3D-NLFT) für die nichtlineare Analyse von räumlichen Schiffswellenfeldern im Frequenzbereich, (ii) Implementierung einer Hilbert-Huang-Transformation (3D-HHT) für die nichtlineare Analyse von räumlichen Schiffswellenfeldern im Zeit-Frequenz-Bereich, (iii) Vergleichende Analyse von Schiffswellendaten anhand der 3D-NLFT, der 3D-HHT und der herkömmlichen FFT, und (iv) Parametrisierung von 3D-Schiffswellenfeldern mit dem Ziel, die für die Bemessung der Strombauwerke relevanten Parameter bereitzustellen, insbesondere auch die Ausbreitungsrichtung der verschiedenen Komponenten des Wellenfeldes.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande