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Portal KuWiK: Küste und Wasserstraßen im Klimawandel

Die BAW liefert als Teil des DAS-Basisdienstes Informationen zu den Auswirkungen des Klimawandels auf die als Wasserstraßen genutzten Flüsse, Ästuare und das Küstenvorfeld der Deutschen Bucht. Es können unter anderem Daten und Änderungssignale zu mittlerer Wassertiefe, Strömungs- und Fließgeschwindigkeiten, Gütertransportmengen sowie Tidekennwerten visualisiert und abgerufen werden. Die modellgestützten Daten stellen im Rahmen der Klimawandelfolgenforschung die letzte Stufe der „Übersetzung“ projizierter klimatischer Änderungen auf das konkrete Objekt, beispielsweise einen Abschnitt einer Bundeswasserstraße, dar. Innerhalb des interaktiven Portals „KuWiK“ (Küste und Wasserstraße im Klimawandel) sind die Informationen in den Themenblöcken „Schifffahrt“, „Fluss“ und „Küste“ in drei Dashboards strukturiert und laden zum Erkunden ein. Im Bereich „Küste” sind Daten zu möglichen, durch den Klimawandel bedingten hydrodynamischen Beeinträchtigungen der Seeschifffahrtsstraßen dargestellt. Dafür wurden die Änderungen der Tidehydrodynamik für die gesamte Deutsche Bucht und insbesondere die Ästuare der Elbe, Weser und Ems in verschiedenen Abstraktionsstufen aufbereitet. Im Abschnitt „Fluss” sind hydrodynamische Informationen auf Streckenebene sowohl flächig als auch aggregiert in Längsschnitten dargestellt. Die Daten verdichten gewissermaßen die im vorangegangenen Schritt der Modellkette von der BfG berechneten hydrologischen Entwicklungen an den Bezugspegeln. Unter dem Reiter „Schifffahrt“ werden die hydrologischen Daten der BfG und die hydrodynamischen Daten der BAW in Transportmengenänderungen der Binnenschifffahrt übersetzt. Es finden sich Informationen zur prozentualen Änderung der Transportmenge, die in Zukunft bei einer projizierten mittleren Änderung der Abfluss- und damit Tiefenverhältnisse in der Binnenschifffahrtsstraße unter Annahme bestimmter Szenarien zu erwarten ist. Zielgruppe Zielgruppe ist die interessierte Fachöffentlichkeit. Dazu zählen Verbände, Behörden auf Bundes-, Landes- und Kommunalebene, wie die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung, Forschungseinrichtungen sowie die Privatwirtschaft. Im Binnenbereich ist der Dienst insbesondere für Personen von Interesse, deren Wirkungsbereich von Niedrigwasser  betroffen ist. Für den Küstenbereich bilden unterschiedliche Szenarien (u. A. Meeresspiegelanstieg) eine Basis für ein breit gefächertes Anwendungsspektrum. Wissenschaftlicher Hintergrund Die abrufbaren Informationen basieren auf Modellen, die an der Bundesanstalt für Wasserbau Anwendung finden. Die angewandten Methoden entsprechen dem Stand der Wissenschaft. Ihre Anwendung im Kontext der Anpassung an die Folgen des Klimawandels wird im Rahmen des BMV-Forschungsnetzwerks stets weiterentwickelt. Die im Portal KuWiK für die einzelnen Themenbereich „Küste“, „Fluss“ und „Schifffahrt“ verwendeten Methoden sind den entsprechenden Erläuterungstexten auf der Website des Dienstes zu entnehmen.

Binnenschiffahrtsstatistik

1.Statistik des Bestandes an Binnenschiffen, ab 1992: Anzahl, Tragfähigkeit, Fahrgastplätze, Maschinenleistung, Größenklassen, Baujahre, Art des Unternehmens. 2.Statistik des Schiffs- und Güterverkehrs auf Binnenwasserstraßen, ab 1992: Verkehrsbeziehungen, Verkehrsgebiete, Verkehrsbezirke, Wasserstraßengebiete, Wasserstraßen, Güterabteilungen, Güterhauptgruppen, Flaggen. Güterumschlag. Seeverkehr der Binnenhäfen.

Elektronische Navigationskarten für Binnenschifffahrtsstraßen (IENC / Inland-ENCs)

Die IENC sind Elektronische Navigationskarten für Binnenschifffahrtsstraßen. Sie werden in Deutschland für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) von der Fachstelle für Geodäsie und Geoinformatik der WSV (FGeoWSV) hergestellt, herausgegeben und kostenfrei zur Verfügung gestellt.

Versuche an der Wechseldurchströmungsanlage zur Untersuchung von Porenwasserüberdruck und Verflüssigung in (schluffigen) Sanden

Basierend auf der Grundlage zur Bemessung für Böschungs- und Sohlsicherungen an Binnenwasserstraßen (GBB, 2010) sollen Modellversuche und Berechnungen zur Porenwasserdruckentwicklung in (schluffigen) Sanden durchgeführt werden um ein mögliches Optimierungspotenzial zu bewerten. Zudem soll das Verflüssigungsverhalten dieser Sande betrachtet werden. Aufgabenstellung und Ziel Ufer von Bundeswasserstraßen unterliegen hydraulischen Einwirkungen. Schiffe z. B. erzeugen bei Vorbeifahrt am Ufer einen sogenannten Absunk, der im Boden Porenwasserüberdrücke und damit Porenströmungen erzeugt, die zur Verflüssigung einer oberflächennahen Schicht führen können. Bei konventionellen Deckwerken wird die lokale Standsicherheit der Böschungen durch das Aufbringen einer Flächenlast (Wasserbausteine) gewährleistet. Die Bemessung der Deckschicht erfolgt dabei anhand des BAW-Merkblatts „Grundlagen zur Bemessung von Böschungs- und Sohlsicherungen an Binnenwasserstraßen (GBB)“ (Bundesanstalt für Wasserbau 2010). Technisch-biologische Ufersicherungen (TBU) können dabei helfen, Wasserstraßen wieder naturnaher zu gestalten. Diese können aus einer Kombination von pflanzlicher und technischer Sicherung oder durch eine rein pflanzliche Sicherung hergestellt werden. Bei TBUs ohne technische Komponenten fehlt eine sichernde Auflast. Die Stabilität wird hier primär durch das Wurzelwerk der Pflanzen hergestellt. An bestehenden TBUs wurde beobachtet, dass besonders in den ersten Jahren nach dem Einbau Bodenerosion auftritt, obwohl die Fließgeschwindigkeiten gering sind (Fleischer und Soyeaux 2016). Möglicherweise wird der Erosionsprozess durch das Auftreten von Porenwasserüberdrücken bis hin zur Verflüssigung hervorgerufen bzw. begünstigt. In dieser Arbeit werden Versuche zur Überprüfung des Ansatzes für den Porenwasserüberdruck bei der Bemessung der Deckschichtdicke für schluffige Sande unter Auflast an der Wechseldurchströmungsanlage (WDA) durchgeführt. Zudem werden auch Versuche mit freier Oberfläche durchgeführt, um das Verhalten der entsprechenden Böden für TBUs besser einschätzen und mögliche Verflüssigungsprozesse erkennen zu können. Die Versuche werden dann nach dem BAW Merkblatt: „GBB“ (Bundesanstalt für Wasserbau 2010) sowohl mit analytischen als auch numerischen Methoden nachgerechnet, mit den Versuchsergebnissen verglichen und um eine Parameterstudie ergänzt. Hierbei steht die Überprüfung der Bemessungsgrundlagen und die Bewertung des Optimierungspotenzials der Deckwerksdicke im Vordergrund. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Als Dienstleisterin der WSV entwickelt die BAW im Referat Erdbau- und Uferschutz die Bemessungsregeln für Deckwerke an Bundeswasserstraßen und untersucht insbesondere die Standsicherheit und Weiterentwicklung naturnaher Ufersicherungen, welche zunehmend an Bedeutung gewinnen. Durch eine mögliche Optimierung der Bemessung von Deckschichtdicken könnten Ufersicherungen noch wirtschaftlicher und ressourcenschonender geplant werden. Zudem gilt es, für die weitere Planung von Wasserstraßen den immer wichtiger werdenden Aspekt einer umweltverträglichen und ökologisch sinnvollen Alternative zu Schüttsteindeckwerken voran zu treiben. Um die bereits eingesetzten technisch-biologischen Ufersicherungen weiter etablieren zu können, ist ein vertieftes Prozessverständnis der Verflüssigungsprozesse in Bereichen ohne Deckschicht für verschiedene Bodentypen (z. B. nach dem BAW-Merkblatt MAR B2, B3 und B4) notwendig.

Entwicklung definiert abbaubarer Geotextilien zur Anwendung als temporäre Filter in technisch-biologischen Ufersicherungen an Binnenwasserstraßen

Für naturnahe Ufersicherungen mit Pflanzen werden temporäre Filter benötigt, bis die Wurzeln die Filterfunktion übernehmen können. In dem Kooperationsprojekt mit dem Fraunhofer Institut UMSICHT, BNP Brinkmann GmbH, FKUR Kunststoff GmbH und Trivera GmbH sollen Geotextilien entwickelt werden, die die technischen Eigenschaften für drei Jahre gewährleisten und sich danach biologisch abbauen. Aufgabenstellung und Ziel Mit Einführung der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) sind an Binnenwasserstraßen neben den technischen Anforderungen verstärkt ökologische Aspekte zu berücksichtigen. Aus diesem Grund sollen zukünftig naturnähere Ufersicherungen unter Verwendung von Pflanzen angewendet werden, wenn die hydraulischen Einwirkungen dies erlauben. Die Anwendbarkeit an Binnenwasserstraßen sowie die Belastbarkeit und ökologische Wirksamkeit dieser alternativen Ufersicherungen werden gegenwärtig in einem gemeinsamen Forschungsprojekt der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) und der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) untersucht (Auftragsnummer B3952.04.04.10151, Projekt-Website). Aus diesem Projekt ergab sich die Fragestellung für das vorliegende Forschungsvorhaben. Auch bei Ufersicherungen unter Verwendung von Pflanzen werden in der Regel zur Gewährleistung der Filterstabilität Filter benötigt. Kornfilter sind hier nicht immer anwendbar. Im Gegensatz zu den in technischen Deckwerken üblichen Geotextil-Kunststofffiltern sollen biologisch abbaubare Materialien zur Anwendung kommen, da die Filter nur temporär für die kritische Anfangsphase benötigt werden. Bisherige Erfahrungen zeigen, dass die gegenwärtig auf dem Markt angebotenen Geotextilien aus natürlichen Materialien, z. B. aus Schafwolle oder Kokosfasern, unter Wasserstraßenbedingungen nicht ausreichend stabil sind und sich zu schnell biologisch abbauen. Benötigt werden temporäre Filtervliese, bis die Pflanzenwurzeln ausreichend gewachsen sind und die Filterfunktion übernehmen können. Im Forschungsprojekt sollen entsprechende Geotextilien entwickelt und getestet werden, die die erforderlichen technischen Eigenschaften für drei Jahre gewährleisten und sich danach vollständig biologisch abbauen. Das Vorhaben ist ein von der Fachagentur für nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördertes Kooperationsprojekt mit dem Fraunhofer-Institut UMSICHT Oberhausen und den Firmen BNP Brinkmann GmbH & Co. KG, FKuR Kunststoff GmbH und Trevira GmbH & Co. KG, FKuR Kunststoff GmbH und Trevira GmbH. Die BAW beteiligt sich als assoziierter Partner. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Mit den definiert abbaubaren Geotextilfiltern werden die Möglichkeiten erweitert, naturnahe Ufersicherungen unter Verwendung von Pflanzen anzuwenden, die den Uferschutz gewährleisten und den ökologischen Zustand an Binnenwasserstraßen verbessern können. Das ist u. a. für die Uferumgestaltungen von Bedeutung, die in den nächsten Jahren im Rahmen des Bundesprogramms „Blaues Band Deutschland“ vorgesehen sind. Untersuchungsmethoden Nach Definition des Anforderungsprofils der zu entwickelnden Geotextilfilter (BAW) sind Labor-, Modell- und Naturversuche zum Nachweis der Eignung der neuen Materialien als Filter in technisch-biologischen Ufersicherungen an Binnenwasserstraßen durchzuführen. Die Laborversuche dienen der Auswahl geeigneter Fasern (Fraunhofer-Institut UMSICHT, FKuR Kunststoff GmbH, Trevira GmbH) und der Beurteilung des biologischen Abbaus (Fraunhofer-Institut UMSICHT), der technischen Eigenschaften (BAW) und der Durchwurzelbarkeit (BAW). Ergänzend wird ein Naturversuch am Rhein durchgeführt, um die Geotextilfilter als Teil naturnaher Ufersicherungen unter Wasserstraßenbedingungen zu testen (BAW, WSA Oberrhein).

Berücksichtigung der Wurzeln im Nachweis der lokalen Standsicherheit für Uferböschungen an Binnenwasserstraßen

Wurzeln zur Ufersicherung an Binnenwasserstraßen Berücksichtigung im Nachweis der lokalen Standsicherheit Pflanzen können mit ihren Wurzeln Uferböschungen befestigen. Diese stabilisierende Wirkung wird quantitativ untersucht, sodass sie beim lokalen Standsicherheitsnachweis berücksichtigt werden kann. Hierdurch soll der Anwendungsbereich technisch-biologischer Ufersicherungen an Binnenwassertraßen erweitert werden. Aufgabenstellung und Ziel Bei technisch-biologischen Ufersicherungen übernehmen Pflanzen bzw. eine Kombination aus Pflanzen und technischen Maßnahmen den Uferschutz. Dabei stabilisieren die Wurzeln der Pflanzen den Boden. Sie erhöhen die Scherfestigkeit und übernehmen Filterfunktionen. Diese positiven Effekte wurden bisher nicht soweit quantifiziert, dass sie in Bemessungsverfahren berücksichtigt werden konnten. Stattdessen wird aufgrund der bisherigen Erkenntnisse, u. a. aus dem BAW-Forschungsprojekt B3952.04.04.10151, ein Bemessungsverfahren empfohlen, das auf der sicheren Seite liegt. Bei diesem werden Wurzeln nicht zum Ansatz gebracht (Fleischer et al. 2021). Die stabilisierende Wirkung der Wurzeln auf Böschungen an Wasserstraßen soll quantitativ untersucht und anschließend in geeignete Berechnungsmodelle integriert werden. Ziel ist es, die Wirkung der Wurzeln bei der Bemessung technisch-biologischer Ufersicherungen zu berücksichtigen. Dadurch sollen deren Anwendungsbereiche erweitert werden. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Bei all ihren Tätigkeiten muss die WSV die Bedürfnisse der Wasserwirtschaft wahren. Hierzu zählt seit Einführung der europäischen Wasserrahmenrichtlinie im Jahr 2000, dass bei Ausbau und Unterhaltung der Wasserstraßen deren ökologischer Zustand verbessert werden soll, um das ökologische Potenzial der Binnenwasserstraßen auszuschöpfen. Der Ersatz eines herkömmlichen Uferdeckwerks durch eine technisch-biologische Ufersicherung bietet die Möglichkeit, die ökologischen Verhältnisse auch dort zu verbessern, wo auf einen Uferschutz nicht verzichtet werden kann. Aus diesem Grund sollen zukünftig vermehrt Pflanzen in Ufersicherungen eingesetzt werden, wenn dies die hydraulischen Belastungen erlauben. Kann die stabilisierende Wirkung der Wurzeln bei der Bemessung berücksichtigt werden, erweitert sich die Einsetzbarkeit technisch-biologischer Ufersicherungen, die kein signifikantes Flächengewicht aufweisen, wie z. B. Weidenspreitlagen oder Pflanzmatten. Hierdurch lässt sich das ökologische Potenzial an den Binnenwasserstraßen erhöhen. Untersuchungsmethoden Um Wurzeln in den Standsicherheitsnachweisen zu berücksichtigen, müssen deren Einflüsse quantifiziert werden. Hierfür sind verschiedene Labor-, Modell- und Naturversuche vorgesehen: - Aufzucht typischer, für technisch-biologische Ufersicherungen geeigneter Pflanzen, wie z. B. Weiden, Gräser oder Stauden unter definierten Bedingungen - Ermittlung der Wurzelparameter durch Wurzelaufgrabungen, Zug- und Scherfestigkeitsversuche - Ermittlung von Wurzelparametern in-situ in Uferböschungen für einen Vergleich mit den im Labor ermittelten Werten aus Pflanzversuchen, Modellergebnissen und Literaturangaben - Zusammenstellung der relevanten Wurzelparameter typischer Uferpflanzenarten für deren Integrierung in geeignete Berechnungsmodelle

Binnenwasserstraßen: Abflüsse steuern und Wasserstände regeln

An den staugeregelten Bundeswasserstraßen ist eine genaue Einhaltung der vertraglich festgelegten Wasserstände erforderlich. Die Automatisierung hilft hier mit einer standardisierten Vorgehensweise und sorgt für einen reibungsfreien Betrieb. Effizient und erneuerbar: Wasser bewegt! Deutschland verfügt über ein wirtschaftlich leistungsfähiges Wasserstraßennetz, das die Seehäfen an Nord- und Ostsee mit den Binnenhäfen verbindet. Die 7.350 km Binnenwasserstraßen bestehen zu 25 Prozent aus Kanalstrecken, zu 35 Prozent aus frei fließenden und zu 40 Prozent aus staugeregelten Flussabschnitten. Im Zusammenhang mit dem Staustufenbau wurden an den größeren Flüssen vielfach Laufwasserkraftwerke errichtet, die mit der erneuerbaren Ressource Wasser Strom erzeugen. Zu den staugeregelten Bundeswasserstraßen mit Wasserkraftnutzung zählen Weser, Oberrhein, Neckar, Main, Mosel, Saar und Donau mit einer installierten Leistung von derzeit ca. 750 Megawatt. Damit wird mit den Laufwasserkraftwerken etwa so viel Energie erzeugt, wie alle Schiffstransporte auf dem Wasser verbrauchen (vgl. Verkehrsinvestitionsbericht 2008).

Naturnaher Uferschutz am Rhein

Um die Ufer von Binnenwasserstraßen vor schädlichen Auswirkungen der schiffsinduzierten und natürlichen hydraulischen Belastungen zu schützen, werden diese bisher überwiegend mit Schüttsteindeckwerken, die aus großen Wasserbausteinen bestehen, gesichert. Mit der im Jahr 2000 eingeführten Europäischen Wasserrahmenrichtlinie soll der ökologische Zustand der Wasserstraßen langfristig verbessert werden. Sie sind naturnäher zu gestalten, um Lebensräume für Tiere und Pflanzen zu schaffen und zu erhalten. Eine solche ökologische Aufwertung kann erreicht werden, indem die Schüttsteindeckwerke durch naturnahe technisch-biologische Ufersicherungen ersetzt werden. Die Ufer werden dabei entweder allein durch Pflanzen oder durch Pflanzen und technische Komponenten geschützt. Wo genau diese umweltfreundlichen Ufersicherungen anwendbar sind, wie sie geplant, bemessen und ausgeführt werden können und wie sie ökologisch zu bewerten sind, damit beschäftigt sich seit einigen Jahren ein interdisziplinäres Forschungsprojekt der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) in Zusammenarbeit mit der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG). Dessen Ziel ist es, Empfehlungen und Grundlagen zu erarbeiten, um die neu entwickelten Ufersicherungsarten an Binnenwasserstraßen einzusetzen. Die enge Zusammenarbeit verschiedener Fachreferate der BAW (Erdbau und Uferschutz; Schifffahrt) und der BfG (Landschaftspflege, Vegetationskunde; Tierökologie) ermöglicht eine fachübergreifende Projektbearbeitung aus technischer und ökologischer Sicht (ufersicherung.baw.de). Einen besonderen Schwerpunkt des Forschungsprojektes bildet seit 2011 ein Naturversuch auf einem ein Kilometer langen Flussabschnitt am rechten Rheinufer bei Worms (km 440,6 bis km 441,6). In Kooperation mit dem Wasserstraßen- und Schifffahrtsamt (WSA) Mannheim werden in neun Versuchsfeldern unterschiedliche technisch-biologische Ufersicherungsmaßnahmen an der größten und meist befahrenen Wasserstraße in Deutschland getestet. Im Untersuchungsgebiet verkehren rund 120 Güterschiffe pro Tag. Je nach Abfluss schwankt der Wasserstand um über 6 m. Die Böschungen sind zudem relativ steil geneigt. In vier Versuchsfeldern wurde die Steinschüttung oberhalb des mittleren Wasserstands durch Weidenspreitlagen, vorkultivierte Röhrichtgabionen und Pflanzmatten sowie Steinmatratzen ersetzt. In weiteren vier Feldern blieb die Steinschüttung erhalten und wurde durch verschiedene Maßnahmen ökologisch aufgewertet. Dabei wurde das Ufer mit Weidensetzstangen und -faschinen, mit Busch- und Heckenlagen begrünt, die Uferstruktur wurde mittels Kies, großen Einzelsteinen und Totholzfaschinen verbessert; zudem wurden durch einen der Böschung vorgelagerten Steinwall geschützte Bereiche geschaffen. Ein Versuchsfeld blieb zum Vergleich ohne Sicherung. (Text gekürzt)

Schiffsführungssimulation in der BAW - Praxistest von Wasserstraßen und Manöverfahrten im virtuellen Raum

Kann der Ausbau der Hafeneinfahrten an der deutschen Nord- und Ostseeküste mit dem Trend zu immer größeren Schiffe mithalten? Und wie können etwa Schleusenbauwerke an Flüssen und Kanälen für den Binnenschiffsverkehr mit überlangen Großmotorgüterschiffen fit gemacht werden? Leidet die Sicherheit des Verkehrs, wenn immer größere Schiffe die Wasserstraßen befahren? Mit den beiden Schiffsführungssimulatoren der BAW lassen sich Maßnahmen zur Verbesserung der Sicherheit und der Qualität der Wasserstraßen schon in der Planungsphase überprüfen und Engpässe ihrer Befahrbarkeit analysieren. Der Trend zu immer größeren Schiffen erhöht die Anforderungen an See- ebenso wie an Binnenschifffahrtsstraßen. Kurzum, es wird allenthalben enger. Noch vor wenigen Jahrzehnten reichte es beispielsweise völlig aus, für die Trassenplanung in Binnengewässern die Fahrspurbreite und damit den Flächenbedarf eines Schiffes aus dem zu fahrenden Kurvenradius, den Schiffsabmessungen und dem Driftwinkel, den das Schiff in der Kurvenfahrt einnimmt, zu berechnen. Aber schon im Zuge des Wasserstraßenausbaus nach Berlin zu Beginn der 1990er Jahre zeigten sich deutlich die Grenzen dieses geometrischen Bemessungsverfahrens: Die bis dahin angestrebten Mindestradien von 600 m für 185 m lange Schubverbände und 110 m lange Großmotorgüterschiffe hätten zum Beispiel beim Ausbau der Havel bei Berlin zu gewaltigen Landschaftsveränderungen in einem Naturschutzgebiet geführt.

Entwicklung eines Verkehrssimulationsmodells auf Binnenwasserstraßen

Untersuchung des Verkehrsflusses durch KI-Anwendungen Verschiedene Fragestellungen der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung im Zusammenhang mit Auslastung und Nutzung der Binnenwasserstraßen sind nur mithilfe eines Verkehrssimulationsmodells effizient bewertbar. Beispiele sind Fragen nach Kapazitäten, Engstellen und Transportmengen. Aufgabenstellung und Ziel Die performante Untersuchung von Verkehrsströmen ist eine wichtige Komponente für verkehrliche und wirtschaftliche Untersuchungen an Binnenwasserstraßen. Verkehrssimulationsmodelle ermöglichen es, auch unbeobachtete Verkehrsflüsse zu analysieren und zukünftige Entwicklungen zu prognostizieren. Als Beispiele sind Engstellenanalysen sowie Untersuchungen zu Verkehrskapazitäten und Transportmengen in Abhängigkeit von Flottenstrukturen zu nennen. Eine Veränderung der Flottenstruktur kann durch unterschiedliche Faktoren begründet sein. Diese sind zum einen langzeitige Entwicklungen, wie Tendenzen zu größeren Schiffen, Änderungen wirtschaftlicher Konjunkturphasen oder mögliche Anpassungen an klimatische Änderungen und zum anderen kurzzeitige Einflüsse, wie extreme Wetterlagen und Wasserstände oder verkehrliche Engstellen. Engstellen können z. B. durch Havarien, Baumaßnahmen, aber auch Fehltiefen verursacht werden. Alle genannten Faktoren wirken sich auf die verkehrliche Leistungsfähigkeit der Wasserstraße und die Gütertransportmengen aus. In Kooperation mit der „Professur für Ökonometrie und Statistik, insbesondere im Verkehrswesen“ der TU Dresden wird das Mikrosimulationsmodell für Binnenwasserstraßen PERSIST (Performant Simulation of Inland Ship Traffic) entwickelt (Stachel und Hart 2021), welches vorrangig am Niederrhein, darüber hinaus aber auch an anderen Wasserstraßen, angewendet werden soll. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Mithilfe des Verkehrssimulationsmodells lassen sich an hochfrequentierten Abschnitten Engstellen identifizieren, die eventuell die Kapazität der Wasserstraßen vermindern. Zudem können Sicherheit und Leichtigkeit des Schiffsverkehrs unter Berücksichtigung veränderter hydrologischer Bedingungen, z. B. infolge des Klimawandels, untersucht werden. Damit erhält die WSV frühzeitig Informationen über potentielle verkehrliche Engstellen, welche die Wirtschaftlichkeit der Binnenschifffahrt einschränken. Die Verkehrssimulation ist darüber hinaus ein Werkzeug, mit dem sich, z. B. im Rahmen einer Verkehrsprognose und Reiseunterstützung, voraussichtliche Ankunftszeiten (ETA = Estimated Time of Arrival) von Schiffen an Schleusen und Zielhäfen ermitteln lassen. Untersuchungsmethoden Im bisherigen Projekt wurde bereits die Lateral and Longitudinal Control Policy zur lateralen und longitudinalen Steuerung eines Schiffes hinsichtlich des logischen Koordinatensystems sowie eine Decision Making Policy, welche die Überholentscheidungen des Schiffes kontrolliert, entwickelt. Um die Einsetzbarkeit von PERSIST als Fast-Time Simulator auch für anspruchsvolle Simulationsszenarien (mehr als 100 Schiffe, große Teile des Rheins) aufrecht zu erhalten, wurde PERSIST für die Parallelisierung auf Rechensystemen mit vielen CPU-Kernen vorbereitet. Anstatt alle Schiffe in einem Prozess auf einem Rechner zu simulieren, kann die Simulation nun auf beliebig viele unabhängige Prozesse verteilt werden, auch auf mehreren miteinander vernetzten Rechnern oder auf einem Großrechner mit vielen Rechenkernen. Auf einem physischen Rechenkern läuft jeweils nur ein Prozess. Bei der Verkehrssimulation bietet es sich an, den gesamten zu simulierenden räumlichen Bereich in mehrere gleich große Abschnitte zu unterteilen, den Schiffsverkehr auf diesen Abschnitten getrennt zu simulieren, d. h. zu prozessieren, und anschließend wieder zusammenzufügen. Die Anzahl der Abschnitte kann somit vor Beginn der Simulation flexibel an die Ressourcenverfügbarkeit des (Groß-)Rechners angepasst werden. (Text gekürzt)

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