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BAW seit sechs Jahren auch 'offshore' aktiv - Die Sicherheit der Windenergieanlagen auf dem Meer muss gewährleistet sein

Da beim Bau von Offshore-Windenergieanlagen großenteils technisches Neuland betreten wird, gilt es, dafür den 'Stand der Technik' zu entwickeln und in Standards und Normen festzuhalten. Den Anteil der erneuerbaren Energien zu steigern, ist ein wichtiges energiepolitisches Ziel der Bundesregierung. Dabei soll die Windenergie auf dem Meer einen wesentlichen Teil der zukünftigen Energieversorgung sicherstellen. Im Vergleich zu den Bedingungen an Land (onshore) treten auf dem Meer (offshore) hohe stetige Windgeschwindigkeiten auf, sodass hohe Erträge zu erwarten sind. Offshore-Windparks sollen von der Küste und den Inseln aus nicht sichtbar sein, und sie sollen außerhalb der Küsten-Nationalparks Wattenmeer und Boddengewässer liegen. Deshalb werden Windpark-Projekte vorwiegend in großer Entfernung zur Küste und in großen Wassertiefen geplant. Sie liegen damit in der sogenannten 'ausschließlichen Wirtschaftszone' (AWZ) der Bundesrepublik Deutschland. Dies ist das Gebiet außerhalb der 12-Seemeilen-Zone bis zu einer Entfernung von 200 Seemeilen. Die Windenergieanlagen müssen dort in Wassertiefen bis zu 50 m errichtet werden. Aufgrund der anspruchsvollen Bedingungen - große Wassertiefen, starke Wind- und Wellenbelastungen, weite Entfernungen von der Küste - ist die in Deutschland geplante und begonnene Errichtung von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) weltweit einmalig. Diese schwierigen Randbedingungen machen eine sorgfältige Planung notwendig. Das zuständige Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) hat bisher 28 Windparks unter der Auflage genehmigt, dass die Antragsteller planungsbegleitend bis zur Baufreigabe die Einhaltung des Standes der Technik nachweisen müssen. Da hier aber großenteils technisches Neuland betreten wird, musste und muss ein solcher Stand der Technik überhaupt erst geschaffen werden. Das BSH gibt Standards als technische Regelwerke für Offshore-Windenergieanlagen heraus, die unter Mitwirkung von Expertengruppen erarbeitet und weiterentwickelt werden. In diesen Standardisierungsprozess bringt die BAW ihr vorhandenes wasserbauliches und geotechnisches Expertenwissen ein und berät das BSH bei den technischen Fragen während des Genehmigungsprozesses. So sind im Rahmen der Freigabeprozesse umfangreiche technische Unterlagen der Antragsteller zu bearbeiten. Dabei werden immer wieder wesentliche fachliche Risiken für die Errichtung und den sicheren Betrieb deutlich, die in aufwändigen Fachgesprächen und Fachbeiträgen behoben werden müssen. Sie resultieren aus der Komplexität der Aufgabenstellung und der Randbedingungen, die nachfolgend beispielhaft betrachtet werden.

Analyse und Bewertung der ökologischen Belastungen von Seen durch Fahrgast- und Freizeitschifffahrt im Spannungsfeld von Gewässerschutzzielen und Nutzungsansprüchen: Mitigationsstrategien für eine dauerhaft umweltverträgliche Lenkung

FW II: Early Dike, Vorhaben: Entwicklung eines Seegangs- und Wellenbelastungssimulators als Grundlage für ein Frühwarnsystem für Seedeiche - Sonderprogramm GEOTECHNOLOGIEN

Motivation: Die Kenntnis der seegangsinduzierten hydrodynamischen Belastungen von Seedeichen, einschließlich deren zeitlicher und räumlicher Verteilung am Deich in Verbindung mit den lokalen Wasserständen ist von entscheidender Bedeutung eines risikobasierten Frühwarnsystems. Wesentliche Ziele des Teilprojekts: 1.Zur Verfügung stellen hochaufgelöster Seegangsdaten (Wave Monitor) für operationelle Frühwarnsysteme für die gesamte deutsche Nordseeküste mit einer stündlichen Auflösung und, in Abhängigkeit von den geomorphologischen Strukturen, mit einer räumlichen Auflösung von wenigen 100m entlang des Systems der Küstenschutzdeiche an der Nordseeküste und 2.ein integriertes Modell (Wave Load Simulator) für die Abschätzung der welleninduzierten Belastungen (Brandungsstau, Wellenauflauf, Strömungen, Schubspannungen) auf die Deichböschungen für das Teilprojekt Dike Monitor (WP3) zu entwickeln basierend auf den Vorhersagedaten von i). 3.Als Grundlage für das integrierte Modell wird eine Messkette zur Erfassung der hydrodynamischen Belastungen vor und auf den Seedeichen beispielhaft für einen Seedeich der Ortschaft Untjehörn auf der Nordseeinsel Pellworm in Kooperation mit dem Landesbetrieb für Küsten- und Naturschutz Schleswig-Holstein (LKN-SH) installiert und betrieben. Zusätzlich wird ein Konzept für ein optimales Wellenmessnetzwerk zu Vorhersagezwecken erstellt als Teil des Wave Monitor und in dem geplanten Geoportal implementiert (WP5).

Tsunami Intensitätskarten

Tsunamis kommen nicht nur im Meer vor, sondern in seltenen Fällen auch in Schweizer Seen. Hier entstehen Tsunamis vor allem durch Bergstürze und Über- oder Unterwasserrutschungen, die oft, aber nicht zwingend durch ein Erdbeben ausgelöst werden. Hinweise auf historische und prähistorische Bergstürze und Rutschungen, die Flutwellen ausgelöst haben, wurden in den Sedimenten zahlreicher Schweizer Seen gefunden. Dabei handelt es sich um chaotisch durchmischte Ablagerungen, die sich von normalen Sedimenten unterscheiden. Dank der Möglichkeit, ihr Alter zu bestimmen, können sie im Nachhinein einem Ereignis zugeordnet werden. Bekannt sind mehrere solche Ereignisse (z.B. 563 n. Chr. am Genfersee (Welle 13 m in Genf) oder 1601 am Vierwaldstättersee (Welle 4 m in Luzern)). Das Forschungsprojekt sieht in einem multidisziplinären Ansatz (Limnogeologie, Seismologie, Geotechnik, Hydraulik Naturgefahren) vor, die Entwicklungsmechanismen und die Fortpflanzung von Tsunamiwellen auf Schweizer Seen zu erforschen. Einerseits sollen die erwarteten Wahrscheinlichkeiten für Tsunamis auf den Schweizer Seen abgeschätzt werden. Andererseits sollen die Wellenmodellierungen auf den Seen über das Ufer hinaus in das angrenzende Umland ergänzt werden. Das erwartete Ausmass der Überflutungen soll dabei in Intensitätskarten dargestellt werden, analog zu den Überflutungs-Intensitätskarten durch klassische Hochwasser. Diese Intensitätskarten sollen anschliessend den Kantonen zur Verfügung gestellt werden. Projektziele: Abschätzung der Wahrscheinlichkeit von Tsunamis und Erstellung von Tsunami-Überflutungs-Intensitätskarten für den Uferbereich von Schweizer Seen. Durch die Analyse von Seesedimenten können die früheren Tsunamis datiert und deren Frequenz und Wahrscheinlichkeit abgeschätzt werden. Für die Erarbeitung der Intensitätskarten werden Modellierung der Wellenentwicklung und -fortpflanzung auf dem See und der Überflutungsprozesse an Land durchgeführt. Die Kartierung der Intensitäten erfolgt aus den Modellresultaten nach bestehender Methodik analog zur Kartierung klassischer Hochwasser.

Untersuchung des Einflusses von Porenwasser auf die Wellenausbreitung in Beton bei hohen Belastungsgeschwindigkeiten (Impakt) - KEK

Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist es, den Einfluss der durch das Porenwasser verursachten Viskositäts- und Impedanzunterschiede auf die Wellenausbreitung im Beton infolge dynamischer Beanspruchung zu untersuchen. Um den Einfluss des Porenwassers auf das globale Betontragverhalten, auf eine Veränderung der Materialimpedanz und auf die Stoßwellenausbreitung im Beton zu klären, sollen verschiedene definiert angebrachte Porenkonfigurationen experimentell untersucht werden. Ein weiteres Ziel ist es, einen Beitrag zur Entwicklung genauerer Materialmodelle für die Simulation von Stoß- und Explosionsbelastungsszenarien zu leisten. Die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts sollen zu einem besseren qualitativen und quantitativen Verständnis des Dehnrateneffektes und damit zur Sicherheit von Kernkraftwerken und anderen kritischen Infrastrukturen beitragen.

BIVA-WATT - Untersuchung der lokalen und räumlichen Rauheitswirkung von Austernriffen und Miesmuschelbänken, Leitantrag; Vorhaben: Quantifizierung der Auswirkungen von Populationsstrukturen der Pazifischen Auster (Crassostrea gigas) und heimischen Miesmuschel (Mytilus edulis) auf Wellen

'BioSchWelle': Erprobung der Wellendämpfung durch 'lebende Inseln' zur Erhöhung der Artenvielfalt in Gewässern

Standortgerechte und leitbildkonforme Vegetationsstrukturen an Gewässern sind für die Zielerreichung der Umweltqualitätsziele der EU-WRRL sowohl für die biologischen Komponenten als Nahrungs- und Habitatstruktur als auch für chemisch-physikalische Wasserqualitätsparameter von hoher Bedeutung. Schwimmende Vegetationsstrukturen bieten in dem Zusammenhang großes Potential für technisch-biologische Lösungen. Schwimmende Vegetationsstrukturen werden eingesetzt, um Gewässerbereiche mit naturnahen Röhrichtbeständen auszustatten, die ansonsten von Vegetation nicht erschlossen werden können, um sowohl naturnahe Habitatstrukturen zu entwickeln als auch Verbesserungen der Wasserqualität zu bewirken. Gleichzeitig können schwimmende Strukturen die auf die Ufer einwirkenden Wellen und damit deren Belastung auf die Uferbereiche dämpfen. Beispielsweise können aneinander gereihte Segmente 'lebender Inseln' baulich so gestaltet werden, dass sie abhängig von ihrer Form, Tiefgang und ihres Gewichts die einlaufenden Wellenhöhen reduzieren. Die dadurch entzogene Wellenenergie führt zu einer geringeren Umströmung und zu einer kleineren Auflaufhöhe der Wellen an der bewachsenen Uferböschung. Weiterhin können in regelmäßigen Abständen platzierte 'lebende Inseln' als 'Trittsteine' oder Stützstellen zur Überbrückung von zuvor ökologisch undurchlässigen Gewässerabschnitten eingesetzt werden. Der Einsatz von punktuellen 'lebenden Inseln' kann daher einen wichtigen Beitrag zur Gewährleistung der ökologischen Durchgängigkeit insbesondere entlang von Kanälen bzw. stark frequentierten Wasserstraßen mit verbauten Ufern leisten. Ziel des Projektes ist daher die Weiterentwicklung einer Technik zur Initiierung von selbstschwimmenden Vegetationsbeständen für den Einsatz zur Wellendämpfung von Schiffswellen an den Ufern und zur Erhöhung der Artenvielfalt auf Verkehrswasserstraßen, wofür die Interaktion mit Wellen und die Strömungsbeeinflussung untersucht werden.

BIOTIP - RELEEZE - Managementoptionen zur Vermeidung von Kipppunkten in Küstenökosystemen der Nordsee, Teilprojekt 2 Sozialwissenschaftliche Perspektiven

ENSURE Plastik: Entwicklung Neuer Kunststoffe für eine Saubere Umwelt unter Bestimmung Relevanter Eintragspfade, Teilprojekt 2

Kunststoffe sind langlebig, leicht und kostengünstig herzustellen. Diese Vorteile im Produktbereich können sich zum Nachteil entwickeln, wenn Kunststoffe oder Teile von Ihnen unkontrolliert oder massenhaft in die Umwelt gelangen. Besonders die große Langlebigkeit und Beständigkeit können zu einer unerwünschten Akkumulation in der Umwelt führen. Hier bilden sowohl Meere als auch Böden eine finale Senke. Ziel des Vorhabens ist es, Kunststoffe mit umweltoptimierten Abbauverhalten zu entwickeln, die bei gleicher Stabilität schneller und umweltverträglicher abgebaut werden können. Ferner sollen mit Blick auf die rezenten Quellen und Senken im terrestrischen Bereich innovative Methoden i) zur Quantifizierung und Charakterisierung der Umweltbelastung, ii) zum biologischen Abbau der relevanten Kunststoffe und iii) zur Analyse und Beeinflussung gesellschaftlicher Wahrnehmungs- und Verhaltensmuster entwickelt werden. Das Umweltbundesamt (UBA) beschäftigt sich in ENSURE insbesondere mit der Nachweisbarkeit von Kunststoffen in Modul 1 und der Abbaubarkeit und Umweltverträglichkeit von Kunststoffen in Modul 3. Im Rahmen der Nachweisbarkeitsuntersuchungen werden in AP 1.3 zunächst das Aufkommen und die Qualität von Kunststoffen in Gär-, Klär- und Kompostanlagen untersucht. Hierzu muss zunächst eine Probenentnahmestrategie entwickelt werden, mit der repräsentativ Proben gewonnen und die anlagenspezifischen Verhältnisse berücksichtigt werden können. Bezüglich der Abbaubarkeit und Umweltverträglichkeit können in AP 3 Freiland-Fließrinnen-Mesokosmen der Fließ- und Stillgewässer-Simulationsanlage des UBA im halbtechnischen Maßstab verschiedene Uferzonen (z.B. Stein, Kies, Sandufer) eingerichtet und ein naturähnlicher Wellenschlag simuliert werden. Außerdem wird in AP 3.2 auch außerhalb des semiterrestrischen Bereichs die Abbaubarkeit und Degradation von Kunststoffen unter definierten Laborbedingungen simuliert (im Festbettreaktor) und anschließend auf reale Bedingungen übertragen.

Untersuchungen von Weidenspreitlagen an schiffbaren Binnengewässern

Die Uferstabilität an schiffbaren Gewässern leidet unter hydraulischen Belastungen wie starken Schiffswellen, dadurch entstehenden Schwall und Sunk, starken Wasserschwankungen sowie hohen Strömungsgeschwindigkeiten. Weidenspreitlagen können Böschungsbruch und Erosionserscheinungen an Uferböschungen reduzieren bzw. verhindern und somit die Uferstabilität erhöhen. Hinsichtlich der Wirkung und Anwendung von Weidenspreitlagen an großen schiffbaren Gewässern, aber auch der unterschiedlichen Wirkung von Baum- und Strauchweiden ist allerdings noch Forschungsbedarf vorhanden. Im Zuge dieses Forschungsprojekts werden im Auftrag der Bundesanstalt für Wasserbau Karlsruhe unterschiedliche Weidenspreitlagen in Labor- und Modellversuchen sowie an der ingenieurbiologischen Versuchsstrecke am Rhein bei Worms untersucht.

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