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.
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.
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.
Das Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft (IWW) der RWTH Aachen University bearbeitet im Verbundprojekt PADO die numerische Modellierung von Dünenbrüchen und resultierender Hinterlandflutung mit XBeach und BreFlow, die über eine Open-MI-Schnittstelle gekoppelt werden sollen. Die Modelle sollen mit den experimentellen Daten, die im Zuge der großmaßstäblichen Forschungsdüne an der Ostseeküste erhoben werden, kalibriert und auf Pilotgebiete angewendet werden. Die Vorhersage der Breschenentwicklung von Dünen infolge von Wellen und Überströmung ist eine herausfordernde Aufgabe aufgrund der Unsicherheiten in den maßgebenden Wasserständen und Wellen, der Inhomogenitäten der Düne, der Vegetation und dem Fehlen geeigneter Kalibrierdaten von großskaligen Modellversuchen. Die Breschenentwicklung inkl. Breschenweite, -tiefe und -dauer kann auf der Grundlage vorhandener numerischer Modelle nicht ausreichend beschrieben werden. Die resultierenden Überflutungsvorgänge sind somit unsicher und ungeeignet für Küstenschutzmaßnahmen. Das Ziel von WP3 ist die Simulation der Breschenbildung und der resultierenden Hinterlandflutung auf der Basis einer großmaßstäblicher Modellversuche. In WP3.1 findet die Kalibrierung und Erweiterung von XBeach auf Grundlage der erhobenen Daten der Modellversuche statt. In WP3.2 folgt die Kalibrierung und Erweiterung von BreFlow, um die Durchströmung zu simulieren. In 'P3.3 werden beide Modellverfahren über eine Open-MI-Schnittstelle gekoppelt. In WP3.4 findet die Anwendung auf die Modellregionen statt. Das Ergebnis ist dann ein kalibriertes Modell, um die Dünenbreite, -tiefe und -dauer sowie die resultierenden Überflutungsflächen, -tiefen und -geschwindigkeiten als Grundlage für eine Risikoanalyse bestimmen zu können.
Die Arbeiten befassen sich mit experimentellen Untersuchungen zum Fließwiderstand in Rinnen mit getreppter Sohle unter stationären Strömungsbedingungen. Hiermit wird das Ziel verfolgt, die grundlegenden, Energie abbauenden Prozesse systematisch zu untersuchen und die Erkenntnisse auf den zeitlich veränderlichen - und damit messtechnisch schwieriger zu erfassenden - Fall des Wellenauflaufs auf getreppte Deckwerke zu übertragen. Die Energie abbauenden Prozesse sollen in der Strömungsrinne der FH Aachen untersucht werden. Hierzu werden getreppte Sohlen mit variierenden Geometrien eingebaut und die Geschwindigkeitsfelder für unterschiedliche Fließzustände analysiert. In einem ersten Schritt werden dazu horizontale Sohlen betrachtet, um ein grundsätzliches Verständnis über die maßgebenden hydraulischen Prozesse zu erlangen. Um die gewonnenen Erkenntnisse später auf den Fall des Wellenauflaufs auf getreppte Deckwerke übertragen zu können, werden in einem zweiten Schritt Strömungen auf getreppten Sohlen mit Gegengefälle betrachtet. Hiermit wird dem Einfluss der Gravitation Rechnung getragen. Beide Versuchsreihen werden unter stationären Randbedingungen durchgeführt, um die maßgebenden Parameter (Geschwindigkeitsverteilungen und Fließtiefen) über einen längeren Zeitraum untersuchen zu können. Zur Messung der Geschwindigkeitsfelder werden sowohl intrusive Messsonden als auch eine Hochgeschwindigkeitskamera eingesetzt. Fließtiefen werden mit Ultraschallsensoren gemessen. Da die zu untersuchende Strömung hochturbulent ist und durch signifikanten Lufteintrag, welcher sich unmittelbar auf Fließwiderstände auswirkt, geprägt ist, wird zusätzlich der lokale Luftgehalt im Strömungsfeld messtechnisch ermittelt. Alle Versuchsergebnisse sollen dem Projektpartner (Untersuchung des instationären Wellenauflaufs in einem Wellenkanal) durch ständigen Datenaustausch zur Verfügung gestellt werden, um das Versuchsprogramm bei Bedarf an den fortschreitenden Erkenntnisgewinn anpassen zu können.
1 Problemdarstellung und Ziel. 1.1 Ingenieurwissenschaftliche Fragestellung und Stand des Wissens Eine Standard Bauweise zur Sicherung der Böschungsufer an den Bundeswasserstraßen ist die Schüttung loser Wasserbausteinen auf einem Kornfilter. Um eine langfristige Deckwerksstabilität zu gewährleisten, muss die Körnungslinie des Kornfilters auf die Größe der Deckwerkssteine abgestimmt sein. Der feinkörnigere Kornfilter darf nicht in die Poren der Deckschicht eindringen. Gleichzeitig muss er den darunter anstehenden Boden zurückhalten. Die hydraulischen und mechanischen Vorgänge bei der Durchströmung der Deckwerke durch die Wellenbelastung aus der Schifffahrt sind weitestgehend unbekannt und sollen mit diesem FuE Vorhaben untersucht werden. Mit Hilfe der Erkenntnisse sollen die aus der Literatur bekannten Filterregeln auf sehr grobe Gesteinskörnungen erweitert oder ggf. neue Regeln formuliert und auf die Bemessung von Filterstufen für die Wasserbausteinklassen der TLW 2003 angewendet werden. Die Filter werden derzeit nach MAK 1989 bemessen. Das neue Merkblatt ist kurz vor der Fertigstellung. 1.2 Bedeutung für die WSV: Die Deckwerke sind ein großes Anlagevermögen der WSV. Durch die Ergebnisse der Untersuchungen soll die Bemessung der Deckwerke optimiert und die Unterhaltungsaufwendungen minimiert werden. Mit den Untersuchungen können die Einflüsse der Schifffahrt auf die Deckwerke genauer bestimmt werden. Die Entwicklung eines neuen und auf die groben Gesteinskörnungen angepassten Berechnungsansatzes zur Bemessung der Kornfilter führt zu einer sichereren und wirtschaftlicheren Durchführung von Baumaßnahmen an Bundeswasserstraßen. 2 Untersuchungsmethoden: Zur Erfassung der komplexen Strömungsverhältnisse und der daraus resultierenden Deckwerksverformungen werden großmaßstäbliche Modellversuche auf dem BAW Gelände durchgeführt. Bei einem Versuch wird ein Deckwerk bestehend aus Wasserbausteinen mit darunter liegendem Kornfilter in den Probekasten eingebaut. Dieser wird in einem Tauchbecken zur Simulation der Strömungs- und Wellenbelastung mit Hilfe eines Krans zyklische auf und ab bewegt. Zur Erfassung der hydrodynamischen Belastung im Deckwerk ist der Probekasten in mehreren Ebenen mit Porendruckgeber, Erddruckkissen und Sonden zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit bestückt. Zur Deckwerksbegutachtung kann der Kastennach den Versuchen an den Seitenwänden geöffnet werden. Zusätzlich hat er Sichtfenster zur Beobachtung von Umlagerungen des Filtermaterials während des Versuchs. Zur Bestimmung von Steinverlagerungen wird die Deckwerksoberfläche photogrammetrisch aufgenommen. Zur Verifizierung der Modellversuche und numerischen Berechnungen ist geplant Messungen in situ durchzuführen. Dabei werden in ein Böschungsdeckwerk Porenwasserdruckgeber in mehreren Tiefenlagen, z. B. in der Basis, im Filter und im Deckwerk eingebaut. In mehreren Messkampagnen werden Messdaten erfasst. usw.
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.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 65 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 65 |
| License | Count |
|---|---|
| offen | 65 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 62 |
| Englisch | 7 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 32 |
| Webseite | 33 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 50 |
| Lebewesen und Lebensräume | 51 |
| Luft | 49 |
| Mensch und Umwelt | 65 |
| Wasser | 52 |
| Weitere | 65 |