Im Rahmen einer Messkampagne im September 2020 wurden mobile ADCP-Strömungsmessungen im Nahfeld des Eider-Sperrwerkes durchgeführt. Zum ersten Mal wurde dort auf zwei Querprofilen, vor und hinter dem Sperrwerk, gemessen. An vier Messtagen wurde über eine ganze Tide während vier Steuerungszuständen gemessen (Tidebetrieb, Flutdrosselung, Flut- und Ebbedrosselung sowie Flutdrosselung bei (n-1)- Betrieb). Zwar fielen, wie erwartet, die Messungen bei Drosselbetrieb auf der strömungsabgewandten Seite des Sperrwerkes aufgrund starker Turbulenzen für einen mehr oder weniger langen Zeitraum aus, dafür konnte auf dem zweiten Profil durchgängig gemessen werden. Parallel zu den Messungen am Eider-Sperrwerk wurden Leitfähigkeit, Wassertemperatur, Sauerstoff, Trübung und Strömungsgeschwindigkeit auf vier Verankerungen in der Außen- und Tideeider gemessen.
Anhand von Experimenten im physikalischen Modell wurden durch Bodenformen verursachte Strömungs- und Turbulenzprozesse untersucht. Hierzu wurden Laborversuche in einer Strömungsumlaufrinne mit abstrahierten Modelldünen durchgeführt. Für die Erhebung eines umfangreichen Datensatzes zur Beschreibung des Strömungsfeldes über einer Bodenform wurde eine Modelldüne eingesetzt, deren Geometrie sich an in der Weser beobachteten Dünen mit sogenanntem Ebb Slip Face (EbbSF) orientiert. Die Dünenabmessungen und hydrodynamischen Größen wurden im Maßstab 1:10 nach Froude skaliert. Die Modelldüne wurde als zweidimensionale Einzeldüne eingebaut und einer unidirektionalen Strömung konstanter Geschwindigkeit und gleichbleibendem Wasserstand ausgesetzt. Durch die Verwendung von Riffelblech für die Herstellung der Modelldüne wurde die natürliche Oberflächenrauheit realer Dünen nicht nachgebildet. Für die Strömungsmessungen wurde im Bereich über und hinter dem Modellkörper eine enge Verteilung der Messpositionen gewählt, sodass ein umfassender Rohdatensatz mit hochfrequenten, akustischen Strömungsdaten bereitgestellt wird. Literatur: - Carstensen, C., Holzwarth, I. (2023): Flow and Turbulence over an Estuarine Dune – Large-Scale Flume Experiments. Die Küste. https://doi.org/10.18171/1.093103 - Bundesanstalt für Wasserbau (2021): FAUST. Teilprojekt E: Laboruntersuchungen BAW. FuE-Abschlussbericht B3955.02.04.70230. https://hdl.handle.net/20.500.11970/108336 Zitat für diesen Datensatz (Daten DOI): - Bundesanstalt für Wasserbau (2021): Laborversuche in einer Strömungsrinne mit skalierter Modelldüne (EbbSF) [Data set]. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/02.2021.K.9900.0001
Das Projekt "Analysen zur Nutzbarkeit zukünftiger Satellitendaten für die Fernerkundung des Ausstroms von Flüssen (AnaNAF)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Zentrum für Meeres- und Klimaforschung, Institut für Meereskunde (IfM) durchgeführt.
Das Projekt "Teilprojekt P03: Einfluss von Untergrundstrukturen auf die hydrologische Funktionsweise von Flussauen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eberhard Karls Universität Tübingen, Zentrum für Angewandte Geowissenschaften (ZAG), Arbeitsgruppe Hydrogeology durchgeführt. Die Umsetzung von Schadstoffen in Auensedimenten hängt insbesondere von den vorherrschenden geochemischen Gradienten ab, die wiederum von hydrogeologischen Faktoren wie variabler Grundwasserfließrichtung, Konnektivität der Grundwasserfließpfade zu Drainagegräben und der Verweilzeit des Wassers unter gegebenen geochemischen Bedingungen bestimmt werden. In dem Projekt werden Methoden entwickelt, mit deren Hilfe Fließpfade und Aufenthaltszeiten bestimmt sowie Sedimentstrukturen und Hydrofazies charakterisiert werden können. Die Daten sind Voraussetzung zur Bewertung der hydrochemischen Daten und finden Verwendung in den Grundwasser- und Einzugsgebietsmodellen.
Das Projekt "Vorhaben: Validierungsmessungen in Modell und Großausführung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Rostock, Institut für Allgemeine Elektrotechnik durchgeführt. Dieses Vorhaben verschreibt sich der Bündelung umfangreicher Erfahrungen in Entwurf und Analyse moderner Schiffspropulsionsorgane und -antriebsanlagen, um unkonventionelle Propellerformen weiterzuentwickeln. Sie bieten dem Propellerentwerfer zusätzliche Gestaltungsmöglichkeiten und haben das Ziel, verbesserte hydrodynamische Kennwerte im Hinblick auf Wirkungsgrad und Lärmemission zu erreichen. Die präzise Vermessung der Propellerumströmung in Modell- und Großausführung (GA) kann vor diesem Hintergrund entscheidende Hinweise für die Optimierung von Berechnungsmethoden zum Entwurf neuartiger Propeller liefern. Da die interessanten Strömungsbereiche meist unterhalb schwer zugänglicher Schiffssektionen mit geringem Platzbedarf liegen, muss die in zwei abgeschlossenen Vorhaben entwickelte Messtechnik in Bezug auf dessen Kompaktheit, Masse, Messbereich und Messbedingungen optimiert werden. Der bisher erzielte Funktionsumfang (z.B. 3C-Messungen) und auch die hohe Präzision des Messsystems im Hinblick auf die Messortpositionierung und Geschwindigkeitsbestimmung sollen unverändert bleiben. Durch eine direkt auf den standardisierten Bullaugen und nicht mehr auf den Schiffsspanten montierbare Trägerkonstruktion wird die Messtechnik universell auf nahezu allen Schiffen mit minimalem Platzbedarf einsetzbar. Durch einen auf die Bullaugen abgesenkten Rotationspunkt ist die Technik leichter zu justieren und verfügt über einen deutlich gestiegenen Beobachtungswinkel. Der kompaktere Aufbau führt außerdem zu einem deutlich kürzeren Planungsaufwand und damit einem unkomplizierten und wiederholten Einsatz der Technik als Validierungswerkzeug für den Methodenentwurf. Parallel zur GA-Messtechnikweiterentwicklung werden Strömungsmessungen an ausgewählten innovativen Propellerentwürfen durchgeführt. Die Geschwindigkeitsverteilungen werden Aufschluss über den Zusammenhang zwischen den Spitzenformen und dem jeweils erreichbaren Freifahrtwirkungsgrad geben.
Das Projekt "Teilvorhaben 4: Suspensionsmodellierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Prozess- und Verfahrenstechnik, Fachgebiet Verfahrenstechnik durchgeführt. Im Rahmen des Vorhabens Sens-O-Mix soll eine effiziente und wirtschaftliche Systemlösung für einen flexiblen Anlagenbetrieb zur Biogaserzeugung entwickelt und unter Praxisbedingungen demonstriert werden. Schwerpunkt der Entwicklungen ist die Realisierung eines automatisierten, an die flexible Fütterung angepassten Rührbetriebes zur Ausbildung definierter fluiddynamischer Prozessbedingungen im Fermenter als Grundlage einer optimierten Biogaserzeugung. Zielstellung ist es, das Verfahren zur Biogaserzeugung einschließlich der Prozessautomatisierung so zu optimieren und weiterzuentwickeln, dass stündlich wechselnden Anforderungen bezüglich der Biogasmenge entsprochen werden kann. Zielstellungen des TU Teilprojektes - Weiterentwicklung und Nutzung von Rheometern zur Vermessung viskoelastischer Fließeigenschaften von Gärsubstraten sowie Erweiterung bestehender Modelle zur Quantifizierung dieser - Ableitung physikalischer Zusammenhänge zwischen viskoelastischen Fließeigenschaften und Substratzusammensetzung (granulometrischer Zustand) mithilfe photooptischer Messtechniken - Experimentelle Strömungsmessung zur Ableitung von Regeln für eine effiziente Suspendierung bzw. Vermeidung von Sinkschichten - Entwicklung von CFD-Mehrphasenmodellen (fest/flüssig) unter Beachtung viskoelastischer Fließeigenschaften von Gärsubstrat auf Basis experimenteller Untersuchungen -Bewertung des Mischprozesses bei variierenden Substrateigenschaften mittels numerischer Strömungssimulation und Ableitung von Maßnahmen zur Ausbildung definierter Strömungsverhältnisse und hinreichender Suspendierung - Vergleich der mittels Strömungssimulation erzielten Ergebnisse mit den Aussagen des Maschinellen Lernens (Teilvorhaben 1).
Das Projekt "Dynamics of Nature and Morphology: Die Ursache-Wirkungsbeziehungen des Röhrichtwachstums an Bundeswasserstraßen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Gewässerkunde durchgeführt. Veranlassung - Die potenziellen Röhrichtlebensräume wurden des Öfteren schon quantifiziert beschrieben. Wie genau sich jedoch Standorteigenschaften auf das Röhrichtwachstum auswirken, ist noch Gegenstand der Forschung. Dieses Wissen wird für die ökologische Gewässer- und Uferentwicklung benötigt. - Schilf wächst eher an langsam fließenden Gewässerabschnitten, während Rohr-Glanzgras stärkeren Strömungen standhält. Ab wann sich die Strömung negativ auf das Wachstum von Rohr-Glanzgras auswirkt, welche Art überflutungstoleranter ist und wie die Arten auf verschiedene Bodenarten reagieren, ist wenig bekannt. Mit Überflutungsexperimenten wird der Einfluss von pluvialem und tidalem Elberegime, schlickigen und sandigen Bodenarten und von brackischem und limnischem Wasser auf das Pflanzenwachstum getestet. - Im Tidebereich ist auch Bolboschoenus maritimus (Meer-Strandsimse) flächendeckend an der Vegetationskante anzutreffen. Hier werden auf acht Transekten entlang der Tideelbe Erosions- und Sedimentationsraten im 14-tägigen Rhythmus über ein Jahr gemessen und mit dem Röhrichtwachstum in Beziehung gesetzt, um herauszufinden, wie sich die Erosions- und Sedimentationsprozesse aufgrund des Bewuchses unterscheiden. Ziele - Quantifizieren der Ursache-Wirkungsbeziehungen der Einflussfaktoren Hydrologie, Bodenart und Salinität auf Etablierung, Wachstum und Ausbreitung der Röhrichtarten P. arundinacea und P. australis - Schaffung einer robusten Datengrundlage für prozessbasierte Wachstumsmodelle von Makrophyten durch Messung räumlich-zeitlicher Dynamik der Topografie und des Pflanzenwachstums im Jahresverlauf in Abhängigkeit erklärender Variablen Vegetation im Wechsel zwischen Land und Wasser reagiert fortwährend auf die hydro- und morphodynamischen Prozesse wie Überflutung, mechanische Belastungen durch Strömung und Wellen sowie auf das Erodieren und Sedimentieren verschiedener Bodenarten, was einhergeht mit Veränderungen der Geländehöhen und der Nährstoff- und Salzgehalte. An fluvialen und tidebeeinflussten Bundeswasserstraßen sind Röhrichte als Wechselwasserzeiger bekannt. Zum Beispiel sind Phragmites australis (Gewöhnliches Schilf) und Phalaris arundinancea (Rohr-Glanzgras) ökosystemtypische Pflanzenarten, die häufig flächendeckend vorkommen. In DyNaMo werden die Wachstumsbedingungen und -unterschiede von Schilf und Rohr-Glanzgras an Mittel- und Tideelbe verglichen. Ebenso wird das Röhrichtwachstum auf hydromorphodynamischen Watten ins Visier genommen.
Das Projekt "Vorhaben: 'Experimentelle Charakterisierung instationärer Strömungen für die Validierung von Simulationsverfahren mittels zeit- und ortsaufgelöster optischer Messverfahren im Schleppkanal" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Rostock, Institut für Allgemeine Elektrotechnik, Lehrstuhl Optoelektronik und Photonische Systeme IEF durchgeführt. Im Rahmen des Projektes soll die instationäre Umströmung von Schiffmodellen bei Schleppversuchen gemessen werden. Die Daten dienen den Projektpartnern zur Validierung ihrer numerischen Methoden um zukünftig bessere Vorhersagen durch verlässliche und validierte Strömungssimulationen zu erreichen. Entwickelt wird eine kamerabasierte optische Strömungsmesstechnik, die in der Lage ist, die Umströmung von geschleppten Schiffsmodellen zeitaufgelöst mehrdimensional zu erfassen. Angestrebt werden kontinuierliche zweidimensionale dreikomponentige Strömungsmessungen mit Abtastraten von 1kHz unterhalb des Modells. Um die Messtechnik in die Schleppkanalmodelle des Projektpartners integrieren, soll das Messsystem in Rückstreuung arbeiten. In einem zweiten Schritt soll das zuvor entwickelte Messsystem die Geschwindigkeitsdaten während der Schleppversuche in Echtzeit ausgeben. Hierfür soll ein Smart-Kamera-System mit hoher Framerate und integriertem FPGA eingesetzt werden. Vorteil ist, dass die Geschwindigkeitsdaten unmittelbar nach oder während des Schleppversuches vorliegen und mit anderen Messwerten noch während des Versuches korreliert werden können. Damit würden sich die Versuchszeiten beim Projektpartner drastische reduzieren. Primäres Ziel dieser gesamten Messtechnikentwicklung ist es, umfangreiche experimentelle Datensätze der instationären Umströmung von ausgewählten Referenzmodellen den Projektpartnern für Validierungszwecke zur Verfügung zu stellen.
Das Projekt "Vorhaben: ManDuct - Untersuchung des Einflusses einer Mewis Düse auf das Manövrierverhalten durch Energy Saving Devices (ESDs)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Becker Marine Systems GmbH durchgeführt. Zur Steigerung der Energieeffizienz von Schiffsantrieben und der damit verbundenen Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen werden sogenannte Energy Saving Devices entwickelt. Zu der Familie der ESDs zählen auch sogenannte Vordralldüsen, Pre-Swirl Ducts, mit denen die Propulsionseigenschaften von Schiffen verbessert werden können. Die positiven Auswirkungen der ESDs auf die Leistungseinsparung sind vielfach dokumentiert und auch im Schiffsbetrieb nachgewiesen. Im Gegensatz dazu blieb bisher der Einfluss einer PSD auf die Manövriereigenschaften eines Schiffes unzureichend untersucht. Das Hauptziel des geplanten Vorhabens ist daher die Untersuchung des Einflusses von PSDs auf das Manövrierverhalten von völligen Schiffen und die Wechselwirkung zwischen PSDs, Ruder und Propeller. Mit dem Vorhaben wird eine umfangreiche solide Datenbasis zur Validierung von Rechenverfahren für viskose Strömungen zur Verfügung gestellt, die für die numerische Berechnung der Schiffsumströmung inklusive PSDs während eines Manövers verwendet werden kann. Zur Bewertung des Einflusses von PSDs auf die Manövrierfähigkeit sind umfangreiche Strömungsmessungen und Strömungssimulationen erforderlich, mit denen ein tieferes Verständnis der Strömungsverhältnisse gewonnen werden kann. Hierzu gehören die Auslegung und anschließende Bewertung der Wirksamkeit von PSDs und Rudern mittels CFD. Überprüft werden diese Daten durch Manövrierversuche sowie lokale Strömungsmessungen. Die Wechselwirkung zwischen Rumpf, Düse, Propeller und Ruder wird untersucht. Der Einfluss der PSDs auf das Manövrierverhalten soll durch direkte Simulationen von ausgewählten Manövern untersucht werden. Dies geschieht experimentell sowie mittels numerischer Rechenverfahren. Mit dem Erreichen der Ziele leistet das Vorhaben innerhalb des Förderschwerpunkts 'MARITME.green' des Maritimen Forschungsprogramms einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung von umweltfreundlichen Antriebslösungen für die Schifffahrt.
Das Projekt "Vorhaben: Algorithmen für die Geolokalisierung der Unterwasserdrifter" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. - Forschungszentrum Oberpfaffenhofen durchgeführt. Meeresströmungen sind ein dominanter Faktor in der Dynamik von Küstenregionen und akkurate Vorhersagen sind unerlässlich für verschiedene Aspekte des Küstenmanagements, der Küstenmorphologie und der marinen Umwelt-verschmutzung. Strömungen sind ein in Zeit und Raum variierendes Phänomen von hoher Komplexität und ihre Vorhersage mit Hilfe numerischer Modelle ist sehr anspruchsvoll. Um diese Modelle besser an die Realität anpassen zu können, benötigt man die Datenassimilation von Messungen, die möglichst über die horizontale und vertikale Dimension verteilt sein sollten. Allerdings sind Messungen der dreidimensionalen Struktur von Strömung im Augenblick praktisch nicht verfügbar. Die geplanten Arbeiten gehen das Problem der unzureichenden Informationen über 3-dimensionale Strömungen auf zwei unterschiedliche Arten an. Zum einen geht es um die Konstruktion von neuartigen Driftern, die sich für Strömungsmessungen in der Wassersäule eigenen. Zu diesem Zweck werden Algorithmen des maschinellen Lernens zur Geolokalisation von Roboterschwärmen aus dem Raumfahrtbereich weiterentwickelt, um das akustische Unterwasserdrifter/Beacon - Problem zu lösen. Zum anderen wird eine neue Methode entwickelt, Wavelet-Umwandlungen von X-Band Streuungssignalen zu nutzen, um Informationen über die Strömungen in der Wassersäule zu gewinnen. Diese Methoden werden in Feldkampagnen im Mittelmeer getestet; neue Assimilationstechniken werden entwickelt und implementiert, um die Modellverbesserungen im Bereich der Messungen zu evaluieren.