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.
Die wasserwirtschaftliche Unterhaltung ist nach §39 WHG und wawiU-Erlass BMVI (Erlass WS 15/526/7.1 vom 01.12.2008 und WS14/5242.3/3 vom 10.02.09) konkret an den Bewirtschaftungszielen und Maßnahmenprogrammen nach EG-WRRL auszurichten. Somit erweitern sich die Aufgaben der WSV hinsichtlich der Unterhaltung der BWaStr über den reinen Verkehrsbezug hinaus um die aktive Erreichung ökologischer Zielstellungen. In rechtlicher Hinsicht sind vor allem WSV eigene Flächen betroffen, die sich überwiegend an Ufern befinden. Ufer besitzen wichtige Entwicklungspotenziale für Naturhaushalt und anthropogene Nutzung wie die der WSV. Insbesondere naturnahe, mit Tideröhrichten bestandene Uferbereiche erfüllen vielfältige Ökosystemleistungen. Für die WSV nutzbar sind z. B. der natürliche Uferschutz durch Belastungsminderung der hydromechanischen Energie oder auch die regelnde Funktion für den Sedimenthaushalt im Ästuar. Bei zeitgleicher Belastung durch Stressoren wie Welle und Tide ist zur effektiven Förderung von Röhricht bestandenen Uferhabitaten ausschlaggebend, welche hydrodynamische Belastungen die Röhrichte aushalten, wie die Ufer als geeignetes Habitat beschaffen sein müssen und welche Energiereduzierung im bewachsenen Uferbereich stattfinden. Jedoch sind die biotischen-abiotischen Interaktionen mit ihren Rückkopplungen zwischen Morphologie und Ökologie entlang von gezeitenbeeinflussten Ufern erst teilweise bekannt. Gerade für die Umsetzung der Bewirtschaftungsziele und Aufgaben der wawiU ist das Wissen über biogeomorphologische Schwellwerte unabdingbar. Deshalb wurden folgende Projektziele definiert: - Wissenschaftlich begründete Empfehlungen für die fachgerechte Entwicklung und Unterhaltung der Vegetation an Ufern tidebeeinflusster BWaStr hinsichtlich ökologischer Zielstellungen im Rahmen neuer gesetzlicher Anforderungen (verbesserte und angepasste Beratung der WSV) - Entwicklung von Vorschlägen für geeigneter Habitatstrukturen zur Stärkung des ökologischen Entwicklungspotenzials - Definitionen gradueller Schwellwerte (Bemessungskriterien) der Uferschutzleistung durch Tideröhrichte
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.
Suction-Bucket-Gründungen sind eine innovative Gründungsvariante im Bereich der Offshore-Windenergie. Zurzeit gibt es jedoch kein Regelwerk zur Bemessung, und es bestehen Wissenslücken hinsichtlich der Boden-Bauwerk-Interaktion, insbesondere bei der Berechnung der Zugtragfähigkeit und der Verformungsakkumulation infolge zyklischer Belastung durch Wind und Wellen. Im Rahmen des Projektes werden Berechnungsmethoden entwickelt und mit Messdaten validiert, um damit vereinfachte praxistaugliche Bemessungswerkzeuge zu entwickeln. Die Messdaten werden an einem Prototypen einer dreibeinigen, auf Suction Buckets gegründeten Jacket-Tragstruktur gewonnen, die 2014 durch die Firma Dong Energy im Windpark Borkum Riffgrund 1 errichtet worden ist.
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.
Die Wellenauflaufhöhe ist einer der wichtigsten Parameter zur Bemessung von Deichen und Deckwerken, da sie die Kronenhöhe des Deichs vorgibt und zusammen mit dem Wellenablauf den Bereich definiert, in dem die größten Belastungen des Deckwerks infolge Wellenbelastung auftreten. Daher ist es vorteilhaft und wirtschaftlich geboten, die Wellenauflaufhöhe so weit wie möglich zu reduzieren. Dies geschieht, indem raue und / oder poröse Deckwerke angeordnet werden. Zur Abschätzung der Wellenauflaufhöhe bei Deckwerken existieren Gleichungen, die allerdings nur für den jeweiligen speziellen Deckwerkstyp formuliert wurden und die unterschiedlichen möglichen Einflussfaktoren auf den Wellenauflauf wie Rauheit, Porosität und Durchlässigkeit nicht explizit berücksichtigen. Das Ziel des vorliegenden Projekts ist daher die getrennte Ermittlung der Einflüsse der Deckschichtparameter Rauheit, Porosität und Durchlässigkeit auf den Wellenauflauf.
1. Motivation und Zielsetzung: Sandaufspülungen gelten als wirksame Maßnahme zur Klimaanpassung an weichen Küsten. Sie werden seit einigen Jahrzehnten weltweit und auch in Deutschland zum Schutz sandiger Küsten vor Sturmerosion und als Gegenmaßnahme zur strukturellen Erosion der Küstenlinie eingesetzt. Im Allgemeinen werden sie im Vergleich zum Einsatz von starren Bauwerken als wesentlich system- und naturverträglichere Küstenschutzmaßnahme angesehen, die insbesondere die Sanddefizite infolge des prognostizierten Meeresspiegelanstiegs ausgleichen können. Aktuelle Küstenschutzstrategien erfordern eine ganzheitliche, interdisziplinäre Betrachtung im Rahmen eines integrierten Küstenzonenmanagements (IKZM) und ökosystembasierten Managementansatzes (EAM). Das BMBF-geförderte Verbundprojekt STENCIL hat zum Ziel einen ersten Schritt in Richtung der Erarbeitung von Strategien und Werkzeugen für Sandaufspülungen zur Umsetzung eines IKZM und eines EAM zu machen. 2. Arbeitsprogramm und Methodik: Das Projekt gliedert sich in sechs Arbeitspakete (AP). Die Zusammenführung zur Strategie für Sandaufspülungen erfolgt im Arbeitspaket 1 unter Mitarbeit aller Projektpartner (vgl. Abb. 1). Die übrigen fünf Arbeitspakete befassen sich mit der Entwicklung und der Verbesserung von Vorhersage Werkzeugen und Methoden für die einzelnen Fachbereiche. Dies umfasst die Modellierung hydrodynamischer Prozesse (AP 2), die Analyse morphologischer Prozesse auf der Meso-Skala (AP 3) sowie des küstennahen Sedimenttransports (AP 4), die Untersuchung hydrotoxikologischer Auswirkungen von Sandaufspülungsmaßnahmen (AP 5) und das Monitoring der Sedimenteigenschaften sowie der benthischen Habitate an Entnahme- und Aufspülgebieten (AP 6). Die zuverlässige Vorhersage der Sturmfluten, lokalen Wellenbedingungen, Strömungsfelder und der resultierenden Wasserstände führt zur wesentlichen Erhöhung der Effektivität und Verweildauer einer Sandaufspülung. Das Leichtweiß-Institut für Wasserbau (LWI) bearbeitet daher schwerpunktmäßig das Arbeitspaket 2, die Modellierung der hydrodynamischen Randbedingungen und Wechselwirkungen für Sandaufspülungen. Das Arbeitspaket ist systematisch untergliedert in: - AP 2.1:Analyse des Wissenstandes und bestehender Modellansätze, - AP 2.2:Datenerfassung und -auswertung von Naturmessdaten für ausgewählte Pilotstudien, - AP 2.3:Hydrodynamisches Modellierungssystem für Sandaufspülungen, - AP 2.4:Anwendung des Modellsystems für ausgewählte Pilotstudien. 3. Geplante Ergebnisse: Der Fokus des AP 2 liegt auf der frühzeitigen Identifizierung potentieller 'Erosion Hot Spots' auf regionaler Skala unter Betrachtung von Langzeitprozessen und episodischen Sturmflutereignissen. Es soll damit einen Beitrag zur Strategie im Rahmen eines IKZM und EAM für Sandaufspülungen leisten.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 65 |
| Europa | 1 |
| Kommune | 1 |
| Land | 1 |
| Wissenschaft | 41 |
| Zivilgesellschaft | 2 |
| 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 | 52 |
| Luft | 49 |
| Mensch und Umwelt | 65 |
| Wasser | 53 |
| Weitere | 65 |