Forschung

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Schwerpunktthemen der Arbeitsgruppe

Schwerpunkt 1:
Morpho- und Sedimentdynamik in Küstengewässern

Die Dynamik der Ebbdeltas, Barriere-Inseln, Wattflächen, Seegatten, der Küstenlinie insgesamt oder wichtiger wirtschaftlicher Schifffahrtsrouten innerhalb der Deutschen Bucht und ihrer Flussmündungen ist im Wesentlichen bestimmt durch das natürliche Zusammenspiel von Gezeiten, Seegang und küstennahen Strömungen. Mit Hilfe komplexer numerischer Modelle können die morphodynamischen Bewegungen der Bodensedimente simuliert und vorhergesagt werden. Somit lassen sich z.b. langfristige Vorhersagen über den Sedimenthaushalt eines Gezeitenbeckens erstellen.

 

Übersicht über die Dynamik der suspendierten Sedimentfracht unter dem Einfluss von  Seegang vor den Barriere Inseln und Tideströmungen. Starke Winde aus Nordwest können weiterhin zu einem Verlust an Sedimenten über die östliche Grenze der Gezeitenbecken führen.

 

Schwerpunkt 2:
Simulation von Schadstoffeinleitungen in Küstengewässern

Das Einleiten von Abwässern in Gewässer stellt einen Eingriff in das marine Ökosystem dar. Die Eigenschaften des Meerwassers können sich durch Einleitungen von Stoffen, die eine andersartige Zusammensetzung besitzen, als das Gewässer selbst, verändern. Das Ausmaß der Auswirkungen ist im Vorhinein oft unklar, weswegen Prognoseverfahren angewandt werden, um mögliche Entwicklungen abschätzen zu können. Zu diesem Zweck hat die Simulation von Ausbreitungsprozessen im Meer, besonders in den letzten Jahren, immer mehr an Bedeutung gewonnen.

 

Beispiel: Einleitung von nährstoffreichem Niederschlagswasser in den Jadebusen

Aufgabe dieser Arbeit war es, durch Modellierung herauszufinden, wie sich mit verschiedenen Stoffen belastete Abwässer nach Einleitung aus Punktquellen in den Jadebusen verhalten und verbreiten. Es wird überprüft, wie sich mit Nährstoffen angereichertes Niederschlagswasser, welches durch ein neu geplantes Entwässerungssystem in den Jadebusen eingeleitet werden soll, auf den vorherrschenden Salzgehalt und die natürlich bestehenden Konzentrationsverhältnisse des Gesamtstickstoffs auswirkt. Da die durchgängige Deichlinie um den Jadebusen eine natürliche Entwässerung unmöglich macht, ist die Binnenentwässerung ins Meer zur Hauptaufgabe der Wasserwirtschaft geworden. Außerdem stellt sich die Frage, wie Meerestiere und -pflanzen mit einer Reduktion des Salzgehaltes aufgrund von Süßwasserzufluss umgehen können.

Simulation der Verbreitung von nährstoffreichen Abwässern aus der Landwirtschaft im Jadebusen nach 5 Tagen bei Hochwasser (links) und Niedrigwasser (rechts).

 

Beispiel: Einleitung von Kühlwasser aus Kohlekraftwerken in die Innenjade

Im Zuge dieser Arbeit ging es um die Simulation der Kühlwassereinleitung von Kohlekraftwerken, am Standort Wilhelmshaven, in die Innenjade. Dieses Thema ist im Moment sehr aktuell und von großer Wichtigkeit, da neben dem bereits seit 1975 bestehenden E.ON-Kohlekraftwerks sich ein weiteres Kohlekraftwerk im Bau befindet. Dieses beabsichtigt der Energiekonzern GDF SUEZ1 im Rüstersieler Groden nördlich des E.ON-Kraftwerk bis Ende 2013 fertigzustellen. Der Bebauungsplan der Stadt Wilhelmshaven lässt zu, dass das Gelände insgesamt potentiell vier Kohlekraftwerke tragen könnte. Die Möglichkeit, das Kühlwasser aus der Innenjade zu entnehmen und auch wieder in diese zurückzuführen, macht diesen Standort für Kraftwerke mit Frischwasserkühlung sehr attraktiv. Anders als bei der Kühlwasserentnahme aus einem Fluss geht man davon aus, dass sich durch das größere Wasserreservoir und die starken Gezeitenströmungen das eingeleitete Kühlwasser gut verteilt und die Jade sich nur unwesentlich erwärmt.

Links: Das unstrukturierte Gitter im Bereich der potentiellen  Einleitstellen
   
Rechts: Simulierte Temperaturerhöhung im Jadebusen während der Hochwasserphase.

 

Schwerpunkt 3:
Welle-Strömung-Interaktion

Besonders in den flachen Küstengewässern gibt es ein komplexe Interaktion zwischen Strömungen, die durch Wind oder Gezeiten angetrieben werden, und winderzeugten Oberflächenschwerewellen (auch Seegang genannt). So erhöhen sich zum Beispiel Wellenzüge, wenn sie entgegen eine Strömung laufen.

Besonders interessant im Hinblick auf Sedimentumlagerungen sind Strömungen, die durch Wellen in Gang gesetzt werden, wenn diese in flachen Strandbereichen ihre Energie verlieren (z.B. durch Brechen). Auf diese Art entstehen z.B. die küstenparallelen Strömungen (engl. longshore currents) oder sogenannte 'Rip currents', die besonders für Schwimmer gefährlich werden können, da diese vom Strand weg ins tiefe Wasser gerichtet sind.

Das obere Bild zeigt mit FVCOM simulierte durch Wellen induzierte küstenparallele Strömungen  bei einem konstanten ostwärtigen Wind. Das untere für einen konstant westwärtigen Wind gleicher Stärke, der zu geringeren Wellen an der Ostfriesischen Küste führt.

 

(Stand: 09.09.2021)