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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 1
BAW – Kolloquium: Aktuelle Untersuchungen an der Ems und Ergebnisse aus Forschungsarbeiten – 5. November 2009
Untersuchungen zur Kehrung der
5. Allerheiligenflut mit dem Emssperrwerk
Wodurch wurden die hohen Wasserstände am 1. Nov. 2006 hervorgerufen?Antwort: Untersuchung mit hydrodynamisch – numerischen Modell der Ems
• Wind- und Wasserstandsentwicklung am 1. November 2006• HN – Modell der Ems: Vergleich Messung – Modell• Einfluss des geschlossenen Emssperrwerkes auf die Wasserstände
Elisabeth RudolphBundesanstalt für Wasserbau – Dienststelle Hamburg
http://www.baw.de/
Untersuchungen zur Kehrung der 5. Allerheiligenflut mit dem Emssperrwerk
Die Frage, wodurch die hohen Wasserstände am 1. November 2006 hervorgerufen wurden, soll mit Hilfe einer Untersuchung mit einem HN – Modell beantwortet werden.
•Die Wind- und Wasserstandsentwicklung am 1. November 2006 wird in Erinnerung gerufen.-Ein Vergleich gemessener und modellierter Wasserstände wird gezeigt.-Der Einfluss des geschlossenen Emssperrwerkes auf die Wasserstände wird untersucht.
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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 2
NL
D geplant für zwei Funktionen:
• Überführung von Werftschiffen
• Verbesserung des Küstenschutzes
Betriebsplan bei Sturmfluten:
falls Wasserstandsvorhersage
für Gandersum > NN + 3,70 m, dann
schließe Sperrwerk bei NN + 3,50 m
Sturmflutsperrwerk Ems bei Gandersum
Graphik: Philipp Holzmann AG
Das Sturmflutsperrwerk Ems bei Gandersum ist geplant für 2 Funktionen:- Überführung von Werftschiffen von Papenburg zur Nordsee,- Verbesserung des Küstenschutzes durch Verkürzung der Deichlinie um ca. 100 km.
Das Emssperrwerk bei Gandersum dient dem Sturmflutschutz der Ems stromauf von Gandersum. Es kehrt Sturmfluten mit erwarteten Wasserständen höher als NN + 3,70 m und wird bei einem Wasserstand von NN + 3,50 m bei Gandersum geschlossen.
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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 3
Betriebsbereit für den Sturmflutschutz seit 6. September 2002
. . . aber keine Sturmflut bis zum . . .1. 17. Dezember 2005: HW Emden NN + 3,90 m2. 1. November 2006: HW Emden NN + 5,17 m (5. Allerheiligenflut)
Sturmflutsperrwerk Ems bei Gandersum
Das Sturmflutsperrwerk Ems bei Gandersum ist seit dem 6. September 2002 betriebsbereit.
Am 1. November wurde es erstmalig bei einer hohen Sturmflut geschlossen.
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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 4
Programm HVIEW2D 07.06.2007
0 250.00 km125.00
m/s
6. 28. 12. 18.
5700
.058
00.0
5900
.060
00.0
6100
.062
00.0
6300
.064
00.0
6500
.0
28 00. 029 00. 0
3000. 03100. 0
32 00. 033 00. 0
3400. 03500. 0
EMS - Windgeschwindigkeit
Uhrzeit: 23:00Datum: 31.10.2006
Borkum FF 01083
USER
: BAW
-AK
(Ref
erat
K3)
F
ILE:
hvie
w2d0
37.c
gm
Topo=wind-gitter.g05.datData=MERGE_wind_10_11_2006.bin
31.10.2006 23:00 h
Ems
GB D
NL
DKNordsee
Wind in 10 m Höhe
Vorhersage des DWD
LME (7 km * 7 km)
Sturmtief Britta
Wasserstand: Tnw Borkum
Am 1. November 2006 hat ein schwerer Nordweststurm zu hohen Wasserständen in der Deutschen Bucht und besonders in der Emsmündung geführt. Diese sogenannte 5. Allerheiligenflut gehört zu den schwersten Sturmfluten in den letzten 100 Jahren an der niedersächsischen Nordseeküste.
Eine ausführliche Beschreibung der meteorologischen Situation, die zu dieser Sturmflut führte, gibt der DWD in seinem Bericht zum Orkan Britta am 31. 10. und 1. 11. 2006 (DWD, 2006).
Am Abend des 31. Oktober 2006, hier zum Zeitpunk Tnw Borkum, herrscht über der Deutschen Bucht stürmischer Wind aus westlichen Richtungen.
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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 5
Programm HVIEW2D 07.06.2007
0 250.00 km125.00
m/s
6. 28. 12. 18.
5700
.058
00.0
5900
.060
00.0
6100
.062
00.0
6300
.064
00.0
6500
.0
28 00. 029 00. 0
3000. 03100. 0
32 00. 033 00. 0
3400. 03500. 0
EMS - Windgeschwindigkeit
Uhrzeit: 01:00Datum: 01.11.2006
Borkum FF 01083
USER
: BAW
-AK
(Ref
erat
K3)
F
ILE:
hvie
w2d0
39.c
gm
Topo=wind-gitter.g05.datData=MERGE_wind_10_11_2006.bin
1.11.2006 01:00 h
Wind in 10 m Höhe
Vorhersage des DWD
LME (7 km * 7 km)
2 Stunden später hat die Windgeschwindigkeit weiter zugenommen.
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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 6
Programm HVIEW2D 07.06.2007
0 250.00 km125.00
m/s
6. 28. 12. 18.
5700
.058
00.0
5900
.060
00.0
6100
.062
00.0
6300
.064
00.0
6500
.0
28 00. 029 00. 0
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32 00. 033 00. 0
3400. 03500. 0
EMS - Windgeschwindigkeit
Uhrzeit: 03:00Datum: 01.11.2006
Borkum FF 01083
USER
: BAW
-AK
(Ref
erat
K3)
F
ILE:
hvie
w2d0
41.c
gm
Topo=wind-gitter.g05.datData=MERGE_wind_10_11_2006.bin
1.11.2006 03:00 h
Wind in 10 m Höhe
Vorhersage des DWD
LME (7 km * 7 km)
Auch während der nächsten zwei Stunde nimmt die Windgeschwindigkeit weiter zu und erreicht im Küstenbereich Windgeschwindigkeiten von 25 m/s.
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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 7
Programm HVIEW2D 07.06.2007
0 250.00 km125.00
m/s
6. 28. 12. 18.
5700
.058
00.0
5900
.060
00.0
6100
.062
00.0
6300
.064
00.0
6500
.0
28 00. 029 00. 0
3000. 03100. 0
32 00. 033 00. 0
3400. 03500. 0
EMS - Windgeschwindigkeit
Uhrzeit: 05:00Datum: 01.11.2006
Borkum FF 01083
USER
: BAW
-AK
(Ref
erat
K3)
F
ILE:
hvie
w2d0
43.c
gm
Topo=wind-gitter.g05.datData=MERGE_wind_10_11_2006.bin
1.11.2006 05:00 h
Ems
Wasserstand: Thw Borkum
Wind in 10 m Höhe
Vorhersage des DWD
LME (7 km * 7 km)
Am frühen Morgen dreht der Wind auf NNW.
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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 8
Ems
01.11.200618:00:00
MEZ
01.11.200612:00:00
MEZ
01.11.200606:00:00
MEZ
01.11.200600:00:00
MEZ
31.10.200618:00:00
MEZ
31.10.200612:00:00
MEZ
31.10.200606:00:00
MEZ
31.10.200600:00:00
MEZ
4.
3.5
3.
2.5
2.
1.5
1.
0.5
0
-0.5
-1.
-1.5
Was
sers
tand
mN
N
Wasserstand Borkum:
Messung and astronomische Tide
1.11.2006 05:00 h
kein „Tnw“ wegen starkem NW Wind!
NN + 3,86 m
NN + 1,00 m
Am Abend des 31. Oktober 2006 fällt die Zunahme des Windes und die Drehung auf Nordwest mit dem Tidehochwasser zusammen. Die nachfolgende weitere Zunahme des Windes behindert das Abfließen des Wassers aus der Emsmündung. Das Tideniedrigwasser Tnw um Mitternacht liegt für Borkum mehr als 2 m über dem mittleren Tnw. Im Laufe der folgenden Stunden nimmt der Wind aus nördlichen Richtungen weiter zu und drückt das Wasser gegen die niedersächsische Nordseeküste. Der relativ rasch ansteigende Wasserstand bleibt mit NN + 3,86 m auf Borkum nur 20 cm unter dem höchsten gemessenen Wasserstand HHThw von 1906.
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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 9
Historische Sturmfluten an der Ems: TOP5 Borkum Sturmflutscheitelwasserstand HThw [mNN] (Messung)
Papenburg
mNN
Pogum
mNN
Emden
mNN
Knock
mNN
Delfzijl
mNAP
Borkum
mNN
3,403,964,294,004,58 *3,35
5,85
4,514,464,354,084,254,83 *
5,95
13.03.1906 5,24 (*) 5,18 * - 4,06 *16./17.02.1962 4,92 4,76 4,47 3,80 03./04.01.1976 4,50 4,30 4,08 3,45
21.01.1976 4,49 4,38 4,08 3,4228.01.1994 4,77 4,62 4,39 3,4401.11.2006 5,32 * 5,17 ** 5,01 3,86
BWst(2007) 6,31 6,12 NLWKN NLWKN
Einfluss des geschlossenen Emssperrwerkes?* HHThw ** Messung ergänzt vom WSA Emden wegen Geräteausfallaus: Gewässerkundliches Jahrbuch 2002, Generalplan Küstenschutz 2007, Messungen WSA Emden, NLÖ – FSK
Hinweis: Wasserstände wurden nicht mit dem beobachteten Meeresspiegelanstieg von ca. 25 cm / 100 Jahre korrigiert
Nordsee
Gemessene Sturmflutscheitelwasserstände HW bezogen auf NN historischer Sturmfluten an ausgewählten Pegeln der Ems. Die HHThw sind kursiv geschrieben. Die Messung Emden vom 1. November 2006 musste auf Grund eines Geräteausfalls vom WSA Emden ergänzt werden. Grundlage für die Deichhöhe ist der Bemessungswasserstand BWst.
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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 10
Analyse der Sturmflut 1. November 2006 in der Ems
HN - Model: UnTRIM2004 (2D Salz)
Randwerte:
• Wind: Vorhersage LME des DWD
• Oberwasserzufluss Q(t):
Messung (30 m3/s)
• Rand zur Nordsee h(t):
Nordseemodell der BAW
• Emssperrwerk:
1. am 1. Nov. 2006 geschlossen von 4:50 h bis 9:10 h
2. permanent offen
3. Schließen in strömungs-armer Situation
h(t)
Q(t)
Wind(t)
Emssperrwerk
Auf der Grundlage des numerischen Verfahrens UnTRIM (Casulli und Walters, 2000) wird ein HN - Modell der Ems eingesetzt, das sowohl die Außenems bis Borkum, das Emder Fahrwasser und den Dollart als auch die Unterems bis zum Wehr Herbrum umfasst.
Zur Modellierung einer Sturmflut in einem Ästuar werden Informationen •über die Windentwicklung über dem Ästuar,•über die Wasserstandsentwicklung auf dem Rand zur Deutschen Bucht und •über den Oberwasserzufluss benötigt. Die Windfelder für den Untersuchungszeitraum 5. Allerheiligenflut wurden vom DWD bereitgestellt. Die Wasserstandsentwicklung in der Deutschen Bucht berechnete das Nordseemodell der BAW. Die Messung des Oberwasserabflusses bei Versen stellte das WSA Meppen zu Verfügung.
Das Emssperrwerk wird im HN – Modell zum einen wie in der Natur am 1. November zwischen 4:50 Uhr und 9:10 Uhr geschlossen und zum anderen permanent offen gelassen. Zusätzlich wird das Sperrwerk in einer strömungsarmen Situation geschlossen.
Zunächst wird ein Vergleich von gemessenem und modelliertem Wasserstand an den OrtenBorkum Fischerbalje, Knock, Emden und Gandersum gezeigt.
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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 11
SF06 Borkum Fischerbalje: Messung und Modell
02.11.200600:00:00
MEZ
01.11.200612:00:00
MEZ
01.11.200600:00:00
MEZ
31.10.200612:00:00
MEZ
31.10.200600:00:00
MEZ
30.10.200612:00:00
MEZ
30.10.200600:00:00
MEZ
5.5
5.
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4.
3.5
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2.5
2.
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0
-0.5
-1.
-1.5
Was
sers
tand
mN
N
HN - Modell: UnTRIM2004 (2D) ; Emssperrwerk: geschlossen bei NN + 3,50 m
Vergleich des gemessenen (rot) und des modellierten (schwarz) Wasserstandsverlauf am Pegel Borkum Fischerbalje in der Außenems.
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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 12
SF06 Knock: Messung und Modell
02.11.200600:00:00
MEZ
01.11.200618:00:00
MEZ
01.11.200612:00:00
MEZ
01.11.200606:00:00
MEZ
01.11.200600:00:00
MEZ
31.10.200618:00:00
MEZ
31.10.200612:00:00
MEZ
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5.5
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2.5
2.
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1.
0.5
0
-0.5
-1.
Was
sers
tand
mN
N
HN - Modell: UnTRIM2004 (2D) ; Emssperrwerk: geschlossen bei NN + 3,50 m
Vergleich des gemessenen (rot) und des modellierten (schwarz) Wasserstandsverlauf am Pegel Knock.
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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 13
SF06 Emden: Messung und Modell
02.11.200600:00:00
MEZ
01.11.200618:00:00
MEZ
01.11.200612:00:00
MEZ
01.11.200606:00:00
MEZ
01.11.200600:00:00
MEZ
31.10.200618:00:00
MEZ
31.10.200612:00:00
MEZ
6.
5.5
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2.5
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0.5
0
-0.5
-1.
Was
sers
tand
mN
N
Messung wegen Geräteausfall vom WSA Emden ergänzt
HN - Modell: UnTRIM2004 (2D) ; Emssperrwerk: geschlossen bei NN + 3,50 m
Vergleich des gemessenen (rot) und des modellierten (schwarz) Wasserstandsverlauf am Pegel Emden.
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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 14
02.11.200600:00:00
MEZ
01.11.200618:00:00
MEZ
01.11.200612:00:00
MEZ
01.11.200606:00:00
MEZ
01.11.200600:00:00
MEZ
31.10.200618:00:00
MEZ
31.10.200612:00:00
MEZ
6.
5.5
5.
4.5
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3.5
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2.5
2.
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0
-0.5
-1.
Was
sers
tand
mN
N
SF06 Emssperrwerk: Messung und Modell
gute Übereinstimmung Messung -- Modellergebnis!
Unterwasser Emssperrwerk
Oberwasser Emssperrwerk
HN - Modell: UnTRIM2004 (2D) ; Emssperrwerk: geschlossen bei NN + 3,50 m
Vergleich des gemessenen (rot) und des modellierten (schwarz) Wasserstandsverlauf im Unterwasser (durchgezogen) und im Oberwasser (gestrichelt) am Sturmflutsperrwerk Ems bei Gandersum.
An allen vier Orten findet man eine gute Übereinstimmung von Messung und Modellergebnis.
15
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 15
Sturmflutsperrwerk Ems bei Gandersum
0 10.00 km5.00
TopographiemNN
-25. 5. 0 -9. -17.
Nieuwe Statenzijl
DukeGat
Delfzijl Knock
Emden
Pogum SPW-Gandersum
Wasserstandsentwicklung während der Sturmflut 1. November 2006
. . . weiter mit Animation
Im folgenden wird eine Animation der Wasserstandsentwicklung am 1. November 2006 in diesem Ausschnitt gezeigt.
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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 16
SF06: Wasserstandsentwicklung Emssperrwerk OW und UW
HN - Modell: UnTRIM2004 (2D) ; Emssperrwerk: geschlossen bei NN + 3,50 m
01.11.200604:00:00
MEZ
01.11.200605:00:00
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01.11.200606:00:00
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01.11.200607:00:00
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5.5
6.W
asse
rsta
ndm
NN
Schließen 4:50 h Öffnen 9:10 h
Zur Einordnung der Zeiten ist hier der Wasserstandsverlauf am 1.11.2006 zwischen 4:00 Uhr und 10:00 Uhr (Animationszeitraum) dargestellt.
Das Sperrwerk wird bei Erreichen des Wasserstandes von NN + 3,50 m um 4:50 Uhr geschlossen und bei Erreichen des Binnenwasserstandes um 9:10 Uhr wieder geöffnet.
Das geschlossene Sperrwerk teilt die Ems in zwei Teile. Der Einfluss der Sturmflut auf die Wasserstände ist lediglich stromab des Sperrwerkes (hier schwarz) zu erkennen.
17
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 17
SF06: Wasserstandsentwicklung Emssperrwerk OW und UW
HN - Modell: UnTRIM2004 (2D) ; Emssperrwerk: offen; geschlossen bei NN + 3,50 m
Schließen 4:50 h Öffnen 9:10 h
01.11.200604:00:00
MEZ
01.11.200605:00:00
MEZ
01.11.200606:00:00
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01.11.200607:00:00
MEZ
01.11.200608:00:00
MEZ
01.11.200609:00:00
MEZ
01.11.200610:00:00
MEZ
0
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4.
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5.5
6.W
asse
rsta
ndm
NN
permanent offen
Zusätzlich ist die Wasserstandsentwicklung im Sperrwerksbereich bei permanent offenem Sperrwerk (blau) eingezeichnet.
Betrachtet man die Differenz des Wasserstandsverlaufes „geschlossenes“ minus „offenes“ Sperrwerk in der Animation, so erkennt man das Entstehen einer Sunk- und Schwallwelle zum Schließzeitpunkt.
18
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 18
01.11.200604:00:00
MEZ
01.11.200605:00:00
MEZ
01.11.200606:00:00
MEZ
01.11.200607:00:00
MEZ
01.11.200608:00:00
MEZ
01.11.200609:00:00
MEZ
01.11.200610:00:00
MEZ
00.5
1.1.5
2.2.5
3.3.5
4.4.5
5.5.5
6.W
asse
rsta
ndm
NN
01.11.200604:00:00
MEZ
01.11.200605:00:00
MEZ
01.11.200606:00:00
MEZ
01.11.200607:00:00
MEZ
01.11.200608:00:00
MEZ
01.11.200609:00:00
MEZ
01.11.200610:00:00
MEZ
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.
1.2
1.4
1.6
1.8
2.
Stro
emun
gsge
schw
indi
gkei
tm
/s
SF06: Wasserstand (oben) und Strömung(unten) Emssperrwerk OW und UW
HN - Modell: UnTRIM2004 (2D) ; Emssperrwerk: offen; geschlossen bei NN + 3,50 m
Schließen 4:50 h Öffnen 9:10 h
permanent offen
Flutstrom Ebbstrom
~ 1 m
~ 1.6 m/s
Zum Schließzeitpunkt bei einem Wasserstand von NN + 3,50 m, herrscht im Sperrwerksbereich Flutstrom mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,6 m/s (querschnittsgemittelt).
19
BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 19
01.11.200604:00:00
MEZ
01.11.200605:00:00
MEZ
01.11.200606:00:00
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2.
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/s
SF06: Wasserstand (oben) und Strömung (unten) Emssperrwerk OW und UW
HN - Modell: UnTRIM2004 (2D) ; Emssperrwerk: offen; geschlossen bei NN + 3,50 m
Schließen 4:50 h Öffnen 9:10 h
permanent offen
Flutstrom Ebbstrom
~ 1 m
~ 1.6 m/s
10. Plötzlich veränderliche instationäre Strömungen in offenen Gerinnen 10.1.3 Stoßwellen -- Schwallwellen im Oberwasserkanal (aus: Technische Hydrodynamik, Bollrich)
Werte aus Modelllauf • Durchflussänderung: 6000 m3/s• Geschwindigkeitsänderung: 1,6 m/s• Querschnitt: 7000 m2ergibt:• Stauschwallhöhe: 1 m
Die Stauschwallhöhe kann aus der Durchflussänderung, der Geschwindigkeitsänderung und dem durchströmten Querschnitt berechnet werden.Für die Situation am 1.11.2006 ergibt sich aus den Modellergebnissen eine Stauschwallhöhe von 1 m.Die in der Natur beobachtete Stauschwallhöhe betrug ebenfalls ca. 1 m (siehe Folie 14).
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BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 20
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~ 75 min ~ 50 min
SF06: Wasserstandsentwicklung Emssperrwerk UW
HN - Modell: UnTRIM2004 (2D) ; Emssperrwerk: offen; geschlossen bei NN + 3,50 m
Schließen 4:50 h Öffnen 9:10 h
permanent offen
In der Animation ist zusätzlich eine Schwingung des Wassers im Dollart zu erkennen.
Im oberen Teil der Folie ist die Wasserstandsentwicklung am Emssperrwerk für geschlossenes (schwarz) und offenes (blau) Sperrwerk dargestellt.Im unteren Teil ist die Differenz beider Wasserstandsverläufe (geschlossen minus offen) dargestellt.
Am Sperrwerk erkennt man ein Maximum im Wasserstand zum Schließzeitpunkt sowie ein weiteres Maximum nach ca. 75 Minuten und ein drittes Maximum nach ca. 50 Minuten.
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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 21
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~ 75 min ~ 50 min
SF06: Wasserstandsentwicklung Emssperrwerk UW
HN - Modell: UnTRIM2004 (2D) ; Emssperrwerk: offen; geschlossen bei NN + 3,50 m
Schließen 4:50 h Öffnen 9:10 h
permanent offenEigenschwingung des Dollart Seiches (Merian, 1828)
• für L = 10000 m und H = 2 m : τ = 74 min• für L = 10000 m und H = 3 m : τ = 60 min• für L = 10000 m und H = 4 m : τ = 52 min• für L = 10000 m und H = 5 m : τ = 47 min• für L = 10000 m und H = 6 m : τ = 43 min
gHL2
=τ
Mit der von Merian (1828) angegebenen Formel kann die Periode τ der Eigenschwingung des Dollarts für unterschiedliche Wassertiefen H abgeschätzt werden.Die Schwallwelle regt den Dollart zu einer Eigenschwingung an.Mit zunehmendem Wasserstand wird die Periode kleiner.
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BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe • Hamburg • Ilmenau
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NEffekt des geschlossenen Emssperrwerkes
Schliesszeitpunkt Emssperrwerk: bei Flutstrom
• plötzliche Änderung Strömungsgeschwindigkeit:
Schwallwelle stromab Emssperrwerk
(Sunkwelle stromauf Emssperrwerk)
• Schwallwelle induziert Seiches im Dollart
► Wasserstandszunahme stromab Emssperrwerk
schliesse Emssperrwerk
Wasserstand = NN + 3,50 m
offen / zu / zu bei NN + 3,50m
Dollart
offen / zu
Der Schließzeitpunkt des Emssperrwerkes bei NN + 3,50 m Wasserstand liegt am 1. November 2006 bei Flutstrom.
Die plötzliche Änderung der Strömungsgeschwindigkeit erzeugt eine Schwallwelle stromab des Sperrwerkes, sowie eine Sunkwelle stromauf des Sperrwerkes.
Die Schwallwelle regt den Dollart zu seiner Eigenschwingung an.
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BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 23
Sturmflutscheitelwasserstand HW am 1. November 2006mit Emssperrwerk
SPWoffen (links) und SPWzu350 (rechts)
Topographie
-4.
3. 3.
5.1
5.0
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4 .8
4
. 7
4.6
4.5
4.4
Topographie
-4.
3. 3.
5
.5
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5.4
5.3
5.2
5.1
5.0 4
.9
4.8
4.7
4.6
4.5
4.4
1 Farbstufe = 10 cm
5 m 5 m
Emden Emden
Dollart Dollart
HN - Modell: UnTRIM2004 (2D)
Links: Sturmflutscheitelwasserstand HW zwischen Dukegat und Gandersum am 1. November 2006 bei offenem Sperrwerk . Eine Farbstufe entspricht 10 cm. Rechts: Sturmflutscheitelwasserstand HW zwischen Dukegat und Gandersum am 1. November 2006 bei geschlossenem Sperrwerk . Eine Farbstufe entspricht 10 cm.
Bei geschlossenem Sperrwerk ist der Sturmflutscheitelwasserstand zwischen Ganderum und Knock höher als bei offenem Sperrwerk.
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BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 24
Änderung des Sturmflutscheitelwasserstand am 1. November 2006
HW SPWoffen (links) und dHW (SPWzu350 – SPWoffen) (rechts)
Topographie
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3. 3.
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4
.7
4.6
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Topographie
-4.
-0.5 -0.2
0.3
0.3
0.26
0.26 0.26
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0.1
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1 Farbstufe = 4 cm1 Farbstufe = 10 cm
Emden: ~ + 25 cm5 m
Emden
HN - Modell: UnTRIM2004 (2D)
Links: Sturmflutscheitelwasserstand HW zwischen Dukegat und Gandersum am 1. November 2006 bei offenem Sperrwerk . Eine Farbstufe entspricht 10 cm. Rechts: Änderung des Sturmflutscheitelwasserstandes durch das geschlossene Sperrwerk. Eine Farbstufe entspricht 4 cm.
Die größten Änderungen im Sturmflutscheitelwasserstand werden durch das geschlossene Sperrwerk zwischen Gandersum und Pogum erzeugt.Im Dollart und im Emder Fahrwasser erhöht sich der Sturmflutscheitelwasserstand um 20 cm bis 30 cm. Zwischen Knock und Dukegat nehmen die Änderungen ab und sind bei Dukegat nicht mehr zu erkennen.
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BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 25
Zusammenfassung:Untersuchungen zur Kehrung der 5. Allerheiligenflut mit dem
Emssperrwerk
Wodurch wurden die hohen Wasserstände am 1. Nov. 2006 hervorgerufen? • verwende HN - Modell UnTRIM2004 • berechne Wasserstand für
– geschlossenes Emssperrwerk– offenes Emssperrwerk
Ergebnis:• Borkum / Außenems:
– nur Sturmtief Britta• Unterems stromab Emssperrwerk
– Sturmtief Britta und– durch geschlossenes Emssperrwerk
• stromauf Emssperrwerk– niedrige Wasserstände durch geschlossenes Emssperrwerk!
Die detaillierte Analyse der Sturmflut vom 1. November 2006 zeigte, dass die sehr hohen Wasserstände in der Außenems und z. B. auf Borkum ausschließlich durch den Sturm über der Nordsee verursacht wurden. Das Schließen des Sturmflutsperrwerkes Ems bei Gandersum führte jedoch zu einer Erhöhung der Sturmflutscheitelwasserstände zwischen Dukegat und Gandersum.Die niedrigen Wasserstände stromauf von Gandersum werden, wie geplant, durch das geschlossene Sperrwerk hervorgerufen.
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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Gandersum: UnTRIM2D SPW offen, UnTRIM2D SPW zu350, UnTRIM2D SPW zuKEbbe
Vergleich 2 Schließzeitpunkte:
Wasserstand NN + 3,50 ,
strömungsarm: Kenterpunkt Ebbe
In einem weitern Modelllauf wurde das Emssperrwerk in einer strömungsarmen Situation, bei Kenterung Ebbe am 1.11.2006 um 1:30 Uhr, geschlossen (blau).Dadurch kann das Entstehen der Schwallwelle verhindert werden.
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Effekt des geschlossenen Emssperrwerkes - Gedankenspiele
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geschlossenes Emssperrwerk:
geringere Energiedissipation der Tidewelle
• verkürzte Unterems
• geringere Strömungsgeschwindigkeiten
Tidewelle wird bereits am Sperrwerk reflektiert
► Zunahme des Wasserstands stromab des
Emssperrwerkes
schließe in strömungsarmer Situation, Kenterung Ebbe
offen / geschlossen
offen
Dollart
Das Schließen des Emssperrwerkes führt ( - unabhängig vom Schließzeitpunkt -) zu einer geringeren Energiedissipation der Tidewelle, da die Unterems deutlich verkürzt wird, und im Emder Fahrwasser bei geschlossenem Sperrwerk niedrigere Strömungsgeschwindigkeiten herrschen.
Die geringere Energiedissipation führt zu einer Zunahme des Wasserstandes stromab des Sperrwerkes.
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BAW DH - 2009-11 Folie-Nr. 29
0,00
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2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Ems - Kilometer
[ mNN
] UTR SF06offen UTR SF06zuimmer
UTR SF06zu350 UTR SF06zuKebbe
ELP-KUKA-KM107-FA-VA Hochwasserstand HW ( 01.11.2006-00:00:00 bis 01.11.2006-15:00:00 )
GebietTeilgebietName der StudieArt der Datengenerierung
::::
Ems-AestuarAussenems bis Herbrum5. AllerheiligenflutHN-Verfahren UnTRIM2D
erstellt am : 27.11.07
Pape
nbur
g
Gan
ders
um
Duke
gat
Emde
n
Knoc
k
Bork
um
SF06: Sturmflutscheitelwasserstand HW in Abhängigkeit vom Schließzeitpunkt
Nordsee
Sturmflutscheitelwasserstand HW für die Sturmflut 1.November 2006 entlang eines Längsprofiles in der Ems zwischen Herbrum und Hubertgat.Dargestellt sind die Ergebnisse von vier Schließszenarien: -offenes Sperrwerk, -schließe bei Wasserstand NN + 3,50 m,-schließe bei Kenterung Ebbe sowie-permanent geschlossenes Sperrwerk.
Durch das Schließen bei Kenterung Ebbe wird das Entstehen der Schwallwelle verhindert. Dies führt im Bereich Gandersum bis Pogum zu niedrigeren Sturmflutscheitelwasserständen.
Für den Bereich Gandersum bis Knock erhöhen sich die Sturmflutscheitelwasserstände bei allen Schließszenarien um 20 – 30 cm.