Lasteinwirkung auf eine Strömungsumlenkwand

Der Hamburger Hafen ist gleichzeitig Wahrzeichen und wirtschaftlicher Motor der freien Hansestadt Hamburg. Er ist nicht nur weltweit einer der größten Containerhäfen, sondern wird auch von Touristen als Ausflugsziel wahrgenommen. Den Umständen entsprechend ergibt sich auf der Elbe um Hamburg ein hohes Schiffsaufkommen, welcher zu Wellenbelastungen an Ufern und Bauwerken im Hafen führt. Eines dieser Bauwerke ist die Strömungsumlenkwand „Köhlfleet“ im Einfahrtsbereich zum Finkenwerder Vorhafen bzw. Köhlfleethafen. Diese wurde als Prototyp Anfang der 90er Jahre in Modellversuchen am Franzius Institut für Wasserbau, Ästuar- und Küsteningenieurwesen der Leibniz Universität Hannover untersucht, und konnte die Sedimentationsrate an der Hafeneinfahrt zum Köhlfleethafen maßgeblich verringern. Die heutige Umlenkwand hielt deutlich länger als die für die Bemessung zu Grunde gelegte Lebensdauer erwarten ließ, jedoch kann die Standfestigkeit aufgrund der Alterung und der im Laufe der Jahrzehnte gestiegenen Belastungen durch schiffsinduzierte Wellen nun nicht mehr gewährleistet werden. Zur Ertüchtigung bedarf es daher angemessener Lastannahmen, die mit Hilfe eines numerischen Modells ermittelt werden sollen.

Das hierfür verwendete numerische Modell basiert auf den von Boussinesq 1877 entwickelten Gleichungen zur Beschreibung der horizontalen Wellenausbreitung für - zunächst - konstante Wassertiefen. Die Gleichungen wurden seitdem vielfach ergänzt und für komplexere Probleme weiterentwickelt und in numerische Modelle implementiert. Im Rahmen dieser Studie wird das von Volker Roeber (International Research Institute for Disaster Science IRIDeS, Tohoku Universität Sendai, Japan) entwickelte Modell BOSZ (Boussinesq Ocean and Surf Zone model) verwendet und am Franzius-Institut durch einen Druckterm in der Impulsgleichung erweitert, um Schiffswellen zu simulieren. Die Drucktermerweiterung wurde durch die Hamburg Port Authority (HPA) gefördert und mit Messfahrten zur Modellvalidierung unterstützt. Die HPA stellte eigens hierfür aufgenommene Messwerte zur Verfügung, die im November 2014 am Messpfahl Nienstedten aufgezeichnet wurden.

Die wissenschaftliche Studie umfasst die theoretischen Grundlagen des numerischen Modells sowie schiffsinduzierter Wellen und stellt die Verifizierung des Modells anhand der Messdaten dar. Auf Grund des implementierten Druckterms konnten die gemessenen Schiffswellen sehr gut simuliert werden und somit die Grundlage für die dynamische Lastanalyse für die Planungen der neuen Leitwand liefern.