Forschung und Entwicklung
Als technisch-wissenschaftliche Bundesoberbehörde führt die Bundesanstalt für Wasserbau verkehrswasserbauliche Forschung und Entwicklung auf den Gebieten der Bautechnik, der Geotechnik und des Wasserbaus im Binnen- und Küstenbereich durch. Die angewandte, praxisorientierte Forschung im Sinne einer Ressortforschung ist als aktive Nahtstelle zwischen der wissenschaftlichen Grundlagenforschung und der Praxis auf Entscheidungshilfen zur sachgemäßen Erfüllung verkehrswasserbaulicher Fachaufgaben ausgerichtet.
Mit den Forschungs- und Entwicklungsvorhaben im Bereich Wasserbau werden vor allem die Methoden und Verfahren zur Optimierung der Binnen- und Seeschifffahrtstraßen unter Einsatz innovativer Mess- und Informationstechnik (vom Messwertgeber bis zum Hochleistungsrechner) bereit gestellt. Für die mathematische und physikalische Modellierung wird eine besondere Fertigungstiefe gewährleistet. Derzeitige Vorhaben befassen sich u. a. mit Fragen des Sedimentmanagements, technologischen Entwicklungen zur Führung von Schiffen, der hydraulischen Optimierung von Wasserbauwerken, der ökologischen Durchgängigkeit von Wasserstraßen sowie Maßnahmen zur Anpassung der Wasserstraßen an mögliche klimabedingte Veränderungen.
- Numerische Modellierung von Transportkörpern (Dünen) in Binnenwasserstraßen
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Die Möglichkeiten und Grenzen der numerischen Modellierung von Transportkörpern/Dünen mittels Feststofftransportmodell werden untersucht. Mit den in der BAW verwendeten numerischen Verfahren (Telemac3D, Sisyphe) sollen Dünen direkt (d.h. ohne Parametrisierungen) simuliert und so die Prognosefähigkeit der Verfahren verbessert werden.
Projektleitung: Goll, Annalena - Untersuchungen zur Sohl- und Uferbeanspruchung aus Schlagflächenantrieben
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Untersucht wird der Schwanzflossenantrieb als alternative Antriebsart, die im Vergleich zu Propellerantrieben kleinere propulsionsbedingte Belastungen aufweisen soll. Dazu wurde ein Schlagflächenroboter gebaut, an dem die Untersuchungen bezüglich des Wirkungsgrades im stehenden und strömenden Wasser durchgeführt werden.
Projektleitung: Söhngen Prof.-Dr. - Auffindbarkeit von Fischaufstiegsanlagen
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Zentrale Fragestellung für funktionstüchtige Fischaufstiegsanlagen ist die Auffindbarkeit für wanderwillige Fische. Ziel des Projektes ist es, für die Verhältnisse an Bundeswasserstraßen, Bemessungskriterien für die Erzeugung einer signifikanten Leitströmung und zur Dimensionierung des Einstieges in die FAA abzuleiten.
Projektleitung: Kampke, Wolfgang - Untersuchungen zur Herstellung bzw. Verbesserung der Sedimentdurchgängigkeit an der Staustufe Iffezheim
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Die Verminderung der Strömungsgeschwindigkeiten oberhalb von Staustufen verursacht häufig wiederkehrende Anlandungen, die zu negativen Auswirkungen auf Betrieb und Sicherheit führen können. Ziel ist es, ein zuverlässiges Prognosewerkzeug zur Planung von Maßnahmen zur Reduktion der Sedimentationsraten zu entwickeln.
Projektleitung: Wahrheit-Lensing - Integration mehrdimensionaler Modelle in GBBSoft
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Gegenüber der aktuellen Bemessungssoftware GBBSoft erlaubt das zweidimensionale Modell in vielen Fällen genauere Aussagen über schiffsinduzierte Wellen und Fließgeschwindigkeiten. Die daraus ermittelte erforderliche Steingröße bzw. Deckwerkdicke wird somit realistischer eingeschätzt, was die Überdimensionierung der Deckwerke vermeidet.
Projektleitung: Doychev, Svetlana - Entwicklung eines vereinfachten Füllsystems für Sparschleusen
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Für Sparschleusen mit großer Hubhöhe hat sich in Deutschland ein Füllsystem mit einer Druckkammer unter der Schleusenkammer als einfache Gestaltungsvariante bewährt. Der Einlaufbereich in die Druckkammer wird dabei mit tiefliegenden Umläufen gestaltet, um ein Einziehen von Luft in das Füllsystem zu verhindern. Im Rahmen des F+E Projektes wird ein wirtschaftlicheres Füllsystem untersucht, welches durch eine direkte Füllung der Druckkammer über ein Drucksegmentobertor auf Umläufe verzichten kann.
Projektleitung: Thorenz Dr., C. - Weiterentwicklung der Methoden zur Analyse von Simulationsergebnissen
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Das Systemverhalten von Ästuaren kann durch verschiedene Kennwerte (Thw, Tnw, Thb, etc.) geeignet beschrieben werden. Mit Übergang zu Modellverfahren mit subgridskaliger Bathymetrie müssen die vorhandene Analysemethoden erheblich überarbeitet werden. Ferner sollen die Methoden optimiert und das Dateiformat NetCDF benutzt werden.
Projektleitung: Lang Dr., Günther - Berücksichtigung dreidimensionaler Strömungseffekte und Transportphänomene in morphodynamischen Modellen von Binnenwasserstraßen
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Dreidimensionale Strömungsmodelle erlauben eine bessere Erfassung der morphologischen Prozesse. Da der Strömungsangriff und das Bewegungsverhalten der Sohlpartikel statistisch verteilte Größen darstellen, werden im Kontext der dreidimensionalen Modellierung auch deterministische und stochastische Methoden untersucht.
Projektleitung: Wenka Dr., Thomas - Schiffserzeugter Sedimenttransport in Seeschifffahrtsstraßen
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Im Rahmen der Betrachtung des tidebedingten Sediment- und Schwebstofftransports in den Seeschifffahrtsstraßen stellte sich die Frage nach dem Anteil von Schiffspassagen am residuellen Sedimenttransport. Diese Fragestellung ist im Rahmen der Fachaufgabe Wechselwirkung Seeschiff / Seeschifffahrtsstraße zu bearbeiten.
Projektleitung: Uliczka Dr., K. - Schiffserzeugte langperiodische Belastung zur Bemessung der Deckschichten von Strombauwerken an Seeschifffahrtsstraßen
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Nach Stand von Technik und Wissenschaft liegen für die Bemessung von Leitdämmen und Buhnen an Seeschifffahrtsstraßen keine Ansätze für instationäre, langperiodische schiffserzeugte Lastfälle vor. Fundierte Grundlagen für eine fachlich abgesicherte und nachhaltige Bemessung sind zu erarbeiten.
Projektleitung: Uliczka Dr., K. - Erweiterung des Binnenschiffsführungssimulators um die Berechnung schiffsinduzierter Wellen und Verbesserung des fahrdynamischen Modells
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Das Schiffsgrößenwachstum bei gleichen Wasserstraßenabmessungen erhöht die Anforde-rungen an die nautischen Fähigkeiten von Schiff und Schiffsführung. Für die Bewertung der Sicherheit und Leichtigkeit von Manöversituationen wird ein Schiffsführungssimulator um hochauflösende fahrdynamische Modellverfahren erweitert.
Projektleitung: Dettmann, Thorsten - Hydraulische Dimensionierung von Fischaufstiegsanlagen
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Die hydraulische Bemessung von Fischaufstiegsanlagen erfolgt in der Regel vereinfacht auf Grundlage der maximalen Geschwindigkeit und der durchschnittlichen Kennzahl der Energiedissipation, ohne derengegenseitigen Einfluss zu berücksichtigen. Durch hochaufgelöste Strömungsmessungen soll dieser Einfluss ermittelt werden, um ihn bei der
Bemessung einzubeziehen.
Projektleitung: Weichert, Dr. - Effizienz- und Genauigkeitssteigerung der Modellierung der Hydrodynamik der Flüsse mit einem kombinierten Multigrid- und Subgrid-Ansatz
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Das Projekt zielt auf eine Steigerung der Effizienz und Genauigkeit der Modellierung der Hydrodynamik der Flüsse bei gleichzeitig möglichst genauer und korrekter Abbildung aller relevanten physikalischen Prozesse. Hierbei soll eine Kombination aus den bereits bekannten Multgrid-Ansätzen und dem Subgrid-Ansatz (Casulli, 2009) entwickelt werden.
Projektleitung: Patzwahl Dr., R. - Marine Daten-Infrastruktur Deutschland; Vorhaben: Küsteningenieurwesen und Küstenschutz
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Marine Dateninfrastruktur Deutschland - MDI-DE
Die MDI-DE ist ein Netzwerk, in dem Bundes- und Länderbehörden ihre Daten und Informationen zusammenführen und zugänglich machen. Das gemeinsame Portal dieses übergreifenden nationalen Meeres- und Küsteninformationssystems verwendet standardisierte Internet-Technologien mit Metadaten und Web-Services.
Projektleitung: Lehfeldt Dr., R. - Schiffsführungssimulation der Revierfahrt (SFS-R)
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Ziel des Projektes SFS-R ist die Verfeinerung bestehender Manövriermodelle für die Fahrt in flachem und seitlich begrenztem Wasser. Schiffsführungssimulatoren wurden für die Ausbildung nautischen Personals entwickelt, sind aber mittlerweile ein fester Bestandteil einer Bemessung geplanter Seeschifffahrtsstraßen oder einer Befahrbarkeitsanalyse.
Projektleitung: Böttner Dr., C.-U. - Numerische Berechnung der Schiffshydrodynamik und Manövrierfähigkeit im Flachwasser (SHD-F)
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Das Ziel des Projektes SHD-F ist die Entwicklung von mathematisch numerischen Verfahren und Methoden zur Erlangung einer detaillierten Kenntnis der Flachwasser- Fahrdynamik von Seeschiffen. Die Modellierung der Schiffsdynamik im Flachwasser wird benötigt zur Verwendung in Schiffsführungssimulationen bei Revierfahrt und darüber hinaus in allen Fragen zur Schiffsdynamik im Rahmen der fachlichen Beratung der WSV, beispielsweise bei Tidefahrplänen.
Projektleitung: Böttner Dr., C.-U. - Adaptierung und Erweiterung von Casulli-Algorithmen für Parallelrechner mit Hardware- Beschleunigung und zur Anwendung von konservativen Advektionsverfahren
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Das Ziel des Vorhabens ist Erarbeitung und Anwendung neuer
Programmierparadigmen im Hochleistungsrechnen durch die Adaptierung von Casulli-Algorithmen für kommende Parallelrechner-Architekturen mit
Hardware-Beschleunigung. Zusätzlich sollen die vorhandenen
Advektionsverfahren für alle Abflussarten angepasst werden.
Projektleitung: Jankowski Dr., J. - Klimzug-Nord "Strategische Anpassungsansätze zum Klimawandel in der Metropolregion Hamburg"
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KLIMZUG-NORD hat zum Ziel, Techniken und Methoden zu entwickeln zur Minderung der Klimafolgen und der Anpassung von Gesellschaft und Ökonomie an die erhöhten Risiken durch den Klimawandel in der Metropolregion Hamburg. Es wird ein integraler Ansatz verfolgt aus u. a. Ästuarmanagement, Stadtentwicklung und Naturschutz.
Projektleitung: Winkel Dr., N. - KLIWAS-K3
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Es werden Simulationen von heutigen und möglichen zukünftigen Zuständen von mittleren und extremen Ereignissen an Nord- und Ostsee sowie den deutschen Ästuare durchgeführt. Durch einen Vergleich der Ergebnisse mit Hilfe von Kennwerten lässt sich die Betroffenheit der Wasserstraßen gegenüber klimabedingten Änderungen abschätzen.
Im Rahmen des Forschungsprogramms zur Klimaanpassung für Schifffahrt und Wasserstraßendes BMVBS. Projekt gemeinsam mit BfG, BSH und DWD.
Projektleitung: Winkel Dr., N. - Verkehrswasserbauliche Regelungs- und Anpassungsoptionen an klimabedingte Veränderungen des Abflussregimes
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Ziel dieses Projektes ist es, wasserbauliche und wasserwirtschaftliche Maßnahmen zu identifizieren und zu bewerten, mit denen in klimabedingt ggf. häufiger und länger anhaltenden Niedrigwasserperioden zusätzliche Wassertiefe für die Schifffahrt in frei fließenden Wasserstraßen zur Verfügung gestellt werden kann.
Projektleitung: Schröder Dr., M. - Ermittlung notwendiger Fahrrinnenbreiten für eine sichere und leichte Schifffahrt
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Zur Einschätzung der Möglichkeiten und Grenzen von Anpassungsoptionen an den Klimawandel werden mit Hilfe fahrdynamischer Modelle Fahrrinnenmindestbreiten für eine sichere und leichte Schifffahrt sowie deren Sensitivität bzgl. des Wasserstands und der Nutzung von Autopiloten und verbesserter Informationssysteme untersucht.
Projektleitung: Paprocki, Michael - Bemessung und Konstruktion von Schlauchwehren
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Ziele des Projektes sind die Weiterentwicklung der Technologie (Optimierung der Füll- und Entleersysteme, automatische Abfluss- und Stauzielregelung, hydraulische Optimierung, Werkstoffanforderungen) und die Erstellung eines Merkblattes mit Grundlagen und Anforderungen an die hydraulische und statische Bemessung.
Projektleitung: Gebhardt Dr., M. - Wechselwirkung Seeschiff/Seeschifffahrtsstraße - Schiffsdynamik
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Die weltweite Entwicklung des Container-Verkehrs mit lange Zeit ungebrochenen großen Zuwachsraten führte zum Einsatz immer größerer Containerschiffe. Inzwischen sind zahlreiche Containerschiffe mit einer Kapazität von 8.000 TEU bis 12.000 TEU in Dienst gestellt. Ziel ist es, durch gezielte Untersuchungen Grundlagen für die Fahrt dieser Fahrzeuge unter extremen Flachwasser-Bedingungen in seitlich begrenzten Fahrwassern (Zulassung und Bemessung) zu erarbeiten.
Projektleitung: Uliczka Dr., K. - Untersuchung der Prognosefähigkeit von mehrdimensionalen Feststofftransportmodellen an spezifischen Fragestellungen aus dem Flussbau
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Die Prognosefähigkeit von mehrdimensionalen Feststofftransportmodellen soll anhand von praxisrelevanten Fragestellungen nachgewiesen und verbessert werden. Zentral ist dabei der Nachweis von Anwendbarkeit, Grenzen und Zuverlässigkeit der Modelle durch Verifikation und Validierung anhand geeigneter Fallstudien.
Projektleitung: Kopmann Dr., R. - Mindestabstände Schiff - Sohle zur Vermeidung von Steinschlägen
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Bei einer grobkörnigen Gewässersohle, wie sie z. B. bei einer Grobkornanreicherung als Erosionsschutzmaßnahme vorkommt, können Steine in die Schiffspropeller gesogen werden und Schäden an den Schiffspropellern verursachen. Die Ursachen des Ansaugens und Empfehlungen für zulässige Korngrößen sind wesentliche Ziele des Vorhabens.
Projektleitung: Söhngen Prof.-Dr. - Wartezeiten vor Engstellen
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Zur volkswirtschaftlichen Bewertung schifffahrtlicher Engpässe, z. B. in der Gebirgsstrecke des Rheins, sind mögliche Wartezeiten vor Engstellen zu ermitteln. Hierzu wird der Schiffsverkehr mit Überholungen und Begegnungen auf der Grundlage von Monte-Carlo-Simulationen abgebildet.
Projektleitung: Söhngen Prof.-Dr. - Einwirkung des Propellerstrahls auf die Gewässersohle
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Infolge größerer und stärker motorisierter Schiffe werden Sohle und Ufer von Binnenwasserstraßen zunehmend durch Schraubenstrahlen belastet. Vorhandene Berechnungsansätze zur Erosion durch Propellerstrahlen und zur Deckwerksbemessung sollen durch experimentelle und numerische Untersuchungen überprüft und verbessert werden.
Projektleitung: Spitzer, Detlef - Einfluss der Vorlandvegetation auf den Hochwasserabfluss und die Sohlstablität in Bundeswasserstraßen
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Die Berücksichtigung ökologischer Ziele bei Ausbau und Unterhaltung von Bundeswasserstraßen erfordert eine zuverlässige Ermittlung des Strömungswiderstands von über- und durchströmter Vorlandvegetation, um deren Einfluss auf Hochwasserabfluss und Sohlstabilität in numerischen Modelluntersuchungen zu erfassen.
Projektleitung: Schröder Dr., M. - Hydraulische Wirkung von Stromregelungsbauwerken
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Obwohl Stromregelungsbauwerke, wie Buhnen und Parallelwerke, seit langer Zeit im Einsatz sind, gibt es noch viele offene Fragen zu ihrer hydraulischen und morphologischen Wirkung. Prozesse in Buhnenfeldern oder hinter Parallelwerken sind bisher nur bedingt physikalisch oder numerisch modellierbar. Natur- und Modelluntersuchungen sollen helfen, Wissensdefizite abzubauen.
Projektleitung: Hentschel, Bernd - Optimierung der Befahrkeit von Flüssen
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Durch Kopplung eines hydronumerischen Abflussmodells mit einem fahrdynamischen Bewegungsmodell kann die Befahrbarkeit eines Flusses simuliert und ein Befahrbarkeitspotenzial für den Fluss erstellt werden. Auf dieser Basis können durch eine Engpassanalyse Maßnahmen zur Optimierung der Befahrbarkeit abgeleitet werden.
Projektleitung: Dettmann, Thorsten
