Hydraulische Wirksamkeit getauchter Einzelfilter und Filtersysteme: Prozessbeschreibung und Modellbildung für ein innovatives Riffkonzept

Koether, Gunnar

doi:10.24355/dbbs.084-200511080100-532

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Hydraulische Wirksamkeit getauchter Einzelfilter und Filtersysteme : Prozessbeschreibung und Modellbildung für ein innovatives Riffkonzept

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Vor dem Hintergrund, dass 70 der weltweiten Sandküsten ständiger Erosion unterliegen, der Nutzungsdruck auf den Küstenraum und die Sorge um den Erhalt der Küstenökosysteme aber dramatisch steigen, gewinnen innovative Riffkonzepte zunehmend an Bedeutung für den Schutz gezeitenfreier Küsten. Getauchte Filtersysteme stellen zu den konventionellen geschütteten Unterwasserwellenbrechern eine attraktive Alternative dar. Sie können selektiv auf die ortspezifischen Anforderungen des Küstenschutzes angepasst werden, so dass ein „tuning“ der Wasserzirkulation und der Wellenunruhe im geschützten Bereich anhand der kontrollierbaren Bauwerksparameter möglich ist. Zudem sind sie ohne überhöhten Aufwand auch in größeren Wassertiefen installierbar. Anhand großmaßstäblicher Laborexperimente im Großen Wellenkanal in Hannover sind neben der Analyse der hydraulischen Wirksamkeit wesentliche Erkenntnisse über die Mechanismen der Wellendämpfung zunächst für getauchte Einzelfilter und anschließend für Zwei- bzw. Dreifiltersysteme abgeleitet und schrittweise in einem potenzialtheoretischen Berechnungsmodell umgesetzt worden. Als wesentliche Dissipationsprozesse sind dazu die Umströmung der einzelnen Dämpfungselemente und die Durchströmung durch die Schlitze der Filterstrukturen detailliert untersucht worden. Die Analyse der Prozesse erfolgte anhand der dazu besser geeigneten regelmäßigen Wellen. Für die ingenieurpraktische Anwendung wurden die Ergebnisse jedoch auf unregelmäßige Wellen übertragen, so dass die Bauwerksoptimierung frequenzabhängig für beliebige Seegangsparameter, Filterzahlen, Porositäten und Filterabstände hinsichtlich Wellenreflexion, - transmission und Energiedissipation durchgeführt werden kann.

Against the background that 70 of the world’s sandy coasts are affected by permanent erosion but the economic importance and the sustainability of the coast as a natural ecosystem are of increasing significance, artificial reefs and innovative reef concepts are getting more and more attractive for the protection of tide free coastlines. Therefore submerged filter systems are an interesting alternative to conventional rubble mound breakwaters. They can be adjusted to the local sea state and the requested local protection standard. The water circulation through the structure and the wave trouble in the sheltered area can be tuned by the structure parameters. More over they can be installed in deep water areas without the demand of too much money and engineering power. Based on large scale experiments, performed in the Large Wave Flume in Hannover, both the hydraulic performance and the knowledge of the main energy dissipation processes are analysed, firstly for submerged filter screens and following for submerged two and three filter systems. The important dissipation processes, the fluid flowing around each wave damping element of the screen and the streaming through each gap between them are analysed in detail. Stepwise a mathematical model based on potential theory is derived from these processes. For the investigation of hydraulic processes regular waves are suitable, but for engineering purposes, it was necessary to transform the mathematical approach to irregular waves. Together with the method of 'spectral wave approximation' submerged filter screens and filter systems can be optimised now for different sea state parameters, number of filter screens, porosities and filter spacing by a frequency dependent design process with regard to wave reflection, transmission and energy dissipation.