Anforderung der Seeschifffahrt - Optimale Nutzung der Bundeswasserstraße Elbe

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Anforderung der SeeschifffahrtOptimale Nutzung der Bundeswasserstraße ElbeDipl.-Ing. Jürgen Behm, Dipl.-Ing. Hanne Jansch

BAW Kolloquium 18. Juni 2015

Anforderung der SeeschifffahrtWSA HH / BAW · Dipl.-Ing. J. Behm / Dipl.-Ing. H. Jansch· 18. Juni 2015

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Hintergrund

• Die Unter- und Außenelbe ist alsSeeschifffahrtsstraße dem Allgemeingebrauchgewidmet.

• Die Wasser- und Schifffahrtsverwaltungdes Bundes (WSV) hat die Sicherheit-und Leichtigkeit des Schiffsverkehrssicher zu stellen.

• Örtlich zuständig sind die WSÄHamburg und Cuxhaven.

Fakten

Anforderung der Seeschifffahrt

Hamburg

Natürlicher Gewässerlauf:• Variierende Breiten des Gewässerbettes• aufgeweitete Kurvenverläufe• Nebenelben / Nebenflüsse


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HintergrundAnforderung der Seeschifffahrt

Fakten

Natürlicher Gewässerlauf:• Variierende Tiefen, selbst in der Fahrrinne.


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Fakten

• Schifffahrt auf der Unter- und Außenelbe


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Fakten

• Die Bemessung der Sollsohle der derzeitigen Fahrrinne (gemäßPlanfeststellungsbeschluss von 1999) sowie auch der zukünftigen Fahrrinne der Unter- undAußenelbe (gemäß Planfeststellungsbeschluss von 2012; derzeit noch nicht rechtskräftig)erfolgte unter anderem unter Verwendung des Tidefahrplanprogramms Elbe.

• Das Programm wird zudem im Tagesgeschäft beim Überprüfen der Anlaufbedingungensowie für das Anordnen von Befahrensrestriktionen für außergewöhnlich große Fahrzeuge(AGF), hier insbesondere großer Containerschiffe,

sowohl vom NvD in der Verkehrszentrale Brunsbüttelals auch im nautischen Büro des WSA Hamburg genutzt.


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• Maximale Tiefgänge für die AGF-Fahrzeuge(L.ü.A. >= 330,00 m oder größte Breite 45,00 m)

sind mit Bekanntmachung der GDWS Ast Nord Nr. 14.2.1.3.1 zu §30 (3) SeeSchStrOfür die tideunabhängigen Fahrt von und nach Hamburgauf maximal von 12,80 m festgelegt.

Tidefahrplanprogramm:• Bei Überschreitung dieser Längen- oder Breitenvorgaben wird der maximal zulässige

Tiefgang in dm-Schritten für die tideunabhängige Fahrt reduziert.

Z.B. erfolgt bei Schiffen bis 410 m Länge eine Abminderung des zulässigen Tiefgangsauf 11,80 m (einkommend und ausgehend).


Fakten


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• Maximale Tiefgänge für die AGF-Fahrzeuge(L.ü.A. >= 330,00 m oder größte Breite 45,00 m)

sind mit Bekanntmachung der GDWS Ast Nord Nr. 14.2.1.3.1 zu §30 (3) SeeSchStrOfür die tideunabhängigen Fahrt von und nach Hamburgauf maximal von 12,80 m festgelegt.

Tidefahrplanprogramm:• Bei Überschreitung dieser Längen- oder Breitenvorgaben wird der maximal zulässige

Tiefgang in dm-Schritten für die tideunabhängige Fahrt reduziert.

Z.B. erfolgt bei Schiffen bis 410 m Länge eine Abminderung des zulässigen Tiefgangsauf 11,80 m (einkommend und ausgehend).


Fakten


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Fakten

1668 1645 16641856

2190

418 530685

9071170

0

500

1000

1500

2000

2500

2011 2012 2013 2014 2015*

Anzahl der AGF-Fahrzeuge auf der Elbe

AGF gesammtAGF über 360 m Länge

Zählung der Einzelfahrten, Seeschiffe - Daten der GDWS teils aufbereitet durch das WSA HH

* Prognose


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Hintergrund

Fakt ist:• Der Schiffsverkehr hat sich in den letzten Jahren massiv

verändert.• Bei leicht abnehmender Anzahl an Fahrzeugen haben sich

vor allem Schiffslänge und Breite deutlich vergrößert.

Fakt ist aber auch:• Die Unterelbe hat sich von natürlichen

Veränderungsprozessen einmal abgesehen seit derFahrrinnenanpassung von 1999 nicht wesentlichverändert.

Fakten



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Anforderung

• Anpassung an die aktuelle Flottenstruktur von:• ….• Nautische Vorgaben / (Begegnungsbreiten)• Tidefahrplan

• optimale Ausnutzung der verfügbaren Fahrwassertiefe

Anforderung an die Wasser- und Schifffahrtsverwaltung



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• Programm Tidefahrplan Elbe zur Berechnung von:

• zulässigen tideunabhängige Tiefgängen

• zulässigen tideabhängige Tiefgängen

• Zeitfenstern in denen Schiffe die Unter- undAußenelbe sicher befahren können

Tidefahrplan ElbeGrundlagen

Anforderung der Seeschifffahrt Schiffspegel


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• Berechnungsgrundlage sind u.a.:

Tidefahrplan ElbeGrundlagen


• Parameter derWasserstraße• Topographie• Strömung• Dichte• …

• DynamischeFahrverhalten• Roll• Trimm• Squat• …


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Tidefahrplan Elbe

• Untersuchung des dynamischen Fahrverhaltens• Schwerpunkt Squat:

• Tatsächlicher Squat• Berechnung nach ICORELS

Schwerpunkt


Schiffslänge

Schiffsbreite

Blockkoeffizient

dichteabhängiger Tiefgang

Schiffsgeschwindigkeit

durch das Wasser

Wassertiefe

Tatsächlicher Squat - vertikale Höhenänderung mit dem Primärwellen System


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Tidefahrplan Elbe

• Notwendigkeit von:• revierspezifischen,• fachwissenschaftlich abgesichertenDaten zum dynamischen Fahrverhalten von aktuell auf derauf Unter- und Außenelbe verkehrenden größen- undTiefgangs relevanten Fahrzeugen.

• Explizite Messkampagne zur Validierung der Parameterund Berechnungsformeln des Tidefahrplans Elbe

• 7 Fahrzeugtypen x 3 Fahrten = 21 Messfahrten

Projekt zur Validierung des Tidefahrplans



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Tidefahrplan ElbeProjektstruktur


AuftraggeberWSA HH

AuftraggeberWSA HH

FachberaterBAW

FachberaterBAWSteuerungsgruppe

GDWS NordWSA HH

WSA CUXBAW

SteuerungsgruppeGDWS Nord

WSA HHWSA CUX

BAW

GeschäftsleitungBAW

VergabeKoordination

Qualitätssicherung

GeschäftsleitungBAW

VergabeKoordination

Qualitätssicherung

Auftragnehmervon Lieberman GmbH,

Hamburg

Auftragnehmervon Lieberman GmbH,

Hamburg

UnterauftragnehmerInstitut für Wasserbau,TU Hamburg-Harburg

UnterauftragnehmerInstitut für Wasserbau,TU Hamburg-Harburg


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Naturmessung

Ermittlung des dynamischen Fahrverhaltens

• Trimm• GNSS / GPS

• Roll• GNSS / GPS

• Tatsächliche Squat• GNSS / GPS• Pegel der WSÄ

Tidefahrplan Elbe - Messkampagne


GNSS / GPS Antenne


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Naturmessung

Ermittlung des rechnerischen Squat nach ICORELS

• Dichteabhängiger Tiefgang• CTD Sensor – Dichte• Proptel – BSH / BAW

• Geschwindigkeit durchs Wasser• Doppler Velocity Log – Strömung• Schiffseigene Daten• Proptel – BSH / BAW




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Naturmessung

Analyse des dynamischen Fahrverhaltens• Schiffseigene Daten

• Betriebstechnische Parameter• Ruderlage• Propellerdrehzahl• …

• Hydrodynamische Parameter• Blockkoeffizienten• Propellerdurchmesser• …




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Naturmessung

Analyse des dynamischen Fahrverhaltens• Nautische Parameter

• begegnende / überholende Schiffe

• Schiff-Schiff Interaktionen• Automatic Identification System (AIS)



STW Begegner = 5 m/s

STW = 8 m/s

KM 708 KM 709

Passierabstand ca. 125 mBegegnungsbreite 110 m


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Naturmessung

• Fachübergreifende Aufgabe:

• Vermessung

• Hydrographie

• Wasserbau

• Nautik

• Schiffbau

Tidefahrplan Elbe



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Ausgewählte ErgebnisseTatsächliche Squat am Heck: 14 Messfahrten


Qualitätsgesicherte Daten der BAW

Begegner


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Ausgewählte ErgebnisseTatsächliche Squat am Heck: 3 Messfahrten 1 Fahrzeugtyp




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Ausgewählte ErgebnisseSquat am Heck - Geschwindigkeit durchs Wasser : 3 Messfahrten 1 Fahrzeugtyp




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Ausgewählte ErgebnisseSquat am Heck - Tatsächlicher Kielfreiheit : 3 Messfahrten 1 Fahrzeugtyp




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Ausgewählte ErgebnisseFehlerbetrachtung Tatsächliche Squat am Heck: 3 Messfahrten 1 Fahrzeugtyp




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Zusammenfassung / Ausblick

Anforderung an die WSV• Anpassung des Tidefahrplans an die aktuelle Flottenstruktur zur:

• Sicherstellung der Sicherheit und Leichtigkeit des Schiffsverkehrs• optimierte wirtschaftliche Nutzung und Unterhaltung

Notwendigkeit von zuverlässigen, revierspezifischen Angaben zur Fahrdynamik!

Zwischenstand der Messkampagne• Individuelle Betrachtung der Schiffstypen entscheidend

Ausblick• Ständige Aufgabe der WSV

• stetige Veränderung Flottenstruktur → weitere Messungen erforderlich• Großer Datenpool der für weitere Untersuchungen notwendig ist.

Zusammenfassung - Zwischenstand - Ausblick


Anforderung der Seeschifffahrt - Optimale Nutzung der Bundeswasserstraße Elbe

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