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PIANC-InCom-WG27

Kurzportrait des WG27 – BerichtesBeispiele für Abhilfemaßnahmen:→ Innovativer Schiffbau→ Fahrrinnenoptimierung→ Alternativer Uferschutz→ Reduktion der SchiffsgeschwindigkeitSchlussfolgerungen

Aus dem Schifffahrtsbetrieb, nicht ausbaubedingt

BAW-Kolloquium Wasserstraßen: Verkehrsweg und Lebensraum in derKulturlandschaft Karlsruhe, 16. Oktober 2008Ergebnisse der PIANC-INCOM-WG 27:Betrachtungen zur Reduktion negativerUmwelteinflüsse von SchiffenBernhard Söhngen (BAW)

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WG27 - Struktur des Berichtes1 Introduction2 Technical Fact Files (impact cascade, ship types, propulsion systems, primary

wave field, secondary waves, propeller jet and scouring,order of magnitude of relevant impacts)

3 Ecological Fact Files (systems - lakes, rivers, pools, canals; species - plants, invertebrates, fish, mammals, birds, amphibians)

4 Relevant Impacts (impact ranking according to systems & taxa, thresholds)5 Decision Making (incl. ecological relevance check, recommended mitigations)6 Mitigation Measures (adapted vessel design, adapted fairway design,

rules to navigation, modified revetments, alternative bankprotections, island creation)

7 Conclusions 8 Glossary 9 Cited LiteratureAppendix I: Case Studies (tolerable wave height for Lower Havel river, Upper

Mississippi navigation studies, Montgomery Canal)Appendix II: Waterway Management Guide

Kurzportrait des WG – 27 Berichtes

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Top - down - approach

Bottom - up - approach

Basis: Impact Cascade

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Primärwellenfeld:Wasserspiegelabsunk,

Rückströmung

direkte Wirkung: Verdriften von

Fischlarven ...

direkte Wirkung: Stranden von Fischlarven

indirekte Wirkung Absunk: Fluidisierung Gewässerboden

Resuspension kontaminierter Sohlsedimente

Fischsterben

Beispiel aus der „Impact Cascade“

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Größe und Motorisierung nehmen ständig zu!Verändertes Sytemverhalten!

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Mehr als 50 % aller Fahrzeuge fahren zu schnell und jedes 30. Schiff fährt im Bereich vkrit !

Nur wenige „schwarze Schafe“verursachen die größten volkswirtschaftlichen und ökologische Belastungen!


Das Primärwellenfeld erzeugt i.d.R. die maßgebenden ökol. Belastungen!

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WG27 - Struktur des Berichtes1 Introduction2 Technical Fact Files (impact cascade, ship types, propulsion systems,

primary wave field, secondary waves, propeller jet and scouring, order of magnitude of relevant impacts)






0

2

4

6

8

0 1,5 3

Ship speed vS [m/s]Jet v

eloc

ity o

n ca

nal b

ed v

Jet,B

[m/s

]

1 nozzle 1,6 0,6 1,6 2 nozzle 1,6 0,6 1,6 1 nozzle 2,2 0,6 1,6 1 nozzle 1,6 1,2 2,8 1 free 1,6 0,6 1,6

No.Props Prop.Type D kc tS

PD=800kW


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0

2

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8

0 1,5 3

Ship speed vS [m/s]Jet v

eloc

ity o

n ca

nal b

ed v

Jet,B

[m/s

]

1 nozzle 1,6 0,6 1,6 2 nozzle 1,6 0,6 1,6 1 nozzle 2,2 0,6 1,6 1 nozzle 1,6 1,2 2,8 1 free 1,6 0,6 1,6

No.Props Prop.Type D kc tS

PD=800kW

Aufteilung der Antriebsleistung auf z.B. 2 Propeller reduziert Sohlenschubspannung um 40 %!Chance innovativer Schiffbau!


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Verdränger

Gleiter

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Verdränger

Gleiter

Heute besitzt schon jeder 20. Amerikaner ein Boot! Sportbotte sollten entweder weit unter oder über der Gleitgeschwindigkeit fahren!

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Die maßgebende Uferbelastung in Seen sind Sekundärwellen von Fahrgastschiffen und Sportbooten. Alternativer Uferschutz (z.B. Lanung) ist i.d.R. möglich.

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>2

1

0.7

0.3

NB Ranges of return currents for each taxa are “typical” and may vary in upper threshold dependant on site specific conditions

Ret

urn

Cur

rent

m/s

Diverse macrophytesDecreasing biodiversity

Rhe

oliti

c in

verte

brat

es

Mac

roph

yte

dive

r- si

ty d

ecre

asin

g

Juvenile fish >100 mm total length in burst swimming mode (max. 20 s)

Sporadic vegetation only

Aqu

atic

mos

s an

d

surfa

ce a

lgae

onl

y

Limno-Philic Inverte- brates

Juvenile fish >30 mm (critical swim-ming mode), >20 mm (burst mode)

Juvenile fish >70mm (critical swimming mode), >40 mm (burst mode)

Juvenile fish >55 mm (burst mode), >100 mm (critical swimming mode)

Juvenile fish >140 mm total length in critical swimming mode (max. 1 h)

Rhe

obio

nt in

verte

brat

es


PIANC-InCom-WG27








>2

1

0.7

0.3

NB Ranges of return currents for each taxa are “typical” and may vary in upper threshold dependant on site specific conditions

Ret

urn

Cur

rent

m/s

Diverse macrophytesDecreasing biodiversity

Rhe

oliti

c in

verte

brat

es

Mac

roph

yte

dive

r- si

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asin

g

Juvenile fish >100 mm total length in burst swimming mode (max. 20 s)

Sporadic vegetation only

Aqu

atic

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s an

d

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ce a

lgae

onl

y

Limno-Philic Inverte- brates

Juvenile fish >30 mm (critical swim-ming mode), >20 mm (burst mode)

Juvenile fish >70mm (critical swimming mode), >40 mm (burst mode)

Juvenile fish >55 mm (burst mode), >100 mm (critical swimming mode)

Juvenile fish >140 mm total length in critical swimming mode (max. 1 h)

Rhe

obio

nt in

verte

brat

es

Einen absoluten Schwellenwert gibt es nicht. Größere Einflüsse aber ab 0,3 m/s – korrespondiert mit Absunk 0,1 m!


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Prozessempfehlungen auf der Basis des „ecological relevance check“!

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Ecological relevance check

system behaviour Significantincreasefrom cur-rent condi-tions

Legalprotec-tion

Properties and corresponding qualifiers eco-logi-cal sig-nifi-cance

Relevantdirect /indirectimpact

threa-tenedrepre-sen-tativespe-cies

Affec-tedpartof thesys-tem

Interna-tional,national orlocal pro-tection ofspecies orhabitat inlaw

State ofthecorres-pond-ing eco-system1

Impor-tanceof spe-ciesorhabitats 2

vicin-ity ofim-pacttothresh-olds 3

Dura-tionand fre-quency oftheimpact4

possi-bilitiesandlimits ofmitiga-tionmeas-ures 5

per-centageof affec-ted area6

effectsto neigh-bouringecosys-tems 7

mainrisks8

Draw-down

fishlar-vae

bankzone

Already be-yond thresh-old

No Heavilymodi-fied

ordi-nary

close Shortbut fre-quent

creatingpools,speedreduc-tion

total no “hu-manfac-tor”

low

present state

importance

vicinity tothresholds

durationfrequency

mitigationpossible?

areaaffected

neighbours

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Ingenieurmaßnahmen:→ Angepasste Binnenschiffe (Antriebe, Steuerung, Leichtbau, Abmessungen)

Diskussion von Abhilfemaßnahmen

PIANC-InCom-WG27

Sediment Concentration - Propeller Wash

0,0000001

0,000001

0,00001

0,0001

0,001

0,01

0,1

1

10

100

0,01 0,1 1 10dK [mm]

cρs [g/l]

maxvnearbed = 3 m/smaxvnearbed = 2 m/smaxvnearbed = 1 m/s

Einstein

Van Rijn

reduced plant growth high mortality of juvenile fish

Euphotic Depth - Propeller Wash

0

2

4

6

8

10

12

0,01 0,1 1 10dK [mm]

Teu [m] maxvnearbed = 3 m/s maxvnearbed = 2 m/s maxvnearbed = 1 m/s

Einstein

Silt Sand Gravel

Grenzwert direkter Einfluss der Trübung

Angepasste Binnenschiffe

Beispiel Antriebe: Einschrauber → Zweischrauber mit gleichem Schub T vStrahl ∼ T1/2 : 3 m/s bei Manövern → rd. 2 m/s

2 m/s für 2-Schrauber

Einschrauber

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Sediment Concentration - Propeller Wash

0,0000001

0,000001

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0,01

0,1

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0,01 0,1 1 10dK [mm]

cρs [g/l]

maxvnearbed = 3 m/smaxvnearbed = 2 m/smaxvnearbed = 1 m/s

Einstein

Van Rijn

reduced plant growth high mortality of juvenile fish

Euphotic Depth - Propeller Wash

0

2

4

6

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12

0,01 0,1 1 10dK [mm]

Teu [m] maxvnearbed = 3 m/s maxvnearbed = 2 m/s maxvnearbed = 1 m/s

Einstein

Silt Sand Gravel

Grenzwert direkter Einfluss der Trübung

Angepasste Binnenschiffe

Beispiel Antriebe: Einschrauber → Zweischrauber mit gleichem Schub T vStrahl ∼ T1/2 : 3 m/s bei Manövern → rd. 2 m/s

2 m/s für 2-Schrauber

EinschrauberDie Verteilung der Antriebsenergie verbessert auch die nautischen Eigenschaften!

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Ingenieurmaßnahmen:→ Angepasste Binnenschiffe (Antriebe, Steuerung, Leichtbau, Abmessungen)→Schutz ökol. sensibler Bereiche (Fahrrinnenoptimierung, Wellenschutz,

Erosionsschutz)


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Angepasste FahrrinneModerne nautische Hilfen erlauben Fahrrinnenoptimierung

Fahrrinnenoptimierung

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Relative Zusatzbreite bei Kurvenfahrt

Beispiel enge Kurven am Neckar für üGMS:erf. bF ≥ 11,4 + 0,26 x 135 ≈ 47 m


Bei optimalem Bugrudereinsatz (cF ≈ 2/3): erf. bF ≥ 11,4 + 0,12 x 135 ≈ 28 m Reduktion ≈ 19 m (reicht gerade, um in heutiger Fahrrinne zu verkehren)

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Relative Zusatzbreite bei Kurvenfahrt

Beispiel enge Kurven am Neckar für üGMS:erf. bF ≥ 11,4 + 0,26 x 135 ≈ 47 m


Bei optimalem Bugrudereinsatz (cF ≈ 2/3): erf. bF ≥ 11,4 + 0,12 x 135 ≈ 28 m Reduktion ≈ 19 m (reicht gerade, um in heutiger Fahrrinne zu verkehren)

Bre

itenb

edar

f 4-e

r / 4

-er

(m)

Die vorhandene Fahrrinnenbreite reicht selbst in der Gebirgsstrecke des Rheins für Begegnungen von 4-er SV überwiegend aus! →Optimierungspotenzial im Hinblick auf bedarfsgerechte Fahrrinnen-abmessungen und damit ökol. Aspekte

Gibt es Flüsse, die in der bestehenden Fahrrinnen Reserven aufweisen?

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Erosionsschutz)→ Alternative Maßnahmen, insbesondere techn./biol. Uferschutz


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Maßnahmenkatalog analog PEWA-Steckbriefe1)

Schiff / Fahrrinne / Schiffsgeschwindigkeit

dem Fluss anpassen

Uferverbau entfernen Erosion zulassen

Ufer vor Wellen schützenTotholz einbringen

Geschiebe einbringen Bankbildung zulassen

Flachwasserzonen fördern

Röhrichte entwickeln Randstreifen entwickeln Auengewässer entwickeln

Ufersporne einbauen

1) Morph. und biol. Entwicklungspotenziale ... im Elbegebiet gemäß Wasserrahmenrichtlinie, Umweltbüro Essen

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Maßnahmenkatalog analog PEWA-Steckbriefe1)

Schiff / Fahrrinne / Schiffsgeschwindigkeit

dem Fluss anpassen

Uferverbau entfernen Erosion zulassen

Ufer vor Wellen schützenTotholz einbringen

Geschiebe einbringen Bankbildung zulassen

Flachwasserzonen fördern

Röhrichte entwickeln Randstreifen entwickeln Auengewässer entwickeln

Ufersporne einbauen

1) Morph. und biol. Entwicklungspotenziale ... im Elbegebiet gemäß Wasserrahmenrichtlinie, Umweltbüro Essen

Neue INCOM Arbeitsgruppe

„Alternative bank protections”

Neue DWA AG WW1.5/2.5“Alternativer Uferschutz”

Angaben zur Eignung bestimmterBelastungsfähigkeit

Verschiedener Uferschutzmaßnahmen

aus „grauer“amerikanischer

Literatur

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Randbedingungen für die Schifffahrt:→ Zulassungsbedingungen wie Begrenzung der Abmessungen → Leistungs- oder Tiefgangsbegrenzung → operative Restriktionen wie zul. Uferabstände, Schiffsgeschwindigkeit


Erosionsschutz)→ Alternative Maßnahmen, insbesondere techn./biol. Uferschutz


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Begrenzung der Schiffsgeschwindigkeit

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.250.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

GMS, beladenGMS, leerSchleppboot

GMS, beladenGMS, leerSchlepper

mhh /Δ

krit

Sv

v/

Messwerte

theoretischer Verlauf

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Geschwindigkeitsbegrenzungen und deren wirksame Kontrolle sind ein probates und volkswirtschaftlich verträgliches Mittel (betrifft 3% der Fahrzeuge → geringer Nutzenverlust, hoher Gewinn durch weniger Unterhaltung)!

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.250.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2



mhh /Δ

krit

Sv

v/

Messwerte


10% geringere vS halbiert Wellenhöhen

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Geschwindigkeitsbegrenzungen und deren wirksame Kontrolle sind ein probates und volkswirtschaftlich verträgliches Mittel (betrifft 3% der Fahrzeuge → geringer Nutzenverlust, hoher Gewinn durch weniger Unterhaltung)!

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.250.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2



mhh /Δ

krit

Sv

v/

Messwerte


10% geringere vS halbiert Wellenhöhen Ökonomieund Ökologie

gehen bei den meistenMaßnahmen

Hand in Hand!

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