Kapazitätserweiterung des Hafens von Brisbane

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CASE STORY KAPAZITÄTSERWEITERUNG DES HAFENS IN BRISBANE Integrierte hydrodynamische Modellierung und Analyse der Interaktionen vertäuter Schiffe mit dem Absunk passierender Schiffe Die Port of Brisbane Pty Ltd (PBPL) - Zuständig für das Management und die Entwicklung des Hafens von Brisbane in Queensland (Australien) - plante eine Fahrwasservertiefung der Hafenzufahrt. Hierdurch wird Schiffen mit größerem Tiefgang die Zufahrt zum Hafen ermöglicht. Für einen sicheren und effektiven Betrieb war die hydrodynamische Modellierung des Hafens und eine Analyse der Interaktionen mit den vertäuten Schiffe im Rahmen der Planungen erforderlich. Um Grenzen der üblichen Modellierung zur Beantwortung einer einzelnen Fragestellung zu überbrücken, entwickelten wir für PBPL ein integriertes numerisches Modell. Dieses Modell ist in der Lage, sowohl Wellen und Strömungen im gesamten Hafenbereich zu modellieren, als auch deren Interaktionen mit vertäuten Schiffen zu analysieren. FAHRWASSERVERTIEFUNG IM HAFEN VON BRISBANE Der Hafen von Brisbane zählt zu den am schnellsten wachsenden Containerhäfen Australiens und ist Queenslands größter Güterhafen. An der Mündung des Flusses Brisbane gelegen wird der Hafen von PBPL betrieben und weiterentwickelt. Eine der vielen Verpflichtungen von PBPL ist es, die Zugänglichkeit des Hafens für die kommerzielle Schifffahrt sicherzustellen. In diesem Zusammenhang wurde eine Vertiefung des Fahrwassers auf einer Länge von 10 km geplant, um Schiffen mit größerem Tiefgang den Zugang zum Hafen zu ermöglichen. Fahrende Schiffe erzeugen einen Absunk, die sich auf benachbarte vertäute Schiffe auswirkt. Starke Schiffsbewegungen an den Liegeplätzen sind jedoch zu verhindern, um sichere Arbeitsbedingungen im Hafen zu garantieren. CLIENT Port of Brisbane Pty Ltd (PBPL) HERAUSFORDERUNG Aufbau einer integrierten und flexiblen Modellplattform, die kostengünstige Lösungen für künftige Projekte innerhalb des Hafengebietes bereitstellt Vertiefung des Fahrwassers für Schiffe mit größerem Tiefgang Dynamische Modellierung der Hydrodynamik im Hafen und der Auswirkung von Schiffsfahrt auf vertäute Schiffe LÖSUNG Aufbau eines integrierten numerischen Modells zur Abbildung detaillierter Hydrodynamik und Wellentransformationen im Hafengebiet, gekoppelt mit einem Resonanzmodell für vertäute Schiffe an allen wichtigen Liegeplätzen NUTZEN Ein einziges integriertes Modell für mehrere Parameter Entwicklung geeigneter Maßnahmen zur Gewährleistung der operativen Sicherheit an Liegeplätzen Bereitstellung eines Werkzeugs, das auch in späteren Planungsphase effiziente Lösungen bietet (z. B. Baggermanagement) Beitrag zur Erweiterung der kommerziellen Aktivitäten im Hafen ORT / LAND Brisbane River, Australien VERWENDETE SOFTWARE MIKE 21 + DVRS Wellenhöhe in Moreton Bay (Queensland, Australien), August 2011. ©DHI © DHI

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CASE STORY

KAPAZITÄTSERWEITERUNG DES HAFENS IN BRISBANE

Integrierte hydrodynamische Modellierung und Analyse der Interaktionen vertäuter Schiffe mit dem Absunk passierender Schiffe

Die Port of Brisbane Pty Ltd (PBPL) - Zuständig für das Management und die Entwicklung des Hafens von Brisbane in Queensland (Australien) - plante eine Fahrwasservertiefung der Hafenzufahrt. Hierdurch wird Schiffen mit größerem Tiefgang die Zufahrt zum Hafen ermöglicht. Für einen sicheren und effektiven Betrieb war die hydrodynamische Modellierung des Hafens und eine Analyse der Interaktionen mit den vertäuten Schiffe im Rahmen der Planungen erforderlich. Um Grenzen der üblichen Modellierung zur Beantwortung einer einzelnen Fragestellung zu überbrücken, entwickelten wir für PBPL ein integriertes numerisches Modell. Dieses Modell ist in der Lage, sowohl Wellen und Strömungen im gesamten Hafenbereich zu modellieren, als auch deren Interaktionen mit vertäuten Schiffen zu analysieren.

FAHRWASSERVERTIEFUNG IM HAFEN VON BRISBANE

Der Hafen von Brisbane zählt zu den am schnellsten wachsenden

Containerhäfen Australiens und ist Queenslands größter Güterhafen. An der

Mündung des Flusses Brisbane gelegen wird der Hafen von PBPL betrieben und

weiterentwickelt. Eine der vielen Verpflichtungen von PBPL ist es, die

Zugänglichkeit des Hafens für die kommerzielle Schifffahrt sicherzustellen. In

diesem Zusammenhang wurde eine Vertiefung des Fahrwassers auf einer Länge

von 10 km geplant, um Schiffen mit größerem Tiefgang den Zugang zum Hafen

zu ermöglichen. Fahrende Schiffe erzeugen einen Absunk, die sich auf

benachbarte vertäute Schiffe auswirkt. Starke Schiffsbewegungen an den

Liegeplätzen sind jedoch zu verhindern, um sichere Arbeitsbedingungen im

Hafen zu garantieren.

CLIENT

Port of Brisbane Pty Ltd (PBPL)

HERAUSFORDERUNG

Aufbau einer integrierten und flexiblen

Modellplattform, die kostengünstige Lösungen

für künftige Projekte innerhalb des

Hafengebietes bereitstellt

Vertiefung des Fahrwassers für Schiffe mit

größerem Tiefgang

Dynamische Modellierung der Hydrodynamik im

Hafen und der Auswirkung von Schiffsfahrt auf

vertäute Schiffe

LÖSUNG

Aufbau eines integrierten numerischen Modells zur

Abbildung detaillierter Hydrodynamik und

Wellentransformationen im Hafengebiet, gekoppelt

mit einem Resonanzmodell für vertäute Schiffe an

allen wichtigen Liegeplätzen

NUTZEN

Ein einziges integriertes Modell für mehrere

Parameter

Entwicklung geeigneter Maßnahmen zur

Gewährleistung der operativen Sicherheit an

Liegeplätzen

Bereitstellung eines Werkzeugs, das auch in

späteren Planungsphase effiziente Lösungen

bietet (z. B. Baggermanagement)

Beitrag zur Erweiterung der kommerziellen

Aktivitäten im Hafen

ORT / LAND

Brisbane River, Australien

VERWENDETE SOFTWARE

MIKE 21 + DVRS

Wellenhöhe in Moreton Bay (Queensland, Australien), August 2011. ©DHI

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Um effektive Maßnahmen gegen nachteilige Auswirkungen

der Vertiefung zu ergreifen, war auch die Modellierung der

Hydrodynamik und deren Interaktionen mit vertäuten

Schiffen notwendig.

EIN INTEGRIERTER ANSATZ

Üblicherweise werden individuelle Modelle auf die Betrach-

tung einzelner Fragestellungen aufgebaut. Jedes Modell

beantwortet dabei eine Fragestellung. Obwohl dieser An-

satz Rechenzeit und Kosten in einem Einzelprojekt spart,

gehen damit zugleich eine Vielzahl von Einschränkungen

einher. Bereits kleine Änderungen in der Projektplanung

bewirken, dass Arbeiten wiederholt werden müssen, wo-

durch sich die Kosten langfristig deutlich erhöhen. Außer-

dem sind die Möglichkeiten einer gekoppelten und kumu-

lativen Folgenabschätzung begrenzt. Wegen der

Inkompatibilität verschiedener Modelle wird der Vergleich

zwischen voneinander unabhängigen Studien erschwert.

Angesichts dieser Herausforderungen traf PBPL die

strategische Entscheidung, DHI mit der Entwicklung eines

integrierten numerischen Modells zu beauftragen, das für

eine Vielzahl von Anwendungen herangezogen werden

kann, die für den laufenden Betrieb sowie für Kapazitäts-

planungen wichtig sind. Die verwendeten Modelle reichen

von der hydrodynamischen Modellierung mit MIKE 21 über

die Wellenmodellierung bis hin zur Ermittlung der

Trossenkräfte, um auch zu einem späteren Zeitpunkt

auftauchende Fragestellungen unmittelbar bearbeiten zu

können - zu erheblich reduzierten Kosten.

STRÖMUNGSMODELLIERUNG

Die Strömungsmodellierung erfolgte mit unserem zwei-

dimensionalen (2D) hydrodynamischen Modell MIKE 21 FM

– einer Schlüsselkomponente unserer “MIKE Powered by

DHI”-Softwarepalette. MIKE 21 FM berechnet die Strö-

mungen und Wasserstände mit freier Wasseroberfläche auf

Basis einer Finte-Volumen-Lösung der nichtlinearen

Flachwassergleichungen. Die berechneten Wasserstände

und Strömungsfelder wurden im Weiteren zur Analyse der

Trossenkräfte herangezogen.

Das Modell umfasst das Gebiet der nördlichen Moreton-

Bucht, das gesamte Hafengebiet von der Gateway-Brücke

bis Fisherman Island und verwendet ein flexibles Berech-

nungsgitter. Ausgewählte Liegeplätze entlang des Brisbane

Rivers sind mit Dreieckselementen von etwa 5-10m Kanten-

länge im Modell dargestellt.

WELLENMODELLIERUNG

Für dieses Projekt wurden der Hafen von Brisbane und das

Gebiet der Nördlichen Moreton-Bucht in unser australisches

spektrales Wellenvorhersagemodell “OzSea by DHI”

eingebettet. Das Modell besteht aus einem flexiblen

Berechnungsgitter. Es erlaubt die genaue Berechnung und

Vorhersage von Wellenhöhen im Hafenbereich und den

angrenzenden Küstengebieten. Die Ergebnisse gehen in die

Analysen vertäuter Schiffe ein und können außerdem für

eine Vielzahl künftiger Studien herangezogen werden, z. B.

Stabilitätsanalysen der vertieften Fahrrinne, Verdriftung des

Baggerguts und Schiffsnavigationsstudien.

ANALYSE VERTÄUTER SCHIFFE

Dieser Teil der Untersuchung beinhaltet die detaillierte

Bewertung der Zunahme der Schiffsinteraktionen an vorab

identifizierten Schlüsselstellen. Sie liefert eine genaue

dreidimen-sionale (3D) Abbildung jedes vorbeifahrenden

und vertäuten Schiffes und eine realistische nichtlineare

Abbildung jedes einzelnen Vertäusystems. Die dynamische

Resonanz jedes vertäuten Schiffes und Vertäusystems

wurde mit Hilfe unserer State-of-the-Art-Software Dynamic

Vessel Response Simulator (DVRS) berechnet.

Für die Bewertung der Funktionsfähigkeit der Liegeplätze

wurden Empfehlungen der PBPL und die Richtlinien der

PIANC zu den maximalen Schiffsbewegungen und

Vertäulasten herangezogen. Durch die Berechnung

mehrerer Szenarien vertäuter Schiffe konnten alternative

Lösungen bewertet werden, was zu erhöhter Sicherheit und

Effizienz führt. Für dieses Projekt haben wir ein modernes

integriertes Modell zur Untersuchung der Folgen einer

Fahrwasservertiefung entwickelt, mit dem PBPL ein höchst

kosteneffizientes Entscheidungswerkzeug für zukünftige

strategische Planungen zur Verfügung steht.

UNSERE EXPERTISE IM KÜSTENINGENIEURWESEN

AUF DEN PUNKT GEBRACHT

Mit unserer 50-jährigen intensiven Projekterfahrung in mehr als 140

Ländern sind wir eine der weltweit führenden Berater im

Küsteningenieurwesen, einschließlich der Wechselwirkungen

vertäuter Schiffe. Seit 2004 haben wir fünf derartige Projekte für

PBPL fertiggestellt. Hierbei führten wir sowohl Feldmessungen als

auch physikalische und numerische Modellversuche durch. Die in

diesem Rahmen erstellten Validierungen bestätigen die hohe

Modellgüte.

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Szenario einer Schiffsvorbeifahrt. © DHI

Kontakt: [email protected]

Für zusätzliche Informationen besuchen Sie: www.dhi-wasy.de