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Konditionierung von Schlick für nautische Belange aus geotechnischer und

gewässerkundlicher Sicht

Wasser

Schlickboden

feste Sohle

Schlicksuspension (Fluid Mud)

Nautische Sohle

Seite 2Konditionierung von Schlick für nautische BelangeGeotechnik · Referat K1 · Frank Liebetruth · 13. September 2012WSA Emden · Gewässerkunde · Martin Krebs

Gliederung

1. Unterhaltungsstrategie in der Unterems bisher / alternativ?

2. Sedimentkonditionierung - Merkmale

3. Untersuchungsziele

4. Projektgebiet

5. Messverfahren

6. Untersuchungsergebnisse

7. Ausblick


Derzeitige Unterhaltungsstrategie Unterems

1. Echolotpeilung mit 33 kHz - Frequenz2. Baggern von Fehltiefen mit Laderaumsaugbagger3. Baggergut in Spülfelder an Land verspülen

Leerortkm 14,8

Weenerkm 6,9

Papenburg km 0,4

4. Kontrollfahrt mit abgehängten „Balken“

Jetbalken = PeilbalkenBreite: ca. 12 mGewicht: ca. 3 to

Seitenrohr, Länge: ca. 18 mDrehpunkt


Derzeitige Unterhaltungsstrategie Unterems

1. Echolotpeilung mit 33 kHz - Frequenz2. Baggern von Fehltiefen mit Laderaumsaugbagger3. Baggergut in Spülfelder an Land verspülen

• Große Baggermengen• Hohe Unterhaltungskosten

Trotzdem:

Leerortkm 14,8

Weenerkm 6,9

Papenburg km 0,4

4. Kontrollfahrt mit abgehängten „Balken“


Sedimentkonditionierung – Merkmale

Prinzip: Nicht schiffbarer Schlick wird aus der Hafensohle durch modifizierten Baggerprozessin schiffbaren Schlick umgewandeltund an die Hafensohle zurückgeführt

Emder Außenhafen


Unterschiede in den Randbedingungen

Emder Außenhafen Unterems

Schiffsgeschwindigkeiten

• gering (1 bis 2 Knoten) • hoch (größer 5 Knoten)

• hoch tidebeeinfl. Fließgewässer

• geringkeine Strömungseffekte

Strömungseinflüsse

Anforderungen an Steuer- und Manövrierbarkeit Schiff

• gering • hoch


Gleiche Randbedingungen

d. h. durch mechanische Einwirkung wird eine

Verflüssigung erzeugt, die sich jedoch

zeitverzögert wieder zurückbildet.

• Unteremssediment entspricht weitgehend dem Hafensediment,

• Schlick mit geringem Sandanteil < 5 %,

• Schlick mit thixotropen und strukturviskosen Eigenschaften,


Untersuchungsziele Naturversuch

Hinsichtlich der nautischen Sohle sollte Folgendes untersuchtwerden:

• die verfahrensbedingte Vertiefung = Erhöhung nautischer Tiefe,

• der Nachweis der Lagestabilität aus nautischen, hydraulischen,und ökologischen Gründen,

• das zeitliche Verhalten der hergestellten Nautischen Sohle.


Projektgebiet für Naturversuch

Projektgebiet Unterems km 0 – 2.25 bei Papenburg

Charakteristik:

- Bestehender starker Eintrieb

- Baggerschwerpunkt =

Sedimentsenke

- hohe Sensordichte

- große Tideasymmetrie

- Konditionierungsgebiet zu

Gerinnefläche am größten

Emden (Pegel)

Leer (Pegel)

Weener (Pegel)

Papenburg (Pegel)

Emsästuar

Jade

Niederlande

Deutschland


Naturversuch - Messverfahren

• Echolotpeilungen mit 15 kHz und 33 kHz,

• direkte Tiefenmessung durch Balkenfahrt,

• HADCP & ADCP Messungen,

• Dichtemessung in situ mit DensiTune und Admodus – Messsonde,

• Geotechnische und rheologische Laboruntersuchungen,

• Dauerströmungsmessungen im Nah- und Fernfeld,

• Kernlotentnahmen,

• bestehende Messketten, weitere Daten.


Naturversuch – zeitlicher Ablauf

• Nullmessung (24.10. bis 01.11.2011),

• Sedimentkonditionierung (01.11. bis 14.11.2011),

• Wiederholungsmessung (21.12. bis 16.12.2011) – 4 Wochen nach

Konditionierung.

• Messung nach der Sedimentkonditionierung (14.11. bis 18.11.2011),


Messquerschnitte für Kernlotproben

Q2_1 bis Q2_5 km 1,15

Q2_1 bis Q2_5

km 1,0

Fahrwasserachse

Q2_1 rote Seitegrüne Seite Q2_3 Q2_5

Tief

e in

mN

HN

Entfernung zur Fahrwasserachse

Weenerkm 6,9

Papenburg km 0,4

km 0,0

km 2,25

Q1_1 bis Q1_5 km 0,75

Q3_1 bis Q3_5 km 1,45

Q4_1 bis Q4_5 km 1,70

Q5_1 bis Q5_5 km 1,95

Q0_1 bis Q0_5 km 0,00


Kernlotuntersuchungen

Q5_3_II; P14 Dichte =1,0827 g/cm³

Probe P14

II

Q2_1_II; Dichte =1,2432 g/cm³

Grundlage zur Ermittlung der Nautischen Sohle

Kernlotentnahmegerät der BAW

2,5 m


Untersuchungsergebnisse

Wasser

Schlickboden

feste Sohle

Schlicksuspension(Fluid Mud)

Nautische Sohleρ = 1,20 g/cm³

Andere Reviere:ρ = 1,18 – 1,24 g/cm³

Geotechnische Definition der Nautischen Sohle in der Unterems


UntersuchungsergebnisseErmittlung der Nautische Sohle aufgrund der Kernlotuntersuchungen

Gemittelte Vertiefung der Nautischen Sohle aus 15Messpunkten um ca. 0,5 m

Nach der Sediment-konditionierung

Gemittelte Nautische Sohlenoch um ca. 0,2 m tiefer alsAusgangszustand

WiederholungsmessungNullmessung


UntersuchungsergebnisseVergleich der Messverfahren

• Alle Messverfahren zeigen einen Zuwachs an nautischer Tiefe an

• Kernlotentnahmeverfahren + geotechnische / rheologischeLaboruntersuchungen: höchste Aussagequalität,

• Kernlotuntersuchungen: tiefste Nautische Sohle,

• Nautischen Sohle auf der Basis der indirekten Messverfahren auf der sicheren Seite („höher“).



Ursache und Wirkung im gesamten Sohl- / Wasserkörper

Q2_5Q2_3

Q2_1

Kernlotpunkte_neu

BaggermodellEinflusstiefe Sk [m]

High :0

Low : -1.08815

Q2_5Q2_3

Q2_1

Kernlotpunkte_neu

Differenzmodell 33 kHz<VALUE>

0.00407 - 0.25

0.251 - 0.5

0.501 - 0.75

0.751 - 1

1.01 - 1.25

1.26 - 1.5

> 1.5

Räumliche Aufbereitung von Daten für gewässerkundlicheFragen erweitern die Kernlotuntersuchungen / Aussagen



Untersuchung der Korngrößenverteilung der Kernlotprobenzur Frage der Lagestabilität

vor Sedimentkonditionierungdanach



Darstellung des d50, (168 Proben) - Kornzusammensetzung

0

5

10

15

20

25

0 0.5 1 1.5 2Emskm [-]

repr

äsen

tativ

er

Kor

ndur

chm

esse

r [µm

]

26.10.11 (vor Sedimentkonditionierung) 14.11.11 (nach Sedimentkonditionierung)04.07.11 (4 Monate vor)



Maximale Steigrate, als sensitiver hydrodynamischer Indikator

• maximale Steigrate 1990/95 bei 3 – 3.5 cm/min• 2011 liegen die max. Steigraten bei Mitt bei über 30 cm/min



Normierung des Parameters für die beeinflussten Pegel

• versuchsbedingter Rückgang der maximalen Steigrate

40

50

60

70

80

90

100

110

120

Nullmessung Sediment-konditionierung

+ 2 Wochen + 4 Wochen

Betrachtungszeitraum (jeweils 1 Spring-Nipp Zyklus)

Ant

eil [

%] d

er m

ittle

ren

norm

iert

en T

ages

wer

te

der m

axim

alen

Ste

igra

ten,

obe

rwas

sera

dapt

iert

an

Ver

hältn

isse

des

Nat

urve

ruch

es

Pap_norm_IN %

Wee_norm_IN %

Lee_norm_IN %


Ausblick

• geotechnischen und gewässerkundlichen Bericht abschließen,

• Ergänzender Naturversuch zur Optimierung des Prozess-verständnisses sowie der Messtechnik.

• Ökologische Bewertung durchführen,

• Nachweis der nautischen Eigenschaften (ggf. durch Fahrversuch),


Vielen Dank für die Aufmerksamkeit

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