Modellierung der Hydrodynamik in Küstengebieten

Ein neu entwickeltes zweidimensionales numerisches Modell analysiert die Hydrodynamik in küstennahen Gebieten. Dadurch soll ein kosteneffektiverer und umweltfreundlicherer Schutz vor Küstenerosion realisiert werden.

Die europäische Küstenlinie ist in erster Linie von Erosion und Überschwemmung bedroht. Deshalb werden Bauten zum Schutz der Küste errichtet. Diese werden aber oftmals entwickelt ohne dabei mögliche Skalierungseffekte zu berücksichtigen, die aus Wellenlast und Tidenhub resultieren. Da diese Bauten nicht sehr hoch sind, werden sie oft von hohen Flutwellen überschwemmt, was zu schwerwiegenden Veränderungen der Küstenlinie führt.

Auch die erfolglose Gestaltung dieser Low Crested Structures (LCS) einschließlich der unzureichenden Zurückhaltung des Sandes und der Erosion in Lücken oder an den abgerundeten Köpfen hat ökologische Auswirkungen. So können beispielsweise eindringende Arten das örtliche Ökosystem ungünstig beeinflussen oder zu einer erhöhten Sauerstoffanreicherung im Wasser führen, was ungewisse Auswirkungen auf die litorale Umwelt hat. Um all diese Probleme anzusprechen, haben sich die Forscher des DELOS-Projektes auf die ökologische Gestaltung von LCS für den Küstenschutz konzentriert.

Ein wichtiges Projektergebnis war die Entwicklung eines zweidimensionalen hydrodynamischen Modells zur akkuraten Simulation aller küstennähen Phänomene in Gegenwart von LCS. Für diesen Zweck nutzen herkömmliche Methoden physikalische Modelle, die im Vergleich zum vorgeschlagenen numerischen Modell sehr teuer sind. Die Modifizierung von Computerdateien für bathimetrische Beschreibungen eines untersuchten Bereichs ist beispielsweise viel einfacher als die Neugestaltung eines physikalischen Modells.

Das abgeleitete 2DH-Boussinesq-Modell umfasst spezielle Gleichungen wie zum Beispiel eine tiefengemittelte Darcy-Forchheimer-Gleichung für die Simulation der Wellenausbreitung über eingetauchte poröse Wellenbrecher. Das Modell konnte durch die Analyse von Brandungszonen in der Nähe von LCS weiter verbessert werden. Mit Hilfe von verschiedenen experimentellen Anordnungen wurde herausgefunden, dass das Modell eine sehr gute Leistung bei der Simulation verschiedener Phänomene in Zusammenhang mit den wellenbrechenden Effekten zeigt.