2020
Verfasser: Koldrack, Nils (2020)
Titel: Entwicklung und Evaluation eines Mess- und Auswerteverfahrens zur Bestimmung einer Sanddünenverformung unter Wind- und Welleneinfluss
Erstgutachter: Prof. Dr. Ralf Bill, Universität Rostock
Weitere Gutachtende/Betreuende: Prof. Dr. Jörg Blankenbach (RWTH Aachen), Prof. Dr. Fokke Saathoff (Universität Rostock), Prof. Dr. Boris Resnik (Beuth Hochschule Berlin)
Eine große ingenieurwissenschaftliche Herausforderung besteht darin, die Bauwerke des Küstenschutzes für zukünftige Herausforderungen, wie z.B. durch den Klimawandel, zu ertüchtigen, denn im Zusammenhang mit dem Anstieg des Meeresspiegels müssen diese neu dimensioniert werden.
Die Dissertation stellt die Entwicklung einer Methode vor, ein Küstenbauwerk während einer Sturmflut temporal und räumlich hochauflösend zu vermessen. Die generierten Daten sollen zu wesentlichen Erkenntnissen über die Dünendynamik und das Verhalten von Dünen in Durchbruchsituationen beitragen. Damit soll das Bemessungskonzept für Dünen und kombinierte Küstenschutzsysteme verbessert werden.
Hierfür wurde in zwei Untersuchungszeiträumen je ein für ein jährliches Sturmflutereignis bemessenes großmaßstäbliches Dünenbauwerk am Strand von Rostock-Warnemünde errichtet.
Im ersten Zeitraum wurde die Verformung des Dünenkörpers durch Wind und Niederschlag über ein halbes Jahr hinweg analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass primär der Wind für die Erosion der Düne verantwortlich war und der Niederschlag nur ein sekundärer Einflussfaktor war.
Im zweiten Untersuchungszeitraum wurde das Bauwerk durch ein auftretendes Hochwasser bis zum Versagen belastet und dabei durch eine umfangreiche Instrumentierung in Echtzeit überwacht. Mit einem 3D-Messkonzept, bestehend aus einem terrestrischen Laserscanner, Unmanned Aerial Vehicle und Kameras, konnte die Dünenoberfläche kontinuierlich vermessen werden. In den 16 Stunden, in denen die Düne durch das Hochwasser belastet war, erodierte der Dünenkörper um 68,82 %. Dabei entstanden in zwei Bereichen der Düne Breschen, durch die das Wasser in die Polderfläche eindringen konnte.
Ebenso wie die Dünendynamik sind die Mechanismen für den Sedimenttransport und die Ausbildung des strandnahen Profils bisher nur wenig erforscht. Für ein besseres Verständnis wurde die topographische Gestalt des Vorstrandes über Monate hinweg vermessen und Oberflächenveränderungen des Meeresbodens wurden analysiert.
Die Untersuchungen zeigen einen ständigen Wandel der topographischen Gestalt des Vorstrandes. Die gewonnenen Geodaten dienen unter anderem als Grundlage für die Kalibrierung numerischer Modelle, sowie für weiterführende Untersuchungen langfristiger Folgen eines Dünendurchbruchs für das Hinterland.
Abstract
A major engineering challenge is to strengthen coastal protection structures to meet future challenges such as climate change, as they will have to be re-dimensioned in the context of sea-level rise.
The dissertation presents the development of a method to survey a coastal structure during a storm surge with high temporal and spatial resolution. The generated data should contribute to essential knowledge about dune dynamics and the behaviour of dunes in breakthrough situations. This should improve the design concept for dunes and combined coastal protection systems.
For this purpose, a large-scale dune structure dimensioned for an annual storm surge event was constructed on the beach of Rostock-Warnemünde in two investigation periods. In the first period the deformation of the dune body by wind and precipitation was analysed over a period of half a year. The results show that wind is primarily responsible for the erosion of the dune and that precipitation is only a secondary factor.
In the second period, the structure was loaded to failure by an occurring flood and was monitored in real time by extensive instrumentation. Using a 3D measurement concept consisting of a terrestrial laser scanner, Unmanned Aerial Vehicle and cameras, the dune surface could be continuously surveyed. In the 16 hours during which the dune was loaded by the flood, the dune body eroded by 68,82 %. This created breaches in two areas of the dune through which the water could flow into the polder area.
Just like dune dynamics, the mechanisms for sediment transport and the formation of the beach-like profile have been little studied. For a better understanding, the topographic shape of the foreshore has been surveyed over months and surface changes of the seafloor have been analysed. The investigations show a constant change in the topographic shape of the foreshore.
The obtained geodata serve, among other things, as a basis for the calibration of numerical models, as well as for further investigations of long-term consequences of a dune breakthrough for the hinterland.
URL: http://rosdok.uni-rostock.de/resolve/id/rosdok_disshab_0000002368