FAQ
© 2015 Staats- und Universitätsbibliothek
Hamburg, Carl von Ossietzky

Öffnungszeiten heute09.00 bis 24.00 Uhr alle Öffnungszeiten

Eingang zum Volltext in OPUS

Hinweis zum Urheberrecht

Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-66165
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2014/6616/


Synoptische Beobachtung der Wechselwirkungen von Hydro- und Morphodynamik

Synoptically Observation of the Interactions of Hydro and Morpho Dynamics

Sedlacek, Stephan

pdf-Format:
 Dokument 1.pdf (4.870 KB) 


SWD-Schlagwörter: Radarfernerkundung , Strömung
Basisklassifikation: 38.03
Institut: Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Geowissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Stammer, Detlef (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 28.06.2013
Erstellungsjahr: 2013
Publikationsdatum: 19.02.2014
Kurzfassung auf Deutsch: In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren untersucht, mit dessen Hilfe die Wechselwirkungen von Hydro- und Morphodynamik in einem definierten Küstengebiet beobachtet werden können. Hierzu wird als Beobachtungsinstrument ein Dopplerradar genutzt, das zur flächendeckenden Erfassung von Bewegungen an der Wasseroberfläche in einem Polarkoordinatenraster mit hoher raum- zeitlicher Auflösung dient. Ein baugleiches Instrument wurde bereits für die Datennahme im Rahmen einer Diplomarbeit [SEDLACEK, 2007] genutzt, um erste vertikale Extrapolationen von Oberflächen - Strömungsmessungen zu diskutieren. Diese Arbeit stellt zwei Systemanordungen vor, einerseits die Variante auf einer mobilen Plattform (Schiff) und andererseits stationär (an Land). Das Radar kann auf verschiedenen Skalen sowohl nicht-periodische Strömungen als auch periodische Wellenbewegungen an der Wasseroberfläche mit hohen zeitlicher und örtlicher Variabilität vermessen. Insbesondere ist bei der Erfassung von Seegang in jeder Zelle des Rasters die Separation zwischen den regelmäßigen raum - zeitlichen Orbitalbewegungen und den Ereignissen aus einzelnen brechenden Wellen möglich. Somit wird eine Methode vorgestellt, die - ausgehend von der Matrix der gemessenen Bewegung der Wasseroberfläche resultierend aus Strömung und Seegang - diese Matrix als Bodenschubspannungen zum Meeresboden hin extrapoliert, wobei die jeweiligen Schubspannungen aus Seegang und Strömung getrennt betrachtet werden. Die notwendigen Voraussetzungen, die eine Extrapolation zulassen, werden anhand von Parametrisierungen der Grenzflächendynamik (Wasseroberfläche und Boden) diskutiert.
Die Messung der Strömung erfolgte von einem fahrenden Schiff aus und erfasst mit zwei feststehenden, vertikal polarisierenden Antennen im Transsectverfahren die räumliche Variabilität der Oberflächenbewegungen. Für die Abschätzung der Bodenschubspannung aus Strömungsdaten muss die Homogenität der Wassersäule gewährleistet sein. Es darf keinerlei Schichtung vorhanden sein. Dies wurde während jeder Messkampagne durch Messung der vertikalen Dichteprofile sichergestellt.
Weiterhin muss die vertikale Strömung des Wasserkörpers ein logarithmisches Profil aufweisen, damit eine parametrisierte Extrapolation zum Boden hin zulässig ist. Dies wurde durch parallele ADCP-Messungen mit ADCP (ADCP= Acoustic Doppler Current Profiler) sichergestellt.
Nach Erfüllung aller Voraussetzungen kann die Methode eingesetzt werden, um die Bodenschubspannung flächenhaft abschätzen zu können. Nachfolgend wurde untersucht, in wie weit die Methode anfällig gegenüber Messungenauigkeiten der einzelnen Parameter ist und in wie weit eine Parametrisierung überhaupt möglich ist. Es wird angenommen, dass eine flächenhafte Abschätzung dann möglich ist, wenn die Strömung die maßgeblichen Bedingungen lokal erfüllt. Die Untersuchung zeigt, dass die Ausbildung eines logarithmischen Profils stark von der Tidephase und den morphologischen Gegebenheiten abhängt. So ist die Strömungssituation um den Kenterpunkt diffus und eine logarithmische Form nicht nachzuweisen.
Die Messung des Seegangs erfolgte - anders als die Strömungsmessungen - mittels einer stationären Radarantenne, die an Land aufgebaut war. Brechende Wellen wurden über einen deutlichen Geschwindigkeitssprung im Dopplersignal separiert und für die vorliegende Untersuchung ausgeblendet.
Somit konnten die Bewegungen des regelmäßigen Seegangs zu Zeitreihen zusammengefügt und die Bodenschubspannung unter Seegang abgeschätzt werden. Es konnte gezeigt werden, dass der alleinige Einfluss der nicht-brechenden Wellen auf die Bodenschubspannung selbst unter Sturmbedingungen nicht ausreicht, um die Erosionserscheinungen im Messgebiet zu erklären. Es wird bei nachfolgenden Untersuchungen also das Augenmerk zusätzlich auf die georteten Brecherbereiche gerichtet werden müssen und ebenso auf die zeitgleich angreifende Strömung. Modellbetrachtungen der kombinierten Wirkung von Seegang und Strömungen zeigen, dass bei ausreichend starker Strömung Suspension und somit Sedimentabtrag stattfindet.
Kurzfassung auf Englisch: In this thesis a method is analyzed to observe the interaction between hydro- and morpho dynamics in a defined coastal area. The observation method is based on a Doppler radar system, which is able to measure the movement of the water surface in a polar grid with resolution in space and time. A similar system was used for data acquisition in a diploma thesis [SEDLACEK, 2007] for discussing the vertical extrapolation of surface current measurements. This thesis presents two system variations, on the one hand the variation on a moving platform (vessel) and on the other hand the stationary variation (on shore). The radar is able to measure wave movements at the water surface or non-periodic currents with high variability in space and time. Particularly when the sea state is acquired in every cell of the grid, the separation between the orbital movements of the regular sea state and single breaking waves is possible. So a method is presented which is able to extrapolate a matrix to the sea floor as bottom shear stress at which the shear stress induced by waves and currents are considered separately. The matrix of the shear stress is based on the matrix of the acquired movements of the water surface due to sea state and currents. The assessments which allow an extrapolation are discussed on the basis of parameterizations of the boundary layer dynamics (water surface and bottom).
The data of the tidal current velocity were acquired from a moving vessel by two vertical polarized antennas with fixed angels. The system used the transect method to acquire the spatial variability of the surface Current. To estimate the bottom shear stress from the surface current velocity the water column has to be free of temperature or density layers. This was ensured by multiple measurements of the density profile during every measuring campaign.
The vertical current profiles have to show a logarithmic profile to make the extrapolation to the bottom possible. This was ensured by parallel ADCP-measurements (ADCP= Acoustic Doppler Current Profiler).
After all these conditions were compiled the method was used to estimate the bottom shear stress area-widely. Consecutively it was analyzed to what extend the method is prone to measuring inaccuracy of the separate parameters and to what extend parameterizations are possible. It was assumed that the area-wide estimation of the bottom shear stress is possible, when the current fulfills the significant conditions locally. Analysis has shown that the development of a logarithmic profile depends strongly on the tidal phase and the morphological situation. So the current situation around high or low tide is diffuse and the logarithmic shape is not detectable.
The measuring of the sea state is different from the current. The radar antenna was shore based and stationary. Breaking waves were separated by the clearly visible velocity difference and blanked out for this analysis.
So the movements of the regular sea state could be assembled to time series and the bottom shear stress due to sea state was assessed. With this method it was shown that the impact of the non-breaking waves, even under storm conditions, is not sufficient enough to explain the erosion phenomena in the defined area. Further observations have to focus on the detected breaker zones and the existing currents in the area additionally. Consideration of models like the DATA2 for the combined effect of waves and currents shows that a strong current is able to effect the situation to start suspension sediment dissipation.

Zugriffsstatistik

keine Statistikdaten vorhanden
Legende