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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
Seite 3Konditionierung von Schlick für nautische BelangeGeotechnik · Referat K1 · Frank Liebetruth · 13. September 2012WSA Emden · Gewässerkunde · Martin Krebs
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
Seite 4Konditionierung von Schlick für nautische BelangeGeotechnik · Referat K1 · Frank Liebetruth · 13. September 2012WSA Emden · Gewässerkunde · Martin Krebs
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“
Seite 5Konditionierung von Schlick für nautische BelangeGeotechnik · Referat K1 · Frank Liebetruth · 13. September 2012WSA Emden · Gewässerkunde · Martin Krebs
Sedimentkonditionierung – Merkmale
Prinzip: Nicht schiffbarer Schlick wird aus der Hafensohle durch modifizierten Baggerprozessin schiffbaren Schlick umgewandeltund an die Hafensohle zurückgeführt
Emder Außenhafen
Seite 6Konditionierung von Schlick für nautische BelangeGeotechnik · Referat K1 · Frank Liebetruth · 13. September 2012WSA Emden · Gewässerkunde · Martin Krebs
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
Seite 7Konditionierung von Schlick für nautische BelangeGeotechnik · Referat K1 · Frank Liebetruth · 13. September 2012WSA Emden · Gewässerkunde · Martin Krebs
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,
Seite 8Konditionierung von Schlick für nautische BelangeGeotechnik · Referat K1 · Frank Liebetruth · 13. September 2012WSA Emden · Gewässerkunde · Martin Krebs
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.
Seite 9Konditionierung von Schlick für nautische BelangeGeotechnik · Referat K1 · Frank Liebetruth · 13. September 2012WSA Emden · Gewässerkunde · Martin Krebs
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
Seite 10Konditionierung von Schlick für nautische BelangeGeotechnik · Referat K1 · Frank Liebetruth · 13. September 2012WSA Emden · Gewässerkunde · Martin Krebs
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.
Seite 11Konditionierung von Schlick für nautische BelangeGeotechnik · Referat K1 · Frank Liebetruth · 13. September 2012WSA Emden · Gewässerkunde · Martin Krebs
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),
Seite 12Konditionierung von Schlick für nautische BelangeGeotechnik · Referat K1 · Frank Liebetruth · 13. September 2012WSA Emden · Gewässerkunde · Martin Krebs
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
Seite 13Konditionierung von Schlick für nautische BelangeGeotechnik · Referat K1 · Frank Liebetruth · 13. September 2012WSA Emden · Gewässerkunde · Martin Krebs
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
Seite 14Konditionierung von Schlick für nautische BelangeGeotechnik · Referat K1 · Frank Liebetruth · 13. September 2012WSA Emden · Gewässerkunde · Martin Krebs
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
Seite 15Konditionierung von Schlick für nautische BelangeGeotechnik · Referat K1 · Frank Liebetruth · 13. September 2012WSA Emden · Gewässerkunde · Martin Krebs
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
Seite 16Konditionierung von Schlick für nautische BelangeGeotechnik · Referat K1 · Frank Liebetruth · 13. September 2012WSA Emden · Gewässerkunde · Martin Krebs
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“).
Seite 17Konditionierung von Schlick für nautische BelangeGeotechnik · Referat K1 · Frank Liebetruth · 13. September 2012WSA Emden · Gewässerkunde · Martin Krebs
Untersuchungsergebnisse
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
Seite 18Konditionierung von Schlick für nautische BelangeGeotechnik · Referat K1 · Frank Liebetruth · 13. September 2012WSA Emden · Gewässerkunde · Martin Krebs
Untersuchungsergebnisse
Untersuchung der Korngrößenverteilung der Kernlotprobenzur Frage der Lagestabilität
vor Sedimentkonditionierungdanach
Seite 19Konditionierung von Schlick für nautische BelangeGeotechnik · Referat K1 · Frank Liebetruth · 13. September 2012WSA Emden · Gewässerkunde · Martin Krebs
Untersuchungsergebnisse
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)
Seite 20Konditionierung von Schlick für nautische BelangeGeotechnik · Referat K1 · Frank Liebetruth · 13. September 2012WSA Emden · Gewässerkunde · Martin Krebs
Untersuchungsergebnisse
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
Seite 21Konditionierung von Schlick für nautische BelangeGeotechnik · Referat K1 · Frank Liebetruth · 13. September 2012WSA Emden · Gewässerkunde · Martin Krebs
Untersuchungsergebnisse
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 %
Seite 22Konditionierung von Schlick für nautische BelangeGeotechnik · Referat K1 · Frank Liebetruth · 13. September 2012WSA Emden · Gewässerkunde · Martin Krebs
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),
Seite 23Konditionierung von Schlick für nautische BelangeGeotechnik · Referat K1 · Frank Liebetruth · 13. September 2012WSA Emden · Gewässerkunde · Martin Krebs
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit