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CASE STORY
KAPAZITÄTSERWEITERUNG DES HAFENS IN BRISBANE
Integrierte hydrodynamische Modellierung und Analyse der Interaktionen vertäuter Schiffe mit dem Absunk passierender Schiffe
Die Port of Brisbane Pty Ltd (PBPL) - Zuständig für das Management und die Entwicklung des Hafens von Brisbane in Queensland (Australien) - plante eine Fahrwasservertiefung der Hafenzufahrt. Hierdurch wird Schiffen mit größerem Tiefgang die Zufahrt zum Hafen ermöglicht. Für einen sicheren und effektiven Betrieb war die hydrodynamische Modellierung des Hafens und eine Analyse der Interaktionen mit den vertäuten Schiffe im Rahmen der Planungen erforderlich. Um Grenzen der üblichen Modellierung zur Beantwortung einer einzelnen Fragestellung zu überbrücken, entwickelten wir für PBPL ein integriertes numerisches Modell. Dieses Modell ist in der Lage, sowohl Wellen und Strömungen im gesamten Hafenbereich zu modellieren, als auch deren Interaktionen mit vertäuten Schiffen zu analysieren.
FAHRWASSERVERTIEFUNG IM HAFEN VON BRISBANE
Der Hafen von Brisbane zählt zu den am schnellsten wachsenden
Containerhäfen Australiens und ist Queenslands größter Güterhafen. An der
Mündung des Flusses Brisbane gelegen wird der Hafen von PBPL betrieben und
weiterentwickelt. Eine der vielen Verpflichtungen von PBPL ist es, die
Zugänglichkeit des Hafens für die kommerzielle Schifffahrt sicherzustellen. In
diesem Zusammenhang wurde eine Vertiefung des Fahrwassers auf einer Länge
von 10 km geplant, um Schiffen mit größerem Tiefgang den Zugang zum Hafen
zu ermöglichen. Fahrende Schiffe erzeugen einen Absunk, die sich auf
benachbarte vertäute Schiffe auswirkt. Starke Schiffsbewegungen an den
Liegeplätzen sind jedoch zu verhindern, um sichere Arbeitsbedingungen im
Hafen zu garantieren.
CLIENT
Port of Brisbane Pty Ltd (PBPL)
HERAUSFORDERUNG
Aufbau einer integrierten und flexiblen
Modellplattform, die kostengünstige Lösungen
für künftige Projekte innerhalb des
Hafengebietes bereitstellt
Vertiefung des Fahrwassers für Schiffe mit
größerem Tiefgang
Dynamische Modellierung der Hydrodynamik im
Hafen und der Auswirkung von Schiffsfahrt auf
vertäute Schiffe
LÖSUNG
Aufbau eines integrierten numerischen Modells zur
Abbildung detaillierter Hydrodynamik und
Wellentransformationen im Hafengebiet, gekoppelt
mit einem Resonanzmodell für vertäute Schiffe an
allen wichtigen Liegeplätzen
NUTZEN
Ein einziges integriertes Modell für mehrere
Parameter
Entwicklung geeigneter Maßnahmen zur
Gewährleistung der operativen Sicherheit an
Liegeplätzen
Bereitstellung eines Werkzeugs, das auch in
späteren Planungsphase effiziente Lösungen
bietet (z. B. Baggermanagement)
Beitrag zur Erweiterung der kommerziellen
Aktivitäten im Hafen
ORT / LAND
Brisbane River, Australien
VERWENDETE SOFTWARE
MIKE 21 + DVRS
Wellenhöhe in Moreton Bay (Queensland, Australien), August 2011. ©DHI
© D
HI
Um effektive Maßnahmen gegen nachteilige Auswirkungen
der Vertiefung zu ergreifen, war auch die Modellierung der
Hydrodynamik und deren Interaktionen mit vertäuten
Schiffen notwendig.
EIN INTEGRIERTER ANSATZ
Üblicherweise werden individuelle Modelle auf die Betrach-
tung einzelner Fragestellungen aufgebaut. Jedes Modell
beantwortet dabei eine Fragestellung. Obwohl dieser An-
satz Rechenzeit und Kosten in einem Einzelprojekt spart,
gehen damit zugleich eine Vielzahl von Einschränkungen
einher. Bereits kleine Änderungen in der Projektplanung
bewirken, dass Arbeiten wiederholt werden müssen, wo-
durch sich die Kosten langfristig deutlich erhöhen. Außer-
dem sind die Möglichkeiten einer gekoppelten und kumu-
lativen Folgenabschätzung begrenzt. Wegen der
Inkompatibilität verschiedener Modelle wird der Vergleich
zwischen voneinander unabhängigen Studien erschwert.
Angesichts dieser Herausforderungen traf PBPL die
strategische Entscheidung, DHI mit der Entwicklung eines
integrierten numerischen Modells zu beauftragen, das für
eine Vielzahl von Anwendungen herangezogen werden
kann, die für den laufenden Betrieb sowie für Kapazitäts-
planungen wichtig sind. Die verwendeten Modelle reichen
von der hydrodynamischen Modellierung mit MIKE 21 über
die Wellenmodellierung bis hin zur Ermittlung der
Trossenkräfte, um auch zu einem späteren Zeitpunkt
auftauchende Fragestellungen unmittelbar bearbeiten zu
können - zu erheblich reduzierten Kosten.
STRÖMUNGSMODELLIERUNG
Die Strömungsmodellierung erfolgte mit unserem zwei-
dimensionalen (2D) hydrodynamischen Modell MIKE 21 FM
– einer Schlüsselkomponente unserer “MIKE Powered by
DHI”-Softwarepalette. MIKE 21 FM berechnet die Strö-
mungen und Wasserstände mit freier Wasseroberfläche auf
Basis einer Finte-Volumen-Lösung der nichtlinearen
Flachwassergleichungen. Die berechneten Wasserstände
und Strömungsfelder wurden im Weiteren zur Analyse der
Trossenkräfte herangezogen.
Das Modell umfasst das Gebiet der nördlichen Moreton-
Bucht, das gesamte Hafengebiet von der Gateway-Brücke
bis Fisherman Island und verwendet ein flexibles Berech-
nungsgitter. Ausgewählte Liegeplätze entlang des Brisbane
Rivers sind mit Dreieckselementen von etwa 5-10m Kanten-
länge im Modell dargestellt.
WELLENMODELLIERUNG
Für dieses Projekt wurden der Hafen von Brisbane und das
Gebiet der Nördlichen Moreton-Bucht in unser australisches
spektrales Wellenvorhersagemodell “OzSea by DHI”
eingebettet. Das Modell besteht aus einem flexiblen
Berechnungsgitter. Es erlaubt die genaue Berechnung und
Vorhersage von Wellenhöhen im Hafenbereich und den
angrenzenden Küstengebieten. Die Ergebnisse gehen in die
Analysen vertäuter Schiffe ein und können außerdem für
eine Vielzahl künftiger Studien herangezogen werden, z. B.
Stabilitätsanalysen der vertieften Fahrrinne, Verdriftung des
Baggerguts und Schiffsnavigationsstudien.
ANALYSE VERTÄUTER SCHIFFE
Dieser Teil der Untersuchung beinhaltet die detaillierte
Bewertung der Zunahme der Schiffsinteraktionen an vorab
identifizierten Schlüsselstellen. Sie liefert eine genaue
dreidimen-sionale (3D) Abbildung jedes vorbeifahrenden
und vertäuten Schiffes und eine realistische nichtlineare
Abbildung jedes einzelnen Vertäusystems. Die dynamische
Resonanz jedes vertäuten Schiffes und Vertäusystems
wurde mit Hilfe unserer State-of-the-Art-Software Dynamic
Vessel Response Simulator (DVRS) berechnet.
Für die Bewertung der Funktionsfähigkeit der Liegeplätze
wurden Empfehlungen der PBPL und die Richtlinien der
PIANC zu den maximalen Schiffsbewegungen und
Vertäulasten herangezogen. Durch die Berechnung
mehrerer Szenarien vertäuter Schiffe konnten alternative
Lösungen bewertet werden, was zu erhöhter Sicherheit und
Effizienz führt. Für dieses Projekt haben wir ein modernes
integriertes Modell zur Untersuchung der Folgen einer
Fahrwasservertiefung entwickelt, mit dem PBPL ein höchst
kosteneffizientes Entscheidungswerkzeug für zukünftige
strategische Planungen zur Verfügung steht.
UNSERE EXPERTISE IM KÜSTENINGENIEURWESEN
AUF DEN PUNKT GEBRACHT
Mit unserer 50-jährigen intensiven Projekterfahrung in mehr als 140
Ländern sind wir eine der weltweit führenden Berater im
Küsteningenieurwesen, einschließlich der Wechselwirkungen
vertäuter Schiffe. Seit 2004 haben wir fünf derartige Projekte für
PBPL fertiggestellt. Hierbei führten wir sowohl Feldmessungen als
auch physikalische und numerische Modellversuche durch. Die in
diesem Rahmen erstellten Validierungen bestätigen die hohe
Modellgüte.
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Szenario einer Schiffsvorbeifahrt. © DHI
Kontakt: [email protected]
Für zusätzliche Informationen besuchen Sie: www.dhi-wasy.de