Modellgestützte Ermittlung der propellerstrahl induzierten Böschungsbelastungen im Hamburger Hafen

Die zunehmende Schiffsgröße stellt die Häfen der ganzen Welt vor die Aufgaben, die Sicherheit von Schiffsmanövern sicher zu stellen und im gleichen Moment die Hafeninfrastrukturen wie beispielsweise Böschungen oder Uferdämme sicher und ausreichend zu gestalten. Für das Design dieser Bauwerke sind schiffsinduzierte Wellen und Propellerströmungen eine große Herausforderung. Bestehende Designrichtlinien liefern empirische Formeln, die zu sehr konservativen Lösungen führen, welche nicht die Belastungen von Containerschiffen neuester Generationen wiederspiegeln (Very Large Container – VLC | PIANC, 2015).

Die Zunahme dieser Belastungen führen aktuell mit den bestehenden Bemessungsansätzen zu stark befestigten Böschungen. Da die Hafenplaner mehr denn je vor der Herausforderung stehen die Sicherheit und die wirtschaftlichste Lösung zu finden, war die Notwendigkeit der Methodenüberprüfung gegeben.

Das von DHI-WASY entwickelte CFD-Modell, basierend auf der Open-Source-Software OpenFOAM®, wurde mit Hilfe von Naturmessungen am Bubendey-Ufer der Elbe, Hamburg kalibriert und validiert. Die Ergebnisse wurden mit dem Standardverfahren (siehe Grundlagen zur Bemessung von Böschungs- und Sohlensicherungen an Binnenwasserstraßen (2010) der Bundesanstalt für Wasserbau Dienststelle Hamburg (BAW) verglichen. Die modellierten Belastungen liegen ca. 30% niedriger als die aus den Vergleichsrechnungen mit dem GBB Ansatz ermittelten. Das Verfahren ist zudem sehr gut auf beliebige Böschungsgeometrien anwendbar. Das von DHI-WASY entwickelte CFD-Modell bildet für Hafenplaner ein gutes Werkzeug um die Ufergestaltung technisch und ökonomisch zu optimieren. Der Anwendungsfall und die Software sind soweit optimiert, dass belastbare Ergebnisse innerhalb kurzer Zeit geliefert werden können.

Das Modell wurde vor kurzem für die Bestimmung einer bedarfsgerechten Dimensionierung der Böschungssicherung für Feederschiffe im Hamburger Hafen angewendet. Es bildet die Entscheidungsbasis für eine deutlich bessere wirtschaftliche Gestaltung der Baumaßnahmen.