Sensitivity analysis of single storm surges in the Jade-Weser Estuary

Research output: Thesis › Doctoral thesis

Authors

  • Oliver Lojek

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Details

Original languageEnglish
QualificationDoctor of Engineering
Awarding Institution
Supervised by
  • Torsten Schlurmann, Supervisor
Date of Award3 Jun 2019
Place of PublicationHannover
Publication statusPublished - 2020

Abstract

"Küsteningenieurwesen ist mit der Planung, Errichtung und Erhaltung von Bauwerken in der Küstenzone betraut. Seedeiche bieten Hochwasserschutz vor anbrandenden Sturmfluten, während ausgebaute Fahrwasser die Sicherheit der Küsten- und Seeschifffahrt gewährleisten und Hafenanlagen (Über-)Seehandel ermöglichen und je nach Umschlagmenge und Güterart als kritische Infrastrukturen klassifiziert werden. Europäische Sturmzyklone treffen die Deutsche Bucht im Durschnitt zehn Mal pro Jahr und verursachen Sturmfluten, erodieren Küstenvorländer und beeinträchtigen die Schifffahrt. Sturmschäden belaufen sich jährlich auf Milliarden Euro und erfordern Ertüchti- gungen von Küstenbauwerken. Diese Sturmzyklone entstehend über dem Atlantik und folgen einer Westzugbahn, die sie über Nordeuropa und die Nordsee ziehen lässt, wo sie die Deutsche Bucht mit ihrer geringen Wassertiefe und verwinkelten Küstenlinie treffen. Sich ändernde Umweltbedingungen beeinflussen atmosphärische sowie hydrosphärische Prozesse gleichermaßen, die für die Entwicklung und Zugbahn extremer Systemzustände wie Orkane und Sturmfluten entscheidend sind. Folgerichtig ist die Identifikation und Erforschung von individuellen Schlüsselprozessen, die maßgeblich zur Küstenentwick- lung beitragen und potentielle Auswirkungen auf systemkritische Küsteninfrastruktur aufweisen, ein integraler Bestandteil der Forschung im Küsteningenieurwesen. Im Rahmen dieser Arbeit werden Auswirkungen untersucht, die sich durch Meeresspiege- lanstieg, erhöhten Binnenlandabfluss, verstärkten Seegang sowie intensivierte Wind und Druckfelder für das Jade-Weser Ästuar ergeben. Identifizierte Änderungen werden mit einem quelloffenen numerischen prozessbasierten Modell berechnet und für den Hafenkomplex Wilhelmshaven in der Innenjade, der teilweise kritische Infrastrukturen um- fasst, ausgewertet. Ein umfassender Vergleich mit Beobachtungsdaten zeigt, dass das Modell in der Lage ist, komplexe hydrodynamische Prozesse aber auch Seegang, Atmosphärische Prozesse und induzierten Sedimenttransport abzubilden. Sturmszenarien mit drei unterschiedlichen Amplifikationsniveaus für die Schlüsselprozesse werden en- twickelt und Einzel- sowie Kombinationswirkung untersucht. Auswirkungen auf die Hy- dromechanik, Wellenausbreitung und Morphodynamik werden untersucht und Residuale Strömungs- und Transportmuster der zwei Sturmtypen studiert. Eine Gegenüberstellung der Ergebnisse zeigt nicht-lineare Wechselwirkungen der einzelnen Prozesse auf, die z.T. verstärkend wirken. Lokaler Meeresspiegelanstieg weist die größte Wirkamplitude auf, Atmosphärische Änderungen zeigen die zweitstärksten Aus- wirkungen und Wellen die drittstärkste. Den kleinsten Einfluss auf die Sturmflutparam- eter zeigt der Binnenlandabfluss. Wasserbauliche Änderungen durch den geplanten Aus- bau des Europäischen Container Terminals Wilhelmshaven, einer kritischen Küsteninfrastruktur, weist einen starken Einfluss auf Residuale Strömungs- und Transportmuster unter Sturmbedingungen auf." (Zusammenfassung)

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Sensitivity analysis of single storm surges in the Jade-Weser Estuary. / Lojek, Oliver.
Hannover, 2020. 266 p.

Research output: Thesis › Doctoral thesis

Lojek, O 2020, 'Sensitivity analysis of single storm surges in the Jade-Weser Estuary', Doctor of Engineering, Leibniz University Hannover, Hannover. https://doi.org/10.15488/9331
Lojek, O. (2020). Sensitivity analysis of single storm surges in the Jade-Weser Estuary. [Doctoral thesis, Leibniz University Hannover]. https://doi.org/10.15488/9331
Lojek O. Sensitivity analysis of single storm surges in the Jade-Weser Estuary. Hannover, 2020. 266 p. doi: 10.15488/9331
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T1 - Sensitivity analysis of single storm surges in the Jade-Weser Estuary

AU - Lojek, Oliver

N1 - Doctoral thesis

PY - 2020

Y1 - 2020

N2 - "Küsteningenieurwesen ist mit der Planung, Errichtung und Erhaltung von Bauwerken in der Küstenzone betraut. Seedeiche bieten Hochwasserschutz vor anbrandenden Sturmfluten, während ausgebaute Fahrwasser die Sicherheit der Küsten- und Seeschifffahrt gewährleisten und Hafenanlagen (Über-)Seehandel ermöglichen und je nach Umschlagmenge und Güterart als kritische Infrastrukturen klassifiziert werden. Europäische Sturmzyklone treffen die Deutsche Bucht im Durschnitt zehn Mal pro Jahr und verursachen Sturmfluten, erodieren Küstenvorländer und beeinträchtigen die Schifffahrt. Sturmschäden belaufen sich jährlich auf Milliarden Euro und erfordern Ertüchti- gungen von Küstenbauwerken. Diese Sturmzyklone entstehend über dem Atlantik und folgen einer Westzugbahn, die sie über Nordeuropa und die Nordsee ziehen lässt, wo sie die Deutsche Bucht mit ihrer geringen Wassertiefe und verwinkelten Küstenlinie treffen. Sich ändernde Umweltbedingungen beeinflussen atmosphärische sowie hydrosphärische Prozesse gleichermaßen, die für die Entwicklung und Zugbahn extremer Systemzustände wie Orkane und Sturmfluten entscheidend sind. Folgerichtig ist die Identifikation und Erforschung von individuellen Schlüsselprozessen, die maßgeblich zur Küstenentwick- lung beitragen und potentielle Auswirkungen auf systemkritische Küsteninfrastruktur aufweisen, ein integraler Bestandteil der Forschung im Küsteningenieurwesen. Im Rahmen dieser Arbeit werden Auswirkungen untersucht, die sich durch Meeresspiege- lanstieg, erhöhten Binnenlandabfluss, verstärkten Seegang sowie intensivierte Wind und Druckfelder für das Jade-Weser Ästuar ergeben. Identifizierte Änderungen werden mit einem quelloffenen numerischen prozessbasierten Modell berechnet und für den Hafenkomplex Wilhelmshaven in der Innenjade, der teilweise kritische Infrastrukturen um- fasst, ausgewertet. Ein umfassender Vergleich mit Beobachtungsdaten zeigt, dass das Modell in der Lage ist, komplexe hydrodynamische Prozesse aber auch Seegang, Atmosphärische Prozesse und induzierten Sedimenttransport abzubilden. Sturmszenarien mit drei unterschiedlichen Amplifikationsniveaus für die Schlüsselprozesse werden en- twickelt und Einzel- sowie Kombinationswirkung untersucht. Auswirkungen auf die Hy- dromechanik, Wellenausbreitung und Morphodynamik werden untersucht und Residuale Strömungs- und Transportmuster der zwei Sturmtypen studiert. Eine Gegenüberstellung der Ergebnisse zeigt nicht-lineare Wechselwirkungen der einzelnen Prozesse auf, die z.T. verstärkend wirken. Lokaler Meeresspiegelanstieg weist die größte Wirkamplitude auf, Atmosphärische Änderungen zeigen die zweitstärksten Aus- wirkungen und Wellen die drittstärkste. Den kleinsten Einfluss auf die Sturmflutparam- eter zeigt der Binnenlandabfluss. Wasserbauliche Änderungen durch den geplanten Aus- bau des Europäischen Container Terminals Wilhelmshaven, einer kritischen Küsteninfrastruktur, weist einen starken Einfluss auf Residuale Strömungs- und Transportmuster unter Sturmbedingungen auf." (Zusammenfassung)

AB - "Küsteningenieurwesen ist mit der Planung, Errichtung und Erhaltung von Bauwerken in der Küstenzone betraut. Seedeiche bieten Hochwasserschutz vor anbrandenden Sturmfluten, während ausgebaute Fahrwasser die Sicherheit der Küsten- und Seeschifffahrt gewährleisten und Hafenanlagen (Über-)Seehandel ermöglichen und je nach Umschlagmenge und Güterart als kritische Infrastrukturen klassifiziert werden. Europäische Sturmzyklone treffen die Deutsche Bucht im Durschnitt zehn Mal pro Jahr und verursachen Sturmfluten, erodieren Küstenvorländer und beeinträchtigen die Schifffahrt. Sturmschäden belaufen sich jährlich auf Milliarden Euro und erfordern Ertüchti- gungen von Küstenbauwerken. Diese Sturmzyklone entstehend über dem Atlantik und folgen einer Westzugbahn, die sie über Nordeuropa und die Nordsee ziehen lässt, wo sie die Deutsche Bucht mit ihrer geringen Wassertiefe und verwinkelten Küstenlinie treffen. Sich ändernde Umweltbedingungen beeinflussen atmosphärische sowie hydrosphärische Prozesse gleichermaßen, die für die Entwicklung und Zugbahn extremer Systemzustände wie Orkane und Sturmfluten entscheidend sind. Folgerichtig ist die Identifikation und Erforschung von individuellen Schlüsselprozessen, die maßgeblich zur Küstenentwick- lung beitragen und potentielle Auswirkungen auf systemkritische Küsteninfrastruktur aufweisen, ein integraler Bestandteil der Forschung im Küsteningenieurwesen. Im Rahmen dieser Arbeit werden Auswirkungen untersucht, die sich durch Meeresspiege- lanstieg, erhöhten Binnenlandabfluss, verstärkten Seegang sowie intensivierte Wind und Druckfelder für das Jade-Weser Ästuar ergeben. Identifizierte Änderungen werden mit einem quelloffenen numerischen prozessbasierten Modell berechnet und für den Hafenkomplex Wilhelmshaven in der Innenjade, der teilweise kritische Infrastrukturen um- fasst, ausgewertet. Ein umfassender Vergleich mit Beobachtungsdaten zeigt, dass das Modell in der Lage ist, komplexe hydrodynamische Prozesse aber auch Seegang, Atmosphärische Prozesse und induzierten Sedimenttransport abzubilden. Sturmszenarien mit drei unterschiedlichen Amplifikationsniveaus für die Schlüsselprozesse werden en- twickelt und Einzel- sowie Kombinationswirkung untersucht. Auswirkungen auf die Hy- dromechanik, Wellenausbreitung und Morphodynamik werden untersucht und Residuale Strömungs- und Transportmuster der zwei Sturmtypen studiert. Eine Gegenüberstellung der Ergebnisse zeigt nicht-lineare Wechselwirkungen der einzelnen Prozesse auf, die z.T. verstärkend wirken. Lokaler Meeresspiegelanstieg weist die größte Wirkamplitude auf, Atmosphärische Änderungen zeigen die zweitstärksten Aus- wirkungen und Wellen die drittstärkste. Den kleinsten Einfluss auf die Sturmflutparam- eter zeigt der Binnenlandabfluss. Wasserbauliche Änderungen durch den geplanten Aus- bau des Europäischen Container Terminals Wilhelmshaven, einer kritischen Küsteninfrastruktur, weist einen starken Einfluss auf Residuale Strömungs- und Transportmuster unter Sturmbedingungen auf." (Zusammenfassung)

U2 - 10.15488/9331

DO - 10.15488/9331

M3 - Doctoral thesis

CY - Hannover

ER -