Einzelwellenmessung und Kurzzeitvorhersage

Messung von individuellen Wellen in Raum und Zeit zur Kurzzeitvorhersage der lokalen Wellendynamik

Helmholtz-Zentrum Geesthacht - Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH
Dr. Jochen Horstmann

Der Seegang ist eines der wichtigsten Phänomene auf See, das sowohl die Schifffahrt als auch die Offshore Industrie beeinflusst. Bei der Planung und Durchführung von Bauvorhaben sowie der Sicherheit auf See spielt der Seegang eine wichtige Rolle. Neben den spektralen Seegangsparametern wie z.B. der signifikanten Wellenhöhe, ist das Auftreten und Messen von Einzelwellen von besonderer Bedeutung, da diese zu erheblichen Schäden und Risiken bei Bau, Betrieb und Wartung von Windkraftanlagen sowie in der Schifffahrt führen können.

Traditionell wird der lokale Seegang meist als Punktmessung mittels Seegangsbojen, Drucksonden, akustischen Messgeräten oder Radar- und Laserpegeln gemessen. Aus diesen Messungen werden anschließend repräsentative Seegangparameter, wie etwa die signifikante Wellenhöhe, berechnet, die der statistischen Beschreibung und Untersuchung von Wellen dienen. Das Auftreten von extrem hohen oder steilen bis hin zu brechenden Wellen ist jedoch von der Überlagerung einzelner Wellen und deren Historie in Raum und Zeit abhängig. Um diese Ereignisse zu untersuchen und zu verstehen, reicht eine rein statistische Betrachtungsweise nicht mehr aus. Die Beobachtung und Verfolgung einzelner Wellen wird unerlässlich. Diese kann im Feld bis dato nur mit erheblichem Aufwand und mit einer Vielzahl einzelner Sensoren umgesetzt werden.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz fördert das Teilvorhaben 0325915G mit Mitteln aus dem Bundeshaushalt in Höhe von 398.441,00 EUR. Die Zuwendung gilt für den Zeitraum vom 01.12.2018 bis 31.12.2021. Das Projekt ist Teil des Verbundvorhabens "Forschung auf FINO3 für die Offshore-Windtechnologie".

In diesem Vorhaben sollen mithilfe von marinen Radardaten der Forschungsplattform FINO3 Methoden zur Messung von Einzelwellen in Raum und Zeit entwickelt, getestet und validiert werden. Ein am Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) entwickelter erster Ansatz zur Messung der individuellen Wellen aus den Intensitäten der Radarrückstreuung soll getestet und deutlich verbessert werden. Die daraus resultierenden Karten der Oberflächenauslenkung mit Zeitserienmessungen von Punktmesssystemen verglichen und validiert werden. Des Weiteren soll eine neue Methode entwickelt werden, um die Orbitalgeschwindigkeiten aus den vom Radar gemessenen Dopplergeschwindigkeiten der individuellen Wellen abzuleiten. Im letzten Schritt werden die mit dem Radar gemessenen Oberflächenauslenkungen in ein numerisches Modell eingebunden, um eine Kurzzeitvorhersage des lokalen Seegangs von etwa 60 Sekunden zu ermöglichen.

Die im Rahmen dieses Antrags zu entwickelnden Methoden und Verfahren zur Messung, Erkennung und Kurzzeitvorhersage von Einzelwellen werden einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung von Risiken und Schäden bei Arbeiten und Manövern auf See leisten. Mithilfe dieser Entwicklung können gefährliche Wellen erstmals vorhergesagt werden und bei Anlegemanövern an den Offshore-Windenergieanlagen sowie Arbeiten an Deck Berücksichtigung finden.