Ein automatisches Monitoringsystem für Buhnen an der Elbe durch terrestrisches Laserscanning

Felix Tschirschwitz, Klaus Mechelke, Hanne Jansch, Klemens Uliczka, Thomas Kersten

doi:10.12902/zfv-0132-2016

Zusammenfassung

Zur Einfahrt in den Hamburger Hafen werden ca. 120 km des tidebeeinflussten Abschnitts der Elbe, die Unter- und Außenelbe, durchquert. Für den Schutz der Uferzonen sind Buhnen, spezielle Strömungsbauwerke, in den Flusslauf eingebracht. Seit ca. 2001 werden Schäden an den Buhnen festgestellt, die eine regelmäßige und teure Ertüchtigung der Bauwerke erforderlich machen. Die Ursache scheint in der erhöhten Elbbefahrung von immer größeren Schiffen gefunden zu sein. Die Schiffe verursachen bei der Durchquerung des Elbabschnittes starke langperiodische Wellenbelastungen, die sowohl Buhnen erodieren lassen, als auch zu Durchbrüchen führen. Im Unterelbeabschnitt Juelssand wird im Rahmen eines Naturversuchs der Bundesanstalt für Wasserbau und des Wasserstraßen- und Schifffahrtsamtes Hamburg die Stabilität unterschiedlicher Bauformen und -weisen erprobt, um eine probabilistische Bemessung der Deckwerke zu ermöglichen. Die Dokumentation der Veränderungen erfolgt durch geodätisches Monitoring, welches in Kooperation mit der HafenCity Universität Hamburg entwickelt und ausgeführt wird. Gekapselt in ein schützendes Gehäuse werden Laserscans der Buhnenoberfläche jeweils bei Niedrigwasser vollautomatisch durchgeführt. Mit zwei identischen Messsystemen werden jeweils von einer 12 m hohen Messplattform Daten von zwei Buhnen erfasst. Durch einen 3D-Vergleich zu der Nullepoche werden die aufgetretenen Deformationen beschrieben. Ein Zusammenhang zwischen den verursachten Schäden und einzelnen Schiffspassagen kann hergestellt werden. Dafür werden wichtige Parameter zu den vorbeifahrenden Schiffen vom Automatischen Informationssystem (AIS) geliefert, während die schiffsinduzierten langperiodischen Wellenbelastungen mit Hilfe von in der Buhne verteilten Drucksonden gemessen werden.

Summary

To enter the port of Hamburg, a tidal estuary of about 120 km, the Low and Outer Elbe has to be traveled. Groynes, rigid hydraulic structures, were established to help exploitation of the river as a federal waterway and protect the riverbanks. Since 2001 various damages of groynes have been observed deeming a costly repair and maintenance necessary. The cause was detected in the increasing maritime traffic of larger sized vessels. Vessels induce heavy long-periodic wave loads eroding the structures and creating breakthroughs at the groyne’s coastal connection. At the Low Elbe section Juelssand, an in situ pilot study by the Federal Waterways Engineering and Research Institute and the Waterways and Shipping Board, new construction parameters and different shapes at real conditions are tested for a probabilistic assessment of the groyne’s revetment. The documentation of the deformation is based on a geodetic monitoring system developed and operated in cooperation between Federal Waterways Engineering and Research Institute and HafenCity University Hamburg. Encapsulated in a secure housing, a laser scanner automatically records the groyne’s surface at each low tide. Two identical measurement systems were installed on monitoring platforms at 12 m height documenting two different groyne types. Based on the laser scans, a 3D comparison is calculated to detect changes to a reference epoch to quantify the impact of ship passages. Additionally, important vessel parameters are gathered from the Automatic Information System (AIS) while wave loads are measured with pressure probes installed well distributed at the groynes.