Definition: Die Sortierung „σ1“ ist ein Maß, mit dem die Breite des in der Summenkurve dargestellten Kornspektrums dargestellt wird, und bestimmt das mechanische und hydraulische Verhalten des Sediments. Aus der Sortierung können Rückschlüsse über das Ablagerungsmilieu gezogen werden. Ein breites Spektrum zeigt eine hohe Variabilität innerhalb der Sedimentprobe an, das heißt, es sind Anteile von verschiedenen, weit auseinanderliegenden Kornfraktionen vorhanden. Dies wird als schlechte Sortierung bezeichnet und ergibt einen hohen Wert. Ein enges Spektrum zeigt eine geringe Variabilität an, das heißt es sind nur wenige Anteile von nur eng beieinanderliegende Kornfraktionen vorhanden. Dies wird als gute Sortierung bezeichnet und ergibt einen geringen Wert. Das Spektrum der Sortierungen beginnt bei σ1 = 0 (Einkornmaterial) und steigt mit zunehmender Anzahl der Fraktionen. Nach Folk & Ward (1957) sind Sedimentverteilungen mit σ1 < 0.5 als gut sortiert und mit σ1 > 1 als schlecht sortiert zu bezeichnen. In der Summenkurve selbst ist die Sortierung als Steilheit ersichtlich, je schlechter die Sortierung, desto flacher die Summenkurve.
Datenerzeugung: Die Basis für sedimentologische Auswertungen bilden Oberflächensedimentproben, die im Rahmen des Projektes EasyGSH mittels anisotroper Interpolationsverfahren und unter Berücksichtigung hydrodynamischer Faktoren und Erosions- und Sedimentationsprozesse von Einzelproben verschiedener Jahre auf ein für ein Jahr gültiges Raster interpoliert wurden. An jedem dieser Rasterknoten liegt die Sedimentverteilung daher als Summenkurve vor. Für die Deutsche Bucht liegt dieses Basisprodukt für die Jahre 1996, 2006 und 2016 im 100 m Raster, für die Ausschließliche Wirtschaftszone Deutschlands für das Jahr 1996 im 250 m Raster vor. Direkt aus diesen Summenkurven können die für die Berechnungsvorschrift für die Sortierung nach Folk & Ward (1957) benötigten Anteile für ϕ5, ϕ16, ϕ84 und ϕ95, ermittelt werden und der Sortierungsparameter σ1 errechnet werden. Produkt: 100 m Raster der Deutschen Bucht (1996, 2006, 2016) beziehungsweise 250 m Raster der Ausschließlichen Wirtschaftszone (1996), an denen an jedem Rasterknoten die Sortierung σ1 nach Folk & Ward (1957) hinterlegt ist. Das Produkt wird im GeoTiff-Format bereitgestellt.
Literatur: Folk, R. L., & Ward, W. C. (1957). A study in the significance of grain size parameter. Journal of Petrology, 37, 327-354.
Zitat für diesen Datensatz (Daten DOI): Sievers, J., Rubel, M., Milbradt, P. (2020): EasyGSH-DB: Themengebiet - Sedimentologie. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/02.2020.K2.7000.0005
English Download: The data for download can be found under References ("Weitere Verweise"), where the data can be downloaded directly or via the web page redirection to the EasyGSH-DB portal.
Erstellung anwendungsorientierter synoptischer Referenzdaten zur Geomorphologie, Sedimentologie und Hydrodynamik in der Deutschen Bucht EasyGSH-Deutsche Bucht (EasyGSH-DB)
Im Rahmen der Messkampagne MudMeas erfolgte eine Messung von Turbulenz im Fluid Mud bei Weener in der Unterems im September 2021. Hierfür wurden in Kooperation mit der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Punktmessungen mit Tiefenprofilen auf FK LITTORINA durchgeführt. Es wurden Strömungsgeschwindigkeit und -richtung, Salzgehalt, Dichte, Temperatur, Dissipationsrate und turbulente kinetische Energie mithilfe von ADCP, CTD, OBS und RSI Micropods ermittelt.
Bodenanker mit CTD-Messung (Salzgehalt, Temperatur, Wasserstand). Eine Zeitreihe mit Delta t = 5 Minuten. NHN Tiefe: 20 m.
Hinweis zum Messintervall dt: Die CTD-Messungen wurden in dem angebenen Messintervall als Momentanmessung ausgeführt. Eine Momentanmessung besteht hierbei aus 20 Einzelmessungen mit 4 Hz (0,25 s). Konkret: alle 5 Minuten wurde für 5 s mit 4 Hz gemessen und als Mittelwert abgespeichert.
Bodenanker mit ADCP-Messung (Strömung, Trübung). Zwei Zeitreihen mit Delta t = 5 Minuten. NHN Tiefe: 13 m.
Die verankerten ADCP zeichnen ein komplettes vertikales Geschwindigkeitsprofil auf: vr = Strömungsrichtung, vm = Strömungsgeschwindigkeit.
Die Aufzeichnung beginnt ca. 2 m über dem Seeboden und reicht bis ca. 2 m unter die Wasseroberfläche (tiefenabhängig, mal mehr mal weniger). Die vertikale Auflösung (Tiefenzellengröße) beträgt 0.5 oder 0.75 m.
Die zeitliche Auflösung beträgt 5 Minuten. Hierbei handelt es sich Mittelwerte, d.h. insgesamt 50 Einzelmessungen sind über den jeweiligen Zeitraum gemittelt worden.
Messkette mit CTD-Messung (Salzgehalt, Temperatur, Wasserstand, Trübung). Eine Zeitreihe mit Delta t = 5 Minuten. Es wurde auf den Tiefen 5 m, 9 m und 14 m gemessen (NHN).
Hinweis zum Messintervall dt: Die CTD-Messungen wurden in dem angebenen Messintervall als Momentanmessung ausgeführt. Eine Momentanmessung besteht hierbei aus 20 Einzelmessungen mit 4 Hz (0,25 s). Konkret: alle 5 Minuten wurde für 5 s mit 4 Hz gemessen und als Mittelwert abgespeichert.
Bodenanker mit CTD-Messung (Salzgehalt, Temperatur, Wasserstand). Zwei Zeitreihen mit Delta t = 5 Minuten. NHN Tiefe: 22 m.
Hinweis zum Messintervall dt: Die CTD-Messungen wurden in dem angebenen Messintervall als Momentanmessung ausgeführt. Eine Momentanmessung besteht hierbei aus 20 Einzelmessungen mit 4 Hz (0,25 s). Konkret: alle 5 Minuten wurde für 5 s mit 4 Hz gemessen und als Mittelwert abgespeichert.
Anhand von Experimenten im physikalischen Modell wurden durch Bodenformen verursachte Strömungs- und Turbulenzprozesse untersucht. Hierzu wurden Laborversuche in einer Strömungsumlaufrinne mit abstrahierten Modelldünen durchgeführt. Für die Erhebung eines umfangreichen Datensatzes zur Beschreibung des Strömungsfeldes über einer Bodenform wurde eine Modelldüne eingesetzt, deren Geometrie sich an in der Weser beobachteten Dünen mit sogenanntem Ebb Slip Face (EbbSF) orientiert. Die Dünenabmessungen und hydrodynamischen Größen wurden im Maßstab 1:10 nach Froude skaliert. Die Modelldüne wurde als zweidimensionale Einzeldüne eingebaut und einer unidirektionalen Strömung konstanter Geschwindigkeit und gleichbleibendem Wasserstand ausgesetzt. Durch die Verwendung von Riffelblech für die Herstellung der Modelldüne wurde die natürliche Oberflächenrauheit realer Dünen nicht nachgebildet. Für die Strömungsmessungen wurde im Bereich über und hinter dem Modellkörper eine enge Verteilung der Messpositionen gewählt, sodass ein umfassender Rohdatensatz mit hochfrequenten, akustischen Strömungsdaten bereitgestellt wird.
Literatur: - Carstensen, C., Holzwarth, I. (2023): Flow and Turbulence over an Estuarine Dune – Large-Scale Flume Experiments. Die Küste. https://doi.org/10.18171/1.093103 - Bundesanstalt für Wasserbau (2021): FAUST. Teilprojekt E: Laboruntersuchungen BAW. FuE-Abschlussbericht B3955.02.04.70230. https://hdl.handle.net/20.500.11970/108336
Zitat für diesen Datensatz (Daten DOI): - Bundesanstalt für Wasserbau (2021): Laborversuche in einer Strömungsrinne mit skalierter Modelldüne (EbbSF) [Data set]. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/02.2021.K.9900.0001
Bundesanstalt für Wasserbau(2021): Laborversuche in einer Strömungsrinne mit skalierter Modelldüne (EbbSF) [Dataset]. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/02.2021.K.9900.0001
Die jährlichen zip-Archivdateien enthalten die von SWAN berechneten Seegangspektren einerseits als Energiedichteverteilung des eindimensionalen Spektrums (ohne Richtungsfunktion, sog. 1D-Spektrum) und andererseits als Energiedichteverteilung des Seegangsspektrums in allgemeiner Form (Richtungsspektrum, sog. 2D-Spektrum) an ausgewählten Lokationen entlang des seeseitigen Randes des Produktgebietes (DB-Rand).
Die Dateien sind direkte Ausgaben im sogenannten SWAN-Spektrenformat (siehe Beschreibung des Formats im Anhang des SWAN User Manuals). Ein Archiv beinhaltet jeweils die 1D/2D-Seegangsspektren über den Simulationszeitraum eines Jahres. Weiterhin sind die Daten innerhalb eines Archivs unterteilt nach der Lage der Ausgabepunkte entlang des Produktgebietsrandes „North“ und „West“. Die Seegangsspektren sind fortlaufend nach Zeitschritten und nach den ausgewählten Ausgabelokationen sortiert. Die Ausgabelokationen (Lagebezug WGS84) sind jeweils am Anfang der 1D/2D-Seegangsspektrendateien zusammen mit den gewählten diskreten Frequenzen und im Falle der 2D-Seegangsspektren zusätzlich mit den gewählten diskreten Wellenanlaufrichtungen des Seegangsspektrums aufgeführt. Die ersten beiden der insgesamt 21 Lokationen am Westrand sowie die letzten beiden der insgesamt 18 Lokation am Nordrand enthalten keine Werte (Kennzeichnung mittels „NODATA“ in den Dateien), da diese auf Landflächen definiert wurden.
Darüber hinaus sind weitere Informationen wie z.B. die physikalischen Einheiten der Ausgabegrößen und die Definition eines Fehlerwertes am Beginn einer Datei aufgeführt. Im Falle des 1D-Seegangsspektrums sind die Ausgabegrößen und Einheiten: Energiedichte S (m²/Hz), mittlere Wellenanlaufrichtung Θm (Grad, nautische Konvention) und Streuung der Wellenanlaufrichtung um die mittlere Richtung σ (auch als „Spreading“ bezeichnet, in Grad). Im Falle des 2D-Seegangsspektrums ist die Ausgabegröße und Einheit: Energiedichte S (m²/Hz/Grad). Zu Beginn eines jeden Datenblockes eines 2D-Seegangsspektrums wird zudem ein zeitlich und räumlich variabler Skalierungsfaktor aufgeführt, welcher der Umrechnung der Energiedichte vom Datentyp Integer (ganze Zahl) in den Datentyp Float (Gleitkommazahl) dient. Folglich muss zur Weiterverarbeitung der Energiedichte der Skalierungsfaktor mit der Matrix der Energiedichte multipliziert werden um die Energiedichte als Gleitkommazahl auszugeben/darzustellen. Es wurde ein spektrales Seegangsmodell auf der Basis von SWAN sowie unter der Annahme eines räumlich und zeitlich konstanten mittleren Wasserstandes (NHN+0m) und ohne Berücksichtigung von Strömungen erstellt. Das zeitliche Simulations- und Ausgabeintervall beträgt eine Stunde. Die Modellausdehnung und die Diskretisierung (unstrukturiertes Berechnungsgitter) entsprechen den Modellparametern des gekoppelten hydrodynamischen Telemac-Tomawac-Modells, das in EasyGSH-DB zur Validierung der Produktergebnisse im Rahmen eines Multi-Modellansatzes verwendet wurde.
Die erzeugten Daten sind Teil der Seegangsanalysen in EasyGSH-DB mit dem Ziel der Erstellung anwendungsorientierter synoptischer Referenzdaten zur Geomorphologie, Sedimentologie und Hydrodynamik in der Deutschen Bucht für einen referenzierbaren, kontinuierlich aufbereiteten Basisdatensatz von 20 Jahren für die Deutsche Bucht.
English Download: The data to download can be found under References ("Weitere Verweise"), where the data can be downloaded directly or via the web page redirection to the EasyGSH-DB portal.
Erstellung anwendungsorientierter synoptischer Referenzdaten zur Geomorphologie, Sedimentologie und Hydrodynamik in der Deutschen Bucht EasyGSH-Deutsche Bucht (EasyGSH-DB)
Mittels Tracer werden die Oberflächengeschwindigkeiten über 2D-Particle-tracking gemessen. Die Treibkörper, die an der Wasseroberfläche schwimmen, werden mit einer Videokamera verfogt. Dieser Film dient nicht nur zur Bestimmung der Fließgeschwindigkeiten sondern auch zur Versuchsdokumentation.
Im Film ist die Strömung mit dem ausgeprägten Wirbelsystem im Mündungstrichter des Elbeseitenkanals in die Elbe anhand der Tracer zu sehen.
Bundesanstalt für Wasserbau(2023): Versuchsdokumentation: Istzustand, Strömung im Mündungstrichter des ESK in die Elbe [Audiovisual]. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/06.2023.W.0700.0001
Definition: Das Maß der Porosität „n“ (dimensionslos von 0 bis 1) gibt Auskunft über den Volumenanteil einer Sedimentprobe, der mit Flüssigkeiten oder Gasen gefüllt ist oder gefüllt werden kann (Wilson et al., 2018). Dieses Volumen ist der Gesamtporenraum. Aus einem hohen Porenanteil des Sediments folgt ein hoher Wert für die Porosität „n“. Die Porosität kann als Maß zur Abschätzung weiterer sedimentologischer Eigenschaften genutzt werden, hier zu nennen unter Anderem die Permeabilität und die Konsolidierung, und ist daher ein signifikanter Parameter in der Vorhersage des mechanischen und hydraulischen Verhaltens des Sediments.
Datenerzeugung: Die Basis für sedimentologische Auswertungen bilden Oberflächensedimentproben, die im Rahmen des Projektes EasyGSH mittels anisotroper Interpolationsverfahren und unter Berücksichtigung hydrodynamischer Faktoren und Erosions- und Sedimentationsprozesse von Einzelproben verschiedener Jahre auf ein für ein Jahr gültiges Raster interpoliert wurden. An jedem dieser Rasterknoten liegt die Sedimentverteilung daher als Summenkurve vor. Für die Deutsche Bucht liegt dieses Basisprodukt für die Jahre 1996, 2006 und 2016 im 100 m Raster, für die Ausschließliche Wirtschaftszone Deutschlands für das Jahr 1996 im 250 m Raster vor. Aus diesen Summenkurven können der Median-Korndurchmesser d50 und die Sortierung σ1 ermittelt werden. Wilson et al (2018) haben aus der Homogenisierung von Analyseergebnissen von vier sedimentologischen Messkampagnen in der Nordsee eine logistische Regressonsfunktion ermittelt, die auf Basis des d50 eine Porosität abschätzen lässt. Dieser Ansatz wurde von der smile consult GmbH um die Sortierung erweitert (unveröffentlicht), um die Porosität mit steigender – und damit schlechter werdender – Sortierung herabzusetzen. Diese Erweiterung beruht auf dem Sachverhalt, dass eine schlechte Sortierung eine höhere Korngrößenvariabilität bedingt und der Porenraum zwischen Partikeln größerer Äquivalentdurchmesser damit eher durch kleinere Sedimentkörner gefüllt werden kann und so die Porosität verringert wird. Produkt: 100 m Raster der Deutschen Bucht (1996, 2006, 2016) beziehungsweise 250 m Raster der Ausschließlichen Wirtschaftszone (1996), an denen an jedem Rasterknoten die Porosität „n“ mit einem Wert von 0 bis 1 hinterlegt ist. Das Produkt wird im GeoTiff-Format bereitgestellt.
Literatur: Wilson, R. J., Speirs, D. C., Sabatino, A., & Heath, M. R. (2018). A synthetic map of the north-west European Shelf sedimentary environment for applications in marine science. Earth System Science Data, 10(1), 109-130.
Zitat für diesen Datensatz (Daten DOI): Sievers, J., Rubel, M., Milbradt, P. (2020): EasyGSH-DB: Themengebiet - Sedimentologie. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/02.2020.K2.7000.0005
Erstellung anwendungsorientierter synoptischer Referenzdaten zur Geomorphologie, Sedimentologie und Hydrodynamik in der Deutschen Bucht EasyGSH-Deutsche Bucht (EasyGSH-DB)
