Gönnert, G., Graßl, H., Kelletat, D., Kunz, H., Probst, B., von Storch, H ...

GÖNNERT, G./ GRASSL, H./ KELLETAT, D./ KUNZ, H. / PROBST, B./ VON STORCH, H. / SÜNDERMANN, J.
"Klimaänderung und Küstenschutz"
die Wellenauflauf- und Wellenüberlaufströmung als Randbedingung für die Erosion und Infiltration
des auf- und überlaufenden Wassers in die Deichabdeckung auf der Grundlage der experimentellen
und theoretischen Untersuchungen von Schüttrumpf (2001) beschrieben werden.
Eine auf einen Deich zulaufende Welle bricht auf der Deichaußenböschung als Schwall-, Sturz- oder
Reflexionsbrecher. Die gebrochene Welle erzeugt einen instationären Auflaufschwall, der auf der
Deichaußenböschung aufläuft. Der Auflaufschwall nimmt mit zunehmender Wellenauflauflänge bis
auf Null zur maximalen Wellenauflaufhöhe ab. Der Auflaufschwall belastet die Deichaußenböschung
zwischen Auftreffpunkt der brechenden Welle und maximaler Wellenauflaufhöhe. Diese Belastung
kann durch die instationären Schichtdicken und Strömungsgeschwindigkeiten des Auflaufschwalls
beschrieben werden. Ansätze zur Ermittlung dieser instationären Schichtdicken und Strömungsgeschwindigkeiten
sind in Abb. 5 für Schwall-, Sturz- und Reflexionsbrecher zu finden.
Ist die Kronenhöhe niedriger als die maximale Wellenauflaufhöhe, so kommt es zum Wellenüberlauf
und Wasser läuft über die Deichkrone auf die Deichbinnenböschung. Der Auflaufschwall trennt sich
in zwei Strömungsfelder. Das Wasser, das beim Wellenauflauf diesen Punkt überschreitet, fließt überwiegend
als Wellenüberlauf auf Deichkrone und Deichbinnenböschung ab. Das im Wellenauflauf
verbleibende Wasser fließt als Wellenablauf zurück. Visuell kann auch beobachtet werden, dass eine
geringe Wassermenge von der Deichkrone zurück auf die Deichaußenböschung fließt. Auf der Deichkrone
nehmen die Schichtdicken und Überlaufgeschwindigkeiten vom seeseitigen zum landseitigen
Ende der Deichkrone ab. Die Abnahme der Schichtdicke hängt mit der Deformation des Überlaufschwalls
auf der Deichkrone zusammen. Während am seeseitigen Ende der Deichkrone ein Teil des
Wassers wieder auf der Deichaußenböschung abläuft, fließt der verbleibende Teil als Wellenüberlauf
über die Deichkrone. Die Schichtdicke der Überlaufzunge wird auf der Deichkrone immer dünner, da
es sich um keine stationäre Strömung handelt, sondern um ein begrenztes Wasservolumen, das über
die Deichkrone läuft und sich dabei auseinanderzieht. Eine Analogie zur Dammbruchwelle verdeutlicht
diesen Vorgang. Auch die Stärke der Front der Dammbruchwelle nimmt mit zunehmender Entfernung
zur Bruchstelle ab. Daher ist die Schichtdicke am seeseitigen Ende der Deichkrone höher als
am landseitigen Ende der Deichkrone. Die Überlaufgeschwindigkeiten nehmen auf der Deichkrone
infolge Sohlreibung ab. Einflussfaktoren auf die Evolution der Schichtdicken und Überlaufgeschwindigkeiten
auf der Deichkrone sind somit die Breite der Deichkrone und die Rauheit der Deichkrone.
Eine theoretische Herleitung der Überlaufgeschwindigkeiten und Schichtdicken auf der Deichkrone
und deren experimentelle Verifikation sind bei Schüttrumpf (2001) bzw. in Abb. 5 dargestellt.
Am landseitigen Ende der Deichkrone läuft der Überlaufschwall auf die Deichbinnenböschung. Auf
der Deichbinnenböschung wird die Überlaufströmung durch die Gravitation beschleunigt. Der Beschleunigung
der Überlaufströmung wirkt die Bodenreibung entgegen, so dass Überlaufgeschwindigkeiten
und Schichtdicken sich asymptotisch Grenzwerten nähern. Aufgrund des Erhaltungssatzes der
Masse nehmen die Überlaufgeschwindigkeiten auf der Deichbinnenböschung zu und die Schichtdicken
mit zunehmender Entfernung von der Deichkrone ab. Ein weiterer Einflussfaktor auf die Überlaufströmung
auf der Deichbinnenböschung ist die Neigung der Deichbinnenböschung. In Abb. 3 ist
dargestellt, dass die Überlaufgeschwindigkeiten auf der Deichbinnenböschung mit zunehmender Neigung
zu- und die Schichtdicken mit zunehmender Neigung abnehmen. Dies bedeutet weiterhin, dass
die Infiltration am oberen Ende der Deichbinnenböschung größer als am unteren Ende der Deichbinnenböschung
ist, während die Erosion mit zunehmender Entfernung von der Deichkrone zunimmt.
Dies steht in guter Übereinstimmung mit den Schadensanalysen, die eine Initiation des Deichversagens
am oberen Ende der Deichbinnenböschung als Rasenabsetzen zeigen. Theoretisch wurde die
Überlaufströmung auf der Deichbinnenböschung durch Schüttrumpf (2001) hergeleitet sowie experimentell
verifiziert und durch Van Gent (2002) experimentell bestätigt.
Der Einfluss des Parameter Neigung der Binnenböschung (1:m) auf die Geschwindigkeiten und
Schichtdicken des Wellenüberlaufs sind in Abb. 3 beispielhaft dargestellt. Sind die Wellenparameter
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