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Nils Karow, M.Sc.

Statikgebäude Haus IV / Raum 114
Albert-Einstein-Straße 2
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Dr. rer. nat. Martin Brede

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Baltic TRANSCOAST

Die deutsche Ostseeküste als terrestrisch-marine Schnittstelle für Wasser- und Stoffflüsse

Teilprojekt H4: Wellen und Turbulenz über permeablen Böden im Küstennahen Bereich als Ursache für vertikalen Stofftransport

Motivation

Prozesskette Stofftransport (B. Lennartz 2015)
Prozesskette Stofftransport (B. Lennartz 2015)

Der skalare Transport von mit dem Wasser mitgeführten Substanzen, insbesondere von Sauerstoff, spielt eine wichtige Rolle für das Funktionieren des Ökosystems Ostsee. Während der konvektive Skalarentransport einschließlich der Einströmvorgänge aus der Nordsee intensiv untersucht wurde, besteht bei dem Mischungsvorgang aufgrund der Wechselwirkung zwischen Wellen und Turbulenz einerseits und der Bodengrenzschicht mit Infiltration aus dem permeablen Boden andererseits ein erheblicher Forschungsbedarf. Durch die Welleneinwirkung wird die Bodengrenzschicht periodisch bewegt, gleichzeitig entstehen eine erhebliche turbulente Bewegung und ein Transport der skalaren Größen aus der Bodengrenzschicht heraus. Die Variabilität der hydraulischen Leitfähigkeit des Sediments und dessen Oberflächenstruktur erzeugen ein charakteristisches kleinskaliges Turbulenzfeld im Flachwasser, das die Stoffverteilung in bodennahen Wasserschichten steuert. Die kleinskalige Stoffverteilung im Flachwasserbereich beeinflusst großskalige Transportprozesse in der Ostsee.

Ziele

Messung des Welleneinflusses auf skalare Marker in der Bodengrenzschicht, hier am Beispiel einer internen Welle
Messung des Welleneinflusses auf skalare Marker in der Bodengrenzschicht, hier am Beispiel einer internen Welle

In Laborexperimenten werden Bodengrenzschichten an permeablen geneigten, strukturierten Bodenflächen erzeugt und der Skalartransport aus dem Boden in die Grenzschicht und weiter in die einwirkenden Wellen und den Wasserkörper quantitativ verfolgt. Das Ziel ist das Verständnis der Zusammenhänge zwischen den Transport- und Mischprozessen und den Vorgängen der Wellenbewegung und der Bodenüberströmung zu vertiefen. Mit den Ergebnissen können strömungsmechanische Randbedingungen für die Modellierung an der Land-Wasser Schnittstelle erstellt werden

Arbeitsplan

Laborexperiment zur Untersuchung des Welleneinflusses auf  Mischung und Transport
Laborexperiment zur Untersuchung des Welleneinflusses auf Mischung und Transport
  • Aufbau des Experiments zur Untersuchung von Wellen und Turbulenz über permeablen Böden im küstennahen Bereich als Ursache für vertikalen Stoff- und Energietransport
  • Ermittlung grundlegender Turbulenzgrößen in Abhängigkeit von der Permeabilität des Bodens
  • Untersuchung von Turbulenz und Mischung in Abhängigkeit von den Wellenparametern und von der Bodenformation in Form von Rippelfeldern und Sandhügeln
Messung von Strömung und Tracer mittels PIV (Partikel) und  PLIF (Farbstoff)
Messung von Strömung und Tracer mittels PIV (Partikel) und PLIF (Farbstoff)
Bestimmung des Auftriebsflusses als Mischungsparameter in Abhängigkeit von der Wellenphase
Bestimmung des Auftriebsflusses als Mischungsparameter in Abhängigkeit von der Wellenphase

Informationen zum Forschungsprojekt

Beteiligte Nils Karow (Stipendiat), Martin Brede, Stefan Forster
Laufzeit Januar 2016 - Juni 2020
Finanzierung DFG - Graduiertenkolleg GRK 2000/1

Links zum Forschungsprojekt

> DFG-Graduiertenkolleg 2000 Baltic TRANSCOAST (externer Link)