Ein prädiktiver Ansatz zur Aufklärung der Wechselwirkung zwischen welleninduzierten Strömungen und Vegetation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Markus Böl; Dr.-Ing. David Schürenkamp
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 500319808

Eine wesentliche Auswirkung der anthropogenen Veränderungen unseres Klimas ist der beschleunigte Anstieg des Meeresspiegels. Es wird erwartet, dass dieser Anstieg die Ausbreitungsgeschwindigkeit und die kinetische Energie, die von oberflächennahen Wellen transportiert wird, verändert und die Wirksamkeit der natürlichen Küstenvegetation zur Verhinderung von Erosion und zur Minderung des Hochwasserrisikos in Frage stellt. In diesem Projekt wollen wir einen Schritt in Richtung eines prädiktiven Ansatzes zur Quantifizierung der kinetischen Energiedissipation und Wellenmodulation durch Salzwiesenvegetation gehen. Wir tun dies, indem wir pflanzenskalige Eigenschaften in einen räumlich aufgelösten Einheitsschnitt der freien Oberflächenströmung durch und über die Vegetation integrieren.Zwei wesentliche Ziele sollen im Rahmen dieses Projektes erreicht werden: Das erste Ziel stellt ein numerisches Salzwiesenmodell für Elymus dar, welches in der Lage ist, die Strömungs-Vegetation Interaktion auf Pflanzenskala zu beschreiben. Dieses Salzwiesenmodell, dessen Pflanzenmodellierung auf der Kirchhoff-Love Theorie basiert, wird von entsprechenden mechanischen/histologischen Experimenten auf Halm- und Blattskala, sowie von kanonischen Datensätzen von hochauflösenden Strömungs- und Druckfeldern, die auf zeitaufgelöster tomographischer PIV sowie auf Kraftmessungen an Einzelpflanzen basieren, unterstützt. Einerseits kann dieses Modell als kosteneffizientes und übertragbares Werkzeug zur Analyse des Einflusses von mechanischen und geometrischen oder architektonischen Eigenschaften von Vegetation auf die Wellendämpfung dienen. Derzeit sind die Beobachtungen zu dieser Abhängigkeit alles andere als konsistent und die relativen Rollen, die die Biegesteifigkeit der Pflanzen, der Auftrieb und die Halm-/Blattdichte spielen, sind immer noch umstritten. Andererseits bietet das Salzwiesenmodell ein Sprungbrett für eine physikalische Beschreibung auf noch größeren Skalen. Mit diesen numerischen Werkzeugen und den entsprechenden experimentellen Ergebnissen, sollen mittels dreidimensionaler additiver Fertigung Ersatzsysteme für Einzelpflanzen und komplette Pflanzengemeinschaften erstellt und im Wellenkanal experimentell beprobt werden. Der dadurch generierte Salzwiesenabschnitt aus Elymus Ersatzpflanzen stellt das zweite wesentliche Ziel dieses Projektes dar. Mit diesem Ersatzsystem ist es möglich auf aufwendige Entnahmen von realen Pflanzengemeinschaften zu verzichten, was besonders in Nationalparks wichtig ist, um das Interaktionsverhalten zwischen Salzwiesenvegetation im Wellenkanal zu testen. Des Weiteren können so nahezu beliebig viele systematische Experimente unter unterschiedlichsten Bedingungen und Wiederholungen in der Salzwiesenvegetation realisiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen