Anwendungsfälle

Gezeiten in der Deutschen Bucht führen dazu, dass die Wattgrenzen räumlich und zeitlich variabel sind. Ihr Verlauf verändert sich auf täglichen, monatlichen, jährlichen und dekadischen Zeitskalen und wird zusätzlich von der langfristigen Veränderung von Tide und Bathymetrie überlagert.

Aus den Berechnungen des digitalen Zwillings zum Verlauf von jährlich gemittelten Hochwasser- und Niedrigwasser-Linien können zusammen mit jährlichen Bathymetrien die jahresgemittelten Wattgrenzen bestimmt werden.

In diesem Use-Case wurden Daten des TrilaWatt-Projekts angewendet, um die jahresgemittelte Ausdehnung des Watts im Jahr 2020 zu bestimmen. Die Intertidalfläche ist somit ein Resultat der Verschneidung von Bathymetrie und jährlichen mittleren Tidehoch- und Tideniedrigwasser-Daten des numerischen Modells. Aus diesen Arbeiten wurden neue Datenprodukte zur topographischen Beschreibung der Gezeitenzone abgeleitet.

Biologische Lebensräume hängen von verschiedenen Eigenschaften ab, wie z. B. Überschwemmung, Salzgehalt, Strömungsgeschwindigkeit, Scherspannung oder Turbulenz. Zur Unterstützung bei der Identifizierung von Lebensräumen oder anderen Gebieten von Interesse mit spezifischen Eigenschaften wurde Parameter-Verschneidung als webbasierte WPS-Funktionalität entwickelt. Diese Funktion verschneidet Parameter-Daten on-the-fly und bietet eine Download-Option für das Ergebnis.

Tidekkennwerte (z.B. Tidenhub) werden im gesamten trilateralen Wattenmeer für die marine Raumplanung, den Küsten- und Offshorebau, ökologische Aufgaben usw. benötigt. Wir können diese Aufgaben mit numerischen Simulationsergebnissen aus dem gesamten trilateralen Wattenmeergebiet unterstützen. Beispielhafte Ergebnisse, wie unten gezeigt, sind:

• Tidenhub
• Scheitelhöhe des Meeresspiegels
• Mittlere, maximale und residuale Flut- und Ebbstromgeschwindigkeiten sowie Bodenschubspannungen

Die Tidekennwerte werden für die Jahre 2005, 2010, 2015 und 2020 berechnet und stehen in gängigen Rasterformaten zum Download bereit.

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Das TrilaWatt-Konsortium hat mit einer Arbeitsgruppe der deutschen Verwaltung zusammengearbeitet, um die deutschen und europäischen Berichtspflichten mit Daten-Analysen zu unterstützen.

Die Verlegung von Kabeln für Offshore-Windparks oder Pipelines erfordert detaillierte Kenntnisse der Bathymetrie und Morphodynamik in Küstennähe, da starke Erosion diese kritische Infrastruktur gefährden kann. Mit dem Feedback des North Sea Energy-Programms haben wir eine webbasierte WPS-Funktionalität entwickelt, um den tiefsten bathymetrischen Wert aus unseren Daten entlang eines benutzerdefinierten Transekts abzuschätzen und so bei dieser kritischen Aufgabe zu helfen.

Die maritime Raumplanung muss beschleunigt werden, um Energiestabilität und rasche Dekarbonisierung zu gewährleisten.

Marine Raumplanung erfordert hochauflösende, aktuelle Daten aus In-situ-Beobachtungen oder numerischen Modellen, da der Zugang zu Häfen, Transportrouten, Energiespeicheroptionen und ihre Wechselwirkungen mit der Meeresumwelt bewertet werden müssen.

• Jährliche, hochauflösende Bathymetriedaten und Oberflächensedimentverteilung bis zum Jahr 2020 für eine erste Bewertung eines potenziellen Standorts.
• Direkte morphologische Analysen wie Bathymetrieunterschiede zur Einschätzung der morphologischen Aktivität.
• Analysen der Strömungsgeschwindigkeit über oder unter Schwellenwerten, z. B. für Gezeitenkraftwerke.
• Bewertung von Gezeiteneigenschaften wie dem Tidenhub in der Nähe von Baustellen.
• Umfassende Wellenparameter zur Planung von Anlagen oder baulichen Verankerungen.
• Zusatzinformationen wie Entfernungen zwischen Festland und Inseln.

In TrilaWatt soll eine interaktive Benutzeroberfläche für umfassende Daten über Hydrodynamik, Bathymetrie und Oberflächensedimente im gesamten trilateralen Wattenmeer entstehen. Das vorgesehene Assistenzsystem wird die unten dargestellten Planungsprozesse erleichtern (mit freundlicher Genehmigung von O’Hagan, 2020, https://doi.org/10.2172/1633204).

Beispiel für einen Entscheidungshilfeprozess für die marine Raumplanung.
TrilaWatt kann bei der Datenauswertung helfen und wesentliche Daten für die Charakterisierung von Ökosystemen bereitstellen, um eine solche Managementanwendung zu gewährleisten (Abbildung angepasst von O’Hagan, 2020).

Die Abschätzung regionaler SPM-Konzentrationen und von Sedimenttransportpfaden ist eine wichtige Information für die marine Raumplanung. TrilaWatt hat mit der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) zusammengearbeitet, um geeignete Datenprodukte für diesen Zweck zu entwickeln.

Gezeiten entstehen als langperiodische Oberflächenwellen auf unseren Weltmeeren in Folge der periodischen und konstanten Gravitationskräfte von Erde, Mond und Sonne. Im Wattenmeer sind Gezeiten überwiegend halbtägig und mesotidal, weshalb die Forschung Tideenergie zuletzt als vielversprechende Ergänzung zur herkömmlichen Stromversorgung untersucht hat (Alday and Lavidas, 2024; Korte et al., 2024). Zur Unterstützung dieser Forschungsarbeiten wurden im Rahmen dieses TrilaWatt Use-Cases weitere Datenprodukte entwickelt, um das Tideenergiepotenzial besser einschätzen zu können.

Die Vermessung von Topographie mittels Laserscanbefliegung (ALS) ist eine etablierte und effiziente Methode zur großflächigen Erfassung von Höhendaten mit hoher Genauigkeit. Im deutschen Wattenmeer wird ALS häufig zur Vermessung der topographischen Höhen im Wattenmeer eingesetzt, z. B. bei jährlichen Messkampagnen im Bereich der Außenelbe. Die Vermessung unterhalb der Wasseroberfläche ist für Laserscanmessinstrumente jedoch herausfordernd aufgrund von Trübung im Wasser. Daher erbringen beflogene Höhenvermessungen insbesondere auf vorübergehend trockenen Gebieten wie beispielsweise Watt oder Salzmarschen die besten Ergebnisse. Um die räumliche Abdeckung einer Befliegung zu maximieren, wurden in diesem Use-Case die räumlich variablen Eintrittszeiten des Tideniedrigwassers aus numerischen Modelldaten abgeleitet, um so die Planung einer Befliegungsroute auf minimale Wasserstände zu optimieren.