MESSUNG DES WELLENAUFPRALLDRUCKS IN KÜSTENREGIONEN
Seit einigen Jahren führt der weltweite Klimawandel vermehrt zu schweren Stürmen in Küstenregionen. Diese Unwetter wirken sich zunehmend auf die Küstenumwelt aus und starke Überschwemmungen sowie Tsunamis sind die Folgen. Um solchen Katastrophen vorzubeugen, werden heutzutage viele Küstendeiche mit Drucksensoren ausgestattet. Diese erlauben es kontinuierliche Feldmessungen durchzuführen und die Wellenbewegungen zu überwachen. Auf diese Weise können gefährdete Regionen und ihre Bewohner frühzeitig gewarnt und geschützt werden.
Unwetter wirken sich zunehmend auf die Küstenumwelt aus und starke Überschwemmungen sowie Tsunamis sind die Folgen
Eines dieser Projekte zur Küstenüberwachung wurde in Südfrankreich am Artha-Deich, in der Bucht von Saint-Jean de Luz, mit KELLER Pressure Sensoren realisiert. Der Artha-Deich ist ein isolierter Offshore-Standort, d. h. er verfügt über kein Stromnetz. Darüber hinaus sind die Wetterbedingungen während der Sturmperioden extrem. Für die energetische Stromversorgung musste somit ein autonomes System vor Ort installiert werden. Neben einer entsprechenden Robustheit, sollte dieses künftig auch genügend Flexibilität gewährleisten, um bei extremen Wetterverhältnissen zuverlässige Felddatenmessungen zu erlauben.
Saint-Jean de Luz
Das installierte System besteht aus den drei Hauptteilen: Stromversorgung, Sensordatenerfassung und Datenübertragung. Für die Gewinnung der erforderlichen elektrischen Energie wurde auf der Ufermauer eine Photovoltaikanlage installiert. Ein zusätzlicher Laderegler für Solaranlagen und eine Hochleistungsbatterie ermöglichen eine drahtlose Kommunikation über einen 3G-Router und ein Virtual Private Network (VPN).
Alle Messungen müssen unter sich ständig verändernden Umgebungsbedingungen ausgeführt werden. Zudem ist es notwendig die Daten kontinuierlich, zeitlich wie räumlich, dicht zu erfassen. Durch die niedrige Zeitkonstante und hohe Frequenz ergeben sich die Vorteile des Einsatzes von piezoresistiven Drucksensoren von KELLER Pressure, mit einer hohen Normalfrequenz von > 1 kHz.
In der Ufermauer wurden zwei KELLER Pressure Drucktransmitter PAA-25 eingebettet. Ihr vertikaler Abstand beträgt 1,90 m. Der untere Sensor befindet sich 1,10 m über dem unteren Niveau der Berme, in der höchsten Gezeit liegt er ca. 10 bis 20 cm unter dem Meeresspiegel.
Gemessen werden Druck, Höhe, Geschwindigkeit und Beschleunigung des Wassers sowie die Wellenlänge. Hierfür wurde eine Wellenboje für die Messung des Seegangs und ein Gezeitenmesser zur Meeresspiegelüberwachung installiert. Eine Wetterstation gibt zudem Auskunft über die vorherrschenden Windgeschwindigkeiten.
All diese Umweltdaten werden gemeinsam mit dem Wellenschlag korreliertem Druck an der Ufermauer registriert und ausgewertet. Beobachtungen und Auswertungen haben aufgezeigt, dass weniger als 20 % der Daten signifikante Wellenauswirkungen auf den unteren KELLER Pressure Sensor haben und nur 20 % dieser Datensätze Auswirkungen auf den oberen KELLER Pressure Sensor. Was bedeutet, dass in weniger als 4 % der Fälle der obere Sensor reagiert und somit nur Fluten und Stürme tatsächlichen Einfluss auf beide Drucksensoren haben.
In der Ufermauer wurden zwei KELLER Pressure Drucktransmitter PAA-25 eingebettet
Ebenfalls zeigten entsprechende Experimente, dass vor dem Aufprall der Welle häufig ein kurzer Unterdruck in den Signalen erscheint. Dieser fällt unter den atmosphärischen Wert von 1 bar. Die Entdeckung dieser Verzögerung beim Aufprall zwischen den beiden KELLER Pressure Sensoren hilft anschliessend bei der Klassifizierung von Wirkungsprofilen (Wellen-Aufprallprofilen).
Das ideale Ziel wäre, anhand der maximalen Drücke, die möglichen Auswirkungen und deren Folgen sicher vorhersagen zu können. Angedacht ist eine zusätzliche Installation von Kameras und 22 weitere KELLER Pressure Sensoren. Diese Anpassung würde eine Visualisierung der Wellenformen und eine zusätzliche Aufzeichnung von Aufpralldrücken in 2D-Darstellung ermöglichen. Unter Berücksichtigung aller erhobener Daten, könnte auf diese Weise in Zukunft eine mögliche Wellenausbreitung berechnet und visualisiert werden. So wären frühzeitige Vorhersagen zum Schutz der Küstenlandschaft möglich und Warnungen an die Bewohner könnten rechtzeitig ausgesprochen werden.
