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1. Theorie der W ellen8).

E ast ständig befindet sich die Meeresoberfläche in dem Zustand schwankender Auf- und Abwärtsbewegung. Diese W e l l e n b e w e g u n g ist im offenen Meere kein Vorwärtsschreiten des Wassers, sondern besteht lediglich in einer kreis­

förmigen Schwingung der einzelnen Wasserteilchen. Nur die W e lle n f o r m der l ) D er B au in g. H e ft 20. 1925. 2) F ö r s t e r , W erft R eed erei u. H . 1926.

3) S u p a n : Grundzüge der p h ysischen E rdku nd e. K r ü m m e l : O zeanographie. R o t - t o c k : M eeresvellen b eob ach tu n gen , A n n . d. H ydrograp hie 1903. Z entralbl. d. B au v. 1905, S. 358 u. 362.-— P r ö t e l , Z. B auw . 1912. — G a i l l a r d : On w a v e a c tio n u sw . P rofession al pap ers of E ngineers, W ash in gton 1904.

D ie Meereswellen. 61 Entfernung zwischen zwei Bergen oder zwei Tälern m it W e l l e n l ä n g e , die Gesamt­

6 2 Meereskunde.

Laufen verschiedene W ellen in gleicher oder entgegengesetzter R ichtung aufeinander, so entstehen Durchdringungen aller Art. Treffen zwei Berge zu ­ sammen, so bildet sich theoretisch ein Berg, welcher der Summe der Einzelberge entspricht, zwei Täler ergeben desgleichen ein tieferes Tal, Berg und Tal von glei­

cher Größe gleichen sich bei dem Zusammenstoß aus. Kreuzen sich die W ellen in verschiedenen Richtungen, so finden schwierige Durchdringungen sta tt m it dem Erfolg, daß plötzlich sehr hohe oder sehr flache W ellen entstehen. Treffen reine Schwingungswellen aus tiefem Wasser (t > 50 m) auf steile Wände, so werden sie, ohne einen wesentlichen Stoß ausgeübt zu haben, zurückgeworfen. Erfolgt das gleiche in flacherem Wasser, wie es sich vor ■ allen Hafenm olen findet, dann werden trotz des Zurückwerfens m eist starke Stöße ausgeübt. Es entstehen dabei wieder hohe Berge und tiefe Täler m it allen Zwischenstufen. Prallt die M itte des Berges z. B. auf die Wand, so steigt der Berg bis zur doppelten H öhe an usw., wie bei dem Zusammentreffen der W ellen. N ach G a illa r d ist die Wirkung von steilen Böschungen bis zu etw a 2 3° Neigung ganz ähnlich.

So lange die W asserteilchen lediglich um einen ruhenden P unkt schwingen, können die W ellen auf senkrechte Mauern keinen Stoß ausüben, sondern nur einen vermehrten Wasserdruck, da sie, wie bereits gesagt, eine größere Höhe durch A ufstauchen erreichen. Nur dann, wenn die W elle zu einer fortschreiten­

den wird, w ie es an den K üsten der Fall ist, ist sie fähig, große Stoßwirkungen auszuüben. Dieser Fall wird später betrachtet werden.

Eine besondere Art der W ellen wird durch unterirdische Vulkanausbrüche (sog. S e e b e b e n ) hervorgerufen. D iese gehören zu den fortschreitenden W ellen und sind durch die Verwüstungen der von ihnen getroffenen K üsten bekannt.

Graf L u c k n e r schildert in seinem Seeteufel die Zerstörung des „Seeadlers“

durch eine Seebebenwelle.

D ie in M ittelm ceren oder R an d m eeren vorkom m en d en steh en d en W ellen , S e i c h e n , auch S e e b ä r g en a n n t, h ab en E b b e- u n d F lu teh a ra k ter u n d scheinen in der Schw in gun g der g a n zen W asserm assc zu b esteh en , so daß a n ein em U fer der W asserstan d stark ste ig t, w äh rend er an dem en tg eg en g ese tzten fä llt u n d u m gek eh rt m it m ehrfacher W ied erholun g a n ein em T age. B ei dem E in la u fen der F lu t in M eeresb uchten u n d F lu ß m ü n d u n gen en tsteh en sog. F l u t w e l l e n . H a t ein Ort im E b b e- u n d F lu tg e b ie t d es F lu sses gerade H och w asser, d a n n f ä llt vor u n d hin ter ihm der W asserstan d in ein er sch lan k en K u rv e ab. E s b esteh t g ew ö h n lich ein e ein zige lan ge W elle, deren W ellenberg als jew eiliges H oeh w asser den F lu ß h in a u feilt bis d ah in , w o der W irkungsbereich der E b b e u n d F lu t aufhört.

2. Form , Tiefe, G eschwindigkeit und Stoßkraft der W ellen.

D ie Beobachtung der W ellen ist eine sehr schwierige Aufgabe, so daß die A n­

gaben über die Abmessungen der W ellen sehr schwanken. Am sichersten erhält man die Wellenbilder durch Stereoskopaufnahmen, die zeichnerisch ausgewertet werden müssen. D ie W ellen m üssen immer langsamer fortschreiten als der sie erzeugende W indstoß. Da die W ellen aber m it gleichbleibender Geschwindigkeit, der Sturm bald schneller, bald langsamer fortschreitet, haben die W ellen häufig eine größere Geschwindigkeit, als es das Sturmfeld im M ittel hat. D ie W ellen laufen dann vor dem Sturm her und kündigen ihn an. D iese W ellen heißen D ü n u n g , ebenso die W ellen, die nachträglich ohne W ind auftreten, w enn an anderen Stellen ein Sturm stattgefunden hat.

Die Geschwindigkeit der W ellen dürfte 25 m /sek nicht überschreiten, im M ittel ist sie 13 m /sek. In Helgoland wurden z. B. beobachtet bei W indstärke 9 (nach B e a u f o r t ) V = 11 m /sek, L = 99 m und T = 9 sek; ferner bei gleicher W indstärke V = 9,6 m /sek, L = 134 m und T = 14 sek. E s handelt sich um W ellen in flachem Wasser.

D ie S e e b e b e n w e l l e n o d e r S t o ß w e l l e n durcheilen die Meere im Gegen­

satz zu den W ind wellen m it Geschwindigkeiten, die bis zu 200 m /sek betragen können, wobei ihre H öhe im Verhältnis zu der W ellenlänge sehr gering ist (einmal

D ie Meeresweilen. 6 3 beobachtet 40 cm). An den K üsten jedoch können sie zu der gewaltigen Größe von 25 m (nach einigen Angaben sogar 40 m) ansteigen1). Es ist n ich t ausge­

schlossen, daß gelegentlich eine Erdbebenwelle m it zur Ursache einer Sturm flut geworden ist.

D ie W ellenhöhe ist im M ittel 3 m, beträgt selten mehr als bis zu 6 m, soll aber bei Orkanen im Ozean bis 15 m steigen. An flachen K üsten rechnet man m it 3 m Wellenhöhe. D ie m ittlere Länge der Sturmwellen ist 90— 100 m, H öchstw ert 400 m. J e länger die W elle, desto niedriger ist sie im Vergleich zur Länge. Eür kurze W ellen kann man rechnen L : H — 10 : 1, im M ittel 33 : 1, bei sehr langen W ellen (selten) L : H = 50 : 1.

D ie W ellenperiode kann 6 — 10 sek, höchstens 15 sek betragen.

D ie Tiefe, bis zu der die schwingende Bewegung der W indwellen reicht, soll nach Versuchen der Gebrüder W e b e r das 350fache der W ellenhöhe sein können.

E in Orkan könnte danach das Meer bis zu 5300 m, ein Seebeben bis zu seiner größ­

ten Tiefe in Schwingung versetzen. Flutw ellen in Flüssen besitzen m eist eine sehr große Länge im Vergleich zu der W assertiefe des Flusses. Ändert sich die F lu ß ­ breite und Flußtiefe nur sehr allmählich, so g ilt für die Fortpflanzungsgeschwindig­

keit dieser W elle die Form el: 0 = / g • h i /x, worin ¡i die Strömungsgeschwindig­

keit und h die W assertiefe ist. N ach Untersuchungen von d e T h ie r r y fü r den Suez- K anal hat die Formel für K anäle genügende Genauigkeit2). Nach Untersuchungen von ö l t j e n und Dr. R e i n e c k e ist sie für Ästuarien (z. B. Weser) zu ungenau3).

Die lediglich schwingende Bewegung der W indwellen geht bei ihrem A uflau­

fen auf sanft ansteigende Ufer, auf plötzliche U ntiefen in der See oder auf sehr schräge Böschungen in die fortschreitende über. H ier werfen die W ellen eine nicht unbeträchtliche Menge Wasser vor sich auf den Strand. Dieses muß nach jeder W elle, die den Strand berührt, durch den Fuß der dahinter komm enden Wellen am Grunde zurücklaufen. Dadurch erleiden die W ellen an ihrem Fuß eine immer größer werdende Verzögerung, sie neigen sich mehr und mehr nach vorn über, bis sie sich schließlich selbst überstürzen, sie branden. Es möge bemerkt wer­

den, daß eine andere Erklärung, die auf Verzögerung am W ellenfuße infolge Reibung am Grunde beruht, nach Versuchen von H a g e n nicht völlig einwandfrei zu sein scheint. D ie W ahrheit liegt wahrscheinlich in der Mitte.

D ie Geschwindigkeit der W elle wird bei dem Auflaufen verringert, und es geht die Schwingung in das Fortschreiten der Masse über, das sich dort, wo ihr ein W iderstand entgegengesetzt wird, in der Ausübung von heftigen Stößen äußert.

D as Branden (Überschlagen) ist zur Ausübung der Stoßkraft nicht nötig. Kurz vor dem Branden wird aber die größte Stoßkraft erreicht. D ie brandende W elle hat ihre größte wagerechte Stoßkraft bereits verloren, sie ist aber am wirksamsten für den Angriff auf den Grund. D ie H öhe der Welle muß sich während des Auf- laufens beträchtlich vergrößern und zwar um so mehr, je sanfter sie aufwärts g e­

leitet wird. In Helgoland wurden 1910 bei 4 m W assertiefe und W indstärke 7 (B e a u f o r t ) einfache W ellen von 2 m, Durchdringungswellen von 3,5 m größter H öhe beobachtet.

D ie Stoßkraft des Wassers ist so bedeutend, daß große Beton- und Felsblöcke (in einem Falle von n ich t weniger als 70 cbm Inhalt) flache Böschungen hinauf­

getrieben werden.

N a ch M essungen v o n S t e p h e n s o n m it einer au f Spiralfedern ruhend en P la tte von etw a 15 cm (6') D urchm esser, dem sog. W e l l e n d y n a m o m e t e r , treten im A tla n tisch en

l ) H a n n : D ie E rde als G anzes. 1896. — K r ü m m e l : O zeanographie I I , 1913. — R o t - t o c k : M eeresw ellen. A n n . d. H ydrographie 1903. •— Z. V. d. I. 1905, S. 1981.

') B erich t zum In tern. Schiffahrtsk ongreß, P h ila d elp h ia 1912.

3) Ö l t j e n : Z. d. R . 1919, S. 137. Ü b er die B erech n , v . F lu tw ellen lin ien . D r.-A rb eit R e i n e c k e , T ech n. H och sch . H an n over. F ern er: K r e y , D ie F lu tw e lle in F lu ß m ü n ­ dungen u sw . B erlin 1926. E igen verlag der V ersuchsanst. f. W . u. Sch. B erlin.

6 4 Meereskunde. w ieht des Seewassers in t/cbm , dann erreicht s Tonnen 1 qm W andfläche m it der Masse also die vollständige Umwandlung der schwingenden in nur fortschreitende B e ­ wegung, nicht eintritt. Wir haben es som it m it einer zusam m engesetzten E r­ eine aufwühlende Wirkung auf den Seegrund aus, die sich bis zu Tiefen von 200 in

erstrecken soll. D ie Wirkung ist an der Färbung des Wassers durch aufgewirbelten Schlamm leicht zu erkennen. E ine weitere Folge der R eibung des Wellenfußes am Grund ist, daß sie fast immer nor­

mal auf das Ufer zulaufen, selbst wenn das Ufer heftige Krümmungen m acht (vgl. Abb. 55).

In diesem F all wird z. B. die rechte Seite der W elle zuerst auflaufen und stark verzögert werden.

Die linke Seite läuft dabei m it unverminderter Ge­ Molenkopf herum drehen und in den H afen eintreten. D iese Erscheinung ist für die Form und Lage von Molenköpfen von größter W ichtigkeit.

Für den Hafenbau ist ferner von Bedeutung, daß W ellen, die in ein sich verengendes Becken von gleicher Tiefe einlaufen, sich vergrößern, im sich

Abb. 55. Wellen am gekrümmten Ufer.

D ie Gezeiten. 6 5 erweiternden Becken aber erniedrigen. Eine Formel für Abnahme der W ellen­

höhe im H afen ist

worin x und H die W ellenhöhe im H afen und vor der Einfahrt (in der See) b und B die Breite der Einfahrt und des H afens sind und D der Abstand des beobach­

teten Punktes von der Einfahrt ist. Diese Formel stam m t von T h o m a s S t e v e n ­ s o n und ist hier in Metern ausgedrückt. Für Fußm aß, wie sie S t e v e n s o n gefunden hatte, ist 0,027 durch 0,02 zu ersetzen. Für zwei Reeden m it

b = 200 m, B = 800 m und B' = 1800 m ergeben sich für zwei P unkte in

D i = 260 m, Z>, = 1300 m

Entfernung von der E infahrt als W ellenhöhen X und X'.

Xl = H (0,5 - 0,16) = rd. 0*34 H \ x[ = 0,19 H,

also Abnahm e auf 34 bis 12 v H der W ellenhöhe. D as erste Glied der Formel allein hätte 1/ 2 und 1/3 H ergeben. Bedingung ist, daß die Wellenbrecher hoch sind, die Tiefe gleichm äßig, keine übermäßig große Einfahrtsweite, annähernd sen k ­ rechte Mauern und 1) > 15 m 1).

Ein M i t t e l z u r B e s ä n f t i g u n g d e r W e l l e n sind schwere Fisch- und Pflanzenöle. Mineralöl ist weniger wertvoll, Seifenwasser soll bei schwerer See völlig versagen. D ie Öle überziehen das Wasser m it einer sehr feinen H aut, die eine größere Zähigkeit als das Seewasser und dam it größere Festigkeit gegen Zer­

reißen besitzt. Dieses H äutchen (1/50ooo mm Dicke soll genügen) drückt dann die.

W ellen wie ein dünnes elastisches Gummituch herunter, so daß sie nur einen Teil ihrer ursprünglichen H öhe erreichen.

A n den Ufern der großen Ozeane und ihrer Nebenmeere wird ein regel­

mäßiges Steigen und Fallen des Wassers beobachtet, das im allgemeinen täglich zweimal eintritt. Dieser W asserwechsel heißt die G e z e i t e n , an der Nordsee­

küste T i d e n .

D as Steigen des Wassers wird m it F l u t , das Fallen m it E b b e , der höchste W asserstand m it H o c h w a s s c r , der niedrigste m it N i e d r i g w a s s e r bezeichnet (nicht aber etw a der höchste W asserstand m it F lu t!). D en H öhenunterschied zwischen Hoch- und Niedrigwasser nennt man F l u t w e c h s e l oder F l u t g r ö ß e , den Zeitunterschied zweier aufeinanderfolgender Hochwasser die F l u t p e r i o d e .

D ie m ittlere Flutperiode ist theoretisch annähernd gleich einem halben Mond­

tage, also abgerundet gleich x/ 2 • 24 st bO1/., m in = 12 st 2 5 1/4 m in (121/2 st). Jo nach der Stellung des Mondes ist sie in W irklichkeit länger oder kürzer, e n t­

sprechend den Änderungen des Mondtages.

Innerhalb eines Monats (Vollmond bis Vollmond) treten bei Vollmond und Neumond (also zweimal) besonders hohe Fluten, die S p r i n g f l u t e n , zur Zeit des ersten und letzten M ondviertels besonders schwache, die t a u b e n oder N i p p - f 1 u t e n auf. Der E intritt der F luten w eicht an den einzelnen Orten von den th eo­

retischen Zeiten erheblich ab.

b T he D esig n and co n stru ctio n of H arb ours v o n T h . S t e v e n s o n 1886.

-) L e n t z , H .: E b b e u n d F lu t, — D a r w i n , E b b e un d F lu t. D eu tsch e A u sgab e v o n Teubner. — F r a n z i u s , O.: A n n . d. H ydrograp hie 1911, S. 3 3 ff.

Franzius, Verkehrswasserbau. 5

a-2 = H (0,5 - 0,24) = rd. 0,26 H ; = 0,12 H ,