ARCHIEF
Km's. und Fahrverhalten vom fahrenden Schiff in
Sunk-Delft
und Schwallwellen auf dem Main-Donau-Kanal*)
Dipl.-Ing. G. Luthra232. Mittellung der Versuchsanstalt far Bhmenschiffbau e.V., Duisburg, Institut an der Itheinisch-Westralischen Technischen Hochschule, Aachen, Mitglied der Arbeitsgemeinschaft Industrieiler Forschungsvereinigungen e.V., KtiIn.
1. Einleitung
Bei Fiiflung und Entleerung von Schleusen-kammern entstehen im Ober- und Unterwas-ser der Schleuse lange Wenen, die sich als sog. Sunkwellen bzw. Schwallwellen in die jeweili-ge Kanalhaltung, d. h. in dem Kanalstrecken-abschnitt zwischen zwei Schleusen, fortpflan-zen. Diese Sunk- und Schwallwellen kOnnen
besonders in kurzen Kanalhaltungen und
Schleusen groBer HubhOhen beachtliche Am-plituden und Stromungsgeschwindigkeiten annehmen. Sie unterliegen iiberdies dem Re-flexionsgesetz, wobei sic nach Erreichen des nachsten Schleusentores wieder zuriicklaufen und zwar solange, bis die in den Wellen ent-haltene Energie durch Reibungseinfliisse ab-gebaut ist, was im praktischen Fall mehrere Stunden dauern kann.
Unter Betriebsbeclingungen kann abet
auch Schleusung auf Schleusung erfolgen, so daB in cliesem Fall, wie auch bei hauflgern, unregelmaBigem Schleusenbetrieb, dann in der Kanalhaltung em n Ortlich standig andem-der, noch durch Uberlagerungen zusatzlich gest6rter StrOrnungszustand herrscht, der sich auf das fahrende Schiff nachteilig auswirken kann, weil dadurch das eigene Stromungsfeld des Schiffes gestort wird und instationare Ver-haltnisse eintreten.
Ober das Fahrverhalten von Schiffen unter _derartigen instationaren Verhaltnissen ist biS auf em n kurzes Versuchsprogramm, das die VBD mit einem Giitermotorschiff (L xBxT = 85,0 x 9,5 x 2,5m) in de F Kanalhaltung Kriegenbrunn durclgiihrte [1], nut wenig be-kannt.
Dies ist aber fiir die nautische Sicherheit des Schiffes von besonderer Bedeutung, weil einerseits die vorgesehene Fahrwassertiefe durch Uberlagerung von Sunkwellen
erheb-lich vermindert wird und andererseits die
iiberholende Wellenfront zeitweilig die Wir-kung des Ruders bis zum Totalausfall herab-setzen kann.
Die VBD hat mit Unterstiitzung der Ar-beitsgemeinschaft Industrieller Forschungs-vereinigungen e.V. und der
Rhein-Main-Do-nau AG Naturversuche durchgeflihrt, mit
Ktuzfassung des VBD-Berichtes 1151. Die Arbeitsgemeinschaft Industrieller For-schungsvereinigungen e.V., Köln, hat derVer-suchsanstalt fur Binnenschiffbau e.V.,
Duis-burg, auf deren Antrag in dankenswerter Weise die Durchfiihrung des Versuchsprogramm.s er-mOglicht und das Vorhaben au.s Mitteln des Bun-desministeriums fur Wirtschaft gefOrdert. Der volLstandige Bericht kann zum Selbstkosten-preis zuziiglich Porto und MwSt. von der Ver-suchsanstalt fur Binnenschiffbau e.V., Klock-nerstr. 77, 4100 Duisburg 1, bezogen werden.
SOrtderdruck antSchiff& Hafen/KommandobrOcke, Heft 10/1986
dem Ziel, die durch Sunk- tmd Schwallwellen entstehenden Randbedingungen einschlieB-lich der Extrernfalle fiir Schiffalutsversuche zu schaffen, diese in Anlehnung an die spatere Praxis vergleichend zu bewerten und anschlie-Bend Versuchsfahrten mit 3 mOglichst tiefbe-ladenen Schiffseinheiten vom Giitermotor-schiff, das den MaBen des sog. Europaschiffes entspricht, bis hin mm 180 m langen Schub-verband durchzufiihren, urn so auf experi-mentellem Wege qualitative und quantitative Ergebnisse iiber den EinfluB kritischer Kanal-wellen auf das nautische Verhalten der Schiffe zu gewinnen.
2. Versuchsvorbereitung
GemaB Aufgabenstellung war vorgesehen., die Untersuchung in der Siidstrecke des fer-tigen, bis mm Abschlua der Versuche noch nicht in Betrieb genommenen
Main-Donau-Kanals durchzufaren. Im eriten Abschnitt
wurden 1984 die geplanten Wellenmessungen in der verkiirzten Haltung Eibach (5,9 km Lange) vorgenommen. liii Jalif 195 fanden die Schiffahrtsversuche statt, wofiir die ge-samte Haltung zwischen den Schleusen Ei-bach und Leerstetten benutzt wurde. Abb. 1 zeigt den Lageplan der Kanalhaltung sowie die Querschnittsverhaltnisse.
Die Versuchsvdrbereitung erfolgte dutch die
Rhein-Main-Donau AG (RMD): Wellenerzeugung gemaB eigener Fiilldia-gramme; Bereitstellen der notwendigen Hilfsmittel; Chartem und Bereitstellung von Schiffen.
Wasser- und Schiffahrtsamt, Nurnberg (WSA):
Ortliche Organisation; Aufbau der Hilfs-anlagen; Betriebsiiberwachung.
Versuchsanstalt für Binnenschiffbau e.V.. Duisburg (Vi3D):
Gestellung und Aufbau der MeBaillagen an der MeBstrecke bzw. Schwarzachbriik -ke und auf den Schiffen.
Der erste Tell der Versuche 1985 bestand aus der Aufmessung der Sunk- und Schwall-wellen, erzeugt durch Schleusenfifflungen in Eibach bzw. Schleusenentleerungen in Leer-stetten, urn damit unter anderem die maBgeb-lichen Sunk- und Schwallprogramme fur' den zweiten Teil der Versuche, der sich mit der
Ermittlung der Austvirkungen von.diesen
Wellen auf die Schiffahrt befaBte, festzule-gen. Aufgemessen wurden die Wellen an ei-gens hierfiir vorgesehenen MeBstellen von der Versuchsanstalt Obemach der
TU=Miin-Lab.
v.
Scheepsbouwkunde
Technische Hogeschool
chen (VO), die diese Messungen auch wah-rend der Schiffahrtsversuche vomahm. Die
VBD ihrerseits untemahm im Auftrag der
RMD die Registrierung der Wellen an ihrer MeBstelle an der Kanalbrucke auch wahrencl des ersten Tells.
MeBstellen der VBD im Kanalquersdmitt: Die Anordnung der MeBwertaufnehmer zur fortlaufenden Ermittlung von
Wasserspiegelveranderung
(DruckmeBdosen bzw. Wellensonden) StrOrnungsgeschwindigkeit
(V-MeBdosen bzw. Ott-F1iigel)
und der Obertragungselemente sowie die La-ge der MeBzentrale erfolgte unter Nutzung
praxisgerechter Ortlichkeiten in
(Therein-stimmung mit der RMD. Es vrurden weitge-hend vorhandene MeBapparate nach
erfor-derlichen Erganzungen mid Anpassungen
verwendet, deren Funktionen aus Vorberich-ten zu ersehen siad [2 tmd 3]. Eine Lokalisie-rungsskizze der MeBelemente ist den jeweili-gen Ergebnis-Diagrammen beigefiigt wor-den.
3. Versuchsdurchfiihrung
Bei den Schiffahrtsversuchen sorgte die RMD dafür, daB folgende Fahrzeuge gemie-tet und eingesetzt werden konnten:
1. Giitermotorschiff GMS Ludwigshafen"
L x B = 85,0 x 9,0 m
beladen leer 2. Giitermotorschiff GMS Bavaria 83"L X B = 110,0x 11,0 m
3. Schubverband, SVbestehend am: Schubboot Colmar", Schubleichter Rhea 451" mid Rhea 455" Der Tiefgang der Schiffe bztv. des Leichter-verbands wurde dutch Aufnahme von Ballast
auf T = 2,7 m gebracht und jeweilsineinem
Vorversuch diejenigen Propellerdrehzahlen, die den vorgesehenen Geschviindigkeiten iin Bereicli von V = 5,0 bis 11,0 km/h .entspre-chen mid die zugehorigen
Besahleunigungs-strecken errnittelt, urn die Fahrplane der
Schiffe mit Durchgang der Wellen ko.ordinie-ten zu kOnnen. Beim 85-m-Giitermotorschiff wurde zusatzlich der leere Zu.stand unter-sucht. Die mit Heck-an-Heck angekoppelten Leichter im Verband waren in Ruhelage je-weils JO cmhecklastig vertrimnit (Tiefgang an beiden Enden des Verbands 2,65 m und in der Mitte 2,75 m), urn die fahrtbedingten
Trimm-4
Om 45.. -MN 2"111-Fkeso
Milsr4ssi Schloss .Eibech W 932516 46144144.111161611a
wot 612 61.614 1.56WO 4000555.127 010.11 3 'VW A 400 4 1 1.696.1656555 5555 46.161.14 So '6155405555 55' or owe., ssoRmsoess.6162410466661W550 WI W \L96.66995 yr 51nIn 12612641.-1163w1 Os 11.6ile==1.5
16664662Yr II AV WW1% W Tijaig:=5.1'
Ow 011 MORN" 110133393 39 Xi 76655004 4147 67 Ighwadi 16 1112 tf76114667 6_.i. WO Saw... 94406614. 0.1036 SKI own 4616/660I4Sdi40u511 1.114651117106 eau& 1975 90169 6.67 79.21664 110.0 91 655150000.0 5.4 700.0 469416.46 no 5614666.11 On .550-99315142911 10. 55. 1.1341.Al555l de,9 nv 11115 31319193, Roth Ragekporschnitt 14DR +so - 180 4 o 51.6642626 44644 0.0 Von SD 49466.6666W 64 55 64 IwwwW116.11 45555555511 LW Pan 562.16416634 1.66 StIll $6746166614 11.6 61 we 467.644126 Ulla= Golowilhtsh
Abb. 1: Lageplan der Kanalhaltung Eibach und Kanalquerschnifte
Norma betrieb = 7,98 m a Schlielbefehl a Schliel3befehi 2,60 m 2 60m 2 60 m W 7 4664 116Iii Isal Schlieribefehl 1,99m c.\_\1 Tz LKV OH 1
a offnungsbefehl14-OffnungsbefehllaOffnungsbefehll!dfnungsbefehl
Abb. 2: Fahrplan fur die Schutzbewegungen beim FidAvorgang der Sparschlense Eibach
74.0 741 74 2
'Bug .L000I00005101.
Abb. 3: Sunk aberholt Ludwigshafen", Fahrverhalten des Schiffes
rigkeitsgrad wurde allmahlich gesteigert und
dabei die kritisch erscheinenden Rile, die
sich durch die iiberholenden Sunk- und
Schwallwellen bei Einzelfahrten und
Begeg-nungen der Schiffe im Normalquerschnitt
bzw. auf der Kanalbriicke ergeben,
unter-sucht.
Fiir die Beeinflussung des Fahrverhaltens Maximale Entnahmewassermenge aus dem Oberwasser: amax =70 m3/s
Schiitzgeschwindigkeiten Sparbecken: Cti= 86,7 m m/s, cs = 80 mm/s
Langskanal: co = 86,7 m m/s, c LV =variabel, Cs =25 m m/s
Schlitzquerschnitte bei voller offnung: Sparbecken: Asp =13,0 m2
Langskanalf AL =13,0 m2 3,25m 74,2 74,3 74,4 74.5 74,6 74.7 74,4 74,8 23.44. 24.01. 24.19. 24.36. 24.54. 25.11. 25.21. 25.47 23.18. 2355. 24.31. 2512. 2544. 26.37. 27.22. 20105 4,
7=i*.
75t° 3 3 -.4 IllTi I_
Sia-11251 ,b---- :I!,
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I ,E u1.111-4
o I ,1rr t41 F -stt 11 I Bb10.22 74.3 74%4 74.5 74.6 74 7 74,'S 74.9 Ili an it. 2'3 26. 27' 24' 29' 30' 1 -31' : _10 32. 33. 34'eines Schiffes sind drei Eigenschaften der Ka-nalwellen, namlich die Stromungsgeschwin-digkeit, die Steilheit ihrer Fronten und die Absenkung des Wasserspiegels, die sic verur-sachen, maBgebend. Dabei kommt der Stro-mungsgeschwincligkeit, die relativ !dein ist,
nur eine geringe Bedeutung zu. Das Hauptau-genmerk wurde daher auf die beiden anderen EinfluBgroBen gelegt. Besonders kritisch er-schien die groBe Wellensteilheit bei Sunk mit
angehangtem Schwall. Dieser Fall wurde bei Begegnungen der Schiffe im Normalquer-schnitt untersucht, nicht jedoch im Briicken-querschnitt, urn die damit verbundenen, er-hohten Gefahren zu vermeiden.
Im einzelnen wurden folgende ManOvrier-situationen untersucht:
- Einzelfahrten auf freier Strecke (11 Ereig-nisse);
- Begegnung zweier Schiffe auf freier Strek-ke (4 Ereignisse);
- Durchfahrt
durch die Kanalbriicke Schwarzach, Einzelfahrten (8 Ereignisse); - Begegmung zweier Schiffe auf derKanal-briicke (5 Ereignisse);
- Einfahrt bzw. Ausfahrt in die Schleuse
Leerstetten bei gleichzeitiger Reflexion einer iiberlagerten Sunkwelle;
- Einfahrten in die Schleuse Eibach bei
ver-schiedenen Phasen der iiberlagerten
Sunkwelle.
Sorgfaltige Vorbereitung und genaueste Einhaltung der Teilzeiten durch alle Beteilig-ten waren die Voraussetzung für das Gelingen der Schiffsbegegnungen jewels auf dem clafiir vorgesehenen ICanalabschnitt bei bestimmter
Phase der Sunk- und Schwallwellen. Dies
Sonderdruck aus Schiff & Hafen/KommandobrOoke, Heft 10/1986
24,0 74,1 tWellentrent 10e23.09 23'26. 10.2204. 22.40 '461 .123001155114,16. 615 12 floathl \ a. 7.
V.-N..: 1356,I
Isam2=1.4'
3393.1355 113M 5511 56660 4164.716.160. 4265555 40700 _(6562: 64_6,Akr, 55004.69446 ONO.33 3konnte weitgehend erreicht werden. Es wur-den taglich bei mehr als zwolfstfindigem Ein-satz zwei Versuchsreihen jeweils mit bis zu dreifacher Uberlagerung der Wellen durchfiihrt. Durch diese intensive Nutzung der ge-botenen Versuchszeit war es mOglich, daB vie-le Varianten untersucht werden konnten.
Es wurde hierbei ffir die Erzeugung der
Sunk- bzw. Schwallwellen das fur die Siid-strecke vorgesehene Schleusenprogramm der RMD gefahren. Hiernach wurden die Fahr-plane fiir die Schutzbewegungen bei den
Fo-und Entleerungsvorgangen der Schleusen
festgelegt. Abb. 2 zeigt als Beispiel den zu-grunde gelegten norrnalen Fahrplan ffir den Fiillvorgang der Sparschleuse Eibach. Hier-bei werden zunachst die Kanale der Sparbek-ken I bis III der Reihe nach geoffnet und an-schlieBend die Steuerung ffir die Restfiillung vorgenommen.
4. MeBergebnisse 4.1 Wellenmessungen
Fiir die Wellenmessungen in 1984 waren von der VBD zur Aufnahme der Wasserspie-gelveranderungen 3 Bodendruckdosen in der verkiirzten Haltung Eibach und 1 weitere im Unterwasser der Schleuse angebracht. Die MeBwertiibertragung erfolgte iiber eine
Tele-1.11 13b to Stt 8 1.41 Su. 6 Kt. 41u12 'BUG:4100060BE0. 74,7 8 6 77,0 1 2 3 4 S G 7 7M117717,11 7714ffiFF1777rilimp ILL.. Mal
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'T'-1======1
11116181WMIWIAN IMOAIM' MIMEO=
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11142' 43' 64' 45' 46' 47'
tow, novnasuror
metrie-Anlage. Diese wurde von der MeBzen-trale aus iiber em n eigens hierfiir aufgestelltes Rechner-Programm gesteuert. Die MeBwerte wurden alle 30 Sekunden automatisch
abge-fragt und registriert.
Die in der MeBzentrale aufgenommenen mid abgespeicherten MeBwerte wurden im grOBeren Reamer der VBD nach einem er-weiterten Programm bearbeitet und ausge-plottet. Der vollstandige VBD-Bericht 1151 enthalt 28 Plotterschriebe, die die Wasser-spiegelaufzeichnungen und die StrOmungsge-schwindigkeiten an den gekennzeichneten Stellen zeigen. Auszugsweise sind sie in [6] dargestellt und erOrtert. Urn Wiederholungen zu verrneiden mid den Bildumfang gering zu halten, werden sie hier nicht wiedergegeben.
Aus den Wellenmessungen in 1985, die
VBD-seitig nur im Brfickenquerschnitt vorge-nommen wurden, werden die Wasserspiegel-veranderung mid der Geschwindigkeitsver-lauf beim Durchgang einer Sunkwelle im Bild 14 gezeigt und den vergleichbaren Werten aus Schiffahrtsversuchen gegenfibergestellt.
Wellenmessungen im groBeren Umfang wurden von der Versuchsanstalt fur Wasser-bau in Obernach durchgefiihrt. Eine Abhand-lung hieriiber befindet sich in [8].
4.2 Schiffahrtsversuche
Die Einzelfahrten mid Schiffsbegegnungen im Normalquerschnitt der freien
Kanalstrek-ke wurden jeweiLs mit einer
Anfangsge-8 11 70,0 1
48 40' 50' 51' 52' SP
Sonderdrudcaus Schiff 8.Hafen/Kommandobnicke, Heft 10/1986
teirid
1090
5
Abb. 4: Einfath iiberiagerter Sunk iibetholt Ludwigshafen",.
Fain-ver-b:Men des &trifles
5815' 5907' 59'48' 11:0031' 1'20' 2'05' 254' 340' 427'
'0.8 'LU3GMBA7044"
1 15.18.3
00,6 80,7 80,8 80,9 81.0 81.1 81.2 81.3 01.4
schwindigkeit des Schiffes von V = 9 km/h durchgeffihrt. Es wurden dabei MeBwerte re-gistriert, die das Fahrverhalten der Schiffe charakterisieren. Diese sind der zeitliche bzw. ortsabhangige Verlauf der
Schiffsgeschwin-digkeit fiber Grund V60,die Ruderlage 6R,
die Gierbewegung bzw. Drehgeschwindigkeit V mid der Trimmwinkel 0 wahrend des Wel-lenereignisses.
Die Abbildungen 3 und 5 zeigen das Fahr-verhalten von GMS Ludwigshafen" bei Ein-zelfahrten in einer Sunkwelle, die bis zweifach iiberlagert wurde. Aufgezeichnet ist nur die Phase, in der die Sunkfront bzw. der Sunkriik-ken das Schiff iiberholt. Dies geniigt jedoch, um den Geschwindigkeitsabfall mid die grO-Bere Gierbewegung bzw. Ruderarbeit zu ver-deutlichen. Die Zeitskala im oberen Teil des Diagramms gibt jeweils die Zuordnung des Durchgangs von Stmluiicken bzw. Schwall-front mid vom Schiffsbug am jeweiligen Ka-nalhektometer an.
Die Wasserspiegelveranderungen wahrend des Versuchsablaufs an den vier MeBstellen, die fiber die gesamte Haltung verteilt waren, werden in Abb. 6 wiedergegeben. Das Bild zeigt die Aufzeichnung der Senkwelle, begin-nend mit dem einfachen Sunk an MeBstelle 0 bis zu seinem Durchlauf an MeBstelle 3.
Ober die weitere Laufzeit ist die Reflexion mid die jeweifige Oberlagerung der Sunkwel-le ersichtfich. Da die Entfernung zwischen
40.2 3 4 S 6 7 B 0 01,01 2 3 4
12:55' 56' 57' 58' 69' 13,00' 1'
'099 'LlJ0610S6i40EN"
Abb. 5: Zweffach aberbgerter Sunk fiberbolt Ludwigshafen", Fahrver-indten des Sddffes
3 V.P44-. 0 15. 18.2 76,6 %/Warm 76,7 76.4 62'20' 79.9 42'37' 77.,0 2'54' 77,1 4312" 77,2 4330' 1141'44 42'02' 1141'05' 41'45' 4225' 43'05' 4148" 44'31' 45'10" 00,5 77,3 77.4 77,5 %unkrUcken 1310000' 43'47' 44'05" 44'229 46'07" 4656' 47'4S 1257'27' 0'26' 043' 101' 118' 136' 151' 211' 2'28' 246' 94 1 lhadhlm 11:9 9 7 6 7in12.. Iluo/hIn 7 6 76,6 76,7 76,0 76 9 77,0 Bug an km 77,1 77,2 77,3 774 77.5 80.5 80,6 80,7 80,8Bug an NM80.9 01.0 81,1 81.2 81 3 00,4
20 . [an] -20 I -90 20 I to 0 -20 -3601 10:20 Beginn I I I I I I 1 I Schiff I 20 -20 1 [cm] id 0
(W\
i J L Schiff.. i
f 1 I I i i 1 I 1 0,5 1,0 1,5 2.0[L.,
110 20 11:8 to [cm] -2D Schiff 20 (an] 1116.\1\rA 2.5 0.5 1,5 2,0 2,5 -2D 1 Schiff [ad.] 9. Ikmfhi V.-Mr.: 15.77 81.1 01.2 41.3 81.4 11.1.5 81..6 81%7 81,8 111,9 112,0 05615:411frove 43.50. 42.33. 43.16. 42.59. 42.42' 42.25. 4208" 4151. 41.34. 17:41'17. 45.07. 44.32. 4326. 42.56. 42.22' 41'44. 4037. 40.17. 17:3921. t836 .1.110978S08700. 7. 6! S. 3. 50' 49. 48' 47. 46. 44 43' 42. 41' 40. 17 39' 'nue numnamakesm-Abb. 7: Schwall fiberhoft Ludwigshafen", Fahrverhaften des Schiffes: 75.76 786 783 789 789 79.0 79.1 79.2 799 79.4 799 Wellenfffff 2024". 2000'. 1949'. 1932'. 19.14. :11.39. 12.22. 16.04. 12;17.47-1201.54. 12.36. 13.20. 13.59. 14.313. 15.17. 15.57. 16.36. 17.15. 17.51. Bug .LUBBIBBNABEN. 79.6 79.7 788 789 799 79.1 792 79.3 79.4 ?9$ Bug an km 00.3 4 5 6 7 8 9 111,01 2 3 4 5 6 7 8 9 82.0 45' 1 14. 15. 16. 17. 10. 192-- 93--- _ o
4 Sonderdruck aus Schiff 8 Hafen/KommandobrOcke, Heft 10/1986
81,1 81 2 81.3 81.4 01,5 01 6 al 7 81,8 81,9 82,0
Bug alio
1 1
12.11. 12. 12.
Bug .2.18E1126.111312r
Abb. 8: Wasserspiegelveriinderungen wahrend des Versuchs 15.17 in Abb. 9: Briickendurchfahrt ohne Welleneinfin8, Fahrverhaften
Lud-Abb. 7 wigshafen"
-00 i Schiff 1 :20 Ende
Abb. 6: Wasserspiegelveranderungen wahrend der Versuche 15.16 in den Abbildungen 3,4 und 5
"
[on) 0 -20 -20 20.1 [an]o 1 "4 \ Schiff10
den MeBstellen nicht gleichmaBig ist, laBt sich der Durchgang der Wellenfront an die jeweili-ge MeBstelle mit fortschreitender Laufteit in der Darstellung nicht geradlinig verbinden und wird nur angedeutet.
Auch der Oberholvorgang fand nicht im-mer an einer dieser MeBstellen statt. Daher ist
die durch das fahrende Schiff verursachte
Wasserspiegelabsenkung, die sich von der
Aufzeichnung der Welle deutlich abhebt,
nicht systematisch, sondern bei verschiede-nen Phasen der Welle erfaBt worden. Nur in einem Fall bei diesem Versuch aberlagem sich die fahrt- und sunkbedingten Absenkun-gen in voller GroBe (MeBstelle 3 in Bild oben rechts wahrend das Schiff von zweifach aber-lagertem Sunk aberholt wird). Die Summe beider Wasserspiegelabsenkungen betragt ca. 49 cm.
Die fahrtbeclingte Abgenlmng hat
naturge-maB eine geringe Bedeutung bei Schwallwel-len, wie z. B. in Abb. 7 und Abb. 8, da der Schwall zu einer VergroBertmg der Wassertie-fe fahrt. Dagegen ist ins Fahrverhalten des Schiffes eine starkere Stoning festzustellen, die durch die steilere Front der aberholenden Schwallwelle verursacht wird.
Diese und die weiteren ins vollstandigen Bericht dokumentierten Einzelfahrten mid Schiffsbegegnungen im Normalquerschnitt
zeigen, daB die ilberholende Sunk- oder
Schwallwelle, insbesondere der Durchgang am Heck des Sunkrackens bzw. der Schwa!!-front, zu einer kurzzeitigen Kursinstabilitat fiihrt. Diese laBt sich jedoch mit groBeren Ru-derausschlagen iiberwinden. Die
Schiffsab-g 1124
Vilirtioq1114111111111 JAIL
AV7r-7
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rr) __I__ I IIt
I I 1 1 1 1 1 1 1 10.8' 36. 40'41' 47' 43'44' 45' 46. 47' 48. 49' SO' t Bug 'LUDBIGBBArEM" S10 Its ID Vs Ins tSunkrutken . .. .. ,...,. 14.1minl 10 ets 4. -Or.: 76.18 10:311 BegInnAbb. 10: Sunk liberhoh Ludwigshafen" auf der Brficke, Fahrverhahen
des Schiffes
senkung und der Trimm verandem sich ent-sprechend dem wellenbedingten Gefalle des
Wasserspiegels,
aber beeintrachtigen
dieFahrsicherheit der untersuchten Fahrzeuge nicht.
Die Stoning beim grOBeren 110-m-Gater-motorschiff miter gleichen Bedingungen war geringer und beim Schubverband kaum noch
, tBug "BAVARIA 83" I I I I - 1 - . 'se 876 ,92 tSunknicken I --rBegeEPAg , i 1 17 ,18 it TM *1 M6 767 747 164 I Begegnung I t: 147
"
W 2Abb. 12: Begegnung der Schiffe aof der Briicke in Snnkwellen
°
Abb. 11: Wasserspiegelveranderungen wiihrend des Vermeils 16.18 in Abb. 10
vorhanden. TendenzmaBig lassen die Versu-che den SchluB zu, dal3 bei kleineren
Fahrzeu-gen bzw. bei Fahrgeschwindigkeiten von
mehr als 10 km/h, die ins vorliegenden Fall mit den auf T = 2,7 m beladenen Einheiten nicht erreicht wurden, mit grOBeren Storungen zu rechnen ist.
Der eingeengte Brfickenquerschnitt stellt den Sonderfall dar, weil zu befiirchten ist, daB bei Uberlagerung von Sunkwellen einerseits die von vomherein gegebene geringere Was-sertiefe (3,5m gegeniiber 4,0 bis 4,25m ins Regelquerschnitt) noch erheblich vermindert und andererseits der iiberholende Sunkrak-ken durch das vorabergehende Aussetzen der Ruderwirkung zu gefahrlichen StOrungen der Fahrt der auf 2,7 m abgeladenen Schiffe fah-ren wiirde. Die Einzeldurchfahrten erfolgten mit einer Anfangsgeschwincligkeit von V = 9 km/h mid bereiteten den Schiffen keinerlei nautische Schwierigkeiten. 18-111--748 761 742 7U 764 IU ... 140 .. ... 84 1 Blegegnirig oi,.006..iimy4.A'rribi-10170-1A-1101-/* )1 ,fr k 111. 11; sm ,,.11
7
`"V., 14. 5,-COLMARFahrferhaRen "" teug. -C°1.11AR.
Sonderdruck aus Schiff & Hafen/Kommandobrucke, Heft 10/1986 5
t v., 9 llon/h1 7 6 5 3 K.!'" sto " 16.101 20 1 _kV_ o 79.1 792 40.03. 40'71' 78,6 78.7 Sunkfront 748 79.9 790 3910' 39.77. 19'45' 78.51 79.3 794 795 [cm] -20 40'78' 40.99. 41'16 10,3875' 10;40'41" 41'77 4711' Bug "1.00BIGSBABEN. 47'55' 43'78" 44'74" 45'16' 46'06' 4650' 47.70. -80 20 76312 [Cm] -20 766 717 768 78.1 Tea 78,775,4 78.5 789 79.0 791 792 79.3 754 795 20 Bu9 an km r1/4/13 h [om] 78.6 78.7 78.8 78.9 79.0 79,1 79.2 79.7 79.4 MS 79.4 -70 -.0 -?Bug "BAVARIA 83" Rahrverhalten "BAVARIA 83" . 6 [mln] 10 84"COLPIAR" *4-751 la TM 741 796 763 9'8'
MI. M2 M3- 1 I 0 o 78,6 787 78,8 713.9 79.0 791 79,2 793 79.4 793 °Ito lenrilehon 10.38'05. 3823" 111.41. 30'59 39'11' 39'35' 39'54' 4012' 40.10' 0'48' KI Sth 41'14" 40'28' 39'42' 38'56' 38'04' 37'07' 35'46. 34'29' 0'39' 10.32.55. /11..9 'COLMAR. '.311115133.51131.0. 0.5
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T :"" 40' 39' 38' 31' 36' 35 34 33' 32' 10111' '000'COLMAR-Die Abbildungen 9 und 14 oben zeigen die
Bruckendurchfahrt des GMS
Ludwigsha-fen" ohne WelleneinfluB, wahrend die Abbil-dungen 10 und 11 die gleiche Durchfahrt wah-rend des Durchlaufs einer Sunkwelle wieder-geben. Der Vergleich zeigt den zusatzlichen Geschwindigkeitsabfall und die zweimalige, kurzfristige Trimmverandenmg infolge der Sunkwelle bzw. deren Fronten. BetragsmaBig ist die kopflastige Vertrimmung grit:6er als die steuerlastige. Durch dieses Trimmverhalten des Schiffes sind die am Heck angeordneten Antriebs- und Steuerorgane verhaltnismaBig weniger gefahrdet. Anlage 11 zeigt die wel-len- und fahrtbedingte Absenkung des Was-serspiegels. Weitere Einzeldurchfahrten, ein-schlieBlich der des Schubverbands in zweifach iiberlagertem Sunk, werden ins VBD-Bericht
1151 in den Anlagen 62 bis 73 gezeigt. Die Begegnungen der Schiffe tin Brticken-querschnitt bei durchlaufender Welle wurden zunachst mit einer Anfangsgeschwindigkeit
von V = 5 km/h und spater bis zu 7 lun/h
durchgefiihrt. Um den Platz bier nicht zu sehr in Anspruch zu nehmen, werden in der Abb. 12 und Abb. 13 die Aufzeictmungen der Me13-werte bei zwei solcher Begegnungsfahrten ge-zeigt. Das Fahrverhalten der Schiffe in ciiesem Fall wird nicht nur von der durchlaufenden 1Nelle, sondern auch vom Umstromfeld des Begegners beeinfluBt. So zeigt eine nahere 'Betrachtung des Ruderlagenverlaufs wah-rend des Begegnungsvorgangs eine Spiege-lung des Kraftespiels, wobei im Anfang mit
Abb. 13: Oberlagerter Sunk begegnet Colmar" bei Begegmmg mit Ludwigshafen" (leeres Schiff) auf der Briicke bier: Fabrverhaften
Colmar"
Wasserspiegelabsenkung beim Ourchgang einer Sunkwelie ohne Schiff
...,1
"
0\s.vat
-mr\4\
01113.41 6 ..,01.4153414-Ourchfahrt ohne Weite
41 RA1 , t In.(731. 33-.1.0111113133 Wasserspiegelabsenkung hei GMS AL_ .112; 7
-Abb. 15: Sunk begegnet Ludwigshafen" bet Begegnung mit Bavaria 83" auf der Briicke
bei Begegnung der Schiff e in Sunkwelle
zo- 1V13 ?
104,,,,,4
..._ t _Fl h.',
:0-Abb. 14: Wasserspiegelabsenkungen and Strommigsgesdriwiadigkeiten im Bruckenquersdmift
tr-6 Sonclesdruck aus Schiff 81-lafen/Kommandobeficke, Heft 10/1986
766 787 78.8 79.9 IRO 791 792 793 78.4 19$ Bug011 We 78,6 78,7 78.8 78,9 79.0 79,1 79,2 79,3 79.4 79,5 79,6 79.7 78.8 1...__. ..:6..._....44__i_.÷1l. ' :t_._J'
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Wasserspiegelabsenkung bei Begegnung Stromungsgeschwindigkeiten Mst. 2
der Schiffe in Sunkwelle beim Durchgang einer Sunkwelle ohne Schiff
0,, 9 lkoThl 8 7 6 3 V. N4'. 4 20.27 . ==-5 M3 4 D. 1.1 Rol 3 4 W. 1,71 6
Bug an Bug die abstoBenden und spater die aniiehenden Krafte zWischen beiden Schiffen fibenvtuiden werden mfissen. Analog verhalt sich der Verlauf der Gierbewegungen. Die Tritninla.ge verandert sich infolge der Oberla-gerung vom jeweiligen Bugstau, so daB am Anfang beide Schiffe steuerlastig werden.
In Abb. 14 sind die an den drei MeMellen
im Brfickenquerschnitt aufgenoriunenen
Wasserspiegelabsenkungen und die
Stro-mungsgeschwindigkeiten aufgetragen. Im
Bfid oben links ist die Wasserspiegelabsen-kung ohne SchiffseinfluB zu sehen. Sie spie-gelt mit flacher Front und stefiem Rticken den eingeleiteten Ftillirorgang der Schleuse Ei-bach (Sunkwelle). Das Bild oben rechts zeigt die Wasserpiegelverandemngen bei Brlicken-durchfahrt des 85-m-CMS Ludwigshafen" mit V = 9 km/h ohne WelleneinfluB.
Die unteren Diagramme links und rechts in Abb. 14 zeigen die Wasserspiegelabsenkung und Stromungsgeschwindig,keit bei Begeg-nung der beiden groBen Schiffe (110-m-GMS Bavaria 83" mid 180-m-SV Colmar"). Die MeBwerte sind von den Schiffsumstromungen der begegnenden Schiffe und Interferenzen aus Reflex donen tiberlagert und lassen keine eindeutige quantitative Aussage ableiten. Die maximale Wasserspiegel- und die faintbe-dingte Absenkung der Schiffe lassen offen-sichtlich gerade noch soviel Bodenfreiheit, daB die Schiffe gut durchkommen. Die An-fangsgeschwindigkeit von V = 6 km/h dfirfte in diesern Fall, d. h. Begegntmg beider auf 2,7 m abgeladenen groBen Eiriheiten, auf der Brficke in einer Stinlcwelle in etwa die obere Grenze Clarstellen.
Abb. 15 zeigt die fotografisch festgehaltene Begegnung der beiden Giitermotorschiffe auf der Brficke.
5. Abschfiel3ende Bewertung
AbschlieBend laBt sich bezfiglich der Schiff-fahrtsversuche herausstelleri, daB begegnen-de und fiberholenbegegnen-de Sunk- und Schwallwellen in der Haltung Eibach im Normalquerschnitt .bei der Begegnung kaum eine und bei der Uberholung des Schiffes nur geringfiigige Be-eintrachrigung der Fahrsicherheit von unter-suchten Schiffseinheiten verursachen. Dies gilt aucb bei Schiffsbegegnungen in Wellener-dignissen im Nonnalquerschnitt. Die Storwir-kung infolge der groBen Wellensteilheit bei Sunk mit angehangtem Schwall ist gniBer. Die auftretende Kursinstabilitat ist nur kurz-zeitig und rnit den modenien nautischen Mit-teln beherrschbar. Dartiber hinaus lassen die Versuche den SchluB zu, daB die Storung bei zunehmender SchiffsgrOBe tind bei kleineren Geschwindigkeiten geringer wird.
Einzeldurohfahrten durch die Kanalbrficke tnitN =-9,1cm/h in Sunk- und Schwallwellen
beireiten
defirSafiff
keineriei nalitischeSchwierigkeiten. Infolge der sunkwellenbe-dingten, starken ErhOhung der Schiffsabsen-kung bei gleichzeitiger WechseiwirSchiffsabsen-kung der Schiffsurnstromung zeichnen sich Grenzen der Fahrgeschwincligkeiten bei Begegnungen
der Schiffe auf der Briicke ab, die je nach
GroBe und Abladetiefe sowie Wellenereignis bei etwa 7 km/h liegen diirften.
Extreme Wellen mit Wasserspiegelveran-derungen von mehr als 0,6 m, die infolge der grol3en Wellensteilheit bei Sunk mit ange-hangtem Schwall innerhalb von wenigen
Me-tern erfolgen, flihren zu einem starkeien
Kursverfall des Schiffes. Solche Situationen wurden bei Begegnungen der Schiffe im Nor-malquerschnitt untersucht mid waren zu be-herrschen, dfirften aber bei liegenden und vor allem kleineren Fahrzeugen viel kritischer ausfallen. Sie wurden init Rticksicht auf die damit verbundenen Gefahren, sowohl fiir die Schiffe, als auch für das Bauwerk irn Brikken-querschnitt nicht untersucht mid sollten auch in der Praxis vermieden werden.
Die Schleusenein- und -ausfahrten mit be-triebsfiblichen Geschwindigkeiten bei ver-schiedene Phasen der Sunkwellen verliefen ohne besondere Vorkominnisse.
Die Aufmessting der Trossenkrfifte an den im Unterwasser der SchleitSe Eibach wahrend Entleerung der Schlense (SchWallwelle) fest-gemachten Schiffe ergaben Werte Von 16 lds,T
flit GMS Lndwigshafen", 39 IN für GMS
Bavaria 83" und 147 IcN fir den SV
Col-mar". In Abb. 16 Werden die Trossenkrafte als Furiktion de i Veidrangting dargestellt. 6. Zusammenfassung
In einem umfangreichen
Versuchspro-gramm sind in den Jahren 1984 und 1985
Na-turmessungen in der Haltung Eibach des
Main-Donau-Kanals durchgeffihrt worden, um das Verhalten der bei Fiillung mid Entlee-rung von Schleusenkammem entstehenden Sunk- mid Schwallwellen und deren Wirkung auf das fa/reticle Schiff zu untersuchen.
Ein-bezogen in die Untersuchung waren drei
Schiffseinheiten, vom Giitermotorschiff, das
den MaBen des sog. Europaschiffes
ent-spricht, bis iiin zum 180m langen Schubver-band.
Der vorliegende I3ericht befaBt sich vorwie-gend mit den Schiffahrtsversuchen. Nach
ei-ner kurzen Beschreibung der Sunk- mid
Schwallwellen werden die bei den Schiffahrts-versuchen in 1985 festgehaltenen, das
Fahr-verhalten der Schiffe charakterisierenden
MeBwerte wiedergegeben mid erortert.
[3]
Seilkraft f [0, V I
Sonderdruck aus Schiff & Hafen/KomreandotirOdce, Heft10/1986 7
,too 2000 3000 4000
[t]
Abb. 16: TrossenIkriffte in Schwanwelle
Sie Lassen erkennen, daB die Kanalwellen itn Normalquerschnitt zu keiner wesentlichen
Beeintrachtigung
der Fahrsicherheit von
Schiffen fiihren. Der Brfickenquerschnitt ist kritischer. In der abschlieBenden Bewertung wird darauf hingewiesen.
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