Modelling Large Scale Sediment Transport in the German Bight (North Sea)

摘要

Der Aufhau von integrierten Modellsystemen (AufMod) zur Analyse der langfristigen Morphodynamik in der Deutschen Bucht war Ziel des KFKI-Verbundforschungsvorhabens (Laufzeit: 2009-2012). Aus- löser hierfür war eine im Jahr 2008 durchgeführte Ausschreibung des KFKI mit einer detaillierten Anforderungsliste. Im Projekt wurde sehr frühzeitig die Entscheidung getroffen, ein umfassendes softwaregestütztes Bodenmodell zu generieren, das die Daten zur Bathymetrie und Sedimentbeschaffenheit gemeinsam verwaltet und funktional, d. h. nach spezifischen Vorgaben, verarbeiten und dem Anwender anforderungsgerecbt zur Verfügung stellen kann (Funktionales Bodenmodell). Die Betrachtung der Sedimentprozesse in der Deutschen Bucht kann nicht ohne die Beriicksichtigung der Prozesse in der gesamten Nordsee erfolgen. Deshalb wurden auch umfangreiche Daten der Anrainerstaaten akquiriert und in das Funktionale Bodenmodell übernommen. Die großräumigen und langfristigen Sedimentbewegungen sind auch von lokalen, teilweise zeitlich beschränkten Prozessen beeinflusst. Deshalb fokussierte sich das Funktionale Bodenmodell auf bestimmte Gebiete: den Schelf bzw. das Küs-tenvorfeld, den Vorstrandbereich, die Bereiche von Inseln und im Wattenmeer. Im Rahmen der Anwendung deterministischer Prozessmodelle wurde ein konsequenter Multi-Modell-Ansatz mit Simulationsmodellen unterschiedlicher Prozessauflösung verwendet, um die Streubreite der Ergebnisse abschätzen zu können. Für die Modelle, welche auf unstrukturierten Modellverfahren basieren, wurden überwiegend identische Gitternetze und Randwerte verwendet. Soweit möglich, wurde auch ein einheitliches Post-Processing durchgeführt, um den Vergleich der Modellergebnisse mit einheitlichen Methoden zu gewährleisten. Abschließend wurde eine gemeinsame Synthese erarbeitet, die alle relevanten Ergebnisse der Teilprojekte einbezieht und eine übergreifende, gemeinsame Bewertung zur Beantwortung der in der KFKI-Ausschreibung formulierten Ziele erstellt.%The main objective of the multidisciplinary research project "AufMod" (2009-2012) was the development of model-based tools for analyzing long-term sediment transport and morphodynamic (MD) processes in the German Bight. AufMod aimed at bringing together marine geoscientists and coastal engineers to build up consistent bathymetric and sedimentological databases and to compare different numerical models using the same data input and model grid with respect to uncertainties in their results. AufMod provides a suite of consistent annual bathymetries as well as initial sediment parameters which can be used by numerical MD models for further analyses. Different patchy datasets from bathymetric survey campaigns since 1948 have been compiled and have undergone a sophisticated postprocessing procedure to overcome inconsistencies arising from the use of different echosounding techniques, vessels, tidal correction and so on. For the first time, data on grain size distribution have been composed for the entire North Sea including the German Bight in order to analyze geomorphological processes and to calculate sediment input parameters for morphodynamic modelling. By establishing a so-called "Functional Seabed-Model" consistent annual bathymetries and initial sediment distribution and composition (grain size distribution) have been made available together with their spatial and temporal uncertainties. The morphodynamic numerical model simulations cover a time span from 1996 to 2008. They are based on natural processes and take account of the whole variability of tides, external surge, river run-off, wind and waves. "AufMod" provides a suite of consistent annual bathymetries as well as initial sediment parameters which can be used by numerical MD models for further analyses. By using the same model grids the strength and weakness of the different numeric models can be evaluated and their uncertainties can be assessed. The morphodynamic model results provide a first comprehensive impression of the resulting sediment transport pathways in the German Bight. Further model runs have focused on the sensitivity of sediment transport and the morphological response due to wind forcing, mean sea level rise and variation in porosity.