Modellierung von Schwebstofftransporten in Nordsee und Ostsee
7
Zusätzlich erfolgt eine tiefenabhängige Initialisierung des SPM-Gehaltes in der Wassersäule.
In Abhängigkeit von der durch Strömung und Seegang bewirkten Schubspannungsge
schwindigkeit erfolgt bei Überschreitung eines gewissen Grenzwertes Erosion, das heißt,
aus der Bodenschicht z3 wird bis zu einer Erosionstiefe h ero Schwebstoff herausgelöst und in
die Wassersäule verbracht. Diese zunächst leer geräumte Schicht ist mit z2 gekennzeichnet.
In Abhängigkeit von der vertikalen Stromscherung und des tiefenabhängigen Seegangsein
flusses erfolgt dort ein vertikaler Austausch und auf Grund ihrer Schwere ein Sinken der
Teilchen.
Bei Unterschreitung eines weiteren Grenzwertes der Schubspannungsgeschwindigkeit sedi-
mentiert der Schwebstoff aus der untersten Wasserschicht wieder und bildet die Boden
schicht z1. Ein Teil dieses Schwebstoffs wird durch Bioturbation in die darunter liegenden
Bodenschichten verbracht, wo zusätzlich durch Dichte-Unterschiede bedingte Diffusion statt
findet.
Bei wieder größer werdender Schubspannung wird der Schwebstoff aus der Bodenschicht z1
resuspendiert.
Zwischen den beiden Grenzwerten der Sedimentation und der Resuspension existiert ein
kleiner Wertebereich, in dem Gleichgewicht herrscht, das heißt, dass kein Austausch zwi
schen Boden und Wassersäule stattfindet.
Ansätze zu einigen der im Folgenden näher beschriebenen Prozesse sind zu finden in
Soulsby, 1997.
Nach der Berechnung der vertikalen Verteilung der SPM-Konzentrationen folgt der Strö
mungsbedingte horizontale Transport der entsprechenden Schwebstoffteilchen in der BSH-
Subroutine tflow, in der auch die Schwebstoff-Einträge durch die Flüsse - eingelesen in der
Subroutine rand_q - berücksichtigt werden.
2.2 Sedimentation, Resuspension und Erosion
(Austausch zwischen Boden und unterster Wasserschicht)
Im Vorprogramm konz_init wird nach Einlesen der SPM-Bodenbelegungsprozentwerte der
Schwebstoff, aufgesplittet nach 3 Fraktionen, auf die beiden Bodenschichten z3 und z4 ver
teilt. Fraktion 1 mit der Eigenschaft Sinkgeschwindigkeit = 0.0001 m/s hat dabei den größten
Anteil. Fraktion 2 mit der Sinkgeschwindigkeit = 0.00002 m/s (im Wesentlichen fluviales
SPM) ist die leichteste Fraktion (Verhältnis 1:9 zu Fraktion 1). Die schwerste Fraktion 3 mit
der Sinkgeschwindigkeit = 0.001 m/s folgt einer sinusförmigen Verteilung in Abhängigkeit von
den Prozentwerten der Bodenbelegung.
mB 3 = Psed A z 3 , M B 4 = p sed MZ 4 (1)
mit der Masse der SPM in der k-ten Bodenschicht M B k ( kg/m 2 ), dem prozentualer Anteil
der SPM-Fraktion im Sediment p und der Dichte des Sediments p se d{ 1200 kg/m 3 ).