Büsching, Fritz (26.07.1940)

Geprägt durch berufliche Erfahrungen im Stahlwasserbau (bewegte Stahlkonstruktionen, Hydromechanik) bei der Fried. Krupp GmbH hat B. an der TU Braunschweig und an der FH Bielefeld University of Applied Sciences in Lehre und Forschung der Hydrotechnik insbesondere Analogien zu festkörperphysikalischen oder elektrophysikalischen Phänomenen erforscht.

Erkenntnisse aus der Forschung im Küsteningenieurwesen

• Die starken Abbrüche an Küsten mit vorgelagerten flachen Stränden (z.B. Sylt) sind insbesondere bei erhöhten Sturmflutwasserständen auf Resonanz zurückzuführen. Dabei kann das Wasservolumen seewärts des Steilufers, der Düne oder der Ufermauer als schwingfähig in einem Becken angesehen werden. Von See kommende Wellen sind in Resonanz mit den Eigenfrequenzen des Beckens. Der Nachweis des Phänomens wurde aus dem gleichzeitigen Auftreten von Resonanz und 'anomaler Dispersion' (dc/df > 0 bzw. dc/dL < 0) erbracht. Der insbesondere von mikrophysikalischen Schwingsystemen (EM-Wellen) bekannte Terminus ‚anomale Dispersion‘ hat damit Eingang auch in die Wasserwellenforschung gefunden.
  
  
• Bei der Reflexion von Wasserwellen an Bauwerken gibt es Phasensprünge Dj (Phasenverschiebungen zwischen einfallenden und reflektierten Wellen), die a priori von der Neigung der Oberfläche des reflektierenden Objektes und der Frequenz der Wellen abhängig sind. Solche konnten mithilfe der von B. eingeführten speziellen Analysetechnik erstmals quantifizierbar nachgewiesen werden.
  Ein vollständiger Reflexionskoeffizient, der neben dem Wellenhöhenverhältnis der reflektierten und einfallenden Wellen Cr = Hr/Hi auch die bei der Reflexion auftretende Phasenverschiebung Dj beinhaltet, kann - etwa in Analogie zu elektrophysikalischen Vorgängen - als komplexer Reflexionskoeffizient (CRC) definiert   werden.
  Da offenbar die in der Vergangenheit fehlende Berücksichtigung der Phasenverschiebung als wesentliche Größe für unbefriedigende Fortschritte bei der Auslegung von Küstenschutzbauwerken verantwortlich sein dürfte, erscheint die künftige Verwendung des CRC als grundsätzlich geboten.
  
  
• Effektive Energieumwandlung bei Wasserwellen an Küstenschutzbauwerken (Wellendämpfung) kann erzielt werden durch Beeinflussung der Wechselwirkung zwischen den partiell an Bauwerken stehenden Wellen und der an Böschungen durch den Wellenbrechvorgang verursachten Waschbewegung (Wellenauflauf - Wellenrücklauf). Als Koppelschwingvorgang betrachtet, findet Energietransfer zwischen den Freiheitsgraden partiell stehender Wellen(komponenten) seewärts des Bauwerkes und den Freiheitsgraden der Waschbewegung(skomponenten) auf dem Bauwerk statt.
  Während beispielsweise bei Glattdeckwerken der Neigung 1:n = 1:2 große negative Phasenverschiebungen (etwa 130⁰ ≤ Dj ≤ 160⁰ ) zusammen mit hohen Beträgen (0,7 ≤  Cr = Hr/Hi  ≤  0,85) des komplexen Reflexionskoeffizienten nahe dem Bauwerksfuß ausgeprägte Schwingungsbäuche repräsentieren, zeichnen sich patentierte Hohlkörper-Böschungen (Hollow-Cubes) derselben Neigung quasi durch ein umgekehrtes Verhalten des CRC aus etwa mit - 40⁰ ≤ Dj ≤ 10⁰ und  0,1 ≤  Cr = Hr/Hi  ≤  0,25. Dabei liegt nahe dem Bauwerksfuß ein fasst perfekter Schwingungsknoten vor.
  Der Spezialfall ´Surge-Brandung´ (auch als 'Brandungsresonanz' bezeichnet) kann mit Bezug auf den komplexen Reflexionskoeffizienten mit etwa
  Dj = ±180⁰ und  Cr = Hr/Hi < 1,0 als eine Konfiguration nahe der negativen Totalreflexion (Dj = ±180⁰, Cr = Hr/Hi = 1) identifiziert werden.
  
  
• Ein neuer theoretischer Ansatz für eine lineare Wellentheorie, die nunmehr Seegrundneigungen
  0 ≤ α ≤ 90⁰ einschließt und den Satz von der Erhaltung der Masse (Kontinuitätsbedingung) erfüllt.
  Danach interferieren die mit zirkularen Orbitalbewegungen behafteten Tiefwasserwellen mit ebenfalls zirkularen Orbitalbewegungen geringeren Durchmessers, welche den vom geneigten Seegrund exponentiell reduziert reflektierten Wellen zugeordnet sind. Unter Berücksichtigung des von der Bodenneigung abhängigen Phasensprunges Δj = π - 2α (Büsching 2019) zwischen einfallenden und reflektierten Wellen entstehen über geneigtem Seegrund elliptische Orbitalbahnen, deren lange Hauptachsen um den Neigungswinkel α rotiert sind. Mit zunehmender Annäherung an den Boden einerseits und an den Schnittpunkt IP der Böschungsneigung mit dem Ruhewasserspiegel andererseits nehmen bezüglich einundderselben Schichtiefe die langen Achsen der Ellipsen auf Kosten der kurzen Achsen zu bis letztere am Boden vollständig verschwinden. Dafür nehmen die örtlichen langen Achsen den doppelten Betrag der initialen Orbitalkreisdurchmesser an und im Wellenzyklus wird eine linearpolarisierte Teilchenschwingung ausgeführt, vergl. Abbildung.
  
  
  

  Prinzip der bei Anwesenheit von Wasserwellen an einer geneigten Ebene vorhandenen elliptischen Bahnen der Wasserteilchen, basierend auf der Theorie der„Exponentiell reduzierten Reflexion“ (ERR).

   

  Im Gegensatz zu anderen Wellentheorien wird hier von partiell stehenden Wellen ausgegangen, deren Verformungen a priori auf die Interferenz einfallender Tiefwasserwellen und exponentiell reduziert reflektierter Wellen zurückgeführt wird.
  

Kurzbiographie

• 1961 bis 1968 Studium Bauingenieurwesen, TU Braunschweig
  
• 1968 Dipl.-Ing.
• 1968 bis 1971 Projektingenieur Stahlwasserbau und Statik, Fried. Krupp GmbH,
  Industrie- und Stahlbau, Duisburg-Rheinhausen
  
• 1971 bis 1976 wiss. Assistent, Lehrstuhl für Hydromechanik u. Küstenwasserbau, TU Braunschweig
• 1974 Promotion zum Dr.-Ing.
  
• 1976 bis 1983 Oberingenieur u. Abteilungsleiter Hydromechanik, Stahlwasserbau u. Offshorebau, Leichtweiß-Institut für Wasserbau, TU Braunschweig
• 1978 Zuerkennung habilitationsgleicher Leistungen
• 1978 bis 1983 Professor für Hydromechanik und Küstenwasserbau,
  korporationsrechtlich am Leichtweiß-Institut für Wasserbau, TU Braunschweig
  
• 1972 bis 1982 Projektleiter im Sonderforschungsbereich 79
  - Wasserforschung im Küstenbereich - Universität Hannover/TU Braunschweig
• 1983 bis 1994 Mitglied im Sonderforschungsbereich 205
  - Küsteningenieurwesen - Universität Hannover/TU Braunschweig
• seit 1983 Beratender Ingenieur: Hydromechanik, Wasserbau,
   Stahlwasserbau in Braunschweig
  
• 1984 bis 2002 Professor für Hydromechanik, Wasserbau und Wasserwirtschaft,
  FH Bielefeld University of Applied Sciences
• 1991 u. 1992  zugleich Lehrbeauftragter für Stahlwasserbau am Institut für Stahlbau, TU Braunschweig

Aktivitäten und Projekte

• 1968 – 1971 Mitwirkung an der Ausführung stahlwasserbaulicher Großprojekte (u.a. Eider-Sperrwerk, Schiffshebewerk Lüneburg, Dammbauprojekte in Südamerika und Afrika).
• 1970 Erteilung des Patentes für ein Kompensationsgegengewicht.
• 1970 Messprogramme zum Reibverhalten von tropischen Harthölzern auf V2A-Stahl-Oberflächen sowie zur Verformung von Schiebetoren am Wesel-Datteln-Kanal.
• 1971 – 1974 Naturmessprogramm zur Erfassung von Sturmflutdaten an der Westküste der Insel Sylt: Dissertation „Über Orbitalgeschwindigkeiten irregulärer Brandungswellen“.
• 1971 – 1983 Lehraufträge u.a. in Hydromechanik, Stahlwasserbau, Offshorebau.
• 1971 – 1983 Diverse gutachterliche Tätigkeit.
• 1977 - 1979 SFB 79 - TP C5 "Wellenkräfte auf Seebauwerke im Flachwasserbereich".
• 1978  Veröffentlichung von „Spektren der Phasengeschwindigkeiten“ und
  Auffindung des Phänomens der „anomalen Dispersion bei Wasserwellen“.
• 1979  Erstmalige Verwendung der Doppler-Terminologie zur Beschreibung der Bewegung von Brandungswellen und der Wellentransformation bei beschleunigten Trägermedien.
• 1983 - 1985 SFB 205 - TP B5 "Wellenkräfte auf aufgelöste Konstruktionen".
• 1984 - 2002 Lehre und Forschung auf den Gebieten Hydromechanik und Wasserbau.
• 1990 Definition resonanter Zustände an wellenbelasteten Uferschutzbauwerken als „Brandungsresonanz“.
• 1996 Europa-Patent für ein durchströmbares Uferschutzbauwerk (Hohldeckwerk, Hollow Cubes) zur Beeinflussung der Brandungsresonanz im Sinne der Minimierung der Wellenlasten an Böschungsstrukturen.
• 2003 Definition der Wechselwirkungen von Windwellen mit partiell stehenden Wellen in einer Beckenformation als Wellenresonanz (Resonanzabsorption bei Wasserwellen).
• 2009 Nachweis des Phasensprunges bei der partiellen Reflexion irregulärer Wasserwellen an steilen Uferböschungen.
• 2012 Definition des komplexen Reflexionskoeffizienten G (CRC) für Wasserwellen mit dem Betrag Cr = Hr/Hi und dem zwischen einfallender und reflektierter Welle vorhandenen Phasenwinkel (Phasensprung) Dj.
• 2015 Abschließende Behandlung der Thematik "Resonanz und anomale Dispersion bei Wasserwellen" mit der Zuordnung resonanter Beckenschwingungen zu partiell stehenden Halb- bzw. Viertelwellen je nach Randbedingungen.
• 2019 Lineare Theorie der Wasserwellenbewegung über geneigtem Seegrund basierend auf der Interferenz einfallender und reflektierter Wellen unter Berücksichtigung des von der Neigung a abhängigen Phasensprunges Dj und "Exponentiell Reduzierter Reflexion (ERR)".