Modellierung und Prognose der Erosion feiner Sedimente
Mitteilungen des Lehrstuhls und Instituts für Wasserbau und Wasserwirtschaft der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen, Band 141
Christoph Schweim
Hrsg.: TH Aachen, Lehrstuhl und Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft;
2005, XVII,180 S.,
Shaker
ISBN 978-3-8322-4206-0
zum Literatur-Service Die Vorhersage von Sedimenttransport ist ein wesentlicher Aspekt einer nachhaltigen Gewässerbewirtschaftung. Neben der morphologischen Entwicklung sind dabei gerade die Wechselwirkungen zwischen dem Transport feiner, kohäsiver Sedimente und der Wasserqualität von entscheidender Bedeutung. Die Arbeit beschäftigt sich mit der innerhalb dieses Themenkomplexes anzusiedelnden Erosion feiner Sedimente. Dabei wird unterschieden zwischen der mathematischen Modellierung und der Prognose der Erosion feiner Sedimente - also zwischen der Beschreibung der Erosionsrate als Funktion grundlegender Einflussgrößen und der Umsetzung einer Vorhersage eventueller Erosionsprozesse in einem praktischen Anwendungsfall. Die in der Literatur dokumentierten mathematischen Modelle zur Beschreibung der Flocken- bzw. Massenerosion feiner Sedimente lassen sich in Modelle für Tiefenerosion und Modelle für Oberflächenerosion einteilen. Auf Grundlage einer theoretischen Analyse solcher Modelle wird hypothetisch ein neues Erosionsmodell für die einheitliche Beschreibung dieser Prozesse vorgeschlagen. Mit der experimentellen Untersuchung künstlicher Sedimentablagerungen im Labor gelingt die Validierung des neuen Modells. Es beschreibt die Erosionsrate als Produkt zweier dimensionsloser Kennzahlen aus Einwirkung, Widerstand und Dichte. Der empirische Parameter des Modells - die charakteristische Erosionsgeschwindigkeit - hat damit eine physikalisch plausible Bedeutung. Im Vergleich mit drei anderen untersuchten Erosionsmodellen aus der Literatur ermöglicht das neue Erosionsmodell so eine deutlich verbesserte Abbildung der gemessenen Erosionsprozesse. Anhand von in dieser Form erstmalig durchgeführten Experimenten zur Erosion in instationären, für Erosionsereignisse in natürlicher Umgebung typischen Strömungsverhältnissen wird weiterhin die Abhängigkeit des Erosionsprozesses von dem zeitlichen Gradienten der Sohlschubspannung nachgewiesen. Zudem zeigen die Ergebnisse der Experimente die Abhängigkeit der Erosionsrate von dem vertikalen Gradienten des Erosionswiderstands der Sedimentablagerung. Diesen Beobachtungen wird mit einer anhand der Versuchsergebnisse belegten beziehungsweise einer hypothetischen Modellerweiterung Rechnung
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Gewässer, Bewirtschaftung, Sediment, Erosion, Transport, Ablagerung, Einflussgröße, Modell(mathematisch), Laboruntersuchung, Felduntersuchung, Fallstudie,
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2012 256 S. m. 800 Abb. 280 mm, Gebunden
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Die Wirkung von Flussaufweitungen auf Hochwasserwellen - Parameterstudie einer Deichrückverlegung im Flussmittellauf
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Der Hochwasserschutz stellt für die gegenwärtige Gesellschaft eine Thematik von zunehmender Aktualität dar, besonders unter Berücksichtigung der Verschärfung der extremen meteorologischen Ereignisse infolge des Klimawandels einerseits und der Vergrößerung des Schadenpotenzials in den Auengebieten andererseits. Zu den möglichen Schutzmaßnahmen im Flussmittellauf zählt die in ökologischer Hinsicht sehr effektive Deichrückverlegung (DRV). Um ihre Wirksamkeit bei der Dämpfung der Hochwasserspitzen zu untersuchen, wird eine Parameterstudie mit einem eindimensionalen hydronumerischen Modell (MIKE11) durchgeführt. Dabei wird besonderes Augenmerk auf die Hüllkurve der sich einstellenden Wassertiefe gerichtet, sowohl oberhalb als auch innerhalb bzw. unterhalb des DRV-Abschnitts. Zunächst wird der Effekt einer Flussaufweitung bei stationärer Strömung theoretisch analysiert. Ausgehend von den Strömungseigenschaften und vom Breitenverhältnis wird eine Bestimmungsgleichung für die effektive Mindestlänge L tief A eff einer Aufweitung abgeleitet, ab der eine Wasserspiegelabsenkung stromauf hervorgerufen wird. Die darauffolgenden Untersuchungen beschreiben die Auswirkungen einer solchen Maßnahme bei instationärem Abfluss auf zwei ausgewählte synthetische Hochwasserwellen unter jeweils vier verschiedenen Ansätzen zur Erfassung einer Aufweitung. Die Beiträge zur Retention vom Hauptgerinne und von der Querschnittsvergrößerung werden getrennt berücksichtigt. Darüber hinaus werden Überlegungen über das Verhalten von Hochwasserwellen mit gleichem Abflussscheitel aber unterschiedlicher Fülle beim Durchlaufen der Flussaufweitung angestellt.
Naturnahe Sohlengleiten. Januar 2009
DWA-Themen
2009, 142 S.,
Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall
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Die häufigsten Bauwerke in unseren Gewässern sind feste Wehre und Sohlenschwellen. Diese sind entweder zur Nutzung der Wasserkraft oder im Zuge des Gewässerausbaus zur Sohlsicherung erstellt worden. Viele der teilweise Jahrhunderte alten Wehre sind baufällig oder sanierungsbedürftig. Oftmals ist eine Nutzung nicht mehr gegeben, so dass sich die prinzipielle Frage nach einem Rückbau stellt. Ist dieser Rückbau nicht oder nur teilweise möglich, so werden diese Bauwerke heute in großer Zahl in naturnahe Sohlengleiten umgestaltet. Intention ist hierbei vorrangig die Herstellung der biologischen Durchgängigkeit verbunden mit einer dauerhaften Bauwerkssanierung. Diesen Umbaumaßnahmen kommt innerhalb der Umsetzung der europäischen Wasserrahmenrichtlinie eine große Bedeutung zu. Auch wenn Sohlengleiten heute meist aus ökologischen Gründen erbaut werden, so haben sie nach wie vor wasserwirtschaftliche Aufgaben wie Halten eines Stauziels und lokale Fixierung der Flusssohle. Hydraulische Aspekte wie auftretende Strömungskräfte und Energieumwandlung sowie konstruktive Gesichtspunkte wie Stein- und Bauwerksstabilität sind zu betrachten. Aus diesen vielfältigen Ansprüchen wird deutlich, dass die Planung und der Bau von naturnahen Sohlengleiten Kenntnisse aus den Bereichen der Gewässerökologie, der Landespflege, der Hydraulik und des konstruktiven Wasserbaus erfordert. Im vorliegenden Themenband geben die Mitglieder der DWA-Arbeitsgruppe WW-1.2 "Naturnahe Sohlengleiten" in Einzelbeiträgen einen Überblick über die ökologischen Anforderungen, die Bauweisen, die hydraulische und konstruktive Bemessung und den Bau von Sohlengleiten. Ebenfalls behandelt werden der Rückbau von Querbauwerken und die hierbei zu beachtenden Aspekte.
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Die von Herrn Li vorgelegte Dissertation behandelt die Auswirkungen von Hochwasserereignissen auf die Sedimenterosion in Flussstauhaltungen und die hieraus resultierende Veränderung der Wasserspiegellage mit einem deterministisch - stochastischen Ansatz, bestehend aus einem hydrodynamischen Strömungstransportmodell und räumlich variablen Sedimenterosionsparametern. Erstmalig wird der Einfluss der räumlichen Variabilität kohäsiver Feinsedimente auf den Erosionsprozess quantifiziert. Nach statistischer Beschreibung der Erosionsparameter für die Sedimentproben aus der Stauhaltung Lauffen am Neckar konnten numerische Simulationen nach dem Monte Carlo Verfahren mit dem 1-dimensionalen Transportmodell COSMOS durchgeführt werden. Am Beispiel historischer Hochwasserereignisse zeigte sich in der Sedimentmassenbilanz ein deutlicher Einfluss sowohl der räumlichen Variabilität der Sedimentparameter, insbesondere der erosionskritischen Sohlschubspannung, als auch der Höhe und Dauer des Hochwasserabflusses. Herr Li hat mit der Arbeit einen Grundstein gelegt zur Quantifizierung von Unsicherheiten bei der Modellierung von extremen Sedimenttransportprozessen und damit einen Anstoß gegeben für risikoorientierte Betrachtungen bei Problemen der Sediment - und Schadstoffmobilisierung sowie des Hochwasserschutzes.
Flussbau in der Schweiz. Entwicklung und Ausblick
Gesellschaft für Ingenieurbaukunst
2004, 140 S.,
Stäubli Verlag AG
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Die Ausstellung "Flussbau in der Schweiz", die mit dem Buch dokumentiert wird, hat sich die Aufgabe gestellt, einerseits die geschichtliche Entwicklung in der Schweiz darzustellen. Dabei wird den großen Flussbauprojekten mit eigenen Kapiteln der gebührende Raum eingeräumt. Andererseits wird aber auch dargestellt, wie sich die Vorgehensweise vor allem ausgangs des letzten Jahrhunderts gewandelt hat, wie sich die Schwerpunkte verschoben haben. Der Bogen wird geschlagen von den flussbautechnischen Maßnahmen vor dem 18. Jahrhundert bis zu den heute gebräuchlichen modernen Methoden im Flussbau.
Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
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