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Unsicherheitsanalyse hydraulischer Einwirkungen auf Hochwasserschutzdeiche und Steigerung der Leistungsfähigkeit durch adaptive Strömungsmodellierung

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[Quelle: http://d-nb.info]

In der Arbeit werden Methoden aus der Geoinformatik und Strömungsmodellierung erarbeitet und zusammengeführt mit dem Ziel, die Unsicherheiten bei der Bestimmung der Wasserspiegellage als maßgebende Belastung von Flussdeichen zu quantifizieren, wobei die Qualität und Genauigkeit der Geländedaten, die Variabilität des hydraulischen Abflusswiderstandes und die Effizienz der numerischen Strömungsberechnungen im Vordergrund stehen. Die wichtigsten Versagensmechanismen von Deichen werden skizziert: Überströmen, Auftrieb und Piping, Böschungsbruch und Versagen der wasserseitigen Deckschicht. Da Höhe und Dauer der Wasserspiegellage dominierende Größen für die Belastung von Deichen darstellen, wird auf die Unsicherheit der numerischen Modellierung der Abflusstiefen und Fliessgeschwindigkeiten eingegangen. Zur Verbesserung der Qualität der Rohdaten aus dem digitalen Höhenmodell und zur Steigerung der Leistungsfähigkeit des zweidimensionalen Strömungsmodells FLUMEN 2.0 werden spezifische Algorithmen entwickelt, um das irreguläre Rechennetz sowohl dem Gelände als auch den Strömungsbedingungen optimal anzupassen. Es wird ein volumetrischer Abbildungsfehler definiert, nach dem die Größe der Finiten Elemente begrenzt wird. Durch die Beschränkung von Anzahl und Größe der Zellen im Untersuchungsgebiet wird eine effektive Triangulation mit höherer Abbildungsqualität erreicht. Die Anpassung der Strömungsmodellierung ermöglicht Synergieeffekte und eine deutliche Steigerung der Aussagefähigkeit von Hochwasserberechnungen, was für probabilistische Zuverlässigkeitsanalysen von Deichen ein unverzichtbarer Bestandteil ist.

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Bücher, Broschüren

Georges Descombes
Aire
Der Fluss und sein Doppelgänger
2018, 320 S., 50 farb. u. 218 schw.-w. Abb. 24 cm, Hardcover
Park Books

 

 

Die Aire fließt südlich von Genf durch eine Ebene, die von alters her landwirtschaftlich genutzt wird. Ab Ende des 19. Jahrhunderts wurde der Flusslauf zum Schutz vor Hochwassern nach und nach kanalisiert. 2001 fiel der Entscheid, dem Gewässer wieder einen natürlicheren Lauf zu geben. Statt des simplen Rückbaus des Kanals und der Rekonstruktion des alten Flussbetts entschied sich die Projektgemeinschaft Superpositions für ein Verfahren, das die amerikanische Landschaftsarchitektin Elissa Rosenberg als "topografische Imagination" bezeichnet: Es lässt den Kanal bestehen und verbindet ihn mit einer neuen Auenlandschaft. Der Kanal fungiert so als Indikator für die laufenden Umgestaltungen, als Bezugslinie, die das Erkennen und Verstehen von "Vorher" und "Nachher" ermöglicht. Die Monografie dokumentiert die vielfach preisgekrönte Renaturalisierung der Aire am Genfer Stadtrand. Projektskizzen, Fotografien von Bau und neuem Flussverlauf, Essays und Erklärungen internationaler Autorinnen und Autoren zu den Interventionen zeigen, wie das Gewässer wieder zu einem wichtigen Bestandteil der Landschaft aufgewertet wurde.

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Gerd Morgenschweis
Hydrometrie
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Die Kenntnis der in einem Gewässer (Fluss, Kanal) fließenden Wassermenge und ihrer räumlichen und zeitlichen Varianz ist eine wesentliche Grundlage für die Bemessung von Wasserbauwerken sowie die nachhaltige Bewirtschaftung der Ressource Wasser. Um das pro Zeiteinheit durchfließende Wasservolumen, den Durchfluss, messtechnisch zu erfassen, gibt es seit Jahrhunderten eingesetzte traditionelle Verfahren, aber auch in den letzten Jahren vermehrt "neue" Messverfahren, die aufgrund des zunehmenden Einsatzes von Elektronik in der Mess- und Regeltechnik möglich geworden sind. Aufbauend auf den physikalischen Grundlagen behandelt der Autor die Möglichkeiten und Grenzen der einzelnen Messverfahren, bei ihrem Einsatz unter den rauen Umweltbedingungen von Feldmessungen in kleinen und großen Flüssen sowie in Zu- und Abläufen von Kläranlagen. Anhand von Beispielen aus der nationalen und internationalen Messpraxis sowie mit ausgeführten Berechnungsbeispielen werden Kriterien für die Wahl der geeigneten Messtechnik aufgezeigt. Der Leser findet viele Lösungsmöglichkeiten für konkrete Fragestellungen.

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Bertram Botsch
Morphologie von Sandbänken in fließenden Gewässern und Buhnenfeldern
Laterale Sedimentation und natürliche Korngrößensortierung - eine Homologie-Hypothese
2018, xix, 324 S., 103 SW-Abb., 228 Farbabb. 240 mm, Hardcover
Springer, Berlin

 

 

In der Arbeit wurden die laterale Sedimentation und Korngrößenverteilung untersucht. Die laterale Sedimentation in natürlichen Gewässern beschreibt die Bildung von Sandbänken besser als das Modell einer longitudinalen Sedimentation. Die Korngrößen verteilen sich lateral. Die groben Körner liegen auf den Bänken oben, die feinen unten. Die Länge der Bänke ist auf etwa die dreifache Breite des Gewässers beschränkt. Die Beobachtungen beziehen sich auf Gewässerbreiten von 1 m bis 300 m und auf Korngrößen von 0,16 mm bis 32 mm. Buhnenfelder können in dauerhaft verlandende und dauerhaft nichtverlandende unterschieden werden. Neben dem kontinuierlichen Sedimentanfall bei Niedrigwasser fällt das Sediment bei jedem Abflußereignis paketweise an. In der Praxis können Sedimente in einer geraden Strömung mittels einer aufgezwungenen Walzenströmung wirkungsvoll und auf kleiner Kanallänge abgeschieden werden.

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Melanie Salvisberg
Der Hochwasserschutz an der Gürbe
Eine Herausforderung für Generationen (1855-2010)
2017, 406 S., Karten. 23 cm, Hardcover
Schwabe Verlag Basel

 

 

Das im Süden der Stadt Bern liegende Gürbetal ist aufgrund der naturräumlichen Gegebenheiten eine stark hochwassergefährdete Gegend. Immer wieder trägt die Gürbe viel Wasser und Geschiebe ins Tal und verursacht Überschwemmungen. Über viele Jahrhunderte konnten die Anwohner nur punktuelle Schutzmaßnahmen vornehmen. Der Talboden versumpfte und war kaum nutzbar. Dies änderte sich um die Mitte des 19. Jahrhunderts, als sich ein tiefgreifender Wandel im Umgang mit der Hochwassergefahr vollzog. Durch Fortschritte in Wissenschaft und Technik, Veränderungen der politischen Gegebenheiten und des Naturverständnisses rückten nun umfassende Flusskorrektionen in den Bereich des Möglichen. Eine Häufung von schweren Überschwemmungen und der Landhunger der wachsenden Bevölkerung verstärkten das Bedürfnis nach einer Bändigung des Flusses. Im Zuge der Großen Gürbekorrektion (1855-1881) wurde das Gewässer im Unterlauf kanalisiert und im Oberlauf durch Wildbachverbauungen gesichert. Obwohl sich die Lage dadurch verbesserte, konnten die häufigen Überschwemmungen nicht wie gewünscht verhindert werden. In zahlreichen Projekten wurde das Verbauungswerk nach und nach erweitert. Bis heute werden an der Gürbe umfangreiche Hochwasserschutzprojekte umgesetzt. Die Studie untersucht die Entwicklung des Hochwasserschutzes an der Gürbe im Zeitraum von 1855 bis 2010 aus breiter Perspektive. Da aufgrund der stets wiederkehrenden schadenbringenden Überschwemmungen seit 1855 ununterbrochen große Präventionsprojekte umgesetzt wurden, kann beispielhaft aufgezeigt werden, wie sich der Hochwasserschutz veränderte. Hierbei sind nicht nur die technischen Entwicklungen, sondern vor allem auch der Philosophiewandel interessant.

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Christoph Bernhardt
Im Spiegel des Wassers
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Der Rhein hat sich in den letzten zwei Jahrhunderten vom politischen Konflikt- zum Laborraum der europäischen Einigung gewandelt. Dabei wurde er an seinem Oberlauf zwischen Basel und Mannheim vom "Wildstrom" zur "Wasserstraße" so stark umgebaut wie kein anderer europäischer Fluss. Christoph Bernhardt rekonstruiert auf der Basis umfangreicher Aktenstudien die Gesellschafts- und Umweltgeschichte der Großbauvorhaben von der "Korrektion" und Verkürzung des Flusslaufs um über 80 km im frühen 19. Jahrhundert bis zur Auenrenaturierung des späten 20. Jahrhunderts. In transnationaler Perspektive entsteht dabei ein neues Bild der grenzüberschreitenden Kooperationen und Konflikte von Ingenieuren, Politikern und Zivilgesellschaft an einem Brennpunkt der jüngeren europäischen Umweltgeschichte.

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Geist, Jürgen; Auerswald, Karl
Synergien im Gewässer-, Boden-, Arten- und Klimaschutz am Beispiel von Flussauen
Wasserwirtschaft, 2019

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Ernst, Juliane; Busse, Moritz; Buchholz, Helga
Die Modellprojekte des Blauen Bandes Deutschland. Beispielhafte Maßnahmen für den zukünftigen Umsetzungsprozess des Bundesprogramms
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Weigel, Karsten
Naturnaher Ausbau des oberen Laher Grabens in Hannover-Lahe
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Ritz, Stephanie; Neukirchen, Bernd; Riecker, Timo; Ehlert, Thomas
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Hager, Willi H.
Robert Müller und sein Leben für die 2. Juragewässerkorrektion (kostenlos)
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