UNTERSUCHUNG DER HYDRODYNAMIK VON NATÜRLICHEN UND KÜNSTLICHEN STRUKTUREN


UNTERSUCHUNG DER HYDRODYNAMIK VON NATÜRLICHEN UND KÜNSTLICHEN STRUKTUREN

UNTERSUCHUNG DER HYDRODYNAMIK VON NATÜRLICHEN UND KÜNSTLICHEN STRUKTUREN

Das Ziel besteht in der Analyse von hydrodynamischen Strukturen, welche durch den Abfluss über natürliche und künstliche Strukturen entstehen, mittels 3-dimensionalen numerischen Simulationen. Zur Validierung der numerischen Simulationen wurden die Resultate mit den Messungen einer unstrukturierten Rampe unter Laborbedingungen sowie zweier natürlichen Flussabschnitte mit strukturierten Sohlen verglichen.

  • Zeitraum: 2017 – 2018
  • Auftraggeber: Bundesamt für Umwelt BAFU, Abteilung Gefahrenprävention, Sektion Hochwasserschutz
  • Zusammenarbeit: Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH), Abteilung Flussbau und Numerik
  • Projektart: Validierung des 3-dimensionalen numerischen Modells für stark strukturierte Sohlen

Kurzbeschrieb des Projekts

  • Forschungsprojekt im Bereich Wasserbau
  • Beschreibung der Hydrodynamik auf strukturieren und heterogenen Sohlen
  • Numerische Simulationen in 3D mit OpenFOAM®
  • Validierung der numersichen Simulationen mittels im Labor erhobener Daten von physikalischen Modellversuchen, welche im Rahmen einer Doktorarbeit über strukturierte Rampen duchgeführt wurden
  • Messungen im Feld der Topographie der Flusssohle (des Flusses Maira, GR, und des Flusses Brenno, TI), den Fliessgeschwindigkeiten an der Oberfläche mittels Particle Image Velocimetry (PIV) und einigen vertikalen Geschwindigkeitsprofilen mittels Ultraschallsonde.

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Zur Validierung der 3D numerischen Simulationen wurden die Ergebnisse von Laborversuchen einer unstrukturierten Rampe, welche im Rahmen einer Doktorarbeit durchgeführt wurden, verwendet.

 

 

 

 

 


Vergleich der vertikalen Profile der doppelt gemittelten Geschwindigkeiten („double-averaged velocities“) für drei verschiedene Blockgeometrien.

 

 

 

 

 

 

 

Validierung des 3D numerischen Modelles mittels…

  • … der Charakterisierung der Topographie vom physikalischen Modell und dem Vergleich mit der resultierenden Dichtefunktion der Rauheit
  • … des Vergleichs mit den vertikalen Profilen der doppelt gemittelten Geschwindigkeiten (double-averaged velocities) für die in den physikalischen Modellversuchen analysierten Abflüsse
  • … des Vergleichs mit der lokalen Geschwindigkeiten entlang von 10 Querschnitten in enger Zusammenarbeit mit einem Experten für Fischfauna, Dr. A. Peter, zwecks Optimierung der ausgewählten Variante bezüglich Fischwanderung.
  • … des Vergleichs der in der Natur gemessenen Oberflächengeschwindigkeiten mittels PIV
  • … des Vergleichs einiger in der Natur gemessener vertikaler Geschwindgikeitsprofile.