PT Unknown
AU Balmes Dr.-Ing., J
TI Totholzstämme in Fließgewässern: Hydraulische Untersuchungen zu Strömungswiderstand, Aufstau und Nachlaufströmung: Experimentelle und numerische Analysen horizontaler Zylinder
PD 10
PY 2024
DI 10.17185/duepublico/82506
LA de
DE Totholz; Hybride Modellierung; Strömungswiderstand; Aufstau; Nachlauf <Strömungsmechanik>
AB Die vorliegende Dissertation untersucht die hydraulischen Effekte von Totholzstämmen in Fließgewässern. Totholz spielt in Gewässern hinsichtlich Habitatgestaltung und ökologischer Vielfalt eine besondere Rolle und gilt somit als Schlüsselelement. Aufgrund von nicht vorhandenen Stabilitätsnachweisen und des gegebenen Sicherheitsrisikos im Hinblick auf den Hochwasserschutz wird Totholz noch immer häufig aus Bächen, Flüssen und Auen entfernt. Eingebrachte Strukturen werden oftmals gesichert. Zur Analyse des Strömungswiderstands, des Aufstaus infolge des Fließquerschnittverbaus und der Nachlaufströmung werden sowohl experimentelle Versuche als auch numerische Simulationen mit horizontalen Zylindern in einem Rechteckgerinne durchgeführt. Auf Grundlage unterschiedlicher geometrischer und hydraulischer Randbedingungen werden etablierte Berechnungsansätze auf ihre Anwendbarkeit geprüft, erweitert und neue Formeln definiert. Berücksichtigt werden hierbei unterschiedliche Abflussregime von unterkritischen quasi-gleichförmigen bis hin zu überkritischen Strömungen. Es werden verschiedene Zylindergrößen und Rotationswinkel untersucht. Die Zylinder sind hierbei mittig oder seitlich und mit teilweise unterschiedlichen Sohlenabständen im Gerinne positioniert. Dies ermöglicht es, Strömungswiderstände und Aufstauhöhen für ein breites Spektrum an Konfigurationen abzuschätzen. Die Auswertung der Größe der Nachlaufströmung ermöglicht die quantitative Abschätzung der hydraulischen Wirksamkeit von Totholzstämmen. Die experimentellen Versuche umfassen Messungen der Strömungsgeschwindigkeiten, Widerstandskräfte und Wasserstände unter verschiedenen Bedingungen. Die numerischen Simulationen werden verwendet, um die komplexen Strömungsmuster und deren Wechselwirkungen mit Totholzstrukturen zu analysieren. Die Erkenntnisse der Forschungsarbeit sollen der hydraulischen Planung von Revitalisierungsmaßnahmen mit Totholz dienen und tragen dazu bei, ökologisch wertvolle und hydraulisch sichere Lösungen zu entwickeln. Zudem bieten sie eine wissenschaftliche Grundlage für zukünftige Forschungsarbeiten in diesem Bereich.
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