Numerische Strömungsmechanik von Buhnen

Numerische Strömungsmechanik von Buhnen

3D-Hydraulische Analyse von Buhnen und deren Sedimententwicklung

Flussbuhnen werden u.a. als Elemente der Flusssanierung eingesetzt. Die entsprechenden Erosions- und Ablagerungsprozesse können ebenfalls in den Planungsphasen antizipiert werden, aber ein Schlüsselaspekt bei der Gestaltung der Buhnen bleibt die Sicherheit gegen das Bemessungshochwasser.

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Animation des Sedimenttransports

Die zentrale Frage war die detaillierte Bestimmung der 100-jährigen Bemessungshochwasserstände unter bestimmten Buhnen- und Kolkvarianten im Vergleich zu einem Referenzzustand ohne Buhnen.

Um mit einem vernünftigen Budget hochzuverlässige Ergebnisse zu erzielen, wurde eine Computational Fluid Dynamics (CFD) -Studie durchgeführt, bei der die Strömungsfelder um und über die Buhnen und in den Kolkbecken detailliert in 3D aufgelöst wurden. Die erwarteten vertikalen und rotierenden Strömungsphänomene wurden dabei vollständig berücksichtigt. Dadurch liefert CFD robustere numerische Ergebnisse als die tiefengemittelte 2D-Hydraulik, die häufig im Planungsprozess eingesetzt wird.

In einem ersten Analyseschritt wurde die erwartete Kolk- und Ablagerungsentwicklung durch Bewegtbett-CFD-Simulationen unter Berücksichtigung mehrerer Korngrößenfraktionen berechnet. Diese Berechnungen lieferten sinnvolle Muster der Kolk- und Ablagerungsentwicklung. In einem zweiten Schritt wurden mehrere Varianten von Buhnen mit zugehörigen Kolken und Ablagerungszonen entwickelt und mit Festbett-CFD-Simulationen analysiert.

Die Gesamtergebnisse gaben klare Hinweise darauf, wie die Buhnengestaltung und die entsprechenden Kolkbecken und Ablagerungen die Bemessungshochwasserstände beeinflussen würden.

Fakten zum Projekt

Kunde: Niederösterreichische Landesregierung, Abteilung Wasserbau

Dienstleistungen:

 

  • CFD-Bewegtbettsimulationen für den Sedimenttransport mit mehreren Kornfraktionen
  • Analyse von Kolk- und Sedimentablagerungen auf der Grundlage einer detaillierten CFD-Analyse
  • Vorbereitung von Varianten: Unterschiedliche Buhnengestaltung, Kolkbecken und Sedimentablagerungen
  • Festbettsimulationen von 100-jährlichen Bemessungsfluten
  • Schlussfolgerungen und Planungsempfehlungen

 

Projektzeitraum: 2020

Standort: Österreich

Rudolf Faber
Project Manager, Hydro Consulting, Hydropower

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