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Rhone-Thur Projekt
Modul III: Flussgebietsmodellierung
SP III-2:
Dreidimensionale numerische Simulation von Kolkvorgängen und der
Bildung von verzweigten Gerinnen
SP
III-1: BASEMENT - basic simulation environment for computation of
environmental flow and natural hazard simulation
(Leiter:
David Vetsch, VAW/ETHZ)
Im Rahmen des Projekts "Basement"
(Basic-Simulation-Environment) wird eine funktionale und flexible
Umgebung zur Simulation von alpinen Fliessgewässern mit
Sedimenttransport erstellt. Die numerischen Modelle für ein- bis
dreidimensionale Simulationen von Strömungen mit freier
Oberfläche und mit Berücksichtigung des Sedimenttransports
bilden das Kernstück des Softwaresystems. Eine der Hauptaufgaben
besteht aus der Erneuerung und Erweiterung des vorhanden
zweidimensionalen Modells 2dMB. Das eindimensionale Modell rundet das
System bezüglich der räumlichen Skala nach oben ab
(grösstmögliche Idealisierung und geringste Auflösung
der räumlichen Prozesse) und soll
in erster Linie zur Bereitstellung adäquater Randbedingungen
für das 2d- und 3d-Modell dienen. Das dreidimensionale Modell ist
Inhalt
einer laufenden Dissertation. Bei der Konzeption und Entwicklung wird
besonderes Gewicht auf die numerische Stabilität der Modelle, die
Flexibilität der Gittertopologie (geländefolgende Koordinaten
oder unstrukturiertes Gitter) und die Kombination und Effizienz der
Berechnungsverfahren (problembezogene Wahl der Gleichungen, Koppelung
der Modelle, Parallelisierung) gelegt.
Durch die Vorgehensweise bei der Softwareentwicklung
nach dem aktuellen Stand der Technik, d.h. der objektorientierten
Entwicklung von Softwaresystemen, wird den Aspekten der Transparenz,
der Dokumentation, dem Ausbau und Unterhalt der Software Rechnung
getragen. Zukünftige Entwicklungen, praxisbezogene Anwendungen und
Forschungsprojekte sollen auf der Umgebung von BASEMENT aufbauen
können und somit grösstmögliche Nachhaltigkeit
gewährleisten.
SP III-2: Dreidimensionale numerische Simulation von
Kolkvorgängen und der Bildung von verzweigten Gerinnen
(Leiter:
Roland Fäh, VAW/ETHZ)
Unter bestimmten Bedingungen bezüglich Breite,
Gefälle und Sediment- und Wasserabfluss kommt es in der Natur zu
verzweigten Gerinnen. Deren Gestalt ist geprägt durch
Hochwasserereignisse
stetig veränderlich und bietet daher eine grosse Diversität
an Lebensräumen. Aus flussbaulicher Sicht können durch
Aufweitung
kanalisierter Flussabschnitte solche Strukturen geschaffen werden, was
der häufig vorhandenen Tendenz zur Sohleintiefung entgegen wirken
kann.
Die mit der Entstehung von verzweigten Gerinnen
verbundenen Prozesse sind vor allem Auflandung und Erosion - im
allgemeinen Sedimenttransport. Entlang von Flusskrümmungen und im
Bereich von Brückenpfeilern kann es zu ausgeprägten Kolkungen
kommen, was zu Instabilität von Hochwasserschutzdämmen,
Böschungen und Verkehrsträgern führen kann.
Eine aussagekräftige Computersimulation der
Sohlveränderungen ist nur möglich, wenn Geschwindigkeit,
Sedimenttransport und
Aufbau des Untergrundes durch ein numerisches Werkzeug korrekt
wiedergegeben werden können. Diese Aufgabe beinhaltet zwei grosse
Herausforderungen: einerseits die numerische Behandlung der beiden
freien Ränder,
namentlich der Wasseroberfläche und der Flusssohle, andererseits
eine sinnvolle Modellierung des Sedimenttransports. Das im Rahmen einer
Dissertation erarbeitete numerische Modell soll künftig als
anspruchvolles
Expertenwerkzeug zur Simulation von komplexen flussbaulichen
Fragestellungen
verwendet werden können.
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