Experimentelle Untersuchung der Kornbewegungen im Pfeilerkolk

In einer experimentellen Untersuchung wurden Versuchsreihen zu den Zusammenhängen der Eigenschaften des sohlennahen Geschwindigkeitsfelds und der Kornbewegungen in der Umgebung eines zylindrischen Pfeilers durchgeführt. Im gleichen Kolkzustand wurden Sedimentbewegungen mittels Bildverarbeitungsmethoden und das sohlennahe 3-D-Geschwindigkeitsfeld mit einer LDA-Sonde gemessen. Die Ergebnisse wurden hinsichtlich der Anwendbarkeit gängiger Modellansätze zum Sedimenttransport unter komplexen, hochturbulenten Strömungsbedingungen ausgewertet.

Lokale Auskolkungen in der Umgebung von Strömungshindernissen werden durch veränderte Strömungsstrukturen bedingt. Die Störung des Strömungsfelds erzeugt dreidimensionale und meist hochturbulente Strukturen, die eine erhöhte Erosionskapazität im Vergleich zur Hauptströmung aufweisen. Bei der Bemessung von Bauwerken, die im Bereich der Gewässersohle gründen, ist die hervorgerufene Kolkbildung zu beachten, da die Einbindetiefe des Fundaments verringert wird.
Die Prognose der maximalen Tiefe lokaler Auskolkungen ist trotz einer Vielzahl von Forschungsarbeiten weiterhin mit großen Ungenauigkeiten behaftet. Die Ergebnisse der verfügbaren, meist aus den Erkenntnissen experimenteller Laboruntersuchungen hervorgehenden Prognoseformeln weichen je nach Anwendungsbereich sehr stark voneinander ab. Alternativ werden derzeit auch numerische Strömungs- und Sedimenttransportmodelle verwendet und angepasst, um die Kolkentwicklung zu berechnen. Hierbei wird für die Kopplung des Sedimenttransports an das Strömungsfeld in der Regel auf Modelle und Ansätze (v. a. Bewegungsbeginn nach Shields [8]) zurückgegriffen, die für stark abweichende Strömungssituationen entwickelt wurden. Die dadurch notwendige Anpassung von Modellparametern schließt Prognoserechnungen ohne Referenzergebnis aus. In einer experimentellen Studie wurden Laborexperimente zur Quantifizierung der Kornbewegungen in einem Kolk um einen kreiszylindrischen Pfeiler durchgeführt und mit Messungen des zugehörigen sohlennahen 3-D-Strömungsfelds kombiniert, um daraus Aussagen zu den Einflussgrößen der Strömung auf den Sedimenttransport im Kolk treffen zu können.



Copyright: © Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Quelle: Wasserwirtschaft 3 / 2012 (März 2012)
Seiten: 5
Preis inkl. MwSt.: € 10,90
Autor: Dr.-Ing. Florian Pfleger

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