Kontinuierliche Validierung hydrodynamischer und morphodynamischer Modelle mit physikalischen Modellversuchen

Anhand von zwei Beispielen wird die Validierung mittels Laborversuchen und der daraus resultierende Nutzen für die Telemac-Suite vorgestellt. In Rinnenmodellen und deren numerischer Simulation können einzelne relevante Phänomene, wie hier die Wirkung von Buhnen oder Dünen, isoliert betrachtet, analysiert und bewertet werden. Vorgestellt wird ein hydrodynamischer Rinnenversuch mit fester Sohle zur Bestimmung der optimalen Para¬meterkombination für Prognoserechnungen von Buhnenvarianten, sowie ein morphodynamischer Versuch zur Untersuchung der Dünenbildung und -bewegung.

Mehrdimensionale numerische Verfahren zur Berechnung von Fließgewässerströmungen, wie die Telemac-Suite (www.opentelemac.org), haben bereits einen beachtlichen Umfang erreicht und finden zunehmend Anwendung in der wasserbaulichen Praxis. Dabei spielt durch die ökologische Sensibilisierung in den letzten Jahrzehnten die morphodynamische Gewässerentwicklung inzwischen eine erhebliche Rolle. In der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) gehören mehrdimensionale numerische Feststofftransportmodelle zur Lösung von instationären, großskaligen Problemen inzwischen zum Standard.

Die dezentrale Weiterentwicklung der numerischen Software liefert dem Anwender mittlerweile in kurzen Zeitabständen neue Module und Lösungsmethoden. Allerdings setzt eine erfolgreiche Anwendung dieser Verfahren ein grundlegendes Verständnis der physikalischen Phänomene sowie Erfahrung in der numerischen Modellierung voraus. Dies ist bedingt durch die Vielfalt und Komplexität der morphodynamischen Phänomene (insbesondere durch Rückkopplungsprozesse zwischen Strömung und der sich umlagernden Sohle) sowie durch deren Beschreibung mittels semi-empirischer Gleichungen. Die Zuverlässigkeit dieser Verfahrensklasse kann nur unzureichend durch analytische Lösungen nachgewiesen werden. Regelmäßige Verifikation, Validierung durch Labormodelle sowie die Steigerung des Verständnisses von Modellierern und Entwicklern sind daher maßgebend für die Prognosefähigkeit.

Die BAW betreibt zur Validierung der numerischen Verfahren, u. a. der kontinuierlich wachsenden Telemac-Suite, physikalische Labormodelle mit und ohne bewegliche Sohle, in denen verschiedene Phänomene isoliert betrachtet werden können. Im Folgenden sollen zwei Labormodelle kurz vorgestellt werden. Ersteres dient der Untersuchung einer Anwendung für die flussbauliche Praxis ohne Berücksichtigung der morphodynamischen Änderungen. Das zweite Modell behandelt Dünenbildung sowie -bewegung und gehört in den Bereich der Forschung; es dient der Weiterentwicklung von Labormodellen und der numerischen Simulation.



Copyright: © Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Quelle: Wasserwirtschaft 12/2013 (Dezember 2013)
Seiten: 6
Preis inkl. MwSt.: € 10,90
Autor: Dipl.-Ing. Annalena Goll
Dipl.-Ing. Rebekka Kopmann
Dipl.-Ing. Manuela Baron

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