Optische Methoden ermöglichen neuen Blaualgen-Schnelltest
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (12/2021)
Verfärbt sich im Sommer das Wasser in Badeseen und Teichen grün, dann handelt es sich dabei oft um Blaualgen. Diese können für Mensch und Tier gefährliche Gifte in sich tragen, so dass immer wieder Gewässer von den Behörden schon vorsorglich gesperrt werden müssen. Ein Physiker- und Physikerinnenteam arbeitet an der Leibniz Universität Hannover an einem Schnelltest, um die giftigen Blaualgen schon vor Ort sicher von den harmlosen zu unterscheiden. Damit können die Kosten für Wasseruntersuchungen gesenkt und unnötige Gewässersperrungen vermieden werden.
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Verfärbt sich im Sommer das Wasser in Badeseen und Teichen grün, dann handelt es sich dabei oft um Blaualgen. Diese können für Mensch und Tier gefährliche Gifte in sich tragen, so dass immer wieder Gewässer von den Behörden schon vorsorglich gesperrt werden müssen. Ein Physiker- und Physikerinnenteam arbeitet an der Leibniz Universität Hannover an einem Schnelltest, um die giftigen Blaualgen schon vor Ort sicher von den harmlosen zu unterscheiden. Damit können die Kosten für Wasseruntersuchungen gesenkt und unnötige Gewässersperrungen vermieden werden.
Kolkexperimente an Brückenpfeilern unter Sedimenttransportbedingungen
mit Polystyrolgranulat
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (5/2021)
Brückenzerstörungen durch Auskolkungen erfolgen bei hohen Strömungsintensitäten, die im Wasserbaulabor nur schwierig nachzubilden sind. In einer hydraulischen Versuchsrinne mit Sedimentrückführung wurden physikalische Modellversuche zur Kolkbildung an Brückenpfeilern unter Klarwasserbedingungen, bei Geschiebetransport und Suspensionstransport durchgeführt. Als Sediment wurde das Kunststoffgranulat Polystyrol verwendet. Die Fließgeschwindigkeiten betrugen das 0,8- bis 8,5-fache der kritischen Geschwindigkeit des Sohlenmaterials. Die maximale Kolktiefe wurde kontinuierlich mit einer endoskopischen Kamera aus dem Inneren eines kreisrunden Plexiglaszylinders gemessen.
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Brückenzerstörungen durch Auskolkungen erfolgen bei hohen Strömungsintensitäten, die im Wasserbaulabor nur schwierig nachzubilden sind. In einer hydraulischen Versuchsrinne mit Sedimentrückführung wurden physikalische Modellversuche zur Kolkbildung an Brückenpfeilern unter Klarwasserbedingungen, bei Geschiebetransport und Suspensionstransport durchgeführt. Als Sediment wurde das Kunststoffgranulat Polystyrol verwendet. Die Fließgeschwindigkeiten betrugen das 0,8- bis 8,5-fache der kritischen Geschwindigkeit des Sohlenmaterials. Die maximale Kolktiefe wurde kontinuierlich mit einer endoskopischen Kamera aus dem Inneren eines kreisrunden Plexiglaszylinders gemessen.
Versuchsbetrieb mit Sedimentmischungen aus Kunststoffgranulaten
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (5/2021)
In gegenständlichen morphologischen Flussmodellen wird das Natursediment häufig durch Kunststoffgranulate nachgebildet. Für den Umgang mit homogenem Material liegen gute Erfahrungen zum Laboralltag vor. Neuerdings werden Flussmodelle zur Nachbildung weitgestufter Kornverteilungen mit Mischungen aus Granulaten unterschiedlicher Dichte betrieben. Dazu sind neue Verfahren und Geräte für das Wasserbaulabor zu entwickeln. Optische Verfahren können für eine Überprüfung der Mischungsverhältnisse verwendet werden. Die Vermessung der Modelltopographien stellte ein ungeahntes Problem dar, da die gängigen Laserscanner nicht in der erforderlichen Genauigkeit bei halbtransparenten Kunststoffen arbeiten, so dass photogrammetrische Methoden besser geeignet sind. Die verwendeten Sedimentmischungen müssen nach einem Versuch wieder getrennt werden. Ein modifizierter Gegenstrom-Sichter wurde entwickelt, welcher die Kunststoffgranulate mit einer hohen Trennschärfe separieren kann.
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In gegenständlichen morphologischen Flussmodellen wird das Natursediment häufig durch Kunststoffgranulate nachgebildet. Für den Umgang mit homogenem Material liegen gute Erfahrungen zum Laboralltag vor. Neuerdings werden Flussmodelle zur Nachbildung weitgestufter Kornverteilungen mit Mischungen aus Granulaten unterschiedlicher Dichte betrieben. Dazu sind neue Verfahren und Geräte für das Wasserbaulabor zu entwickeln. Optische Verfahren können für eine Überprüfung der Mischungsverhältnisse verwendet werden. Die Vermessung der Modelltopographien stellte ein ungeahntes Problem dar, da die gängigen Laserscanner nicht in der erforderlichen Genauigkeit bei halbtransparenten Kunststoffen arbeiten, so dass photogrammetrische Methoden besser geeignet sind. Die verwendeten Sedimentmischungen müssen nach einem Versuch wieder getrennt werden. Ein modifizierter Gegenstrom-Sichter wurde entwickelt, welcher die Kunststoffgranulate mit einer hohen Trennschärfe separieren kann.
Administrative und praktische Umsetzung von Gewässerentwicklungsmaßnahmen
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (4/2021)
Im Januar 2021 beteiligten sich Experten aus ganz Deutschland an einem virtuellen Hydromorphologie-Workshop des Umweltbundesamtes. Sie diskutierten u. a. die Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie. Ihre Ergebnisse und Kernbotschaften werden in diesem Nachbericht vorgestellt.
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Im Januar 2021 beteiligten sich Experten aus ganz Deutschland an einem virtuellen Hydromorphologie-Workshop des Umweltbundesamtes. Sie diskutierten u. a. die Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie. Ihre Ergebnisse und Kernbotschaften werden in diesem Nachbericht vorgestellt.
Auswirkungen historischer anthropogener Einflüsse auf den heutigen
Gewässer- und Hochwasserschutz
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (2/2021)
Menschliche Aktivitäten beeinflussen bereits seit Jahrhunderten die Fließgewässersysteme. Heutzutage werden vor allem kleine Fließgewässer renaturiert, da diese direkt abhängig von natürlichen und menschlichen Veränderungen im Einzugsgebiet sind und menschliche Aktivitäten die ursprünglichen Bedingungen überlagern. Doch ist die Rückkehr zu einem „morphologisch natürlichen“ Zustand überhaupt möglich?
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Menschliche Aktivitäten beeinflussen bereits seit Jahrhunderten die Fließgewässersysteme. Heutzutage werden vor allem kleine Fließgewässer renaturiert, da diese direkt abhängig von natürlichen und menschlichen Veränderungen im Einzugsgebiet sind und menschliche Aktivitäten die ursprünglichen Bedingungen überlagern. Doch ist die Rückkehr zu einem „morphologisch natürlichen“ Zustand überhaupt möglich?
Hydraulische Berechnungen für die Entwicklung eines Auenstrukturplans an der Elbe in Niedersachsen
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (11/2019)
Großbewuchs auf den Flussvorländern stellt nach wie vor einen zentralen Diskussionspunkt zwischen Hochwasserschutz und Naturschutz dar, in dem sich oftmals wasserwirtschaftliche und ökologische Ziele konträr gegenüberstehen. In einem Auenstrukturplan sollen die Belange des Hochwasserschutzes und der Ökologie für die Elbe in Niedersachsen zusammengeführt werden. Die Grundlage für den Auenstrukturplan bilden hydraulische Berechnungen mit einem 2-D-HN-Modell. Mit diesem wurde die Wirkung des derzeit vorzufindenden Großbewuchses sowie die Wirkung von geplanten Gehölzrückschnitts-Maßnahmen in ihrer hydraulischen Wirkung auf die Wasserspiegellage bei Hochwasser berechnet.
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Großbewuchs auf den Flussvorländern stellt nach wie vor einen zentralen Diskussionspunkt zwischen Hochwasserschutz und Naturschutz dar, in dem sich oftmals wasserwirtschaftliche und ökologische Ziele konträr gegenüberstehen. In einem Auenstrukturplan sollen die Belange des Hochwasserschutzes und der Ökologie für die Elbe in Niedersachsen zusammengeführt werden. Die Grundlage für den Auenstrukturplan bilden hydraulische Berechnungen mit einem 2-D-HN-Modell. Mit diesem wurde die Wirkung des derzeit vorzufindenden Großbewuchses sowie die Wirkung von geplanten Gehölzrückschnitts-Maßnahmen in ihrer hydraulischen Wirkung auf die Wasserspiegellage bei Hochwasser berechnet.
Laboruntersuchungen zum Fischabstieg über ein Wasserwirbelkraftwerk
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (9/2019)
Am 1:1-Modell eines Wasserwirbelkraftwerks erfolgten ethohydraulische Untersuchungen zur Passierbarkeit und dem passagebedingten Verletzungsrisiko typischer Fischarten der Äschenregion. Die Kombination von RFID-Telemetrie und Videoaufzeichnung ermöglichte eine qualitative und quantitative Analyse des Verhaltens der Fische sowie die statistische Absicherung der Ergebnisse. Meidungsverhalten im Einlaufbereich und Verzögerungen des Abstiegs waren nachweisbar, signifikante Beeinträchtigungen der Fische durch passagebedingte Schädigungen traten jedoch nicht auf.
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Am 1:1-Modell eines Wasserwirbelkraftwerks erfolgten ethohydraulische Untersuchungen zur Passierbarkeit und dem passagebedingten Verletzungsrisiko typischer Fischarten der Äschenregion. Die Kombination von RFID-Telemetrie und Videoaufzeichnung ermöglichte eine qualitative und quantitative Analyse des Verhaltens der Fische sowie die statistische Absicherung der Ergebnisse. Meidungsverhalten im Einlaufbereich und Verzögerungen des Abstiegs waren nachweisbar, signifikante Beeinträchtigungen der Fische durch passagebedingte Schädigungen traten jedoch nicht auf.
Betriebsübergänge von hydraulischen Strömungsmaschinen –
ein neuer Versuchsstand
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (9/2019)
Durch die Zunahme von fluktuierenden Erzeugern bei der Stromproduktion tritt die Stabilisierung des elektrischen Netzes zunehmend in das Interesse der Forschung. Die Fragestellung, inwieweit die Wasserkrafttechnologie in der Lage ist, Regelenergie in großem Maße in kürzester Zeit bereitzustellen, erfordert die Untersuchung des dynamischen Verhaltens von hydraulischen Maschinen. Für die Erforschung dieser transienten Betriebsänderungen wird ein neuer leistungsstarker und hoch flexibler Versuchsstand im Laboratorium des Institutes für Strömungsmechanik und Hydraulische Strömungsmaschinen an der Universität Stuttgart aufgebaut.
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Durch die Zunahme von fluktuierenden Erzeugern bei der Stromproduktion tritt die Stabilisierung des elektrischen Netzes zunehmend in das Interesse der Forschung. Die Fragestellung, inwieweit die Wasserkrafttechnologie in der Lage ist, Regelenergie in großem Maße in kürzester Zeit bereitzustellen, erfordert die Untersuchung des dynamischen Verhaltens von hydraulischen Maschinen. Für die Erforschung dieser transienten Betriebsänderungen wird ein neuer leistungsstarker und hoch flexibler Versuchsstand im Laboratorium des Institutes für Strömungsmechanik und Hydraulische Strömungsmaschinen an der Universität Stuttgart aufgebaut.
Hydraulischer Kurzschluss im Kraftwerk Vianden - Anlagendynamik und CFD-Simulationen der Abzweiger
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (9/2019)
Für das Pumpspeicherkraftwerk Vianden (Luxemburg) wurde mittels 1-D- und 3-D-Simulation die Möglichkeit des hydraulischen Kurzschlussbetriebs für die Maschinensätze 1-4 und 5-9 untersucht. Hierzu wurden unterschiedliche Maschinenkombinationen auf potenzielle Risiken, wie etwa das Auftreten von Kavitation, Druckstöße, Größe der Leitungsverluste, Druckschwankungen etc., untersucht und bewertet.
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Für das Pumpspeicherkraftwerk Vianden (Luxemburg) wurde mittels 1-D- und 3-D-Simulation die Möglichkeit des hydraulischen Kurzschlussbetriebs für die Maschinensätze 1-4 und 5-9 untersucht. Hierzu wurden unterschiedliche Maschinenkombinationen auf potenzielle Risiken, wie etwa das Auftreten von Kavitation, Druckstöße, Größe der Leitungsverluste, Druckschwankungen etc., untersucht und bewertet.
Vorhersage von stationären Strömungsfeldern mit neuronalen Netzen
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (9/2019)
Für die Auslegung, Analyse und Optimierung von Strömungsmaschinen werden numerische Strömungsfeldsimulationen (CFD) verwendet. Diese Methoden sind oftmals rechenintensiv und zeitaufwendig. Es hat sich gezeigt, dass neuronale Netze in der Lage sind, physikalische Zusammenhänge zu erlernen. In diesem Beitrag wird ein Convolutional-Neural-Network-Modell (CNN-Modell) zur Vorhersage von stationären 2-D-Strömungsfeldern vorgestellt. Der Fokus liegt dabei auf der Verarbeitungskette und der Analyse der Testergebnisse.
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Für die Auslegung, Analyse und Optimierung von Strömungsmaschinen werden numerische Strömungsfeldsimulationen (CFD) verwendet. Diese Methoden sind oftmals rechenintensiv und zeitaufwendig. Es hat sich gezeigt, dass neuronale Netze in der Lage sind, physikalische Zusammenhänge zu erlernen. In diesem Beitrag wird ein Convolutional-Neural-Network-Modell (CNN-Modell) zur Vorhersage von stationären 2-D-Strömungsfeldern vorgestellt. Der Fokus liegt dabei auf der Verarbeitungskette und der Analyse der Testergebnisse.
