Hydraulik - Buero-Heberle

Wasser ist die wertvollste Ressource auf unserem Planeten - im Großen wie im Kleinen.
Direkt zum Seiteninhalt

Hydraulik

Arbeitsgebiete > Modellierung
Die möglichst exakte Erfassung der Strömungsbedingungen und die computerunterstützte Lösung von Strömungsproblemen bilden die Voraussetzung für Planungen naturnaher oder technischer Wasserbaumaßnahmen.
Die Anwendung dieser Programme umfasst:
- die Berechnung des Abflussvermögens von Fließgewässern in unterschiedlichen Ausbauzuständen,
- Aussagen zur Änderung des Hochwasserabflusses durch den naturnahen Rückbau bzw. die naturnahe Umgestaltung von Fließgewässern,
- die Dimensionierung von Bauwerken zur Herstellung der ökologsichen Durchgängigeit,
- die hydraulische Berechnung von Sonderbauwerken,
- ein- und mehrdimensionale hydrodynamisch-numerische Strömungsberechnungen.

Numerische Modelle zur Simulation von Strömungen mit freier Oberfläche lassen sich zum einen nach ihrer Erfassung der räumlichen Dimensionen und zum anderen nach der Berücksichtigung der Zeitabhängigkeit des Abflussgeschehens unterscheiden.

Anhand folgender Kriterien ist die Aufgabenstellung im Vorfeld einer numerischen Modellierung zu analysieren, um das Modellsystem in Abhängigkeit davon wählen zu können:
- Strömungscharakteristik des Untersuchungsgebietes,
- stationäre oder instationäre Strömung,
- gleichförmige oder ungleichförmige Strömung,
- schießende und strömende Bereiche,
- Freispiegel- oder Druckabfluss,
- Wirkung von Kontrollbauwerken,
- abflusswirksame und nicht-abflusswirksame Bereiche,
- Sekundärströmungseffekte,
- Zielgrößen (Wasserstand, Geschwindigkeiten, Schubspannungen,...),
- Gebietsgröße,

- vorhandene Datengrundlage.

Eindimensionale Modellierung - 1D

1D-Modelle betrachten die Wasserspiegellinie und den Durchfluss nur in Hauptfließrichtung. Die Berechnungsverfahren reduzieren das Abflussverhalten auf über den Querschnitt gemittelte hydraulische Kennwerte (wie z.B. Fließgeschwindigkeit, Wasserspiegellage, Sohlschubspannung).
Eine stationäre Betrachtungsweise ist dann ausreichend, wenn Wasserspiegellagen bzw. Fließgeschwindigkeiten zeitunabhängig sind und daher nur in Abhängigkeit des Durchflusses berechnet werden sollen. Bei einem Hochwasserereignis ist die stationäre Betrachtungsweise dann zulässig, wenn die Verformung der Abflussganglinie innerhalb der Modellstrecke unberücksichtigt bleiben kann. Eine instationäre Berechnung ist dann notwendig, wenn über die Zeit Veränderungen der Strömungsverhältnisse auftreten. Dies ist z.B. bei der Simulation des Hochwasserablaufs unter Einbeziehung der Retentionswirkung der Vorländer der Fall.

Im Hinblick auf Genauigkeit und Aufwand werden in der Ingenieurpraxis eindimensionale Spiegellinienmodelle bevorzugt, weil sie einen guten Kompromiss zwischen dem fachlich Notwendigen und dem wirtschaftlich Machbaren darstellen.

Gekoppelte Modellierung - 1D/2D

Flusssysteme mit definierter Hauptfließrichtung, zahlreichen Bauwerken und abschnittsweisen mehrdimensionalen Strömungsverhältnissen (z. B. auf dem Vorland).

Zweidimensionale Modellierung - 2D

Tiefengemittelte 2D-Modelle ermöglichen, dass die Strömung an jeder Stelle im Untersuchungsgebiet als über die Fließtiefe gemittelter Wert ausgegeben werden kann. 2D-Modelle erlauben insbesondere bei komplexen Strömungsverhältnissen bzw. Flussbettgeometrien mit Bauwerken und/oder mit vegetationsreichen überfluteten Vorländern eine relativ genaue Berechnung der Strömungskennwerte.

Dreidimensionale Modellierung - 3D

Zusätzlich zu den beiden horizontalen Ebenen wird bei diesen Strömungsmodellen auch noch die vertikale Komponente berechnet und es lassen sich so die Strömungsprozesse von stark dreidimensionalen Fließvorgängen simulieren. Primäres Einsatzfeld ist derzeit noch der Einsatz im Bereich der Strömungsoptimierung an Bauwerken.

Zurück zum Seiteninhalt