Numerische Untersuchung von Skaleneffekten auf die Hydrodynamik in einem Buhnenexperiment

Abstract

ZusammenfassungBuhnen werden im Wasserbau vielfach angewendet und sind aufgrund der komplexen Strömungsverhältnisse in Abhängigkeit von Wasserstand und Buhnengeometrie herausfordernd bezüglich der Wirksamkeit und der Eignung als flussbauliche Maßnahme. Physikalische Modellierungen werden seit etwa 130 Jahren im Wasserbau angewendet, bei Bedarf mit Feldmessungen und mittlerweile auch mit numerischen Modellen kombiniert, wodurch unter anderem auch die Bewertung von Buhnen profitiert. Aufgrund der Skalierung von physikalischen Modellen kann es jedoch zu Skalierungsfehlern kommen. In dieser Studie wurden fünf Buhnenvarianten an einem 1:1-Versuch und an einem skalierten Versuch im Maßstab 1:5 untersucht. 3D-numerische Modelle der Versuche wurden erstellt und anhand gemessener Werte kalibriert und validiert. Im Gegensatz zur modellierten Fließgeschwindigkeit konnten generell große Unterschiede in der modellierten turbulenten kinetischen Energie zwischen beiden Skalen identifiziert werden, welche auf einen Skalierungsfehler hindeuten. Die Unterschiede konnten auch beispielhaft in gemessenen Werten gefunden werden. Die Unterschiede waren größer, je niedriger der Wasserstand bzw. je höher die Buhnen waren. Diese Erkenntnisse geben einen Hinweis darauf, dass der gewählte Modellmaßstab von großer Bedeutung für die physikalische Modellierung im Wasserbau ist. Das neue Wasserbaulabor der Universität für Bodenkultur Wien ist für großmaßstäbliche Versuche bestens gerüstet. Eine detailliertere Untersuchung von Skalierungsfehlern bei physikalischen Modellversuchen von Buhnen und anderen Maßnahmen in Kombination mit noch präziseren numerischen Modellen ist in Zukunft jedenfalls zu empfehlen, um die Ursachen zu erforschen und deren Auswirkungen auf andere Aspekte, wie Sedimenttransport, Morphodynamik und Ökologie bewerten zu können.