Kombination klein- und großskaliger physikalischer Modellierung zur Optimierung der Spüleffizienz von Laufkraftwerken

Abstract

ZusammenfassungDie Skalierung physikalischer Modelle ist häufig bedingt durch räumliche, hydraulische und wirtschaftliche Beschränkungen. Freispiegel-Modelle nach Froude-Ähnlichkeit führen zu Reynolds-Zahlen im Modell, die von der Natur abweichen. Die Skalierung von Sedimenten stößt auf Grenzen, da bei großen Maßstäben eine Verkleinerung des Korns zu unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften und somit zu Verfälschungen der Ergebnisse führen kann. Die Universität für Bodenkultur Wien verfügt über das neue BOKU-Wasserbaulabor, ideal für Großversuche bis Maßstab 1:1. Trotz Vorteilen maßstabsgetreuer Versuche behalten skalierte Modelle ihre Bedeutung, vorausgesetzt ihre Limitierungen werden berücksichtigt. Ziel der Arbeit war es, die Vorzüge von Klein- und Großmaßstabsmodellierung zu zeigen und den Einsatz laser-optischer Strömungsmesstechnik anhand konkreter Versuche zu betrachten. Die Arbeit fokussiert sich auf Geschiebetransport in Fließgewässern im Kontext von Laufwasserkraftwerken. Methodisch wurden klein- (1:20) und großskalige (1:1) Modelle verwendet. Der Einfluss der Wehrsegmentstellung auf die Spüleffizienz wurde in einem 1:20-Modell analysiert. Die Wehrsegmentposition beeinflusste die Spüleffizienz deutlich. Der 1:1-Versuch konnte kleinere Korngrößen mitmodellieren, welche im skalierten Modell nicht mehr abgebildet werden können, um Aussagen zum Geschiebetransport bei Mittelwasserabflüssen treffen zu können. Für die freien Abflussverhältnisse im 1:1-Maßstab konnte ein ähnlicher Zusammenhang zwischen Sedimenttransport und Geschwindigkeitsprofil wie im skalierten Modell festgestellt werden. Diese Studie zeigt die Sinnhaftigkeit der Kombination von klein- und großskaligen Modellversuchen.