Zusammenfassung
In dieser Arbeit werden aktuelle Entwicklungen in der Simulation von Sedimenttransport und Morphodynamik anhand des Modells iSed vorgestellt, das an der Universität für Bodenkultur Wien entwickelt wurde. Das Computermodell wird mit externen Hydrodynamikmodellen gekoppelt, um das Strömungsfeld als Grundlage zur Simulation von Sedimenttransportvorgängen zu erhalten. In der Arbeit werden die einzelnen Prozesse, die modelltechnisch erfasst werden müssen, samt der zugrunde liegenden Formeln näher erläutert. Im Anschluss daran wird die generelle Modellvalidierung anhand der Daten eines Laborgerinnes mit 180°-Krümmung unter instationären Fließbedingungen präsentiert. Das Modell wurde in weiterer Folge auf einen Abschnitt der österreichischen Donau östlich von Wien angewendet. Die errechneten Geschiebetransportraten einschließlich deren raumzeitlicher Variabilität zeigten eine sehr gute Übereinstimmung mit Messdaten. Darüber hinaus konnten mit dem Modell erstmals auch die in der Donau vorhandenen Sohlformen und deren stromabwärtige Bewegung erfolgreich simuliert werden. Die Durchführung fraktionierter Berechnungen samt Kornsortierung und das Vorliegen detaillierter Freilandmessungen für Modellaufbau und Kalibrierung bilden dafür eine essenzielle Voraussetzung.
Abstract
This work presents recent developments in the simulation of sediment transport and morphodynamics on the basis of the simulation model iSed, which was developed at the University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna. The computer model is coupled with external hydrodynamic models to obtain the flow field as the basis for the simulation of sediment transport processes. The paper first defines the physical processes that must be captured by a model as well as their underlying equations. Thereafter the general model validation based on data from a laboratory flume with a 180° bend under unsteady flow conditions is shown, a model that has also been applied to study a section of the Danube River east of Vienna. The calculated bedload transport rates as well as their spatio-temporal variability showed a very good agreement with measurement data. Moreover the model allowed for the first time a successful simulation of the bed forms present in the Danube as well as their downstream movement. In order to achieve this, non-uniform calculations including grain sorting, as well as detailed field measurement data for the model setup and calibration, constitute essential prerequisites.
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Literatur
Ackerl, S. (2010). Analyse von Sohlformen in der freien Fließstrecke der Donau östlich von Wien. Diplomarbeit, BOKU Wien.
ATV-DVWK (2003). Feststofftransportmodelle für Fließgewässer. Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall, Hennef, Deutschland.
BMLFUW, ÖWAV (2011). Arbeitsbehelf Fließgewässermodellierung – Feststofftransport und Gewässermorphologie. Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft; Österreichischer Wasser- und Abfallwirtschaftsverband, Wien.
Blom, A., Parker, G. (2004). Vertical sorting and the morphodynamics of bedform-dominated rivers: A modeling framework. Journal of Geophysical Research, Earth Surface, 109, F02007.
Egiazaroff, I.V. (1965). Calculation of nonuniform sediment concentration. Journal of the Hydraulics Division, ASCE, 91(HY4), 225–247.
Fischer-Antze, T., Rüther, N., Olsen, N.R.B., Gutknecht, D. (2009). Three-dimensional modelling of non-uniform sediment transport in a channel bend with unsteady flow. Journal of Hydraulic Research, 47(5), 670–675.
Garcia, M., Parker, G. (1991). Entrainment of bed sediment into suspension. Journal of Hydraulic Engineering, 117, 414–435.
Habersack, H., Laronne, J.B. (2002). Evaluation and improvement of bed load discharge formulas based on Helley-Smith sampling in an Alpine gravel bed river. Journal of Hydraulic Engineering, 128(5), 484–499.
Habersack, H., Hauer, C., Liedermann, M., Tritthart, M. (2008). Modelling and monitoring aid management of the Austrian Danube. Water 21, 2008 (Dec.), 29–31.
Habersack, H., Klösch, M. (2012). Monitoring und Modellierung von eigendynamischen Aufweitungen an Drau, Mur und Donau. Österr. Wasser- und Abfallwirtschaft, 64( 7-8), 411–422.
Habersack, H., Schabuss, M., Liedermann, M., Tritthart, M., Blaschke, A.P., Schiemer, F. (2009). Integratives Monitoring und Modellierung an der Donau östlich von Wien. Österreichische Ingenieur- und Architekten-Zeitschrift (ÖIAZ), 154, 179–193.
Habersack, H., Liedermann, M., Tritthart, M., Hauer, C., Klösch, M., Klasz, G., Hengl, M. (2012). Maßnahmen für einen modernen Flussrückbau – Granulometrische Sohlverbesserung, Buhnenoptimierung, Uferrückbau und Gewässervernetzung. Österr. Wasser- und Abfallwirtschaft, 64, (11–12).
Hervouet, J.M. (2012). The continuing story of the Telemac hydro-informatics system. Hydrolink, IAHR, 2/2012, 38–41.
Hunziker, R.P. (1995). Fraktionsweiser Geschiebetransport. VAW Mitteilung, 138, ETH Zürich, Schweiz.
Ikeda, S. (1988). Lateral bed load transport on side slopes. Civil engineering practice 2, Technomic Publishing Co., Lancaster PA, 299–307.
Klösch, M., Blamauer, B., Habersack, H. (2009). Monitoring geometry and timing of riverbank failures during flood events. Proc. 33rd IAHR Congress, Vancouver, Canada, 4988–4995.
Klösch, M., Blamauer, B., Habersack, H. (2012). The role of intra-event scale bed morphodynamics for riverbank erosion. In: Proceedings of the International Conference on Fluvial Hydraulics, River Flow 2012, Taylor and Francis, 1, 701–708.
Klösch, M., Blamauer, B., Habersack, H. (eingereicht). The morphodynamic interactions of bar accretion and bank erosion in a widening channel. Earth Surface Processes and Landforms.
Krapesch, G., Hauer, C., Habersack, H. (2011). Scale orientated analysis of river width changes due to extreme flood hazards. Natural Hazards and Earth System Sciences, 11(8), 2137–2147.
Lawler, D.M., Thorne, C.R., Hooke, J.M. (1997). Bank erosion and instability. In: Applied Fluvial Geomorphology for River Engineering and Management, C. R. Thorne et al. (Eds), pp. 137–172, John Wiley, Chichester, U.K.
Meyer-Peter, E., Müller, R. (1948). Formulas for bed-load transport. Proc. 2nd IAHR Congress, Stockholm, 39–64.
Nujic, M. (1999). Praktischer Einsatz eines hochgenauen Verfahrens für die Berechnung von tiefengemittelten Strömungen. Mitteilungen des Institutes der Bundeswehr München, Nr. 64.
Pender, G., Hoey, T.B., Fuller, C., McEwan, I.K. (2001). Selective bedload transport during the degradation of a well sorted graded sediment bed. Journal of Hydraulic Research, 39(3), 269–277.
Seminara, G., Colombini, M., Parker, G. (1996). Nearly pure sorting waves and formation of bedload sheets. Journal of Fluid Mechanics, 312, 253–278.
Tritthart, M. (2005). Three-dimensional numerical modelling of turbulent river flow using polyhedral finite volumes. Wiener Mitteilungen Wasser-Abwasser-Gewässer, Technische Universität Wien, Bd. 193.
Tritthart, M., Gutknecht, D. (2007). Three-dimensional simulation of free-surface flows using polyhedral finite volumes. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 1(1), 1–14.
Tritthart, M., Schober, B., Liedermann, M., Habersack, H. (2009). Development of an Integrated Sediment Transport Model and its Application to the Danube River. Proc. 33rd IAHR Congress, Vancouver, Canada, 876–883.
Tritthart, M., Schober, B., Habersack, H. (2011a). Non-uniformity and layering in sediment transport modelling 1: flume simulations. Journal of Hydraulic Research, 49(3), 325–334.
Tritthart, M., Liedermann, M., Schober, B., Habersack, H. (2011b). Non-uniformity and layering in sediment transport modelling 2: river application. Journal of Hydraulic Research, 49(3), 335–344.
van Rijn, L.C. (1984). Sediment transport 1: Bed load transport. Journal of Hydraulic Engineering, 110(10), 1431–1456.
van Rijn, L.C. (1993). Principles of sediment transport in rivers, estuaries and coastal seas. Aqua Publications, Amsterdam.
Wong, M., Parker, G. (2006). Reanalysis and correction of bed-load relation of Meyer-Peter and Müller using their own database. Journal of Hydraulic Engineering, 132(11), 1159–1168.
Yen, C., Lee, K. (1995). Bed topography and sediment sorting in channel bend with unsteady flow. Journal of Hydraulic Engineering, 121(8), 591–599.
Danksagung
Die finanzielle Unterstützung durch das Bundesministerium für Wirtschaft, Familie und Jugend sowie die Nationalstiftung für Forschung, Technologie und Entwicklung wird dankend anerkannt. Die präsentierten Forschungsergebnisse wurden darüber hinaus von der Europäischen Union und vom Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie kofinanziert und von via donau finanziell und logistisch unterstützt. Die dargestellten Berechnungsergebnisse wurden teilweise unter Verwendung des Vienna Scientific Cluster (VSC) erzielt.
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Tritthart, M., Liedermann, M., Klösch, M. et al. Innovationen in der Modellierung von Sedimenttransport und Morphodynamik basierend auf dem Simulationsmodell iSed. Österr Wasser- und Abfallw 64, 544–552 (2012). https://doi.org/10.1007/s00506-012-0040-8
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