Measuring and Modeling In-Stream Hydraulics

Ziel dieser Arbeit war es den Einfluss hochaufgelöster Bathymetriedaten aus Airborne Laser Scanning (ALB Daten) auf die Simulation der Hydraulik in Gebirgsflüssen zu untersuchen. Die Bathymetrie von Abschnitten der Flüsse Ahr und Sill wurde dafür aufgemessen. Folgendes wurde für die Anwendung von ALB Daten in hydraulischen Simulationen geprüft: i) ob es möglich ist einen geometrischen Parameter aus den ALB Daten abzuleiten, der es erlaubt auf Rauheitsparameter für Fließformeln und Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) Simulationen zu schließen, und ii) ob RANS Simulationen, die auf den genauen Geometrieinformationen basieren, Geschwindigkeiten undWasserspiegellagen genau reproduzieren können. Es wurde untersucht, ob dabei eine Rauheitsparameterisierung überflüssig wird, da die Rauheit direkt in der genauen Geometrie berücksichtigt wird. 3D Geschwindigkeiten wurden dafür an zwei Untersuchungsabschnitten an der Ahr und an einem Abschnitt an der Sill gemessen. Die Messungen erfolgten mit den akustischen Messgeräten ADCP und ADV. Die gemessenen Geschwindigkeiten wurden mit den Simulationsergebnissen auf Basis der ALB Daten verglichen. RANS Simulationen wurden in vier verschiedenen Softwares durchgeführt (Hydro-AS 2D, Basement-Baseplane 2D and Telemac 2D and 3D). Ergebnisse waren, dass i) ein Rauheitsparameter für die Simulation der Hydraulik von Gebirgsbächen nicht ausschließlich aus geometrischer Information abgeleitet werden kann, ii) die Rauheit von Gebirgsbächen nicht direkt in RANS Simulationen abgebildet werden kann, iii) 2D RANS Simulationen an ihre Grenzen gelangen, wenn es darum geht Fließgeschwindigkeiten in Gebirgsbächen zu reproduzieren und iiii) 3D RANS Simulationen, zumindest in einer Auflösung von gröber als 0.5 m, ebenso ihre Grenzen erreichen. Als Alternative zu einem rein geometriebasierten Parameter, von dem auf Rauheitsparameter geschlossen werden kann, wurde ein Parameter vorgeschlagen, der auch Information zum Wasserspiegelgefälle enthält. DasWasserspiegelgefälle kann ebenfalls aus ALB Daten ermittelt werden und stellt einen Zusammenhang mit dem Energieliniengefälle her.