Modellierung und Prognose der Erosion feiner Sedimente : Dissertation, Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen, Fakultät für Bauingenieurwesen

Aachen

2005

201 S.

55 Abb.., zahlr. Lit. Ang,

Monographie

15681

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Die Vorhersage von Sedimenttransport ist ein wesentlicher Aspekt einer nachhaltigen Gewässerbewirtschaftung. Neben der morphologischen Entwicklung sind dabei gerade die Wechselwirkungen zwischen dem Transport feiner, kohäsiver Sedimente und der Wasserqualität von entscheidender Bedeutung. Die Arbeit beschäftigt sich mit der innerhalb dieses Themenkomplexes anzusiedelnden Erosion feiner Sedimente. Dabei wird unterschieden zwischen der mathematischen Modellierung und der Prognose der Erosion feiner Sedimente - also zwischen der Beschreibung der Erosionsrate als Funktion grundlegender Einflussgrößen und der Umsetzung einer Vorhersage eventueller Erosionsprozesse in einem praktischen Anwendungsfall. Die in der Literatur dokumentierten mathematischen Modelle zur Beschreibung der Flocken- bzw. Massenerosion feiner Sedimente lassen sich in Modelle für Tiefenerosion und Modelle für Oberflächenerosion einteilen. Auf Grundlage einer theoretischen Analyse solcher Modelle wird hypothetisch ein neues Erosionsmodell für die einheitliche Beschreibung dieser Prozesse vorgeschlagen. Mit der experimentellen Untersuchung künstlicher Sedimentablagerungen im Labor gelingt die Validierung des neuen Modells. Es beschreibt die Erosionsrate als Produkt zweier dimensionsloser Kennzahlen aus Einwirkung, Widerstand und Dichte. Der empirische Parameter des Modells - die charakteristische Erosionsgeschwindigkeit - hat damit eine physikalisch plausible Bedeutung. Im Vergleich mit drei anderen untersuchten Erosionsmodellen aus der Literatur ermöglicht das neue Erosionsmodell so eine deutlich verbesserte Abbildung der gemessenen Erosionsprozesse. Anhand von in dieser Form erstmalig durchgeführten Experimenten zur Erosion in instationären, für Erosionsereignisse in natürlicher Umgebung typischen Strömungsverhältnissen wird weiterhin die Abhängigkeit des Erosionsprozesses von dem zeitlichen Gradienten der Sohlschubspannung nachgewiesen. Zudem zeigen die Ergebnisse der Experimente die Abhängigkeit der Erosionsrate von dem vertikalen Gradienten des Erosionswiderstands der Sedimentablagerung.