In der Arbeit werden Modellansätze beschrieben, um Strömungen im offenen Gerinne zu charakterisieren sowie zu modellieren. Es soll ein Überblick gegeben werden, in welche Arten von Strömungen ein Vorfluter eingeteilt werden kann und aufzeigen, welche Modellansätze bei Strömungsmodellen verwendet werden. Außerdem soll geklärt werden, welche Parameter bei Strömungsmodellen und beim Abflussrouting notwendig sind.
Das Strömungsverhalten von Gewässern ist nicht erst in der heutigen Zeit von Interesse für die Menschen. Bereits vor 4000 Jahren in Ägypten beobachteten die Menschen den Nil. Das jährliche Nilhochwasser bildete damals die Existenzgrundlage der ägyptischen Zivilisation. Das Hochwasser brachte den nährstoffreichen Nilschlamm, sodass das Hochwasser mit „Freuden“ erwartet wurde. Heute hat sich dies geändert, vor allem in den dicht besiedelten Gebieten an großen Flüssen, die häufig von Hochwasser betroffen sind. Mit Hilfe von Abflussrouting kann der Verlauf von Hochwasserwellen modelliert werden, sodass bei Gefahr Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden können.
Durch Oberflächenabfluss, Interflow und Grundwasserabfluss kommt es zu einer Ansammlung von Wasser im Gewässerbett des Vorfluters. Das gesammelte Wasser im Vorfluter folgt nun dem größten Steigungsgefälle und es tritt ein Fließvorgang im offenen Gerinne ein. Das Wasser im Vorfluter bewegt sich dem größten Gefälle folgend, bis es schließlich in einen See bzw. dem Meer mündet. Während dieses Fließvorganges wird der Vorfluter durch Nebenflüsse und/oder Grundwassereintrag weiterhin gespeist. Das, sich bewegende, Wasser im Gerinne steht mit den Böden an seinen Ufern in einer Wechselbeziehung. Der Vorfluter kann durch Zwischenabfluss und Grundwasserabfluss gespeist werden, ebenso aber auch Wasser an die Böden im ufernahen Bereich abgeben.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Fließvorgänge im offenen Gerinne
- Kräfte die auf Wasser im offenen Gerinne wirken
- Charakterisierungen von Strömungen
- Stationäre bzw. Instationäre Strömung
- Laminare bzw. Turbulente Strömung
- Die REYNOLDsche Zahl
- Strömender bzw. Schießender (Ab)Fluss
- Die FROUDE`sche Zahl
- Die Fließgeschwindigkeit bzw. Strömungsgeschwindigkeit
- Die Variation der Fließgeschwindigkeit
- Die Messung der Strömungsgeschwindigkeit
- Modellansätze für Strömungsmodelle
- Kontinuitätsgleichung
- Energie-Gleichung
- Fließgesetz nach Chézy
- Das Manning-Strickler Fließgesetz
- Darcy-Weisbach-Fließgesetz
- Modelldimensionen
- Abflussrouting
- Modellansätze
- wichtige Grundannahmen
- Die Saint-Venant-Gleichungen
- Diffusionswellenansatz
- Kinematischer Wellenansatz
- Konzeptionelle Verfahren
- Zusammenfassung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Hausarbeit befasst sich mit dem komplexen Thema der hydraulischen Strömungsmodelle und dem Abflussrouting in Vorflutern. Sie zielt darauf ab, verschiedene Arten von Strömungen in Vorflutern zu klassifizieren, verschiedene Modellansätze für Strömungsmodelle zu erläutern und den Parameterbedarf für diese Modelle und für das Abflussrouting zu analysieren.
- Strömungstypen in Vorflutern (stationär/instationär, laminar/turbulent)
- Modellierung von Strömungsvorgängen
- Die Rolle der Kontinuitäts- und Energie-Gleichungen
- Abflussrouting und seine verschiedenen Modellansätze
- Wichtige Parameter für Strömungsmodelle und Abflussrouting
Zusammenfassung der Kapitel
- Einleitung: Die Einleitung beleuchtet die historische Bedeutung des Studiums von Gewässerströmungen und deren Bedeutung für die menschliche Zivilisation. Sie betont den Bedarf an Abflussrouting-Modellen zur Prognose und Bewältigung von Hochwasserereignissen.
- Fließvorgänge im offenen Gerinne: Dieses Kapitel beschäftigt sich mit der Entstehung von Abfluss im Vorfluter und den verschiedenen Komponenten, die zum Gesamtabfluss beitragen. Es werden die Zusammenhänge zwischen dem Vorfluter und dem Grundwasser beleuchtet, insbesondere im Zusammenhang mit Uferspeicherung.
- Kräfte die auf Wasser im offenen Gerinne wirken: Hier werden die wichtigsten Kräfte, die die Strömung im offenen Gerinne beeinflussen, eingeteilt in Volumenkräfte (z.B. Schwerkraft) und Flächenkräfte (z.B. Druck und Reibung).
- Charakterisierungen von Strömungen: Dieses Kapitel befasst sich mit den unterschiedlichen Charakteristika von Strömungen im offenen Gerinne, wie stationär/instationär und laminar/turbulent. Es beschreibt die Unterschiede zwischen diesen Strömungsarten und die Bedeutung der REYNOLDschen und FROUDEschen Zahlen.
- Die Fließgeschwindigkeit bzw. Strömungsgeschwindigkeit: Dieses Kapitel konzentriert sich auf die Variation der Fließgeschwindigkeit im Vorfluter und die Methoden zur Messung dieser Geschwindigkeit.
- Modellansätze für Strömungsmodelle: Dieses Kapitel erläutert die verschiedenen Modellansätze für Strömungsmodelle, wobei die Kontinuitäts- und Energie-Gleichungen im Vordergrund stehen. Es präsentiert zudem wichtige Fließgesetze wie das Chézy-, Manning-Strickler- und Darcy-Weisbach-Fließgesetz.
- Modelldimensionen: Dieses Kapitel befasst sich mit den unterschiedlichen Dimensionen von Strömungsmodellen, wie z.B. der Dimensionierung des Modells in Bezug auf die Raum- und Zeitskala.
- Abflussrouting: Hier wird das Abflussrouting im Vorfluter vorgestellt, welches die Bewegung von Wasserwellen im Gewässerbett beschreibt.
- Modellansätze: Dieser Abschnitt untersucht verschiedene Modellansätze für das Abflussrouting, wie z.B. die Saint-Venant-Gleichungen, den Diffusionswellenansatz, den Kinematischen Wellenansatz und konzeptionelle Verfahren.
Schlüsselwörter
Die Hausarbeit thematisiert Schlüsselbegriffe aus der Hydrologie und der hydraulischen Modellierung, insbesondere die Charakterisierung und Modellierung von Strömungen in offenen Gerinnen. Wichtige Begriffe sind: stationäre/instationäre Strömung, laminare/turbulente Strömung, Kontinuitätsgleichung, Energie-Gleichung, Fließgesetze (Chézy, Manning-Strickler, Darcy-Weisbach), Abflussrouting, Saint-Venant-Gleichungen, Diffusionswellenansatz, Kinematischer Wellenansatz und konzeptionelle Verfahren. Diese Begriffe bilden die Grundlage für das Verständnis des komplexen Systems der Strömungsvorgänge in Vorflutern.
- Arbeit zitieren
- Andreas Kochanowski (Autor:in), 2006, Hydraulische Strömungsmodelle und Abflussrouting im Vorfluter. Modellansätze und Parameterbedarf, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/958023
