3D-hydrodynamisch-numerische Untersuchungen des Geschiebetransports in Verzweigungsgerinnen

3D-Morphodynamisch-numerische (MN) Simulationen sind ein nützliches Werkzeug, um Gewässer hinsichtlich ihrer natürlichen morphodynamischen Entwicklung zu analysieren sowie um Wasserbauwerke effektiv zu dimensionieren und zu betreiben. In der vorliegenden Arbeit erfolgt die Analyse der 3D-MN-Simulationsverfahren anhand der numerischen Nachbildung von Versuchen an zwei gegenständlichen Verzweigungsgerinnen. Das erste Verzweigungsgerinne wurde von Dr.-Ing. Hermann Bulle im Jahr 1926 untersucht. Das zweite Verzweigungsgerinne ist ein großräumiges gegenständliches Modell an der Universität Kassel. Ziel dieses Promotionsvorhabens ist es, Geschiebetransportprozesse in Verzweigungsgerinnen numerisch nachzubilden, um die Machbarkeit der 3D-MN-Simulationen zu bewerten. Dabei werden die numerischen Ergebnisse anhand des Vergleichs der Form des abgelagerten Geschiebes, der Geschiebeaufteilungen auf die Gerinnebereiche sowie des zeitlichen Verlaufs des Geschiebes mit gegenständlichen Modellen bewertet. Diese Verifizierung der MN-Simulationen wurde bisher von der in der Literatur dokumentierten numerischen Untersuchungen an Verzweigungen nicht durchgeführt. Die Untersuchungen von Bulle wurden mit Sand für unterschiedlichen Abzweigwinkel durchgeführt. Die numerischen Simulationen dieses Gerinnes erfolgen für Abzweigwinkel von 30°, 60° und 90° für unterschiedliche Randbedingungen, numerische Parameter, Korngrößen, Durchflussgrößen, Durchflussaufteilungen auf die zwei Gerinnearme sowie für länger laufende Versuche. Die Untersuchungen am Verzweigungsgerinne der Universität Kassel erfolgen für zwei Sedimente Kunststoffgranulat und Quarzsand. Es werden die Durchflussaufteilungen und das Gerinnebreite/Wassertiefe Verhältnis variiert. Darüber hinaus werden auch Maßnahmen gegen Geschiebeablagerungen in den Seitenarm dieses Gerinnes untersucht. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass die Versuche der gegenständlichen Modelle mit guter Genauigkeit numerisch nachgebildet werden können. 3D-MNModelle sind somit zur Nachbildung und Vorhersage des Geschiebetransports auch für komplexe Strömungszustände anwendbar. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse können wichtige Hinweise und Empfehlungen zum Einsatz von 3D-MN-Verfahren gegeben werden.