Entwicklung, Distribution, Benutzer, Validierung, Dokumentation

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2 Überblick Mehrdimensionales HN-Verfahren TELEMAC TELEMAC in der BAW Validierung an WSV-Aufgabenstellungen Modellierung von Bundeswasserstraßen mit TELEMAC2D 2D-HN-Modelle Unterwasser Iffezheim Modellübersicht (Flussschlauch und Vorland) Eichung Variantenstudie unterschiedlicher Sohllagen Variantenstudie zur Erosionsleistung Zusammenfassung und Schlussfolgerungen

3 TELEMAC Dient der: Hydrodynamisch-Numerischen- (HN-) Modellierung der Strömungs- und Transportprozesse in natürlichen Gewässern Basiert auf: Methode der Finiten Elemente (FEM) das heißt: effiziente Erfassung von Gebieten mit komplexer Geometrie Ist ein: Vollständiges Modellierungssystem mit Prä- und Postprozessoren Läuft auf: Compute-Servern CRAY SV1, ORIGIN 2000, LINUX-Cluster, IBM RS6000 kleinere Modelle auf PCs denkbar

4 Entwicklung, Distribution, Benutzer, Validierung, Dokumentation Entwickelt von LNHE/EDF in Kooperation mit intl. Institutionen (z. B.: Unis Hannover, Bristol, Paris, Coimbra) Distribution über SOGREAH (F) und WALLINGFORD (GB) Mehr als 70 TELEMAC-Installationen (lt. Sogreah) Mehr als 1000 dokumentierte praktische Anwendungen jährliches, mehrtägiges Nutzertreffen (aktive BAW-Teilnahme) Nach IAHR-Richtlinien verifiziert und validiert komplette Dokumentation in der BAW vorhanden aktueller Quellcode ist der BAW für eigene vertraglich mit EDF abgesicherte Weiterentwicklungen zugänglich

5 TELEMAC in der Abteilung W der BAW Telemac-2D löst die St. Venantsche tiefengemittelten Flachwassergleichung Telemac-3D löst die dreidimensionalen Navier-Stokes Gleichungen mit freier Oberfläche, ohne/mit Hydrostatik Subief-2D und Subief-3D sind Wasserqualitätsmodule Sisyphe ist ein Feststofftransportmodul (bed-load)

6 BAW-Validierungsbeispiel: Buhnenumströmung Systematische physikalische Modellversuche zum Ausbau des Oberrheins in den 70ern 3D Messdatenarchiv Felkel, 1975

7 Ergebnisse TELEMAC2D Geeignete Verfahrens- und Parameterkombination für aktuelle, WSV-relevante Aufgabenstellungen Erfahrungen bei Parameterwahl werden aufgebaut Neue Parameter werden an genau bekannten Verhältnissen getestet => Eichung für charakteristische Abflüsse zwingend erforderlich

8 Modellierung von Bundeswasserstraßen mit TELEMAC2D Geometrische Strukturen Buhnen Leitwerke Brückenpfeiler Uferdeckwerke Hafeneinfahrten Hochwasserdämme... Wasserspiegel Sohle Fe-Netz

9 Topografische und hydrologische Daten Bruchkanten + Profile Digitale Geländemodelle Basisdatengrundlage vom WSA Freiburg 1400 Pegelkurven Zufluß HD [cbm/s] Abfluß Wiebl. [cbm/s] : : : : : : : : : : : :00

10 Von den Geoinformationen zum FE-Netz Basisdaten des WSA Freiburg Superelemente mit Elementanzahl FE-Netz

11 Beispiele für Volumenverluste im UW Iffezheim Rhein-km 336,2 340,2 Rhein-km 336, / / m³ m³ 12 / m³ m³ = - 5,2 cm = + 3,5 mm = - 2,4 cm = - 6 mm Bereich I: (Rheinkm ):

12 HN-Modell im UW Iffezheim Bathymetrie: Peilungen 7/98; 9/99; 12/00 des WSA Freiburg Buhnengeometrie aus Buhnenkataster des WSA Freiburg Landanschluß aus Timpan Archiv Vorlanddaten aus TK und Laserscannbefliegung HN-Modell von Rhein-km 334 bis 352 als Flussschlauchmodell (Links: Knoten, Elemente) HN-Modell von Rhein-km 334 bis 345,2 mit Vorländern (Rechts: Knoten, Elemente)

13 Beispiel für Ergebnisse des HN-Modells im UW Iffezheim Q = 850 m³/s (Buhnen gerade überströmt) Abfluss nur über das Kraftwerk (KW) Abfluss nur im Flussschlauch (nicht über Vorland) siehe Online Visualisierung Sandbach Wehr KW Schleuse

14 Detail des HN-Modells Rhein bei Iffezheim Ergebnisse des HN- Modells (Q = 850 m³/s) Wasserspiegellagen tiefengemittelte Geschwindigkeiten Sohlschubspannungen Bewegungsbeginn des Geschiebes

15 Eichung: Wasserspiegelfixierungen mit DGPS im Juli und August 1998 Pegelkurve Plittersdorf im Juli/August 1998 Beginn Geschiebetrieb Fixierung Fixierung

16 Wasserspiegelfixierungen im August 1998 Fixierung ADCP-Messungen bei Rhein-km: 341,45

17 Wasserspiegelfixierungen im August 1998 Fixierung ADCP-Messungen bei Rhein-km: 341,45 342,2

18 Wasserspiegelfixierungen im August 1998 Fixierung ADCP-Messungen bei Rhein-km: 341,45 342,2 343,09

19 Wasserspiegelfixierungen im August 1998 Fixierung ADCP-Messungen bei Rhein-km: 341,45 342,2 343,09 344,4

20 Wasserspiegelfixierungen im August 1998 Fixierung ADCP-Messungen bei Rhein-km: ,45 342,2 343,09 344,4 345,0

21 Über die Veränderlichkeit von Abflusskurven Voraussetzungen für die Konstanz einer Pegel-Abflussbeziehung: Sohllage konstant Uferböschungen konstant konstante Turbulenzgrade konstante Rauheiten konstantes Gefälle konstante Fließgeschwindigkeiten

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23 Eichung 2D-HN-Modell mit Fixierung 30 cm

24 Validierung 2D-HN-Modell mit zweiter Fixierung Einbauvolumen im August 1998 Sohlaufhöhungen im August 1998

25 Varianten: WSP bei GLQ für Peilungen 07/98, 09/99, 12/00, 12/00GLW-3m

26 Abflussabhängige Bereiche möglicher Erosion

27 Minimierung der Erosionsleistung Hohe Abflüsse haben überproportional hohe Erosionswirkung Welche Maßnahmen sind geeignet hier Abhilfe zu schaffen? Tieferlegung von Strömungshindernissen im Vorland (Straßenund Fahrdämme, Höhenrücken,...) Rauheitsvariationen, d.h. Vegetationsrückschnitt im Vorland Aktivierung vorhandener Altarme Bau und Betrieb (wehrgesteuerter) Flutmulden Großflächige Vorlandtieferlegung (?) Parallelwerke statt Buhnen (?)

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29 Flutmulde => Reduktion der Sohlschubspannung

30 Variantenstudie mit HW-Abflüssen Flutmulden I + II Hohe Abflüsse haben überproportional hohe Erosionswirkung Maßnahmen zur Abhilfe: Vergrößerung des Abflussquerschnitts

31 Zusammenfassung Telemac 2D eignet sich für hydraulische Simulation des UW Iffezheim Flussschlauchmodell und Vorlandmodell vorhanden Durch anhaltend hohe Abflüsse und stark veränderliche Sohle unbefriedigende Datenlage für GlQ-Abflüsse vorläufige Eichung und Validierung an Hand von Naturmessung 1998 vorläufige Wasserspiegellagenentwicklung bei GlQ für 3 Peilungen Insbesondere HQ für Sohlerosion verantwortlich

32 ... und Schlussfolgerungen Naturmessung in der Nähe von GlQ notwendig (gleichzeitige Sohlaufnahme, Abflussmessung und Fixierung) bei betrieblich eindeutigen Verhältnisse Abflusskurve Plittersdorf unterliegt erhöhter Unsicherheit lokales Sohlgleichgewicht mit den getroffenen Maßnahmen unter Kontrolle (Geschiebezugabe + Sohlstabilisierung) weitere Sohlstabilisierung unterhalb des Zugabebereichs erforderlich Überlegungen zu abgestimmten Maßnahmen im Vorland und zum bestehenden Regelungskonzept im Hinblick auf die Sohlbettveränderungen Danke für Ihre Aufmerksamkeit

33 GLW-Entwicklung nach WSD Südwest Fahrrinnenvertiefung (1988 abgeschlossen?) Baumaßnahmen an Buhnen Unverändertes Gemisch im Zugabematerial

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