Fachgebiet Wasserbau und Hydraulik
Fachgebiet - Aufgabenbereiche
Am Fachgebiet befassen wir uns im Rahmen von Grundlagenforschung wie auch Forschungs- und Entwicklungsaufträgen mit der Erarbeitung von ingenieurwissenschaftlichen Lösungen aus folgenden Aufgabenbereichen:
Eingesetzte Methoden
Experimenteller Wasserbau
Der experimentelle Wasserbau widmet sich der Untersuchung hydraulischer und hydromechanischer Grundlagen, Prozesse und Zusammenhänge. Die Erkenntnisse und Ergebnisse solcher Untersuchungen dienen der Entwicklung neuer Formelwerke wie auch neuer Bemessungs- und Berechnungsmethoden sowie der Ableitung benötigter empirischer Beiwerte bspw. für die Erweiterung des Einsatzbereiches bewährter Formelwerke. Auch können die Daten zum Kalibrieren und Validieren numerischer Berechnungsmethoden verwendet werden. Die wesentliche Anforderung an solche Untersuchungen besteht in der Kenntnis der Randbedingungen und der genauen Konditionierbarkeit der Versuchszustände.
Physikalische Modelle
Physikalische Modelle bilden Planungen oder den Bestand realer wasserbaulicher Anlagen und/oder Systeme maßstäblich verkleinert ab. Mittels ähnlichkeitsmechanischer Beziehungen können im Modell erfasste Parameter und Prozesse auf die Natursituation übertragen werden. Damit lassen sich die hydraulische Funktionsfähigkeit wasserbaulicher Anlagen bestens untersuchen und aufgrund der erkennbaren Wirkungsgefüge auch Systemoptimierungen austesten. Für physikalische Modelle werden eine Aufbaufläche, eine Wasserzu- und -ableitung sowie Mess-, Steuer- und Regeltechnik benötigt.
Numerische Modelle
Mathematische Gleichungssysteme und deren numerische Lösung bilden den Kern numerischer Modellierungen. Oftmals sind dies die Erhaltungssätze von Masse, Impuls und ggf. auch der Energie, welche an den Rändern infinitesimaler Modelleinheiten bilanziert werden, um daraus schließlich Informationen zum Strömungsverhalten, zu den Wasserständen und zu weiteren hydromechanischen Parametern für das modellierte Gebiet abzuleiten. Numerische Modelle arbeiten stets mit Vereinfachungen, welche sich aus der räumlichen, zeitlichen und mathematischen Diskretisierung ergeben und ggf. um vereinfachende Turbulenzmodelle ergänzt werden. Daher sind konkrete Aussagen nur nach sorgfältiger Kalibrierung und Validierung möglich.
Hybridmodelle
Hybridmodelle vereinen die Stärken physikalischer und numerischer Modelle mittels Kopplung beider Modellarten. Die Art der Kopplung spielt dabei eine wichtige Rolle. So können beispielsweise die ganzheitliche Untersuchung der Funktion und Auswirkung einer wasserbaulichen Anlage in einem Fließgewässer für das Nahfeld der Anlage mit hoher Genauigkeit durch ein physikalisches Modell und die Auswirkungen im Fernfeld der Anlage mit einem großräumig ausgebreiteten numerischen Modell bewerkstelligt werden. Die Kopplung beider Modelle kann durch Werteaustausch in einem definierten Übergabequerschnitt erfolgen.
Ethohydraulische Modelle
Die Schnittstelle zwischen vergleichender Verhaltensforschung und Hydraulik bildet die Basis für ethohydraulische Untersuchungen. Zum Einsatz kommen hier große Laborrinnen mit (modularen) Einbauten und bekannten hydraulischen Situationen. Hier werden Wassertiere eingesetzt und deren hydraulisch-reaktives Verhalten erforscht. Aus den gewonnenen Erkenntnissen und Ergebnissen lassen sich Grenz- und Richtwerte für die tierverträgliche Planung wasserbaulicher Anlagen (bspw. Fischaufstiegsanlagen) sowie konkrete Konstruktionsvorgaben (bspw. für Fischschutz- und -abstiegsanlagen) ableiten.
Feldmesskampagnen
Feldmesskampagnen liefern wichtige Eingangs- und Kalibrierungsdaten für physikalische und numerische Modelle. Zudem helfen die im Rahmen von Feldmesskampagnen erhobenen Daten bei der Bewertung der Funktionsfähigkeit von Bestandsanlagen oder dem Erkennen von Defiziten und deren Ursachen. Zum Einsatz kommen hier sowohl hydrometrische als auch geodätische Messverfahren und -methoden.
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