Merkblatt DWA-M 540 „Mehrdimensionale morphodynamisch-numerische Modelle für Fließgewässer“

Das Merkblatt behandelt die Grundlagen und den Einsatz der genannten Modelle. Die Technik wird als Standard gesehen, der für den Einsatz in der Ingenieurpraxis zur Verfügung steht. Damit steht dem planenden Ingenieur ein umfangreicheres Instrumentarium für Planungen an Gewässern bereit. Das Merkblatt liefert dazu auch Anwendungsbeispiele.

Der Sedimenttransport als treibende Kraft der Morphodynamik bleibt auch in stark überprägten Fließgewässern meist aktiv. Viele anthropogene Eingriffe wie Begradigung, Uferschutz, Fluss- und Stauregelung, Bewirtschaftung der Sohlensedimente und Baggern und Verklappen überprägen dabei die natürliche Morphodynamik. Durch Renaturierungsmaßnahmen zur ökologischen Aufwertung stark veränderter Gewässer wird der Sedimenttransport sogar wieder verstärkt. Deshalb ist der Geschiebe- und Schwebstofftransport in allen Gewässern mit konstruktiv nicht völlig unterbundenen bettbildenden Prozessen im Flussbau stets zu berücksichtigen. Dies vor allem, wenn die Nachhaltigkeit von Ausbau- und Unterhaltungsmaßnahmen überprüft und durch angepasste Maßnahmen wie zum Beispiel örtliche Sohlenbefestigungen und Feststoffbewirtschaftungen optimiert werden soll. Deshalb ist die problemgerechte Analyse und Prognose des Feststofftransports in allen relevanten Ausprägungen und damit die Morphodynamik, das heißt die Veränderung der Gestalt von Fließgewässern durch bettformende Prozesse, wichtiges Ziel flussbaulicher Untersuchungen. Hierzu werden in der heutigen Ingenieurpraxis überwiegend hydrodynamisch-numerische Strömungs- und Feststofftransportmodelle eingesetzt, wobei zumeist tiefengemittelt-zweidimensionale Modelle verwendet werden, die den Schwerpunkt des vorliegenden Merkblatts bilden.

Der übliche Adressat von DWA-Merkblättern, der in Verwaltungen oder Ingenieurbüros tätige Ingenieur, der vor praktischen Modellierungsproblemen steht, ist mit der heute angebotenen Modelltechnik in die Lage versetzt, diese Aufgaben anzugehen. Numerische Feststofftransportmodelle haben sich in Ergänzung zu mehrdimensionalen Strömungsmodellen als Standardwerkzeug in der Ingenieurpraxis etabliert. Dies betrifft insbesondere die tiefengemittelten zweidimensionalen Modelle. Eindimensionale Feststofftransportmodelle werden eher für lange Gewässerabschnitte und Langzeitaussagen angewendet. Dreidimensionale Modelle werden wegen des zum Teil erheblichen Rechenzeitaufwands meist nur für Sonderprobleme des Feststofftransports wie lokale Kolkbildung sowie an Hochschulinstituten und vergleichbaren Einrichtungen angewendet. Dies gilt auch für physikalische Modelle. Deshalb liegt der Fokus im vorliegenden neuen Merkblatt „Mehrdimensionale morphodynamisch-numerische Modelle für Fließgewässer“, das in der DWA-Arbeitsgruppe WW-2.4 „Feststofftransportmodelle“ (Sprecher: PD Dr.-Ing. habil. Peter Mewis) des Fachausschusses WW-2 „Morphodynamik und Sedimentmanagement“ entstanden ist, auf tiefengemittelten, zweidimensionalen numerischen Modellen und ihrer Anwendung in der Ingenieurpraxis.

Die erleichterte Anwendung von Feststofftransportmodellen kann aber dazu führen, dass das für Fragestellungen des Feststofftransports fundamentale Fachwissen beim Bearbeiter nicht ausreichend vorliegt. Das vorliegende Merkblatt vermittelt daher das aus Sicht erfahrener Ingenieure erforderliche Fachwissen hinsichtlich der semiempirischen Ansätze zum Feststofftransport und der Erhaltungsgleichungen sowie der Anfangs- und Randbedingungen zur Erstellung und zum Betrieb des morphodynamischen Modells. Weiterhin gibt es Hinweise auf die erforderlichen Daten zum Aufbau, zur Kalibrierung und zur Verifikation der Modelle sowie zur problemgerechten Interpretation der Ergebnisse.

Merkblatt DWA-M 540 „Mehrdimensionale morphodynamisch-numerische Modelle für Fließgewässer“, Juli 2021, 126 Seiten, ISBN 978-3-96862-123-4, Ladenpreis: 128 Euro, fördernde DWA-Mitglieder: 102,40 Euro

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