Large-Eddy-Simulation von durch-, und überströmter Vegetation

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Rodi
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung von 2004 bis 2008
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5421822

Der Fliesswiderstand von durch- und überströmter Vegetation spielt, insbesondere bei der Prognoseberechnung von Hochwasserszenarien, eine dominierende Rolle. Zur rechnerischen Erfassung der Strömung in naturnahen Flussläufen ist demnach das Verständnis der Wechselwirkung zwischen Strömung und Vegetation eine wesentliche Voraussetzung. Dabei ist es von entscheidender Bedeutung, die Mechanismen, die zur Wirbelablösung sowie zur Bildung und Ausbreitung von kohärenten Wirbelstrukturen führen, zu identifizieren. Des weiteren besteht die Notwendigkeit, diese physikalischen Vorgänge in geeignete Widerstandsgesetze zu formulieren bzw. bereits bestehende Vorhersagemethoden zu überprüfen oder zu verbessern. Zu diesem Zweck sollen Large-Eddy Simulationen (LES) der Strömung in Gerinnen mit durch- und überströmter Vegetation durchgeführt werden, bei denen sich ein zeitlich wie räumlich hoch aufgelöstes Bild des gesamten Strömungsfeldes erzielen lässt. Insbesondere soll dabei auch die Strömung um bzw. über die einzelnen Vegetationselemente im Detail berechnet werden, wobei die Elemente durch Kreiszylinder idealisiert werden. Rechnungen sollen für vier verschiedene Prototypen vorgenommen werden, wobei die Komplexität der Konfigurationen schrittweise erhöht wird vom einfachsten Fall des kompletten Durchströmens bis hin zu einem gegliederten Gerinne mit Vegetation auf dem Vorland. Für die verschiedenen Prototypen werden die LES Rechenergebnisse anhand ausgesuchter Labordaten validiert und es werden sodann LES Rechnungen für einen erweiterten Parameterbereich durchgeführt. Mit Hilfe detaillierter Auswertungen und auch Visualisierungen sollen die physikalischen Mechanismen geklärt und die Abhängigkeit der Strömungsausbildung in all ihren Details sowie des Widerstandsverhaltens von den verschiedenen Parametern bestimmt werden. Schließlich sollen diese Ergebnisse zu einer Bewertung der Prognosefähigkeit einfacher Ingenieurmethoden sowie zu deren Verbesserung eingesetzt werden, um allgemeingültige, praxistaugliche Modellansätze zur Beschreibung des Widerstandsverhaltens von Gerinnen mit Vegetation zu erhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen