Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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3D-numerische Modellansätze für die Berechnung von Lawineneinstößen in Speicher
Zusammenfassung Speicherbecken im Pumpbetrieb oder Beschneiungsspeicher können in Zeiträumen großer Lawinengefahr einen hohen Wasserstand aufweisen. In Hinblick auf eine Gefahrenbetrachtung und Risikoabschätzung ist deshalb auch ein möglicher Einstoß einer Lawine in einen gefüllten Speicher zu untersuchen. Der Einstoß einer großen Lawine kann dabei eine Impulswelle erzeugen, welche eine Gefährdung für den Uferbereich, das Absperrbauwerk und in weiterer Folge auch für die Unterlieger darstellt. Um den Effekt abschätzen und mögliche Gegenmaßnahmen (Speicherabsenkung oder bauliche Maßnahmen) überprüfen zu können, haben sich Modellversuche bewährt. Vermehrt kommen aber auch numerische Methoden zum Einsatz, die von allgemein gültigen Berechnungstabellen bis hin zu projektspezifischen 3D-numerischen Berechnungen reichen können. Der Beitrag fasst die Entwicklungen bei der Modellbildung für die Randbedingung und Erzeugung dieser Impulswelle für die 3D-numerische Software FLOW-3D zusammen. Diese umfassen die Definition von (i) Partikelgemischen, (ii) dynamischen Festkörpern und (iii) ausschließlich aus Wasser bestehenden Fluidkörpern in der Sturzbahn der Lawine. Mögliche Konzepte sowie deren Vor- und Nachteile werden aufgezeigt. Zudem wird die Möglichkeit der Modifikation der „Wasserlawine“ durch Modifikation der Startdichte vorgestellt.
Abstract Avalanche impacts into reservoirs can cause an impulse wave which endanger the area around the reservoir, the dam itself and as well the area located downstream of the reservoir. Especially reservoirs for artificial snow production or pump storage can be filled up to high water levels in periods with significant avalanche hazard potential. The investigation of possible impulse wave scenarios is part of the global risk analysis and can lead to a limitation of the maximum permitted water level in the reservoir under specific weather condition or structural measures. To quantify such an impulse wave, general equations, scale model tests or numerical simulations can be applied. Within the present paper focus is put on different approaches to model an avalanche impact into a reservoir and the corresponding impulse wave generation by use of the 3D-numerical simulation tool FLOW-3D. Different modelling concepts are presented and discussed, consisting of (i) particle-water-mixtures, (ii) moving objects and (iii) pure water avalanches. In addition to this review on the development, preliminary results of the advanced water avalanche are compared to the equations provided by the ETH Zürich. Therefore, the possibility to define a different density for each initial fluid region is used and two parameters (initial velocity of the avalanche at the start and the adapted density of the model avalanche) are varied.
3D-numerische Modellansätze für die Berechnung von Lawineneinstößen in Speicher
Zusammenfassung Speicherbecken im Pumpbetrieb oder Beschneiungsspeicher können in Zeiträumen großer Lawinengefahr einen hohen Wasserstand aufweisen. In Hinblick auf eine Gefahrenbetrachtung und Risikoabschätzung ist deshalb auch ein möglicher Einstoß einer Lawine in einen gefüllten Speicher zu untersuchen. Der Einstoß einer großen Lawine kann dabei eine Impulswelle erzeugen, welche eine Gefährdung für den Uferbereich, das Absperrbauwerk und in weiterer Folge auch für die Unterlieger darstellt. Um den Effekt abschätzen und mögliche Gegenmaßnahmen (Speicherabsenkung oder bauliche Maßnahmen) überprüfen zu können, haben sich Modellversuche bewährt. Vermehrt kommen aber auch numerische Methoden zum Einsatz, die von allgemein gültigen Berechnungstabellen bis hin zu projektspezifischen 3D-numerischen Berechnungen reichen können. Der Beitrag fasst die Entwicklungen bei der Modellbildung für die Randbedingung und Erzeugung dieser Impulswelle für die 3D-numerische Software FLOW-3D zusammen. Diese umfassen die Definition von (i) Partikelgemischen, (ii) dynamischen Festkörpern und (iii) ausschließlich aus Wasser bestehenden Fluidkörpern in der Sturzbahn der Lawine. Mögliche Konzepte sowie deren Vor- und Nachteile werden aufgezeigt. Zudem wird die Möglichkeit der Modifikation der „Wasserlawine“ durch Modifikation der Startdichte vorgestellt.
Abstract Avalanche impacts into reservoirs can cause an impulse wave which endanger the area around the reservoir, the dam itself and as well the area located downstream of the reservoir. Especially reservoirs for artificial snow production or pump storage can be filled up to high water levels in periods with significant avalanche hazard potential. The investigation of possible impulse wave scenarios is part of the global risk analysis and can lead to a limitation of the maximum permitted water level in the reservoir under specific weather condition or structural measures. To quantify such an impulse wave, general equations, scale model tests or numerical simulations can be applied. Within the present paper focus is put on different approaches to model an avalanche impact into a reservoir and the corresponding impulse wave generation by use of the 3D-numerical simulation tool FLOW-3D. Different modelling concepts are presented and discussed, consisting of (i) particle-water-mixtures, (ii) moving objects and (iii) pure water avalanches. In addition to this review on the development, preliminary results of the advanced water avalanche are compared to the equations provided by the ETH Zürich. Therefore, the possibility to define a different density for each initial fluid region is used and two parameters (initial velocity of the avalanche at the start and the adapted density of the model avalanche) are varied.
3D-numerische Modellansätze für die Berechnung von Lawineneinstößen in Speicher
Concepts to simulate avalanche impacts into a reservoir based on 3D-numerics
Dr. Gabl, Roman (Autor:in) / DI Seibl, Jakob (Autor:in) / DI Pfeifer, Manfred (Autor:in) / Dr. Gems, Bernhard (Autor:in) / Univ.-Prof. Dr.-Ing. Aufleger, Markus (Autor:in)
Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft ; 69 ; 66-75
30.09.2016
10 pages
Aufsatz (Zeitschrift)
Elektronische Ressource
Deutsch
3D-numerische Modellansätze für die Berechnung von Lawineneinstößen in Speicher
| Online Contents | 2016
Thermische Gebäudesimulation : kritische Prüfung unterschiedlicher Modellansätze
| UB Braunschweig | 1994