Innovationen in der Modellierung von Sedimenttransport und Morphodynamik basierend auf dem Simulationsmodell iSed: Fid-Bau Portal

Innovationen in der Modellierung von Sedimenttransport und Morphodynamik basierend auf dem Simulationsmodell iSed

DI Dr. Tritthart, Michael / Liedermann, Marcel / Klösch, Mario / Habersack, Helmut

Zusammenfassung In dieser Arbeit werden aktuelle Entwicklungen in der Simulation von Sedimenttransport und Morphodynamik anhand des Modells iSed vorgestellt, das an der Universität für Bodenkultur Wien entwickelt wurde. Das Computermodell wird mit externen Hydrodynamikmodellen gekoppelt, um das Strömungsfeld als Grundlage zur Simulation von Sedimenttransportvorgängen zu erhalten. In der Arbeit werden die einzelnen Prozesse, die modelltechnisch erfasst werden müssen, samt der zugrunde liegenden Formeln näher erläutert. Im Anschluss daran wird die generelle Modellvalidierung anhand der Daten eines Laborgerinnes mit 180°-Krümmung unter instationären Fließbedingungen präsentiert. Das Modell wurde in weiterer Folge auf einen Abschnitt der österreichischen Donau östlich von Wien angewendet. Die errechneten Geschiebetransportraten einschließlich deren raumzeitlicher Variabilität zeigten eine sehr gute Übereinstimmung mit Messdaten. Darüber hinaus konnten mit dem Modell erstmals auch die in der Donau vorhandenen Sohlformen und deren stromabwärtige Bewegung erfolgreich simuliert werden. Die Durchführung fraktionierter Berechnungen samt Kornsortierung und das Vorliegen detaillierter Freilandmessungen für Modellaufbau und Kalibrierung bilden dafür eine essenzielle Voraussetzung.

Abstract This work presents recent developments in the simulation of sediment transport and morphodynamics on the basis of the simulation model iSed, which was developed at the University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna. The computer model is coupled with external hydrodynamic models to obtain the flow field as the basis for the simulation of sediment transport processes. The paper first defines the physical processes that must be captured by a model as well as their underlying equations. Thereafter the general model validation based on data from a laboratory flume with a 180° bend under unsteady flow conditions is shown, a model that has also been applied to study a section of the Danube River east of Vienna. The calculated bedload transport rates as well as their spatio-temporal variability showed a very good agreement with measurement data. Moreover the model allowed for the first time a successful simulation of the bed forms present in the Danube as well as their downstream movement. In order to achieve this, non-uniform calculations including grain sorting, as well as detailed field measurement data for the model setup and calibration, constitute essential prerequisites.