Das Projekt "Vorhaben: Fließgewässerhydraulik und Strömungs-Bauwerk-Interaktion (waveSTEPS_B)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Aachen, Fachbereich Bauingenieurwesen, Lehr- und Forschungsgebiet Wasserbau durchgeführt. Die Arbeiten befassen sich mit experimentellen Untersuchungen zum Fließwiderstand in Rinnen mit getreppter Sohle unter stationären Strömungsbedingungen. Hiermit wird das Ziel verfolgt, die grundlegenden, Energie abbauenden Prozesse systematisch zu untersuchen und die Erkenntnisse auf den zeitlich veränderlichen - und damit messtechnisch schwieriger zu erfassenden - Fall des Wellenauflaufs auf getreppte Deckwerke zu übertragen. Die Energie abbauenden Prozesse sollen in der Strömungsrinne der FH Aachen untersucht werden. Hierzu werden getreppte Sohlen mit variierenden Geometrien eingebaut und die Geschwindigkeitsfelder für unterschiedliche Fließzustände analysiert. In einem ersten Schritt werden dazu horizontale Sohlen betrachtet, um ein grundsätzliches Verständnis über die maßgebenden hydraulischen Prozesse zu erlangen. Um die gewonnenen Erkenntnisse später auf den Fall des Wellenauflaufs auf getreppte Deckwerke übertragen zu können, werden in einem zweiten Schritt Strömungen auf getreppten Sohlen mit Gegengefälle betrachtet. Hiermit wird dem Einfluss der Gravitation Rechnung getragen. Beide Versuchsreihen werden unter stationären Randbedingungen durchgeführt, um die maßgebenden Parameter (Geschwindigkeitsverteilungen und Fließtiefen) über einen längeren Zeitraum untersuchen zu können. Zur Messung der Geschwindigkeitsfelder werden sowohl intrusive Messsonden als auch eine Hochgeschwindigkeitskamera eingesetzt. Fließtiefen werden mit Ultraschallsensoren gemessen. Da die zu untersuchende Strömung hochturbulent ist und durch signifikanten Lufteintrag, welcher sich unmittelbar auf Fließwiderstände auswirkt, geprägt ist, wird zusätzlich der lokale Luftgehalt im Strömungsfeld messtechnisch ermittelt. Alle Versuchsergebnisse sollen dem Projektpartner (Untersuchung des instationären Wellenauflaufs in einem Wellenkanal) durch ständigen Datenaustausch zur Verfügung gestellt werden, um das Versuchsprogramm bei Bedarf an den fortschreitenden Erkenntnisgewinn anpassen zu können.
Das Projekt "Leitantrag; Vorhaben: Instationäres physikalisches Modellwesen (waveSTEPS_A)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hannover, Ludwig-Franzius-Institut für Wasserbau, Ästuar- und Küsteningenieurwesen durchgeführt. In Küstennähe besteht eine Diskrepanz zwischen notwendigen Bereichen für den Küstenschutz und Flächen zur Erholung und touristischen Nutzung. Eine interessante Möglichkeit einen Uferabschnitt in urbanen Gebieten unabhängig vom Wasserstand auch für den Tourismus zugängig zu machen und trotzdem dem Hochwasserschutz Rechnung zu tragen, ist den Uferbereich durch ein getrepptes Deckwerk mittels befestigter Stufen auszubilden. Durch die geometrische Homogenität sind diese Deckwerke hinsichtlich des Hochwasserschutzes deutlich kalkulierbarer einsatzfähig. Auch in dichtbesiedelten Ästuaren gewinnen getreppte Deckwerke zunehmend an Bedeutung. Ziel des zu beantragenden Forschungsprojektes ist es daher, Erkenntnisse des Einflusses von getreppten Deckwerken auf die Wellenauflaufhöhen und Wellenüberlaufmengen zu bestimmen und daraus bemessungsrelevante Rückschlüsse zur Verbesserung der Dimensionierung und konstruktiven Ausbildung von Deichen in urbanen Gebieten zu erzielen. Einer erweiterten Literaturstudie schließen sich hydraulische Modellversuche in drei einzelnen Arbeitspakete (AP) an. In AP1 wird das Systemverhalten der Interaktion von regelmäßigen Wellen und Seegang mit getreppten Deckwerken kleinskalig in einem Wellenkanal analysiert. Geometrische und hydraulische Randbedingungen werden variiert, um allgemeingültige Aussagen über das Systemverhalten zu erhalten. In AP2 werden verschiedenste temporäre Strömungsprozesse in einer Strömungsrinne stationär nachgebildet, um die Ausbildung von Scherschichten zwischen der Hauptströmung und den mit Wasser gefüllten Stufennischen sowie die damit verbundene Energiedissipation während eines einzelnen Wellenauf- und Ablaufprozesses systematisch zu untersuchen. Durch die hochturbulente und stark belüftete Interaktion von Seegang mit getreppten Deckwerken müssen in AP3 großmaßstäbliche Versuche (Maßstab 1:1) durchgeführt werden, um Skalierungseffekte auszuschließen und eine belastbare Bemessungsgrundlage zu schaffen.