Transport- und Mischprozesse an Flussmündungen

• Antragsteller: Alexander Sukhodolov, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung ; Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 255884283

Flussmündungen, d.h. Orte an denen sich zwei Fließgewässer vereinigen, stellen fundamentale Komponenten natürlicher Gewässernetze dar. Die unterschiedliche Topographie, Geologie, Bodeneigenschaften und Landnutzung in den entsprechenden kleinskaligeren Einzugsgebieten führt dazu, dass die entsprechenden Fließgewässer bestimmte konservativen Eigenschaftenaufweisen und z.T. unterschiedliche Materialien transportieren. Kommt es zum Zusammenschluss zweier Fließgewässer, werden die unterschiedlichen Eigenschaften als auch die transportierten Materialien zusammengeführt und es kommt zu Durchmischungsprozessen. Obwohl die fluvialen dynamischen Prozesse an Flussmündungenin den letzten Jahrzehnten eingehend untersucht worden sind, fand die Untersuchung des Einflusses von Mündungen auf die Durchmischung konservativer Tracer, Schwebstoffen, und Sohlenmaterial bis heute nur wenig Beachtung. Aufgrund dieser Tatsache besteht in diesem Themengebiet noch erheblicher Forschungsbedarf. Das Ziel des Projektes besteht deshalb in der Verbesserung des Wissenstands im Hinblick auf laterale Mischungsprozesse und Mischungsprozesse direkt unterhalb von Flussmündungen durch die Kombination von Feldexperimenten und numerischer Modellierung. Die Feldmessungendienen zur Untersuchung der Mischungsprozesse unter semi-kontrollierten Bedingungen und um den Einfluss hydrologischer als auch morphologischer Variabilität zu bestimmen.Sie werden durch 3D-numerische Modellierungen komplettiert, die auf fundamentalen physikalischen Prinzipien von Strömungen und Massentransport basieren.In den entsprechenden Untersuchungen werden die Mischungs- und Transportprozesse unter Berücksichtigung der kontrollierenden Faktoren direkt bestimmt, um den Einfluss stromabwärts gerichteter vertikaler Zellen und turbulenter kohärenter Strukturen besser zu verstehen. Die erhaltenen Datensätze ermöglichen die Entwicklung quantitativer Modelle zur Beschreibung der Entstehungsmechanismen solcher Zellen und die Interaktion der Zellen mit großskaliger Sohlenmorphologie. Dies beinhaltet den Effekt von Sohlenunregelmäßigkeiten auf die stromabwärtsgerichteten vertikalen Zellen. Die Effekte der Sohlrauheit und der räumlichen Heterogenität in der Druckverteilung werden durch zusätzliche numerische Modellierungen ebenfalls untersucht. Hierzu werden die experimentellen Ergebnisse (Mischungsraten) direkt mit konventionellen hydrodynamischen Parametern wie die turbulente Wirbelviskosität und gemittelten Strömungsparametern verknüpft. Die Felduntersuchungen werden an drei Flüssen durchgeführt, der internationalen Feldmessstation Tagliamento, Italien, und den Zusammenflüssen der Flüsse Ledra und Oder-Neisse. Hochauflösende numerische Modellierungen werden den Bereich und die Auflösung des Parameterraums erweitern und zu vertieften Einblicken in Mischungs- und Transportprozesse führen, die wiederum zur Weiterentwicklung von Theorien im Hinblick auf fluviale Prozesse genutzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen