Turbulentes Strömungsverhalten in Schluchten

• Antragstellerin: Dr. Eva Kwoll
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279698502

Die Erosionsrate mit welcher anstehendes Gestein durch die Flüsse der Erde abgetragen wird, bestimmt die Geschwindigkeit mit der sich Gebirge ausbilden und Landschaften entwickeln. Auf ihrem Weg zum Ozean erodieren Flüsse Gestein und graben tiefe Täler und Schluchten. Außerdem trägt die Abtragung von Gestein in tektonisch aktiven Gebieten zur isotatischen Heraushebung gigantischer Gebirgsketten bei. Um mit Hilfe von Landschaftsmodellen vorhersagen zu können wie die Erdoberfläche auf tektonische und klimatische Veränderung reagiert, bedarf es daher einer genauen Bestimmung der Flusseinschnittsrate. Die Flusseinschnittsrate wird entscheidend durch die aus dem Strömungsfeld resultierenden Schubspannungen bestimmt. Bis dato existieren jedoch kaum Studien zum Strömungsverhalten in Schluchten. Dies liegt zum Einen an ihrer schweren Zugänglichkeit und zum Anderen an der Gefahr, die von starken Strömungen ausgeht. Aus diesem Grund basieren derzeitige Modellansätze auf der Annahme eines gleichförmigen Strömungsverhaltens und daraus abgeleitete Schubspannungen. Eine erste kanadische Studie zeigte jedoch kürzlich, dass das Strömungsverhalten besonders in engen Schluchten maßgeblich von diesem bisher angenommen Verhalten abweicht.Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es ein verbessertes Verständnis des turbulenten Strömungsfeldes in Schluchten zu erlangen. Es soll zur wissenschaftlich fundierten Bestimmung der Flusseinschnittsrate führen, welche anschließend in Landschaftsmodelle implementiert werden kann. Das Projekt wurde konzipiert um gezielt den Einfluss des Schluchtenlängenverhältnisses (Weite/Tiefe) und der Abflussrate auf das Strömungsfeld, und somit die Verteilung der Schubspannungen, zu untersuchen.Das 2-jährige Projekt verfolgt einen dualen methodischen Ansatz. Der erste Projektteil besteht aus der Erhebung und Analyse von umfassenden Felddaten. Schiffsgestützte Messungen werden in zwei Schluchten des kanadischen Fraser Rivers durchgeführt, welche unterschiedliche Längenverhältnisse und Abflussraten aufweisen. Durch Anwendung etablierter, ursprünglich ozeanographischer Messgeräte werden neuartige, hochaufgelöste Messungen des Strömungsfeldes und der Topographie der Schluchten durchgeführt.Der zweite Projektteil besteht aus der Durchführung von experimentellen Versuchen am Strömungskanal. Die Versuche ermöglichen durch die Messung des Strömungsfeldes eines weiten Spektrums von Längenverhältnissen und Abflussraten unter kontrollierten Bedingungen. Außerdem gestatten die hochaufgelösten Labormessungen die Analyse des gesamten turbulenten Spektrums. Der komplementäre Ansatz aus Feld- und Labormessungen ermöglicht die systematische Extrapolation der Feldmessungen und das Erlangen eines deterministischen Verständnisses der turbulenten Strömung in Schluchten. Die Ergebnisse werden maßgeblich zur verbesserten Vorhersage der Flusseinschnittsrate führen und zielen so auf die Überwindung der derzeit größten Unsicherheiten in Landschaftsmodel

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Kanada
• Gastgeber: Professor Dr. Jeremy Venditti