Simulationen der Sedimentdynamik in überkritischen Strömungen mit freier Wasseroberfläche

• Antragsteller: Harald Köstler; Professor Dr.-Ing. Bernhard Vowinckel
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569695058

Dieses Projekt zielt darauf ab, unser Verständnis der Antidunendynamik in überkritischen Strömungen zu vertiefen, mit dem Schwerpunkt, eine systematische Kampagne von numerischen Simulationen mit gut kontrollierten Randbedingungen durchzuführen. Antidünen, kurzwellige periodische Störungen, die in Phase mit der Wasseroberfläche auftreten, sind entscheidende Merkmale für die Untersuchung der Strömungsdynamik in offenen Kanälen, alluvialen Flüssen und Ästuaren. Trotz ihrer Bedeutung bleibt das Verständnis von Antidünen begrenzt, insbesondere im Vergleich zu Dünen, die ausschließlich in subkritisch strömenden Gerinnen entstehen. Mit diesem Forschungsvorhaben werden existierende Wissenslücken untersucht, die mit dem Fehlen umfassender experimenteller Datensätze zur Beschreibung von Strömungs-Sediment-Interaktionen bei Vorhandensein von Antidünen zusammenhängen. Besonderes Augenmerk wird auf die Form, Symmetrie und räumliche Variabilität von Antidünen in überkritischen Strömungen gelegt. Die Forschung wird hochmoderne numerische Simulationen einsetzen, um hochaufgelöste Daten zu erhalten, die in experimentellen Aufbauten nicht erzielt werden können. Diese Simulationstechnik, die die Bewegung und Strömung um einzelne Partikel auflöst, hat sich als vielversprechend erwiesen, um experimentelle Bedingungen zu replizieren und die Entwicklung von aufwärts wandernden Antidünen genau zu simulieren. Die Daten liefern daher detaillierte Einblicke in die Mechanik der Antidunenbewegung, einschließlich der Partikeltransportmodi und des Einflusses von Strömungsbedingungen auf den Sedimenttransport. Die Studie wird auch die Auswirkungen von Bettpermeabilität auf die Antidunenmorphodynamik erforschen und Einblicke liefern, wie diese Faktoren Strukturänderungen über dem Bett in überkritischen Bedingungen beeinflussen. Die Forschungsergebnisse werden zu einem umfassenderen Verständnis von Antidünen, ihrer Bildung und ihrer Auswirkungen auf den Sedimenttransport in steilen alluvialen Strömungen beitragen. Dieser Forschungsvorschlag zielt darauf ab, einen ganzheitlichen Blick auf die Antidunendynamik zu bieten und zur Entwicklung genauer Modelle zur Vorhersage von Bettformen unter überkritischen Strömungsbedingungen beizutragen. Die Ergebnisse werden nicht nur unser grundlegendes Wissen über geomorphologische Prozesse verbessern, sondern auch praktische Anwendungen in der Hochwassermanagement, der Spülung von Stauseen und der Erhaltung stratigraphischer Aufzeichnungen haben

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen