Der Einfluss der Vegetationseigenschaften auf schießende Luft-Wasser-Strömungen (V-A-W-Flow)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Holger Schüttrumpf
• Fachliche Zuordnung: Geotechnik, Wasserbau
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 471796635

Hochwasserereignisse wie beispielsweise das Elbhochwasser 2002 können zu hohen monetären Schäden und Personenschäden führen, insbesondere wenn der technische Hochwasserschutz versagt und das Hochwasser ins Landesinnere strömt. Retentionsflächen dienen zur Kappung der Hochwasserspitze und somit Entschärfung des Flutereignisses. Hierbei wird ein Teil des Flusswassers über Überströmstrecken in Retentionsbecken umgeleitet und dort zwischengespeichert. Überströmstrecken werden häufig als Beton- oder Erdbauwerke mit Deckwerken errichtet. Mit steigendem Umweltbewusstsein und steigenden Kosten zur Unterhaltung alternder Infrastruktur gewinnen naturbasierte Lösungen, wie z. B. begrünte (Überström-)Deiche, jedoch immer mehr an Bedeutung.Überströmstrecken sind so zu dimensionieren, dass der Bemessungsabfluss ohne Schäden über das Bauwerk geführt werden kann. Die für die Bemessung relevanten Strömungsparameter, der Lufteintrag, die Energiedissipation und der Fließwiderstand inklusive Reibungskoeffizienten werden von der Oberflächenstruktur beeinflusst. Umfangreiche Forschung wurde für typische Überströmbauwerke, wie glatte, getreppte und mit Steinen gebildete Schussrinnen, durchgeführt. Zudem wurde die Wirkung von Vegetation auf die Fließgeschwindigkeit und den Fließwiderstand in unbelüfteten Strömungen untersucht, wenngleich meinst für strömende Abflüsse. Der Einfluss der Vegetationseigenschaften auf die Strömung und die Strömungsbelüftung in schießenden Luft-Wasser-Abflüssen entlang begrünter Schussrinnen, wie z. B. Überströmdeichen, ist bislang jedoch wenig erforscht, was zu Unsicherheiten in der Bemessung führt. Aus diesem Grund zielt der vorliegende Antrag auf ein verbessertes Verständnis zu den Fließ- und Belüftungsprozessen auf begrünten Schussrinnen und der Quantifizierung von Bemessungsparametern als Funktion der Vegetationseigenschaften unter Berücksichtigung der Strömungsbelüftung ab. Um die Strömungs- und Belüftungsprozesse auf begrünten Schussrinnen zu verstehen und die Energiedissipation und den Fließwiderstand in Abhängigkeit von den Vegetationseigenschaften zu quantifizieren werden Überströmsimulationen durchgeführt. Die hydraulischen Randbedingungen und die Vegetationseigenschaften werden dabei systematisch variiert, wofür natürliche Deckschichten in Form von Rollrasen mit unterschiedlicher Vegetationshöhe und -dichte zum Einsatz kommen. Botanische Analysen erlauben eine Parametrisierung der Vegetation. Die Strömungs- und Belüftungsparameter werden während der experimentellen Untersuchungen mithilfe von Leitfähigkeitssonden mit zwei Sondenspitzen aufgenommen. Anhand der gesammelten Daten werden unter Einbezug theoretischer Überlegungen der Einfluss der Vegetationseigenschaften auf Strömungsparameter, Strömungsbelüftung, Energiedissipation und Fließwiderstand in schießendem Luft-Wasser-Abflüssen auf begrünten Schussrinnen analysiert und der Zusammenhang von Strömung, Belüftung und Vegetationseigenschaften bestimmt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen