Skizzieren Sie grob das Shieldsdiagramm mit Kurvenverlauf, den drei Rauheitsbereichen und den Parametern auf der x- und y-Achse inkl. der Formeln.
Erläutern Sie die Entstehung einer statischen Deckschicht.
Keine Geschiebezufuhr von Oberstrom. Deckschichtbildung durch sukzessive Steigerung des Strömungsangriffs, feinere Körner werden erodiert, so dass der Anteil der gröberen Körner an der Sohlenoberfläche zunimmt. Die theoretisch maximal erreichbare Stabilität wird durch die Kornzusammensetzung des Unterschichtmaterials vorgegeben. Bei größeren Durchflüssen und damit wirkenden Schubspannungen kann die Deckschicht wieder aufgerissen werden und der Prozess beginnt erneut.
Erläutere statische Deckschicht und mobile Deckschicht.
Welche Voraussetzungen müssen für die Entstehung mobiler Deckschichten vorliegen?
Geschiebezufuhr von Oberstrom. Sieblinie der Deckschicht ist deutlich gröber als die des austransportierten Materials. Es findet ein vertikaler Sortierungsprozess statt, der zu einem Ausgleich der Mobilitätsunterschiede kann, so dass alle Fraktionen der Deckschicht gleichermaßen in Bewegung sein können.
Nennen Sie drei naturnahe Maßnahmen, mit denen die Stabilität eines Gewässers erhöht werden kann.
Gewässerverbreitung: Vergrößerung des Abflussquerschnitts, Verringerung der Wassertiefe, Reduzierung der Sohlschubspannung
Fließgewässerverlängerung: Reduzierung Sohlgefälle —> Reduzierung Sohlenschubspannung
Gewässerverzweigung: Reduzierung Fließgeschwindigkeit —> Reduzierung Sohlenschubspannung
Grobkornanreicherung: Erhöhung kritische Sohlschubspannung
Geschiebezugabe: Ausgleich abtransportiertes Geschieb
Wie sehen die Sieblinien für eine Unterschicht, Deckschicht im Zwischenzustand und Deckschicht im Grenzzustand aus?
Bei welcher Höhe ist hier der bordvoller Abfluss?
5 m
Wie ändert sich die Sinkgeschwindigkeit eines Korns mit steigender Wassertemperatur?
steigt
Was tun bei Geschiebeüberschuss und was bei Geschiebedefizit?
Bei Überschuss:
Geschiebefalle am Beginn der Umgestaltung
Bei Defizit:
geplante Gewässerbreite vergrößern
geplanten Fließweg verlängern
vorhandenen Fließweg als Entlastungsgerinne nutzen
Depotschüttung am Beginn der Umgestaltung
Wie sind partieller Transport und voller Transport charakterisiert?
partieller Transport: Sieblinie des Geschiebes enthält alle Fraktionen des Unterschichtmaterials, aber in einer feineren Zusammensetzung
voller Transport: Sieblinie des Geschiebes ist gleich der Sieblinie des Unterschichtmaterials
Wo ist hier kein, partieller, voller Transport vorzufinden?
Definition Transportgleichgewicht.
Eintrag = Austrag
—> keine zeitliche Änderung der Sohlenlage und Kornzusammensetzung
Kommt es bei sandgeführten Gewässern zu einer Deckschichtbildung?
Normalerweise nicht…
Formel für 𝛕0,crit,,crit.
Warum sollte die Sohlenschubspannung 𝝉0 bei einem kompakten Gerinne mit dem hydraulischen Radius R und nicht mit der Wassertiefe h berechnet werden? Welche Auswirkungen hat eine Vereinfachung auf das Ergebnis?
Bei einem kompakten Gerinne ist der Einfluss der Ufer auf die Gesamtrauheit größer als bei einem breiten Gerinne. Wird mit h statt mit R gerechnet, wird 𝝉 überschätzt.
Eine Erosionsstrecke soll durch eine Profilaufweitung nach oberstrom stabilisiert werden. Erläutern Sie mit Hilfe einer Skizze in verständlicher Form die grundlegende Wirkung dieser Maßnahme.
→ größerer Querschnitt -> geringere Fließgeschwindigkeit -> Ablagerung von transportiertem (d.h. oberstrom erodiertem) Material in der Aufweitung → Aufhöhung der Sohle, dadurch Anhebung der Wasserspiegellage → ggf. Erosion am unteren Ende der Aufweitung durch fehlendes Material von oberstrom.
Nennen Sie zwei Herkunftsquellen der in Fließgewässern transportierten Feststoffe (Geschiebe und Schwebstoffe). Durch welche Maßnahmen können die Einträge verringert werden?
Sohle
Ufer
—> Ufersicherungsmaßnahmen
aus der Fläche
—> Uferrandstreifen, Sandfanggräben
Bei einem Hochwasser mit großer Schwebstofffracht wird ein Auewald, der teils aus Buschbewuchs, teils aus Hochbewuchs (einzelne Baumstämme) besteht, durchströmt. In welchen Teilen des Auewaldes lagert sich mehr Feinsediment ab? Begründen Sie kurz.
Im durchströmten Buschbewuchs wird die Fließgeschwindigkeit, insbesondere bei Belaubung, stark reduziert. Die mitgeführten Schwebstoffe werden zum Großteil „ausgefiltert“
Sie möchten bestimmen, ob bspw. Sand in Schwebe transportiert wird, wie gehen Sie vor, wenn der Durchfluss gegeben ist (NICHT über Z)? —> Suspensionsbedingung
Ansatz: in Schwebe, wenn um > umcrit oder u* > u*crit
Erläutern Sie was der Zwischenzusatand im Hinblick auf die zu erwartende Gesamttransportrate des Sohlmaterials aussagt.
In geringer Höhe über der Sohle wird der Sand auch in Suspension transportiert, in größerer Höhe wird wenig Sand in Suspension erwartet. D.h. die Gesamttransportrate des Sohlmateri- als wird größer sein als die gemessene Geschiebetransportrate.
Nennen Sie zwei rechnerische Ansätze mit denen der Geschiebetransport abgeschätzt werden kann.
MPM (Schubspannungsansatz)
Einstein
Yang (Energieansatz) —> hier Betrachtung Gesamttransport, nicht nur Geschiebe
Wenn du bestimmen möchtest, ob sich ein Abschnitt im GG befindet oder Erosion bzw. Sedimentation vorliegt, vergleichst du welche Werte?
Qb1 und Qb2 bzw. Gb1 und Gb2
Wieso liegt kein Normalabfluss vor bei einem Fluss mit Is = 0?
Is = 0 bei Normalabfluss —> IE = 0 —> kein Abfluss
Welche Transportraten und -mengen gibt es und wie lauten die jeweiligen Einheiten?
Wie lautet die Gleichung für Geschiebetrieb?
Wie wird der Geschiebetransport bestimmt aus dem Materialabtrag?
Wie wird die erforderliche Zugabemenge/-masse für den Ausgleich einer Transportmenge berechnet?
Was ist die Rouse-Zahl und wie wird diese berechnet?
Wie sieht das Konzentrationsprofil für unterschiedliche Rouse-Zahlen aus?
Wie ist das Vorgehen bei der Ermittlung von Schwebstoff-Konzentrationsprofilen?
Bestimmung um und Q
Bestimmung 𝝉0 und u*
Ermittlung Bewegungsbeginn
a) Shields
b) Überprüfung, ob D* im Suspensionsbereich
Berechnung Sinkgeschwindigkeit
a) Berechnungsformel
b) Res-CW-Diagramm (für ruhendes Wasser)
Abschätzung ws
Berechnung Cw
Berechnung Res (ws*d/Viskosität)
Überprüfung, ob Res, berechnet auf Kurve liegt
solange bis Res,berechnet und abgelesen übereinstimmen (bei Res,berechnet > Res,abgelesen —> ws größer machen)
Überprüfung Schwebstoffracht liegt vor Ja/Nein mit Suspensionsbedingung u*>u*crit
Ermittlung Konzentrationsprofil mit angegebener Gleichung (Rouse und Ippen)
(Berechnung Referenzkonzentration)
Wieso kann es sein, dass ks > d ist?
Ausbildung von Transportkörpern führt zu einer zusätzlichen Formrauheit
Welcher Anteil an der Sedimentfracht kann zu einer erhöhten Trübung führen? Geben Sie die Größenordnung für die Rouse-Zahl an, die diesem Frachtanteil typischerweise zugeordnet wird.
Spülfracht, Z < 0,06
Wovon hängt der Bewegungsbeginn von Schwebstoffen ab?
NICHT Fließgeschwindigkeit
abh. von Sinkgeschwindigkeit und Turbulenz der Strömung
Warum können bei der Rouse-Zahl keine Werte z < a angegeben werden?
Für z < a können keine Werte angegeben werden, da C(z) in der Höhe a der Referenzkonzentration Ca entspricht (Randbedingung).
Welche beiden vertikalen Verteilungen benötigen Sie zur Berechnung des Schwebstofftransportes? Skizzieren Sie und erläutern Sie die Verteilungen.
wo sollte ein Sandfang installiert werden bei einem geschlängelten Nebenarm?
Skizze: Rechteck an der Innenkurve am Ende des neuen Laufs:
- am Ende, um alles Sediment aufzufangen
- nicht zu breit, damit ganze Fläche des Sandfangs genutzt wird
- Innenkurve, weil Sediment durch Sekundärströmung an der Sohle nach innen transportiert wird
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