Berechnung des Transportes von Treibgut bei Hochwasser

Hochwasser hervorgerufen durch natürliche Ursachen wie Schneeschmelze oder durch bauliche Maßnahmen wie Flussbegradigung verursacht häufig eine Flutkatastrophe mit verheerenden Überschwemmungen. Zu den schon katastrophalen Folgen von Hochwasser addieren sich häufig noch die Schäden von gefährliche Treibgut, das mit den Fluten mitgerissen wird und unter Umständen über weite Strecken transportiert wird. Mitgerissenes Treibgut kann zur Verklausung von Brücken führen oder auch Bauwerke zerstören. Um die Folgen eines Hochwassers einschließlich Transport von Treibgut abschätzen zu können, sind numerische Werkzeuge eine adäquate Ergänzung zu experimentellen Methoden, die oft mit einem sehr hohen Aufwand verbunden sind.
Deshalb wird im vorliegenden Beitrag eine neue und innovative numerischer Ansatz vorgestellt, der den Transport von Treibgut bei Hochwasser aber auch bei Normalwasser beschreibt. Dazu werden die beiden numerischen Methoden beruhend auf einem diskreten und kontinuierlichem Ansatz gekoppelt. Letzterer beinhaltet die Euler Methoden, mit denen die Strömung des Wassers im Rahmen von bewährten Rechenmethoden der Computational Fluid Dynamik (CFD) bestimmt wird. Treibgut wird diskret betrachtet, in dem es mit der Diskreten Element Methode (DEM) beschreiben wird. Damit kann sowohl jedes einzelne Element des Treibgutes berücksichtigt werden als auch seine Eigenschaften wie Größe, Form und Gewicht. Innerhalb dieses Ansatzes können die Kontaktkräfte zwischen den einzelnen Elementen des Treibgutes berechnet werden, mit denen sich Geschwindigkeit, Position und Orientierung des Treibgutes bestimmen lassen. Zusätzlich wird über eine Kopplung zur fluiden Phase der Einfluss sowohl der Wassergeschwindigkeit als des Auftriebs mit berücksichtigt.