High-resolution numerical fundamental investigations as basis for an improved process understanding of suspended load and bed load transport

Zusammenfassung In dieser Arbeit werden zwei numerische Grundlagenuntersuchungen vorgestellt, die das Prozessverständnis von Schwebstoff- und Geschiebetransport erweitern. Die Modellierungen werden mittels der hochauflösenden Large-Eddy-Simulation durchgeführt. Im Fall des Schwebstofftransports werden die ersten Sekunden nach der Verklappung von Feinsediment simuliert und die Geschwindigkeiten der Partikel in der Schwebstoffwolke im Vergleich zur Fließgeschwindigkeit analysiert. Es zeigt sich, dass der Schwebstoff bereits nach wenigen Sekunden keine nennenswerten Geschwindigkeitsunterschiede zur Strömungsgeschwindigkeit in Hauptströmungsrichtung mehr aufweist und somit eine Modellierung mithilfe einer Advektions-Diffusions-Gleichung ab diesem Zeitpunkt zulässig ist. Hinsichtlich des Geschiebetransports werden die Einwirkungen von turbulenten kohärenten Strukturen auf die Geschiebekörner untersucht. Hierbei wird deutlich, dass insbesondere asymmetrische turbulente Strukturen in der Größe der Körner die Druckverteilung und das Verhältnis von Strömungswiderstands- zu Auftriebsbeiwerten so zu ändern vermögen, dass eine Bewegung des Geschiebes eintreten kann. Diese Erkenntnisse werden es zukünftig erlauben, Geschiebetransportmodelle mithilfe hydromechanischer Ansätze zu verbessern.