Die jüngst beobachteten Hochwasserereignisse zogen eine Überarbeitung der hydrologischen Daten zahlreicher Talsperren nach sich. Im Ergebnis wiesen viele der Anlagen nicht die erforderliche Hochwassersicherheit auf. Aus diesem Grund ist auch für die in Sachsen gelegene Talsperre Lehnmühle eine Ertüchtigung der Hochwasserentlastungsanlage geplant. Die Vorzugsvariante zur Wiederherstellung der Überflutungssicherheit sieht die Absenkung der Wehrkrone einzelner Überlauffelder vor. Die damit verbundene Leistungssteigerung erfordert eine Überprüfung der Abflussverhältnisse im nachgeschalteten Tosbecken.
Im Rahmen der Arbeit werden die Strömungsverhältnisse im bestehenden Tosbecken mit Hilfe dreidimensionaler numerischer Modellierungen abgebildet. Mit dem Ziel einer verbesserten Energieumwandlung wird darüber hinaus die Wirksamkeit von Prallblöcken untersucht und bewertet.:1 Einleitung
2 Grundlagen der numerischen Strömungsberechnung
2.1 Numerische Modellierung im Vergleich
2.1.1 Prinzip der numerischen Strömungsberechnung
2.1.2 Exkurs: Physikalische Modellierung
2.1.3 Vor- und Nachteile der numerischen und physikalischen Modellierung
2.2 Vollständige Navier-Stokes-Gleichungen
2.3 Berechnungsmethoden
2.4 Turbulenzmodellierung
2.4.1 k-ε-Modell
2.4.2 k-ω-Modell
2.4.3 SST-Modell
2.5 Diskretisierung
2.5.1 Definieren der Geometrie
2.5.2 Berechnungsnetze
2.5.2.1 Strukturierte Netze
2.5.2.2 Unstrukturierte Netze
2.5.2.3 Hybride Netze
2.5.3 Räumliche Diskretisierung
2.5.4 Zeitliche Diskretisierung
2.5.5 Anfangs- und Randbedingungen
2.6 Wichtige Eigenschaften numerischer Berechnungsverfahren 3 Hochwasserentlastungsanlagen
3.1 Funktion
3.2 Begrifflichkeiten und Regelwerke
3.3 Aufbau
3.3.1 Einlaufbauwerk
3.3.2 Transportbauwerk
3.3.3 Energieumwandlungsanlagen
3.3.3.1 Der Prozess der Energieumwandlung
3.3.3.2 Konstruktionsmöglichkeiten
3.4 Hydraulische Bemessung
3.4.1 Hochwasserbemessungsfälle
3.4.2 Bemessungsabflüsse und Überschreitungswahrscheinlichkeiten
3.4.3 Freibordbemessung
4 Methodik
4.1Die Talsperre Lehnmühle
4.2Hydrologie
4.3Untersuchungsumfang
4.4Erstellung der numerischen Modelle
4.4.1Geometrie
4.4.1.1Wehrüberfall
4.4.1.2Tosbecken
4.4.1.3Tosbeckeneinbauten
4.4.2Numerische Modelle
4.4.2.1Modell des Wehrüberfalls
4.4.2.2Modell des Tosbeckens
4.4.3Berechnungsnetze
4.4.4Modellkonfiguration
5Ergebnisse der numerischen Berechnungen
5.1Numerik versus Physik
5.2Überfallmodellierungen
5.2.1Sensitivitätsuntersuchungen
5.2.2Ermittlung der Eingangsbedingungen für die Tosbeckenmodellierung 5.3Szenario 1 - Modellierung des bestehenden Tosbeckens
5.3.1Ergebnisse
5.3.2Sensitivitätsuntersuchungen
5.3.2.1Plausibilisierung der Randbedingung für die überströmte Tosbeckenwand
5.3.2.2Einfluss der Turbulenzmodellierung
5.3.2.3Einfluss der Rauigkeit
5.4Tosbeckenoptimierung
5.4.1Grundlegende Aussagen
5.4.2Wasserspiegellagen
5.4.3Fließgeschwindigkeiten
5.4.4Abfluss über die Tosbeckenwand
5.4.5Schubspannungen / Recent flood events called for a revision of hydrological data for numerous dams. As a result, many constructions have been found to not possess necessary flood safety. On this account, the flood spillway of the Saxon Lehnmühle dam is designated to be upgraded. In order to ensure an overflow-proof construction, the favored solution is to lower the crest of several weir fields. The resulting increased performance requires a revision of the runoff characteristics in the stilling basin.
Firstly, this thesis shows the flow conditions of the existing stilling basin, using 3D numerical modeling. Secondly, with the goal of enhanced energy dissipation the effectiveness of baffle blocks will be examined and evaluated.:1 Einleitung
2 Grundlagen der numerischen Strömungsberechnung
2.1 Numerische Modellierung im Vergleich
2.1.1 Prinzip der numerischen Strömungsberechnung
2.1.2 Exkurs: Physikalische Modellierung
2.1.3 Vor- und Nachteile der numerischen und physikalischen Modellierung
2.2 Vollständige Navier-Stokes-Gleichungen
2.3 Berechnungsmethoden
2.4 Turbulenzmodellierung
2.4.1 k-ε-Modell
2.4.2 k-ω-Modell
2.4.3 SST-Modell
2.5 Diskretisierung
2.5.1 Definieren der Geometrie
2.5.2 Berechnungsnetze
2.5.2.1 Strukturierte Netze
2.5.2.2 Unstrukturierte Netze
2.5.2.3 Hybride Netze
2.5.3 Räumliche Diskretisierung
2.5.4 Zeitliche Diskretisierung
2.5.5 Anfangs- und Randbedingungen
2.6 Wichtige Eigenschaften numerischer Berechnungsverfahren 3 Hochwasserentlastungsanlagen
3.1 Funktion
3.2 Begrifflichkeiten und Regelwerke
3.3 Aufbau
3.3.1 Einlaufbauwerk
3.3.2 Transportbauwerk
3.3.3 Energieumwandlungsanlagen
3.3.3.1 Der Prozess der Energieumwandlung
3.3.3.2 Konstruktionsmöglichkeiten
3.4 Hydraulische Bemessung
3.4.1 Hochwasserbemessungsfälle
3.4.2 Bemessungsabflüsse und Überschreitungswahrscheinlichkeiten
3.4.3 Freibordbemessung
4 Methodik
4.1Die Talsperre Lehnmühle
4.2Hydrologie
4.3Untersuchungsumfang
4.4Erstellung der numerischen Modelle
4.4.1Geometrie
4.4.1.1Wehrüberfall
4.4.1.2Tosbecken
4.4.1.3Tosbeckeneinbauten
4.4.2Numerische Modelle
4.4.2.1Modell des Wehrüberfalls
4.4.2.2Modell des Tosbeckens
4.4.3Berechnungsnetze
4.4.4Modellkonfiguration
5Ergebnisse der numerischen Berechnungen
5.1Numerik versus Physik
5.2Überfallmodellierungen
5.2.1Sensitivitätsuntersuchungen
5.2.2Ermittlung der Eingangsbedingungen für die Tosbeckenmodellierung 5.3Szenario 1 - Modellierung des bestehenden Tosbeckens
5.3.1Ergebnisse
5.3.2Sensitivitätsuntersuchungen
5.3.2.1Plausibilisierung der Randbedingung für die überströmte Tosbeckenwand
5.3.2.2Einfluss der Turbulenzmodellierung
5.3.2.3Einfluss der Rauigkeit
5.4Tosbeckenoptimierung
5.4.1Grundlegende Aussagen
5.4.2Wasserspiegellagen
5.4.3Fließgeschwindigkeiten
5.4.4Abfluss über die Tosbeckenwand
5.4.5Schubspannungen
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:86439 |
| Date | 11 July 2023 |
| Creators | Buschmann, Tilo |
| Contributors | Hochschule für Wissenschaft, Technik und Kultur |
| Publisher | Open Access Hochschulverlag |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:masterThesis, info:eu-repo/semantics/masterThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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