Untersuchungen des Geschiebetransports auf statischen Deckschichten

Koll, Klaus

Diese Arbeit befasst sich mit dem Geschiebetransport über statischen Deckschichten. Der natürliche Geschiebetrieb auf statischen Deckschichten ist vernachlässigbar klein. Dennoch kann durch die Zuführung von externem Material Geschiebetransport auftreten. Das Ausbreitungsverhalten einer solchen, in der Regel begrenzten Menge an externem Geschiebe auf statischen Deckschichten fand in bisherigen Untersuchungen nahezu keine Beachtung, so dass keine Berechnungsansätze existieren, mit denen dieser hochgradig instationäre Prozess beschrieben werden kann. Am Leichtweiß-Institut für Wasserbau der Technischen Universität Braunschweig wurden deshalb experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Der in der vorangehenden Literaturstudie aufbereitete Stand des Wissens stellt die Grundlage für die durchgeführten Untersuchungen dar, verdeutlicht aber gleichzeitig das Wissensdefizit in Hinblick auf die Geschiebeausbreitung auf statischen Deckschichten. Die Versuche wurden mit drei unterschiedlichen statischen Deckschichten in zwei Versuchsrinnen durchgeführt. Als externes Geschiebe wurde farblich gekennzeichneter Kies (Tracer) mit Korngrößen von 1-3 mm bis 11-16 mm verwendet. Mit zunehmendem Strömungsangriff und mit abnehmender Korngröße der Tracer sowie mit steigender Zugabemenge nahm die Transportgeschwindigkeit zu. Mit fortschreitender Versuchszeit nahm die Transportgeschwindigkeit der Tracer in allen Versuchen ab. Weiterhin wurde der Einfluss der Oberflächenstruktur der Sohle auf das Transportverhalten der Tracer untersucht. Es zeigte sich eine Abnahme der Transportweiten mit gröber werdender Deckschicht. Auf Grundlage der Versuchsergebnisse wurde eine empirische Beziehung zur Beschreibung des Ausbreitungsvorgangs von externem Geschiebe auf statischen Deckschichten formuliert. Der Vergleich der Formel mit unabhängigen Versuchsdaten und mit Literaturdaten zeigt eine gute Übereinstimmung.

The present work deals with the bed load transport over static armour layers. Bed load transport is usually negligibly small in armoured river sections. However, bed load transport can occur if external sediment is deposited upstream. The propagation characteristics of such usually limited amounts of bed load material over static armour layers found only little attention in previous studies. Formulas to calculate these highly unsteady transport processes are missing. Therefore, experimental investigations were carried out at the Leichtweiß-Institut für Wasserbau, Technische Universität Braunschweig, Germany. The experiments were preceded by a literature study on incipient motion of sediment and the transport of limited amounts of bed load material. The refined level of knowledge is the basis for the experiments carried out, but at the same time demonstrates the lack of knowledge regarding the flow induced distribution of bed load material over static armour layers. The experiments were carried out with three different static armour layers in two laboratory flumes. Coloured gravel (tracer) with particle sizes between 1-3 mm and 11-16 mm was used as external bed load material. The transport velocity increased with increasing flow force and with decreasing grain-size of the tracer as well as with increasing tracer amount. In each experiment the transport velocity of the tracer decreased distinctly with the experimental run time. Furthermore, the transport distances decreased with the coarsening of the armour layer. Based on the experimental results, an empirical relationship was formulated to describe the transport process of external bed load material over static armour layers. The formula was applied to independent experimental data and to data from literature. The calculated results were in very good agreement with the measured data.

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Koll, Klaus: Untersuchungen des Geschiebetransports auf statischen Deckschichten. 2012.

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