Die flächenhafte Ausbreitung der Flutwelle nach Versagen von Hochwasserschutzeinrichtungen an Fließgewässern

Briechle, Sylvia Regina; Köngeter, Jürgen

doi:HT014794420

Die flächenhafte Ausbreitung der Flutwelle nach Versagen von Hochwasserschutzeinrichtungen an Fließgewässern = The spatial propagation of the flood wave following the collapse of flood protection measures at rivers

Briechle, Sylvia Regina (Author)

2006

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Sylvia Regina Briechle

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2006

UmfangXVI, 162 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2006

Zusammenfassung in engl. u. dt. Sprache. - HT014794420 Internetausg. u.d.T. Die flächenhafte Ausbreitung der Flutwelle nach Versagen von Hochwasserschutzeinrichtungen an Fließgewässern

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Köngeter, Jürgen (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2006-03-24

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-15406
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/61230/files/Briechle_Sylvia.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Bauingenieurwesen (300000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Wellenausbreitung (Genormte SW) ; Flutwelle (Genormte SW) ; Hochwasserschutz (Genormte SW) ; Deichbruch (Genormte SW) ; Wasserwelle (Genormte SW) ; Wellenvorhersage (Genormte SW) ; Modellversuch (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Hochwasserschutzwand (frei) ; Flutwellenausbreitung (frei) ; physikalischer Modellversuch (frei) ; dike break (frei) ; flood protection (frei) ; flood protection wall (frei) ; flood wave propagation (frei) ; physical model (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
pacs: 47.80.-v * 47.85.Dh * 92.40.qp * 47.35.-i

Kurzfassung
Das Versagen von Deichen, Hochwasserschutzmauern und (mobilen) Hochwasserschutzwänden verursacht eine Flutwelle in das eigentlich durch diese Einrichtungen zu schützende Hinterland und kann dort erhebliche Schäden verursachen. Bisher ist zum Ausbreitungsverhalten dieser Wellen – trotz der ökonomischen Relevanz des Problems – wenig bekannt. Anhand einer Literaturstudie konnten die maßgebenden Einflussgrößen für die Wellenausbreitung herausgearbeitet werden. Sie waren in ihrer Wirkung jedoch nicht ausreichend quantifizierbar, um sie sinnvoll zur Vorhersage der Fließtiefen und Fließgeschwindigkeiten anwenden zu können.Um dieses Defizit zu beheben, wurde ein physikalisches Modell erstellt, an dem ausführliche Messungen durchgeführt wurden, bei denen die Initialwassertiefe und der initiale Durchfluss im Zulaufgerinne sowie die Breschenbreite variiert wurden. Die Messdaten liefern eine wertvolle Datengrundlage zur Validierung numerischer Modelle.Auf Grundlage der Annahme, dass sich auch die seitliche Ausbreitung der Welle im Prinzip wie die gut erforschte Dammbruchwelle verhält und die gesamte Wellenausbreitung in Teilprozesse zerlegbar ist, die einander superponiert werden können, wurde erstmals ein halb-analytisches Berechnungsmodell für die Ganglinienverläufe in der Bresche und auf der Ausbreitungsfläche erstellt. Es ist auch in der Ingenieurpraxis anwendbar. Darüber hinaus konnte eine Näherungsformel für die Ausbreitungsform der Welle im Grundriss aufgestellt werden.Die im physikalischen Modell gewonnenen Messdaten belegen die gute Qualität des neuen Berechnungsmodells. Verbleibende kleine Abweichungen durch die komplexe Initialphase, durch die getroffene hydrostatische Druckannahme, durch die Superposition der Einzelvorgänge, durch dynamische Effekte sowie durch die seitliche Ablenkung der Welle durch den Gerinnedurchfluss werden ausführlich begründet und diskutiert.Im Rahmen von Voruntersuchungen war deutlich geworden, dass auch ein Wasserfilm von geringer Dicke zu einer nicht vernachlässigbaren Veränderung des Ausbreitungsverhaltens der Welle führt, dem entsprechend durch ein eigenes Kapitel Aufmerksamkeit geschenkt wurde.Somit ergibt sich durch die vorgelegte Arbeit ein gutes Gesamtbild der Welle, das zur Vorhersage der Wellenausbreitung effektiv genutzt werden kann. Auf diesem Fundament kann in Zukunft weiter aufgebaut werden, um die Vorhersageinstrumente zu optimieren, die im Rahmen risikobasierter Untersuchungen dringend benötigt werden.

The collapse of a dike, a flood protection wall or a (mobile) flood protection barrier generates a flood wave into the area which the device is actually supposed to defend. This wave can cause considerable damage. Until now little is known about the propagation behaviour of this wave – in spite of the economic relevance of the problem. In a literature survey the crucial influencing factors were educed. However, they were not sufficiently quantifiable to draw on for a reliable prediction of the flooding depths and velocities.To remedy this deficiency a physical model was designed, in which detailed measurements were carried out. In a series of tests the initial water depth, the initial discharge in the inflow channel and the width of the breach were varied.For the first time semi-analytical formulas could be developed for the calculation of the hydrographs in the breach and on the propagation area. The derivation was based on the assumption that the lateral propagation can be described by the superimposition of a couple of the simpler dam break waves, which are already thoroughly investigated. The resulting formulas are applicable in the engineering practice. Additionally, an approximation for the propagation shape of the wave in plan view is proposed.The data gathered in the physical model prove the accuracy of the new calculation formulas. The remaining discrepancies are small; their reasons are discussed in detail: complex initial stage, hydrostatic pressure assumption, superimposing of subprocesses, dynamic effects and lateral deflection of the wave by the discharge in the inflow channel. During preliminary tests it turned out that a water film of even a very small depth changes the wave propagation significantly. Therefore an extra chapter is dedicated to its effects.Thus this thesis gives a good overview of the wave following the collapse of a flood protection measure, which can be efficiently used for the prediction of the flood wave's propagation. Based on this work future efforts can be devoted to the optimisation of prediction tools, which are urgently needed for accurate risk analyses.

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