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Ein Digitales Geländemodell (DGM) ist ein digitales, numerisches Modell der Geländehöhen und -formen. Die DGM5-Reliefschummerung wird aus dem DGM1 mit einer Gitterweite von 1 m abgeleitet. In der Auflösung der DGM5-Reliefschummerung entspricht ein Pixel im Bild 25 m² auf der Erdoberfläche. Die (Grau-)Wertzuweisung für jeden Gitterpunkt erfolgt in Abhängigkeit von der Höhendifferenz benachbarter Gitterpunkte und durch Beleuchtung mit einer imaginären Lichtquelle aus Nordwesten. Durch die Flächentönung wird ein räumlicher Eindruck der relativen Höhenunterschiede des Geländes erzeugt. Das Schummerungsbild liefert keine Information über die absolute Höhe.
Die Motoren von Binnenschiffen gelten allgemein als ineffizient und dreckig - ihr Schadstoffausstoß gilt immer noch als zu hoch. Aber ist diese pauschale Aussage richtig? Die Ladungsmenge auf einem einzelnen Binnenschiff übertrifft diejenige von LKW und Bahn um ein Vielfaches, wodurch der Transport im Allgemeinen sehr effizient ist. Trotzdem ist der Schadstoffausstoß verhältnismäßig hoch, weshalb die Europäische Union die Grenzwerte für ausgestoßene Schadstoffe auch für die Binnenschifffahrt verschärfen wird. Im Rahmen des europäischen Forschungs- und Innovationsprogramms HORIZON2020 beteiligt sich die BAW am Vorhaben PROMINENT (promoting innovation in the inland waterways transport sector; http://www.prominent-iwt.eu/). Das Vorhaben hat zum Ziel, den Treibstoffbedarf und die Luftschadstoffemissionen der Binnenschiffe durch technische Maßnahmen und energieeffiziente Navigation zu reduzieren. Mit der Entwicklung eines Assistenzsystems erhält ein Schiffsführer Hinweise, wie er seinen Zielhafen treibstoffsparend und termingerecht erreichen kann. Dafür werden neben Motor- und Verbrauchsdaten von Schiffen auch Informationen zur Wassertiefe, Strömungsgeschwindigkeit und Wasserspiegellage für den zu befahrenden Flussabschnitt benötigt. Da präzise Peildaten und mehrdimensionale numerische Modelle nicht flächendeckend für alle Wasserstraßen innerhalb der EU verfügbar sind, rüstet die BAW Binnenschiffe mit Messgeräten zur Erfassung von Sohlenhöhen und Strömungsgeschwindigkeiten aus. Dabei werden gleichermaßen die Machbarkeit und der Aufwand für die Installation und den Betrieb der Sensorik bewertet. Die Reederei Deymann Management GmbH und Co. KG mit Sitz in Haren (Ems) unterstützt das Vorhaben, indem sie die Installation der Sensoren auf dem Großmotorgüterschiff (GMS) MONIKA DEYMANN gestattet. Das Schiff wurde im Juli 2016 in den Dienst gestellt. Die BAW hat in der Bauphase den Einbau und die Verkabelung der geplanten Sensoren mit der Reederei sowie der ausführenden Werft abgestimmt und durchgeführt. Das 135 m lange und 14,2 m breite GMS verkehrt derzeit im Liniendienst zwischen Antwerpen und Mainz. Es fährt in der Regel mit drei Lagen Containern, woraus ein mittlerer Tiefgang zwischen 1,8 m und 2,5 m resultiert. Für einen Umlauf Antwerpen - Mainz - Antwerpen werden sieben bis acht Tage benötigt, sodass das Schiff den Mittelrhein rund zweimal pro Woche passiert. Eine besondere Herausforderung ist es, von einem Binnenschiff aus die Strömungsgeschwindigkeiten im laufenden Schiffsbetrieb zu erfassen, da die Strömung im nahen Umfeld des Schiffes durch das Rückströmungsfeld gestört wird. Dessen Größe und Ausdehnung hängt insbesondere vom Gewässerquerschnitt und der Schiffsgeschwindigkeit gegenüber Wasser ab. Bei geringen Wassertiefen kann daher die Geschwindigkeit nicht vertikal unter einem Binnenschiff gemessen werden, wie es bei Messschiffen sonst üblich ist. (Text gekürzt)
Es wird eine zeitlich sehr schnelle Routine zur genauen Berechnung des Transports solarer und infraroter Strahlung in der bewoelkten Erdatmosphaere entwickelt. Die Rechenzeit wird nicht mehr als 15 Millisekunden pro Profilbetragen. Das Verfahren beruht auf einer modifizierten Zweistromloesung der Strahlungstransportgleichung, in der durchbrochene Bewoelkung durch Modifizierung der Randbedingungen beruecksichtigt worden ist.
Wurzeln zur Ufersicherung an Binnenwasserstraßen Berücksichtigung im Nachweis der lokalen Standsicherheit Pflanzen können mit ihren Wurzeln Uferböschungen befestigen. Diese stabilisierende Wirkung wird quantitativ untersucht, sodass sie beim lokalen Standsicherheitsnachweis berücksichtigt werden kann. Hierdurch soll der Anwendungsbereich technisch-biologischer Ufersicherungen an Binnenwassertraßen erweitert werden. Aufgabenstellung und Ziel Bei technisch-biologischen Ufersicherungen übernehmen Pflanzen bzw. eine Kombination aus Pflanzen und technischen Maßnahmen den Uferschutz. Dabei stabilisieren die Wurzeln der Pflanzen den Boden. Sie erhöhen die Scherfestigkeit und übernehmen Filterfunktionen. Diese positiven Effekte wurden bisher nicht soweit quantifiziert, dass sie in Bemessungsverfahren berücksichtigt werden konnten. Stattdessen wird aufgrund der bisherigen Erkenntnisse, u. a. aus dem BAW-Forschungsprojekt B3952.04.04.10151, ein Bemessungsverfahren empfohlen, das auf der sicheren Seite liegt. Bei diesem werden Wurzeln nicht zum Ansatz gebracht (Fleischer et al. 2021). Die stabilisierende Wirkung der Wurzeln auf Böschungen an Wasserstraßen soll quantitativ untersucht und anschließend in geeignete Berechnungsmodelle integriert werden. Ziel ist es, die Wirkung der Wurzeln bei der Bemessung technisch-biologischer Ufersicherungen zu berücksichtigen. Dadurch sollen deren Anwendungsbereiche erweitert werden. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Bei all ihren Tätigkeiten muss die WSV die Bedürfnisse der Wasserwirtschaft wahren. Hierzu zählt seit Einführung der europäischen Wasserrahmenrichtlinie im Jahr 2000, dass bei Ausbau und Unterhaltung der Wasserstraßen deren ökologischer Zustand verbessert werden soll, um das ökologische Potenzial der Binnenwasserstraßen auszuschöpfen. Der Ersatz eines herkömmlichen Uferdeckwerks durch eine technisch-biologische Ufersicherung bietet die Möglichkeit, die ökologischen Verhältnisse auch dort zu verbessern, wo auf einen Uferschutz nicht verzichtet werden kann. Aus diesem Grund sollen zukünftig vermehrt Pflanzen in Ufersicherungen eingesetzt werden, wenn dies die hydraulischen Belastungen erlauben. Kann die stabilisierende Wirkung der Wurzeln bei der Bemessung berücksichtigt werden, erweitert sich die Einsetzbarkeit technisch-biologischer Ufersicherungen, die kein signifikantes Flächengewicht aufweisen, wie z. B. Weidenspreitlagen oder Pflanzmatten. Hierdurch lässt sich das ökologische Potenzial an den Binnenwasserstraßen erhöhen. Untersuchungsmethoden Um Wurzeln in den Standsicherheitsnachweisen zu berücksichtigen, müssen deren Einflüsse quantifiziert werden. Hierfür sind verschiedene Labor-, Modell- und Naturversuche vorgesehen: - Aufzucht typischer, für technisch-biologische Ufersicherungen geeigneter Pflanzen, wie z. B. Weiden, Gräser oder Stauden unter definierten Bedingungen - Ermittlung der Wurzelparameter durch Wurzelaufgrabungen, Zug- und Scherfestigkeitsversuche - Ermittlung von Wurzelparametern in-situ in Uferböschungen für einen Vergleich mit den im Labor ermittelten Werten aus Pflanzversuchen, Modellergebnissen und Literaturangaben - Zusammenstellung der relevanten Wurzelparameter typischer Uferpflanzenarten für deren Integrierung in geeignete Berechnungsmodelle
Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Modellierung der Strömungen mit freier Oberfläche gekoppelt mit der Umströmung von Schiffen in freifließenden Wasserstraßen. Aufgabenstellung und Ziel Im Rahmen dieses in Zusammenarbeit mit der Universität Trient (Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica, Università di Trento) bearbeiteten Projektes wurde ein neuartiges Verfahren für die Interaktion Schiff-Wasserstraße entwickelt und implementiert. Es sind prinzipiell zwei Anwendungsfälle anvisiert – die Beurteilung der schiffsinduzierten Belastungen an Ufern von Gewässern und die Dimensionierung von Wasserstraßen, insbesondere bei Engstellen und in freifließenden Flüssen. Das entwickelte Modell befindet sich aufgrund der erfassten physikalischen Phänomene und Skalen einerseits konzeptuell im mesoskaligen Bereich von geophysikalischen Modellen für ganzheitlich betrachtete Strömungen in Gewässern wie Flussstrecken – andererseits modelliert das Verfahren gleichzeitig die Interaktion zwischen den Strömungen und den navigierenden Schiffen. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Es handelt sich um eine Entwicklung, die die Möglichkeiten der Modellierung der fahrenden Schiffe in mesoskaliger Betrachtung (z. B. Flussstrecken mittlerer Länge) mit dem Zweck erweitern soll, die Methodik zur Befahrbarkeitsbewertung und Dimensionierung von Wasserstraßen zu verbessern und als Fernziel eine Kopplung an den Schiffsführungssimulator zu realisieren. Die verwendeten rechnerischen Netze sind wesentlich gröber als es in etablierten CFD-Verfahren des Schiffbaus üblich ist, wodurch das Verfahren rechnerisch wesentlich effizienter ist. Untersuchungsmethoden Das mathematische Modell nimmt als Ausgangspunkt das in BAW eingesetzte mathematische Verfahren nach Casulli und Stelling (2011), implementiert in UnTRIM2, d. h. ein semi-implizites Finite-Volumen-Schema zur gleichzeitigen Betrachtung der Strömungen mit und ohne freie Oberfläche, jedoch mit der Verwendung von generischen Flachwassergleichungen in der konservativen Form als grundlegendem System der partiellen Differentialgleichungen (PDE). Im Gegensatz zu UnTRIM2 wird für die Diskretisierung der Variablen ein kartesisches gestaffeltes Gitter verwendet, um die horizontale Bewegung der schwimmenden Körper möglichst genau und rechnerisch effizient zu erfassen. Durch die zusätzliche Verwendung der Subgrid-Technologie profitiert die Simulation von hochauflösenden digitalen Geländemodellen (DGM) und einer detailgetreuen Abbildung der Schiffsgeometrie (Tessellationen in STL-Dateien), um eine gitterunabhängige Erfassung des Wasservolumens über dem Boden und unter dem Schiff zu ermöglichen. Aufgrund der Struktur des Verfahrens kann die Dimensionalität des Modells mit der Anzahl der gewählten Zellebenen und -reihen automatisch von dreidimensional auf zweidimensional (vertikal oder horizontal integriert) bis hin zu eindimensional reduziert werden. Das Modell für die Strömungen mit freier Oberfläche und unter dem Schiff basiert auf einer nichtlinearen Tiefen- bzw. Volumenfunktion, wodurch die Überflutung und das Trockenfallen an Gewässerufern ein integraler Bestandteil des Verfahrens ist. Das Schiff wird im Modell als beweglicher starrer Körper mit sechs Freiheitsgraden betrachtet und seine Dynamik wird mittels eines Systems gewöhnlicher Differentialgleichungen (ODE) beschrieben. Die beiden Systeme für die externen Strömungen bzw. die Schiffsdynamik werden durch die Volumenfunktion gekoppelt. Die Veränderung der Volumenfunktion aufgrund der Schiffsbewegungen verstärkt die Nichtlinearität des zu lösenden Gleichungssystems, das gleichzeitig trockene Zellen an Ufern, nasse freie Oberflächenzellen und unter Druck stehende Zellen beinhaltet. Die Lösung dieses Systems wird durch die Verwendung eines verschachtelten iterativen Newton-Lösers erreicht. (Text gekürzt)
Rekultivierte Flächen ehemaliger Braunkohletagebaue sind für die Errichtung von Windparks aus verschiedenen Gründen attraktiv, setzt jedoch bisher eine Wartezeit von 10 bis 15 Jahren voraus. Ziel des Projekts ist es, die Gründung von WEA auf rekultivierten Flächen von Tagebaukippen deutlich früher als bisher zu ermöglichen. Auf der Basis eines Feldversuchs und numerischer Simulationen wird ein Konzept entwickelt, mit Hilfe dessen die Eignung eines Standortes für eine frühzeitige WEA-Gründung zuverlässig eingeschätzt werden kann. Kern dieses Konzepts ist eine zielführende optimierte Erkundung des Kippenuntergrundes sowie dessen Abbildung in einem adäquaten numerischen Modell, welches Prognosen der zeitlichen Entwicklung der Setzungen und Schiefstellungen unter Berücksichtigung aller relevanten Prozesse im Kippenkörper erlaubt. Neben den Konsolidierungs- und Kriechverformungen ist insbesondere die aus der dynamischen Windeinwirkung resultierende akkumulierte Verdichtung des Bodens im Nahbereich der Gründung zu nennen, die nur durch spezielle Akkumulationsmodelle abgebildet werden kann. Des Weiteren wird im Rahmen des Projekts numerisch untersucht, inwiefern Monopile-Gründungskonzepte aus dem Offshore-Bereich herangezogen werden können. JBO beteiligt sich an dem Vorhaben mit seinen Kompetenzen im Bereich der Offshore-Tragwerksplanung (z.B. Monopiles). JBO untersucht die Möglichkeit einer Gründung (z.B. Monopfahl) auf jungen Tagebaukippen unter den Gesichtspunkten der Standsicherheit, der Schiefstellungsbegrenzung und Aspekten der Umsetzbarkeit. Zuden bereitet JBO generische Markov-Matrizen von einer Windenergieanlage für die speziellen Standortbedingungen auf.
Das Biofilmwachstum in Biofilmreaktoren wird hauptsächlich durch den Abtragprozess reguliert. Den Abtragprozess zu kontrollieren ist daher ein wichtiges Anliegen für den stabilen Betrieb eines Bioreaktors. Zur Kontrolle des Reaktors und um die größte Effizienz zu erreichen sind mathematische (bzw. numerische) Modelle, die den Abtragsprozess darstellen, hilfreich. Solche Modelle können möglicherweise sogar für den Entwurf von Biofilmreaktoren nützlich zu sein. In diesem Projekt soll ein multidimensionales, poroviskoleastisches Biofilm Modell entwickelt werden, das den Abtragsprozess abbildet. Dabei soll auch der Abtrag durch das Auslösen von größeren Stücken ('sloughing'), das durch die Schubspannungen an der Biofilm Grenzfläche und durch das Spannungsfeld im Biofilm entsteht, erfasst werden. Das Modell für den Abtrag soll basierend auf den Schubspannungen an der Grenzfläche und dem Spannungsfeld im Biofilm formuliert werden. Das Modell wird mit experimentellen Beobachtungen kalibriert und validiert. Biofilm Modelle, die für Reaktoren verwendet werden, sind in der Regel eindimensional (1D). Aus diesem Grund soll in diesem Projekt mittels Modellrechnungen mit dem validierten multi-dimensionalen Abtragmodell ein vereinfachtes ('upscaled') 1D Modell entwickelt werden.
Die instationaeren Vorgaenge (Temperaturaenderungen) bei der Trocknung keramischer Gueter in grossen Trocknern wie sie beispielsweise in der Ziegelindustrie eingesetzt werden, wurden durch ein mathematisch-physikalisches Modell simuliert. Diese Modellierung konzentrierte sich auf den eigentlichen Tockner. Erfasst wurde hierbei das Verhalten derartiger Kammern in Verbundbauweise ebenso wie der Einfluss der Speicherwirkung des Erdbodens bzw. der Bodenplatten. Die bisher simulierten Trockner waren aus Fertigbauteilen (Blechkonstruktion mit inwaendig angebrachten Isolierungen) hergestellt.
Karstgrundwasserleiter spielen im Alpenraum eine wichtige Rolle. Sie bedecken etwa 56% der Fläche, und ein erheblicher Teil der Bevölkerung ist ganz oder teilweise von Trinkwasser aus Karstquellen abhängig, die oft mit wertvollen Ökosystemen verbunden sind und zur Wasserkrafterzeugung beitragen. Die Alpen zählen nach Studien zu den am stärksten vom Klimawandel betroffenen Gebieten in Europa. Als Folge der steigenden Temperaturen werden sich die gespeicherten Mengen an Schnee und Eis stark verringern, was zu einer Verschiebung zwischen Wasserhaushaltskomponenten in Verbindung mit einer saisonalen Umverteilung der Niederschläge führt. Außerdem wird erwartet, dass Hoch- und Niedrigwasserereignisse häufiger auftreten werden. Der Stand der Technik bei der Modellierung der Schüttung von Karstquellen, meist mittels konventioneller numerischer Modelle, ist auf standortspezifische, oft aufwändige und nicht übertragbare wissenschaftliche Studien beschränkt, die manuelle Modellabstimmung und Kalibrierung erfordern. Bis heute gibt es keinen leicht übertragbaren Ansatz, der gleichzeitig auf viele Karstquelleinzugsgebiete anwendbar ist. In diesem Projekt werden wir einen modernen, Deep-Learning basierten Ansatz zur Modellierung der Schüttung von Karstquellen entwickeln, der sich besonders gut eignet, übertragbare Modelle, die Informationen von verschiedenen Standorten nutzen können, aufzubauen. Deep Learning ist ein Teilgebiet des maschinellen Lernens, basierend auf künstlichen neuronalen Netzen, das sich sowohl bei akademischen als auch bei industriellen Anwendungen als sehr erfolgreich erwiesen hat. Die vorgeschlagene Studienregion sind die Alpen, mit Karstgebieten in Österreich, der Schweiz, Deutschland, Frankreich, Italien und Slowenien, mit einem Schwerpunkt auf dem besonders vom Klimawandel betroffenen von der Alpenkonvention abgegrenzten Gebirgsgebiet. Als Grundlage der Studie dient das World Karst Spring Database (WoKaS). Es wird im Laufe des Projekts mit zusätzlichen Daten von Behörden und Wasserversorgern ergänzt, insbesondere in Regionen mit bislang schlechter Abdeckung. Die Arbeiten beinhalten die Erstellung eines umfassenden Datensatzes mit Einzugsgebietsattributen und meteorologischen Einflussgrößen für etwa 150 Quellen. Klassische Lumped-Parameter-Modelle werden als Benchmarks aufgesetzt und mit den neu entwickelten Deep-Learning basierten Modellergebnissen verglichen. Ziel ist es, die Eignung neuartiger Deep-Learning Modellansätze für die Abschätzung der Auswirkungen des Klimawandels für eine Vielzahl von kurz- und langfristigen Vorhersagen zu untersuchen. Eine vertiefende Fallstudie des Dachsteingebietes, dessen große Karstregion wesentlich zur Wasserversorgung und Wasserkrafterzeugung beiträgt, wird die vergleichende Untersuchung mit einem numerischen 3D-Modell erweitern. Schließlich werden die entwickelten Modelle dazu verwendet, um Auswirkungen des Klimawandels auf die alpinen Karstgrundwasserressourcen vorherzusagen.
Fischaufstiegsanlagen können nur dann richtig funktionieren, wenn die Tiere den Einstieg schnell und leicht finden. Dieser befindet sich in der Regel direkt am Wanderhindernis, möglichst nah an der Hauptströmung. An Bundeswasserstraßen ist sein Standort häufig neben der Wasserkraftanlage, auf Höhe des Saugschlauchendes (Bild 1). So sollen Sackgassen für aufwärts wandernde Fische vermieden werden. Die sogenannte Leitströmung soll dem Fisch dabei den Weg zum Einstieg weisen; sie wird meist durch Zugabe eines zusätzlichen Abflusses im unteren Bereich der Fischaufstiegsanlage erzeugt. Da durch die räumliche Nähe Wechselwirkungen zwischen der Hydraulik von Kraftwerksabströmung und Leitströmung unvermeidlich sind, ist es für die Dimensionierung des Einstiegs der Fischaufstiegsanlage wichtig, die Charakteristik der Strömung im Unterwasser der Wasserkraftanlage zu kennen. Vor diesem Hintergrund entstand das BAW-Forschungsprojekt 'Strömungsuntersuchungen an Niederdruckwasserkraftanlagen'. Dessen Ziel ist es, Aufschlüsse über Strömungsmuster im Unterwasser von Wasserkraftanlagen zu erhalten - abhängig von verschiedenen Turbinenparametern und hydraulischen Randbedingungen. Die Erkenntnisse sollen zum einen helfen, die Dimensionierung des Einstiegsbereichs von Fischaufstiegsanlagen hinsichtlich geometrischer Gestalt und Leitströmung zu verbessern. Zum anderen sollen die Messdaten zur Weiterentwicklung numerischer Modelle genutzt werden. Das Projekt gliedert sich in eine Vorstudie, Messungen am Turbinenversuchsstand des Dieter-Thoma-Labors an der TU München, numerische Modellierungen sowie Naturmessungen.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 3703 |
| Kommune | 1 |
| Land | 81 |
| Wissenschaft | 9 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 7 |
| Ereignis | 6 |
| Förderprogramm | 3588 |
| Text | 122 |
| unbekannt | 54 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 132 |
| offen | 3634 |
| unbekannt | 11 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 3533 |
| Englisch | 592 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 8 |
| Bild | 14 |
| Datei | 21 |
| Dokument | 81 |
| Keine | 2478 |
| Unbekannt | 1 |
| Webdienst | 9 |
| Webseite | 1228 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 2514 |
| Lebewesen und Lebensräume | 2455 |
| Luft | 2197 |
| Mensch und Umwelt | 3777 |
| Wasser | 2250 |
| Weitere | 3653 |