 | Tackmann R. Untersuchungen zur Entstehung von Rillen bei kohäsiven Böden = Analysis of rill erosion in cohesive soils / Technische Universität Dresden, Fakultät Bauingenieurwesen, Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik. - Dresden: Technische Universität Dresden, 2010. - 172 S.: Ill., graph. Darst. – (Wasserbauliche Mitteilungen; Heft 41). – Bibliogr.: S.160-165. - ISBN 978-3-86780-158-4
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Kurzfassung ..................................................... 3
Summary ......................................................... 4
Vorwort ......................................................... 9
Inhaltsverzeichnis ............................................. 11
Abbildungsverzeichnis .......................................... 13
Tabellenverzeichnis ............................................ 19
Verzeichnis der verwendeten Symbole und Formelzeichen .......... 21
1 Einleitung .................................................. 23
1.1 Problemstellung ........................................ 23
1.2 Ziel der Arbeit ........................................ 24
1.3 Begriffe ............................................... 24
2 Oberflächenabfluss und Erosion .............................. 26
2.1 Turbulente Strömungen mit freier Oberfläche ............ 26
2.1.1 Grundlagen ...................................... 26
2.1.2 Sohlschubspannung und Widerstandsfunktion ....... 27
2.1.3 Fließformeln .................................... 28
2.1.4 Geschwindigkeitsverteilung ...................... 28
2.2 Besonderheiten des Filmabflusses ....................... 32
2.2.1 Fließtiefe und Bedeutung der
Oberflächenspannung ............................. 32
2.2.2 Turbulenz und Fließwiderstand ................... 32
2.2.3 Zusammenfassung ................................. 33
2.3 Erosion und Transport kohäsiver Böden .................. 34
2.4 Rillenerosion .......................................... 40
2.4.1 Grundlagen ...................................... 40
2.4.2 Stand der Forschung ............................. 41
2.4.3 Numerische Modellierung der Rillenerosion ....... 48
3 Experimentelle Untersuchungen ............................... 50
3.1 Zielstellung der experimentellen Untersuchungen ........ 50
3.2 Erosionsmodell ......................................... 53
3.2.1 Versuchsaufbau .................................. 53
3.2.2 Versuchsdurchführung ............................ 57
3.3 Plexiglasmodell ........................................ 60
3.3.1 Versuchsaufbau .................................. 60
3.3.2 Versuchsdurchführung ............................ 61
3.4 Kleines Erosionsmodell ................................. 63
3.4.1 Versuchsaufbau .................................. 63
3.4.2 Versuchsdurchführung ............................ 64
4 Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen ............... 65
4.1 Hydraulische Eigenschaften der Filmströmung ............ 65
4.1.1 Abflussbildung .................................. 65
4.1.2 Geschwindigkeitsprofil und Einteilung des
Geschwindigkeitsfeldes .......................... 66
4.1.3 Turbulenz und Sohlschubspannung ................. 74
4.1.4 Bedeutung der Oberflächenspannung für
das Abflussverhalten ............................ 83
4.1.5 Ableitung Fließgesetz ........................... 84
4.2 Erosions- und Transportprozesse ........................ 86
4.2.1 Verschlammung ................................... 86
4.2.2 Erosionsbeginn bei Filmabfluss .................. 89
4.2.3 Rillenbildung und Rillenfortschritt ............. 92
4.2.4 Einfluss des Niederschlages ..................... 94
4.2.5 Bodenaustrag .................................... 95
4.2.6 Entwicklung der Oberflächenmorphologie ......... 103
4.3 Hydraulik des Rillenkopfes ............................ 108
4.3.1 Strömungsverhalten ............................. 108
4.3.2 Sohlschubspannung .............................. 110
4.3.3 Turbulenz und Einfluss des Niederschlages ...... 110
4.4 Diskussion ............................................ 114
4.4.1 Filmströmung ................................... 114
4.4.2 Erosion kohäsiver Böden ........................ 115
4.4.3 Rillenentstehung und Rillenentwicklung ......... 115
4.4.4 Hydraulik des Rillenkopfes ..................... 116
4.5 Zusammenfassung ....................................... 118
5 Das numerische Modell Erosion 2008 ......................... 119
5.1 Zielsetzung der Modellierung .......................... 119
5.2 Zelluläre Automaten ................................... 120
5.3 Das Modell Erosion 2008 ............................... 124
5.3.1 Einführung ..................................... 124
5.3.2 Zellraum L ..................................... 126
5.3.3 Endliche Zustandsmenge Z ....................... 127
5.3.4 Nachbarschaftsrelation N ....................... 128
5.3.5 Zustandsänderung ............................... 128
5.3.6 Schematische Darstellung des
Programmablaufes ............................... 138
5.4 Validierung des numerischen Modells ................... 142
5.4.1 Grundlagen ..................................... 142
5.4.2 Sensitivitätsanalysen .......................... 142
5.4.3 Reproduzierbarkeit der Ergebnisse .............. 148
5.5 Vergleich der Berechnungsergebnisse mit den
physikalischen Versuchen .............................. 152
5.5.1 Randbedingungen ................................ 152
5.5.2 Ergebnisse ..................................... 155
5.5.3 Fazit .......................................... 158
6 Zusammenfassung und Ausblick ............................... 159
7 Literaturverzeichnis ....................................... 160
Anlage A: Beregnungs- und Überströmungsversuche ............... 166
Anlage B: Experimente mit sequentieller Bewässerung ........... 173
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