Numerische Simulation variabel gesättigter Strömungen in Dammbauwerken mit der Lattice-Boltzmann-Methode (LBM)

In dieser Arbeit wurde eine LBM für die 2-D- und 3-D-Richard-Gleichung implementiert und untersucht. Das Modell basiert auf Ableitungen und Ansätzen nach Ginzburg für die θ- und θ-h- Schreibweisen in Kombination mit den BCM- und VGM-Retentionsmodellen. Es wurde dabei anhand verschiedener Testfälle erfolgreich validiert. Simulationen von kleinskaligen und großskaligen Dammbauwerken führten zu guten Resultaten und waren über einen großen Parameterbereich hinweg stabil. Die θ-Schreibweise für homogene Dämme und das VGM-Modell zeigten hierbei ein stabileres Verhalten als die gemischte θ-h- Schreibweise und das BCM-Model. Die vorgestellte Methode ist auf realistische Geometrien anwendbar und scheint auch für praktische Ingenieursaufgaben geeignet. Zusätzliche Tests und Untersuchungen sollten jedoch in Hinblick auf realistische und komplexere Szenarien durchgeführt werden, um die Stärken und Schwächen des Verfahrens weiter zu evaluieren.

Weitere Verbesserungen des Modells könnten in der Berücksichtigung von numerischen Ansätzen höherer Ordnung liegen, der Durchführung von inneren Iterationen, der Berücksichtigung anisotroper Verhältnisse sowie der genaueren Abbildung von schrägen oder gekrümmten Berandungen. Um die Stabilität für heterogene Dämme zu verbessern könnte die Entwicklung einer Prozedur zum Wechseln der Variablen hilfreich sein, wobei die θ-h-Schreibweise in Gebieten mit wechselnden Materialeigenschaften verwendet wird und die θ-Schreibweisen in den übrigen Gebieten.

Als weitere Schritte sind die Kopplung mit einem Dammbruchmodell und die Integration in die kostenfreie Software BASEMENT geplant. Eine vorteilhafte Eigenschaft des Verfahrens ist dabei seine Eignung für komplexe und zeitlich veränderliche Geometrien aufgrund der Verwendung von Bounce- Back-Randbedingungen. Weiterhin lässt sich das System mit vergleichbar geringem Aufwand um eine Komponente für die Modellierung von 2-D- oder 3-D-Oberflächenströmungen erweitern. Dies stellt eine vielversprechende Methodik für gekoppelte Strömungsberechnungen innerhalb einer einheitlichen Modellierungsumgebung auf einem gemeinsamen Berechnungsgitter dar.

 

 

Talsperren - Essenziell fuer die Minderung der Klimawandelfolgen
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (10/2025)
Die Bedeutung von Talsperren und Wasserspeichern wird in diesem Beitrag im Kontext des Klimawandels und der steigenden globalen Wassernachfrage betrachtet. Die Diskrepanz zwischen Wassernachfrage und verfügbarer Speicherkapazität wächst aufgrund von Klimawandel, Bevölkerungswachstum und Rückgang der Süßwasservorräte. Viele große Talsperren weltweit sind über 50 Jahre alt, was zum Teil Bedenken hinsichtlich ihrer Standsicherheit und Verlandung des Stauseevolumens aufwirft. Die Verlandung ist ein weltweit zunehmendes Problem. Ohne nachhaltige Maßnahmen werden bis 2050 viele Stauseen im Mittel bis zu 50 % verlandet sein. Eine nachhaltige Wasserbewirtschaftung und Maßnahmen zur Minderung der Stauraumverlandung angesichts eines wachsenden globalen Wasserspeicherbedarfs sind unabdingbar.

Ressourcenorientierte Sanitärsysteme für nachhaltiges Wassermanagement
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Abwassersysteme stehen infolge des Klimawandels und der Ressourcenknappheit vor Herausforderungen. Ressourcenorientierte Sanitärsysteme (NASS) ermöglichen durch eine getrennte Erfassung einzelner Abwasserteilströme (z. B. Grauwasser, Urin) eine gezielte Behandlung und Ressourcenrückgewinnung vor Ort. Zudem können sie bestehende Infrastrukturen entlasten. Praxisbeispiele verdeutlichen aktuelle Anwendungen von NASS. Das Projekt BeReit zeigt, dass eine Urinseparation den Belüftungsbedarf und Spurenstoffemissionen von Kläranlagen reduzieren kann.

Folgen und Perspektiven für eine klimaschonende Nutzung kohlenstoffreicher Böden in der Küstenregion Niedersachsens
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Der Schutz von Mooren und somit kohlenstoffreicher Böden ist ein zentrales Element erfolgreicher Klimaschutzstrategien. Am Beispiel der Küstenregion Niedersachsens wird deutlich, welche sozioökonomischen Folgen eine Wiedervernässung ohne wirtschaftliche Nutzungsperspektiven nach sich ziehen kann. Eine transformative Moornutzung kann nur gelingen, wenn wissenschaftliche Erkenntnisse, politische Rahmenbedingungen, soziale Akzeptanz und ökonomische Realitäten ineinandergreifen.

 

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