Laufzeit: 01.01.2019 - 31.12.2020

Förderung durch: DAAD

gemeinsam mit: Utah State University

A labyrinth weir is a special type of an instream non-linear weir allowing for an increase of discharge capacity by folding, and thus extending the weir crest.
Nowadays, many hydraulic structures need to be rehabilitated due to higher demands on the discharge capacity. Reasons for this may be:

• The existence of longer hydrological time series and thus correction of design discharges,

• Higher demands on flood protection due to a more vulnerable land usage.

With consideration of a labyrinth weir, high discharges can be allowed for a given head without increasing the total width of structure and thus, without widening the channel and causing ecological impacts. This type of structure is also frequently identified to be economical for rehabilitation when compared to alternative spillway types (ogee weir, gated spillway, overtopping protection).
While the general hydraulics of labyrinth weirs have been a research focus in the past (i.e. head-discharge relationships, geometry optimization, sediment transport over the weir crest), little is known on the energy dissipation downstream of the structures. In particular, no design methods for energy dissipators downstream of labyrinth weirs are available. This is an important focus, as the unit discharge immediately downstream of a labyrinth weir varies across the channel. As it may be expected that many new labyrinth weirs will be built worldwide in the near future due to the above-mentioned benefits, an effective, practicable and cost-efficient design is essential.
To achieve this goal, this project considers a modern approach, i.e. a hybrid modeling approach. The project partners have essential experience with physical and numerical modeling and are experts in the design of hydraulic structures, such as weirs and energy dissipators.

Das BMBF fördert ab dem 1.8.2016 das dreijährige Verbundprojekt „waveSTEPS“ zur systematischen Untersuchung des weitgehend unbekannten Systemverständnisses des Wellenauf- und -überlaufs an getreppten Deckwerken („stepped revetments“) für den Küstenschutz in urbanen Gebieten sowie die Bewertung der Leistungsfähigkeit und die Ableitung von praxistauglichen Bemessungsgrundlagen. 

Entscheidender Vorteil eines getreppten Deckwerks gegenüber herkömmlichen, flachen Beton- oder Grasoberfläche ist die durch die festen Stufen induzierte erhöhte Makrorauheit, also ein spezifisch induzierter Widerstand, der den Wellenauflauf und -ablauf sowie zwangsläufig den Wellenüberlauf maßgeblich reduziert und gleichzeitig die Möglichkeit der einfachen und sicheren Begehung sowie des Aufenthaltes auf dem Bauwerk außerhalb der Sturmflutsaison ermöglicht. Es wird vermutet, dass die erhöhte Rauheit des Deckwerks gegenüber einer glatten Oberfläche die erforderliche Freibordhöhe bei gleichbleibender Überströmungssicherheit signifikant reduziert. Um die Qualität der Bearbeitung des Forschungsvorhabens und die Translation der Ergebnisse für die Praxis auf höchstem Niveau zu gewährleisten, unterteilen die beiden Verbundprojektpartner: i) Franzius-Institut, Leibniz Universität Hannover, und ii) Lehr- und Forschungsgebiet Wasserbau, Fachhochschule Aachen, das Vorhaben in drei Arbeitspakete und sieht u.a. die Versuchsdurchführung im prototypischen Maßstab im Großen Wellenkanal des Forschungszentrums Küste vor.

Das LuFG Wasserbau kooperiert mit FLOW Science, USA, Entwickler der renommierten CFD-Simulationssoftware. Im Rahmen der Promotion von Herrn Daniel Valero sollen die Modelle zum Lufteintrag in turbulenten Strömungen weiterentwickelt und mit physikalischen Modellversuchen unterstützt werden.

Weitere Informationen hier.

Laufzeit: 01.01.2017 - 31.12.2018

Förderung durch: DAAD

Stepped spillways are designed to spill safely floodwaters at dams. With a stepped invert, high turbulence involves high energy dissipation and air-entrainment which in turn helps to re-aerate the water before rejoining the natural river. In this project, local air-water flow properties will be measured on a large-scale physical model with use of advanced intrusive probes and related to direct measurements of the re-aeration performance (University of Queensland). High-speed camera investigations (FH Aachen) will be additionally applied to record complete velocity fields and gain further knowledge about the development of unsteady turbulent shear layers near the steps and the resulting flow resistance.

Vom 05. bis 15. Mai 2017 hat die zweite internationale Wasserbauexkursion in die USA stattgefunden, an welcher insgesamt 32 Personen (FH Aachen + FH Lübeck) teilgenommen haben. Besucht wurden unter anderem der Glen Canyon Dam und der Hoover Dam. Mehr Informationen im Exkursionsbericht!

Das LuFG Wasserbau freut sich, Herrn Gangfu Zhang aus Brisbane / Australien erneut in Aachen begrüßen zu dürfen. Nach seinem ersten Besuch im Sommer 2016 wird Herr Zhang vom 28. Mai bis 15. Juli 2017 erneut die Versuchseinrichtungen an der FH Aachen für gemeinsame Forschungsvorhaben im Bereich von Treppenschussrinnen nutzen. 

Unser Mitarbeiter Daniel Valero hat den 

Flow Science’s 35th Anniversary Simulation Contest

gewonnen. Herr Valero hat mit einem Vergleich zwischen physikalischen Modellversuchen und dreidimensionalen CFD Modellierungen von Einleitungen in einem Buhnenfeld die Leistungsfähigkeit moderner CFD Modelle demonstriert. 

Weitere Informationen hier: Link 

Das LuFG Wasserbau freut sich Herrn Gangfu Zhang aus Brisbane / Australien begrüßen zu dürfen. Im Rahmen seiner Doktorarbeit forscht Herr Zhang an Treppenschussrinnen. Im Zeitraum vom 04. Juli bis 26. Juli 2016 wird er Versuche zur Anwendbarkeit und Genauigkeit von optischen Messverfahren in belüfteten Strömungen durchführen. 

Das Lehr- und Forschungsgebiet Wasserbau der FH Aachen unterstützt die Organisation dreier IAHR Events im Jahr 2016. Dabei handelt es sich um den 6th International Junior Researcher and Engineer Workshop on Hydraulic Structures (IJREWHS) in Lübeck, den 4th IAHR Europe Congress in Lüttich/Belgien sowie das 6th International Symposium on Hydraulic Structures (ISHS) in Portland/Oregon, USA. Nähere Informationen sind auf den jeweiligen Webseiten zu finden:

ISHS 2016: www.ishs2016.com

IAHR Europe Congress 2016: http://www.iahr2016.ulg.ac.be

IJREWHS 2016: http://ijrewhs2016.de

Das LuFG Wasserbau wurde von FLOW Science, Entwickler der renommierten CFD-Simulationssoftware, eingeladen, im Rahmen eines Gastvortags beim CFD Modeling Workshop for Water & Environmental Flows über aktuelle Forschungsprojekte zu berichten.

Weitere Informationen hier.

Im Mai 2014 fand eine große Wasserbauexkursion der Lehr- und Forschungsgebiete Wasserbau der FH Aachen sowie der FH Lübeck in die USA statt. Prof.  Dr.-Ing. Daniel Bung (FH Aachen) sowie Prof. Dr.-Ing. habil. Mario Oertel (FH Lübeck) reisten mit jeweils 13 Studierenden der Vertiefungsrichtung Wasserbau in den Westen der USA und besuchten an 10 Tagen zahlreiche Talsperren,  Wasserversorger sowie Nationalparks. Die Tour führte dabei von Salt Lake City in südwestliche Richtung bis nach Las Vegas – hierbei wurden rund 2.000 km Fahrtstrecke zwischen den einzelnen Destinationen zurückgelegt. 

Den Exkursionsbericht finden Sie hier.

Das LuFG Wasserbau freut sich Herrn Pedro Lopes aus Coimbra / Portugal begrüßen zu dürfen. Herr Lopes wird im Zeitraum vom 10. März bis 22. Mai 2014 physikalische Modellversuche an einer Treppenschussrinne im Wasserbaulabor durchführen. Im Rahmen seiner Doktorarbeit versucht Herr Lopes numerische Modelle zur Berechnung von Wasser-Luft-Strömungen zu optimieren. Die gewonnen Daten werden zur Kalibrierung herangezogen.

Termin: 20.02.2013 - 22.02.2013

Ort: FH Aachen (Aula)

in Zusammenarbeit mit: IAHR (International Association for Hydro-Environment Engineering and Research)

weitere Informationen hier!

Durch die Förderung durch das Land Nordrhein-Westfalen erhält das Lehr- und Forschungsgebiet Wasserbau in Kürze ein hochmodernes Hochgeschwindigkeits-Kamerasystem.

Das System des Herstellers LaVision soll unter anderem zur Visualisierung hochkomplexer Strömungen im Wasserbau im Rahmen von Forschung und Lehre eingesetzt werden. Das mitgelieferte PIV-System (Particle Image Velocimetry) wird zur Bestimmung von instantanen, zweidimensionalen Geschwindigkeitsfeldern herangezogen.

Durch die Förderung wird die Ausstattung des derzeit im Umbau befindlichen Wasserbaulabors maßgeblich erweitert.

Technische Daten der Hochgeschwindigkeitskamera:

• Typ Phantom M120
• CMOS sensor
• 1920 x 1200 Pixel
• max. Bildrate 730 Hz bei voller Auflösung
• max. Bildrate 5580 Hz bei 512 x 512 Pixel
• 12 bit
• 12 GB Speichermodul

Laufzeit: 01.01.2011 - 31.12.2012

Förderung durch: DAAD

Durch den zunehmenden Einsatz von Walzbeton im Dammbau gewinnen Treppenschussrinnen als Hochwasserentlastungsanlage an Bedeutung. Diese lassen sich in den pyramidenförmigen Querschnitt des Damms integrieren und machen damit den Bau eines zusätzlichen, separaten Bauwerks überflüssig. 

Während die grundlegende Fließcharakteristik auf Treppenschussrinnen mit einfacher Geometrie bislang im Fokus wissenschaftlicher Untersuchungen stand und wichtige Erkenntnisse über die mögliche Energiedissipation gewonnen wurden, fehlen weiterhin Kenntnisse über das Abflussverhalten in anschließenden Energiedissipatoren wie z.B. Tosbecken. Standardformen solcher Tosbecken, wie etwa vom US Bureau of Reclamation (USBR) in Kombination mit herkömmlichen Schussrinnen entwickelt, induzieren dabei ein dreidimensionales Strömungsfeld. 
Derartige dreidimensionale Strömungen können auch unmittelbar auf der Hochwasserentlastungsanlage selbst entstehen. Zwar lässt sich bei Standardgeometrie ein im Wesentlichen zweidimensionales Strömungsfeld feststellen. Im Fall von Sonderformen wie Treppenschussrinnen mit konvergierenden Seitenwänden sind jedoch dreidimensionale Effekte nicht zu vernachlässigen. Hierdurch kann es zu Instabilitäten in Form von signifikanten Druckschwankungen, Schockwellen und lokalen Strömungskonzentrationen kommen, welche zu einer hydraulischen Leistungsreduzierung bis hin zum Bauwerksversagen führen können. 

Das LuFG Wasserbau beabsichtigt derartige dreidimensionale Strömungen im Zusammenhang mit Treppenschussrinnen zu untersuchen. Dazu sollen in Kooperation mit portugiesischen Partnern des Instituto Superior Técnico (IST, Prof. Jorge Matos) und Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) in Lissabon sowie der Universität von Coimbra (Prof. Rita de Carvalho) physikalische Modellversuche und numerische Untersuchungen angestellt werden. Im Rahmen einer zweijährigen Förderung durch den Deutschen Akademischen Austausch Dienst (DAAD) und dessen portugiesischen Pendant (CRUP) werden alle Arbeiten hauptsächlich durch Studierende im gegenseitigen Austausch durchgeführt.