Markus Aufleger

High-resolution hydrographic airborne laser scanner for surveying inland waters and shallow coastal zones

Repetitive surveying of inshore waters is becoming more and more essential to evaluate reservoir sedimentation, river degradation, water flow and water level dynamics, structure and zone variations of rivers and riparian areas. This can only be achieved in an effective way by employing hydrographic airborne laser scanning. A new laser scanner for acquisition of high-resolution hydrographic data dedicated for surveying inland waters and shallow coastal zones is introduced. Measurement results obtained with the compact airborne laser scanning system employing a narrow laser beam at 532 nm, operating at a net measurement rate of 110 kHz are presented. Advantages and limitations of this new approach are discussed and potential fields of applications are assessed.

Anregungen zur Qualitätssicherung in der 3-D-numerischen Modellierung mit FLOW-3D@@@Contribution to Quality Standards for 3D-Numerical Simulations with FLOW-3D@@@Предложения по обеспечению качества в трехмерном численном моделировании с использованием FLOW-3D

FLOW-3D ist eine leistungsfahige 3-D-numerische Stromungssimulationssoftware fur Freispiegelabflusse. Das strukturierte und entlang der Koordinatenachsen ausgerichtete Berechnungsnetz stellt eine Besonderheit der Software dar. Dadurch ergeben sich zusatzliche Freiheiten, wie die Implementierung von bewegten Objekten oder die vereinfachte Variationsuntersuchung von Einbauten. Im Hinblick auf die Qualitatssicherung muss die Adaptierung der Geometrie an das Berechnungsnetz im Detail kontrolliert werden. Dies und weitere Modellierungsaspekte werden in diesem Beitrag behandelt

Numerical Simulations in Hydraulic Engineering

The main focus of the chapter is to present various case studies, showing the link between Computational Fluid Dynamics (CFD) and traditional scale model tests in the laboratory. The goal is to illustrate the possibilities and limitations when coupling these two different methods in the context of hydraulic engineering applications. The topics range from hydraulic investigations where numerical simulations are a vital tool for model validation (optimisation and quantification of local head losses, the capacity of a spillway and as a third example impulse waves caused by an avalanche), to modelling of debris flow and log jam processes, including bed load transport issues. The use of such hybrid approaches can contribute to cost-saving and realisation of more complex investigations in shorter time.

On the Evaluation and Modelling of Wood Clogging Processes in Flood Related Hazards Estimation

The topic of the present paper is the quantification of the processes of bridge clogging by wood and its consideration in natural hazards assessment. Physical, scale model tests on bridge clogging were conducted in the hydraulic laboratory of the University of Innsbruck. Clogging probabilities were analyzed within a comprehensive set of experimental tests. The characteristics of critical configurations of wood loading, hydraulics and bridge type/structure are illustrated. A synopsis of results from previously conducted tests on this topic show that quantifying such a process should be carefully done, due to the apparent randomness of the wood motion in the channel and at the bridge. Nevertheless, the consideration of wood clogging at vulnerable structures is an essential part in flood related hazards assessment. Wood clogging affects not only the structure itself, but also floodplain inundation in the vicinity of these structures resulting into higher flood risk.

Alternativer hydraulischer Schutz des Triebwasserwegs — Konzept, Modellversuch und numerische 3-D-Simulation@@@Alternative hydraulic protection of penstocks — Concept, scale model test and numerical 3D simulation

Für den hydraulischen Schutz des Triebwasserweges einer (Hochdruck-) Wasserkraftanlage kann neben einem Schnellschlussorgan auch ein fester Einbau (Wand im Triebwasserweg) herangezogen werden. Im vorliegenden Beitrag wird dieses alternative Konzept basierend auf einem Forschungsprojekt an der Universität Innsbruck vorgestellt. Dabei wird anhand eines Modellversuchs das stationäre und instationäre Verhalten dieses Einbaues untersucht und die Funktionsfähigkeit geprüft. Zudem dienen die Ergebnisse dazu, dass die numerischen Berechnungen validiert werden können.

Verschneidung von Airborne Hydromapping und Fächerecholotvermessung bei Rheinfelden@@@Merging airborne hydromapping and echo sounding data at Rheinfelden@@@Применение технологии Airborne Hydromapping и многолучевого эхолотного исследования в округе Рейнфельден

Airborne Hydromapping ist eine neue Technologie für die hoch detaillierte Vermessung von Flüssen, Seen und Stauräumen. Das Lasersystem ist wasserdurchdringend und ermöglicht so die gleichzeitige Erfassung der Bathymetrie von Flachgewässern (Tiefen bis 8 m) sowie der Topographie des angrenzenden Vorlandes (Genauigkeit <10 cm). Den Gegensatz stellen klassische Fächerecholotaufnahmen von Gewässern in 2 bis 100 m Tiefe dar. Die Herausforderung ist nun die Lücke zwischen beiden zu schließen, indem man sie kombiniert wie dies am Beispiel Rheinfelden unter Verwendung von HydroVISH gezeigt wird.

Fließgewässerkraftwerke zur Wasserkraftnutzung an ökologisch sensiblen Standorten

Freie Fliesstrecken an voralpinen Flussen weisen meist signifikante Eintiefungstendenzen auf, denen mit Hilfe von flussbaulichen Masnahmen in Form von Sohlenbauwerken Einhalt geboten werden kann. Vor dem Hintergrund eines notwendigen Ausbaus der Nutzung erneuerbarer Energien ist es naheliegend, solche Querbauwerke auch energetisch zu nutzen. Ein wesentlicher Leitgedanke dabei ist, den Fliesgewassercharakter auch bei Wasserkraft nutzung zu erhalten. Das Konzept des Fliesgewasserkraftwerkes wird den schwierigen Rahmenbedingungen und der grosen okologischen Sensibilitat gerecht.

Validierung experimenteller und 3-D-numerischer Untersuchungen zur Einwirkung hydrodynamischer Fließprozesse auf Objekte@@@Validation of physical and 3D numerical modelling of hydrodynamic flow impacts on objects

Der vorliegende Beitrag befasst sich mit der kombinierten Anwendung eines physikalischen und eines 3-D-numerischen Modells zur Messung und Berechnung von Belastungen aus hydro dynamischen Fließprozessen auf vertikale Platten, welche der vereinfachten Abbildung von Gebäudestrukturen dienen. Unter Verwendung der Software FLOW-3D werden die Messungen aus umfangreichen Experimenten mit verschiedenen Fließzuständen und Plattenstrukturen numerisch nachgebildet. Damit wird die Übertragbarkeit der Versuchsergebnisse auf die Natur unter Verwendung des Froudeschen Modellgesetzes numerisch nachgewiesen.

Bruch der Druckrohrleitung als ein Extremlastfall bei Hochdruckwasserkraftanlagen@@@Failure of a penstock as an example of an extreme load-case as part of dimensioning of hydro power plants

Der Beitrag liefert Überlegungen zum Katastrophenlastfall des Versagens einer oberirdisch verlegten Druckrohrleitung einer Wasserkraftanlage. Dabei werden Ursachen, Ablauf und Maßnahmen zur Verminderung des Schadens angesprochen. Für die Abschätzung des Bruches werden Modellierungskonzepte mit der 1-D-numerischen Software WANDA verglichen, was durch das mögliche Auf treten von Kavitation im System erschwert wird. Durch den Beitrag sollen Impulse für zukünftige Untersuchungen an realen Anlagen und der Forschung geben werden.

Wasser als Energiespeicher – neue Ideen und Konzepte

Die Speicherung elektrischer Energie hat grose Bedeutung fur den Ausgleich der Schwankungen zwischen Strombedarf und Stromproduktion. Infolge der in Mitteleuropa massiv zunehmenden Einspeisungen von Strom aus erneuerbaren Energien und dem politischen Entschluss Deutschlands, aus der Atomkraft bis zum Jahre 2022 vollstandig auszusteigen, steigt der Speicherbedarf weiter an. Die wichtigste Technologie fur die grostechnische Speicherung elektrischer Energie ist die Pumpspeicherung. Andere Speichermethoden weisen im Vergleich erhebliche Nachteile auf. Eine Reihe von neuen Ideen und Konzepte zur Nutzung von Wasser als Energiespeicher jenseits konventioneller Pumpspeicher liegt bereits vor. Gegenwartig werden z. B. an der Universitat Innsbruck hydraulische Grosenergie speicher nach den Power-Tower- und Buoyant-Energy-Konzepten entwickelt.