Ein Beitrag zur numerischen Simulation des progressiven Erosionsbruches bei Steinschüttdämmen

Diplomarbeit aus dem Jahr 2010 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Bauingenieurwesen, Note: 1,0, Leopold-Franzens-Universität Innsbruck (Institut für Infrastruktur; Arbeitsbereich Wasserbau), Sprache: Deutsch, Abstract: Seit dem Zeitalter der frühen Hochkulturen Mesopotamiens und Ägyptens werden Stauanlagen errichtetet. Durch Fehler in Planung, Bau oder Betrieb sowie unerwartete extreme Hochwässer kam es in der Geschichte immer wieder zum Versagen von Talsperren mit teils verheerenden Folgen. Da allerdings heute vor allem in Europa höchste Sicherheitsstandards eingehalten werden, ist das Versagen einer Talsperre äußerst unwahrscheinlich geworden. Andererseits werden aufgrund der Tatsache, dass ein Versagen niemals absolut ausgeschlossen werden kann, Untersuchungen der Auswirkungen eines Dammbruches behördlich gefordert. Maßgebliche Grundlage dieser Untersuchungen ist die Bestimmung einer Ausflussganglinie infolge eines Dammbruches.

Das Ziel dieser Diplomarbeit ist, die Ausflussganglinie des Dammbruches für den Staudamm des geplanten Speicherkraftwerks Kühtai zu bestimmen, die dann für die Flutwellensimulation verwendet werden kann.

Während bei Staumauern von einem plötzlichen Versagen ausgegangen werden kann, versagen Dämme langsamer. Diese Art des Dammversagens wird auch progressiver Dammerosionsbruch genannt. Es gibt bisher bereits ein- und mehrdimensionale Berechnungsmodelle, mit denen der progressive Erosionsbruch simuliert werden kann.

In dieser Arbeit wird das Flachwasser-Fluidmechanik-Programm 2dMb der ETH ZÜRICH verwendet, mit dem eine veränderliche Sohle simuliert werden kann. In der Diplomarbeit wird das Programm zuerst an bereits durchgeführten Modellversuchen kalibriert und dann an einem Großfeldversuch validiert, wobei sich erstaunlich gute Übereinstimmungen der Ergebnisse mit den Versuchsdaten ergeben. Dies zeigt, dass das Modell für Dammbruchprognosen verwendet werden kann.

Mit den gefundenen Einstellungen wird dann der Dammbruch für den Staudamm des geplanten Speicherkraftwerks Kühtai berechnet und eine Parameterstudie erstellt. Es wurde deutlich, dass es zwar eine gewisse Unsicherheit und Unschärfe im Ergebnis gibt, letzteres aber doch recht gut eingegrenzt werden kann. Abschließend wird das Ergebnis mit anderen Berechnungsmethoden verglichen.

Es wurde ersichtlich, dass das Programm u.a. hinsichtlich Netzgenerierung noch weiter entwickelt werden könnte. Weitere großmaßstäbliche Dammbruchversuche wären eine hilfreiche Grundlage dazu.