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Die ein- und zweidimensionale numerische Berechnung der Fließvorgänge in offenen Gerinnen findet zunehmend auch Anwendung in der Modellierung immer komplexerer Prozesse im unter Anderem im Bereich der Ökosystemmodellierung in Gebirgs- und Mittelgebirgsbächen. In diesem Bereich existieren zurzeit noch Probleme hinsichtlich der hydraulischen Prognoserechnungen. Neben den numerischen Grundlagen werden die Abhängigkeiten des Strömungsfeldes von der Rauheitsstruktur der Sohle und der Überdeckungshöhe behandelt. Zur Untersuchung der Fließwiderstandsgleichungen wurden Laborversuche in einer Versuchsrinne durchgeführt. Es wird gezeigt, dass der üblicherweise verwendete Ansatz des mittleren Sohlgefälles bei der Berechnung der Sohlschubspannungsgeschwindigkeit u* in Stufen-Becken-Sequenzen nicht zulässig ist. Stattdessen ist es erforderlich, die lokalen Energieliniengefälle zu bestimmen und einzusetzen. Die Anwendung der aus der Literatur bekannten Ansätze zur Beschreibung des Fließwiderstandes führt zu keinen befriedigenden Ergebnissen und wird ausführlich diskutiert. In der Untersuchung der verschiedenen Fließwiderstandsbeziehungen zeigte sich, dass insbesondere die ungenügende Beschreibung der Rauheitstruktur der Sohloberfläche durch einen charakteristischen Korndurchmesser des Sohlmaterials als unzureichend anzusehen ist. Hinsichtlich der Beschreibung rauer Oberflächenstrukturen wurde ein einfacher Segmentierungsalgorithmus entwickelt, der es erlaubt, komplizierte Oberflächenstrukturen zu vereinfachen und über die Standardabweichung abschnittsweise Rauheiten zuzuweisen. Dieses Verfahren wird in einem zweidimensionalen hydraulischen Modell eingesetzt. Hierdurch wird für die Wassertiefenbestimmung als auch für die Fließgeschwindigkeitsbestimmung eine Berücksichtigung der speziellen topographischen Verhältnisse ermöglicht.
Bei einigen bogenförmig verlaufenden Deichlinien ist es erforderlich, die Standsicherheit des Deiches mit Hilfe innenliegender vollkommener Dichtungssysteme zu verbessern. Diese Art der Deichsanierung hat jedoch Auswirkungen auf die Grundwasserströmung. Im Rahmen der wasserrechtlichen Genehmigungsverfahren ist der zu erwartende Aufstau bzw. die Absenkung des Grundwassers darzulegen. Die Zielsetzung dieser Masterarbeit ist es, hierzu einen Beitrag herauszuarbeiten. Dazu werden im ersten Schritt die erforderlichen Grundlagen erläutert. In einem zweiten Schritt werden mit wasserbaulichen/wasserwirtschaftlichen Methoden der Flussverlauf des Rheins in Nordrhein-Westfalen anhand von Kartenmaterial ausgewertet und mögliche Bogenformen ermittelt. Im dritten Schritt werden für diese Bogenformen unter Variation verschiedener Parameter numerische Berechnungen durchgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse werden unter Berücksichtigung der vorhandenen analytischen Berechnungsverfahren, mit dem Ziel der Ableitung eines Berechnungsansatzes bzw. von Anwendungsdiagrammen, bewertet.