In den letzten Jahrzehnten hat der fortschreitende Ausbau von Seeschifffahrtsstraßen zu einer Zunahme der Verschlickung und Entstehung von Flüssigschlick in Bereichen der ästuarinen Schifffahrtstraßen, Häfen und Hafeneinfahrten geführt. Der Bedarf an fundierten Kenntnissen über die Flüssigschlickdynamik wächst, um neue Unterhaltungsstrategien und Renaturierungsmaßnahmen in Ästuaren zu entwickeln und bestehende zu optimieren. Numerische Modelle dienen als Werkzeug zur Beurteilung dieser Strategien und Maßnahmen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist daher, die numerische Simulation der Dynamik von Flüssigschlick zu ermöglichen. Flüssigschlick entsteht in Bereichen erhöhter Akkumulation von kohäsiven Sedimenten. Diese bilden Aggregate und führen zum Aufbau einer inneren Struktur, mit der sich das Fließverhalten der hochkonzentrierten Schlicksuspension von Newtonschen zu nicht-Newtonschen Verhalten verändert. Die derzeit etablierten hydrodynamischen Modelle lösen die Flachwassergleichungen unter der Annahme eines Newtonschen Fluides. In der vorliegenden Arbeit wird daher ein herkömmliches numerisches Verfahren für die Reynolds-gemittelten Navier-Stokes Gleichungen für die Simulation von nicht-Newtonschen Verhalten erweitert. Die Entwicklungen für die Simulation der Flüssigschlickdynamik bauen auf einem bestehenden isopyknischen numerischen Modell auf. Eine vertikale Auflösung durch Isopyknen - Schichten gleicher Dichte - ist in dieser Arbeit eingesetzt worden, um stark geschichtete Strömungen in Gewässern mit hochkonzentrierten Suspensionen zu realisieren. Insbesondere die Grenzschicht zwischen Flüssigschlick- und Wasserkörper ist durch einen ausgeprägten Dichtesprung gekennzeichnet. Die isopyknische Diskretisierung ermöglicht die Dichte- und Strömungsverteilung im Flüssigschlickkörper vertikal aufzulösen. Die isopyknischen Schichten interagieren durch Impulsaustausch, Massenaustausch und Schubspannungen an den Grenzflächen. Jede Isopykne repräsentiert eine Suspension mit entsprechender Sedimentkonzentration. Advektion und gravitationeller Transport, Durchmischung und Absetzen kohäsiver Schwebstoffsuspensionen wird durch Änderungen der Schichtdicke der Isopyknen realisiert. Die vertikalen Transportraten zwischen den isopyknischen Schichten werden durch Parametrisierungen der Transportteilprozesse bestimmt. Die Rheologie von Flüssigschlick wird durch Aufbrechen und Neubildung der internen Struktur in Reaktion auf einwirkende Scherkräfte dominiert (nicht-Newtonsches Verhalten). Das rheologische Verhalten wird im numerischen Modell durch eine zeit- und ortsabhängige rheologische Viskosität umgesetzt, die in den Termen der inneren Spannungen der Impulsgleichung berücksichtigt wird. Anwendungen auf schematische und realistische Modellgebiete verdeutlichen die Möglichkeiten und Leistungsfähigkeit des weiterentwickelten isopyknischen numerischen Modells für die Simulation der Flüssigschlickdynamik. Weiterhin zeigen die Modellanwendungen, dass die Entwicklung von Flüssigschlick im tidebeeinflussten System mit diesem Modellverfahren simuliert werden kann.    «

In den letzten Jahrzehnten hat der fortschreitende Ausbau von Seeschifffahrtsstraßen zu einer Zunahme der Verschlickung und Entstehung von Flüssigschlick in Bereichen der ästuarinen Schifffahrtstraßen, Häfen und Hafeneinfahrten geführt. Der Bedarf an fundierten Kenntnissen über die Flüssigschlickdynamik wächst, um neue Unterhaltungsstrategien und Renaturierungsmaßnahmen in Ästuaren zu entwickeln und bestehende zu optimieren. Numerische Modelle dienen als Werkzeug zur Beurteilung dieser Strategie...    »