Hyperpyknische Sediment belastete Flussfahnen in Seen

Der Einstrom eines Flusses in einen See bringt auch andere Stoffe (Sedimente, Nährstoffe, Sauerstoff und Schadstoffe) in den See, die für die Wasserqualität von entscheidender Bedeutung sind. Dieses Projekt befasst sich mit sedimentbeladenen hyperpyknischen Flusseinströmen. Hyperpyknisch bedeutet, dass die Dichte des Flusswassers höher ist als die Dichte des Seewassers. Der Fokus liegt auf den Strömungsstrukturen und den Wechselwirkungen zwischen der Strömung, dem Sediment und dem Seeboden. Das derzeitige Verständnis von hyperpyknischen Flusseinströmen basiert hauptsächlich auf vereinfachten Geometrien mit konstanter Breite, und den Einfluss von Sedimenten ist aufgrund unzureichender Feld- und Labordaten kaum bekannt. In diesem Projekt werden drei Forschungsfragen für ein breites Spektrum realistischer Geometrien untersucht: (i) Was sind die wichtigsten Strömungsprozesse und von welchen Parametern hängen sie ab? (ii) Welchen Einfluss hat das Sediment auf diese Prozesse? (iii) Welches sind die Wechselwirkungen zwischen der Strömung, dem Sediment und dem Seeboden? Dieses Projekt baut auf einer Vorbereitungsphase auf, die Folgendes umfasste: (i) die Entwicklung eines innovativen Feldversuchsaufbaus am Einstrom der Rhône in den Genfersee, der Messungen der Geschwindigkeit und der Sedimentkonzentration von einem fahrenden Boot aus mit gleichzeitigen kontinuierlichen Bildern der Wasseroberfläche in der Nähe des Einstroms in den See kombiniert, und seine Anwendung für die Datenerfassung unter ein breites Spektrum von Bedingungen; (ii) die Validierung einer großmaßstäblichen Laborinfrastruktur zur Untersuchung hyperpyknischer Flusseinströme ohne Sediment; (iii) die Entwicklung des zweiphasigen numerischen Modells SedFOAM für sedimentbeladene Strömungen. In diesem Projekt werden die Felduntersuchungen, die Laborexperimente und die numerische Modellierung integriert und weiter ausgebaut. Die verfügbaren Felddaten werden analysiert und bei Bedarf werden neue Daten erhoben. Die großmaßstäbliche Laborinfrastruktur wird für sedimentbeladene Flusseinströme angepasst und angewendet. Numerische Experimente mit dem SedFOAM werden die Ergebnisse der Feld- und Laboruntersuchungen verallgemeinern. Das Projekt wird zu originellen und innovativen Fortschritten führen. Bestehende Konzepte für hyperpyknische Flusseinströme in Seen werden in zweierlei Hinsicht erweitert. Erstens wird ihr Gültigkeitsbereich eine breitere Palette von Geometrien abdecken. Zweitens werden sie Wechselwirkungen zwischen der Strömung, dem Sediment und dem Seeboden berücksichtigen. Hochwertige Daten und Quellcodes aus der Felduntersuchungen, Laborexperimenten und numerischen Simulationen werden öffentlich zugänglich gemacht. Ein Postdoc wird die Feldversuche durchführen, ein Doktorand die Laborexperimente und ein Postdoc die numerische Modellierung. Betreut werden sie von Koen Blanckaert (TU Wien, Österreich), Eletta Negretti (CNRS-LEGI, Frankreich) und Julien Chauchat (UGA/GINP-LEGI, Frankreich).