Grundlagen der Sedimentbewegung

Einführung
1. Das Transportierende Medium (Fluid)
1.1 Vorbemerkung
1.2 Schubspannungsverteilung
1.3 Strömungsvorgänge an der Grenze zwischen Flüssigkeit und Wandung
1.3.1 Vorbemerkung
1.3.2 Definition der Grenzschicht
1.3.3 Plattengrenzschicht
1.3.4 Die Entstehung der Turbulenz (Stabilitätstheorie)
1.4 Das universelle Geschwindigkeitsverteilungsgesetz
1.4.1 Zähigkeitsströmungen
1.4.2 Turbulente Strömungen
1.4.3 Geschwindigkeitsverteilung in der zähen Unterschicht
1.4.4 Geschwindigkeitsverteilung in der turbulenten Außenströmung
1.4.5 Turbulente Strömung mit hydraulisch glatter Sohle
1.4.6 Turbulente Strömung mit hydraulisch rauher Sohle
1.4.7 Übergangsbereich
1.4.7.1 Widerstandsbeiwert ? für sandrauhe Rohre
1.4.8 Lage der mittleren Geschwindigkeit
1.4.8.1 Laminare Strömung
1.4.8.2 Turbulente Strömung mit zäher Unterschicht
1.4.8.3 Vollkommen turbulente Strömung
1.4.9 Geschwindigkeitsverteilungen bei Sedimenttransport
1.4.10 Schlußfolgerungen
1.5 Geschwindigkeitsverteilung von Luftströmungen mit freier Oberfläche
1.5.1 Ältere Untersuchungen
1.5.2 Ansatz von ZANKE
1.5.2.1 Messungen am Nordoststrand von Spiekeroog
1.5.2.2 Meßverfahren
1.5.2.3 Untersuchungsergebnis
1.6 Ungleichförmige Strömungen

2. Das Transportierte Medium (Sediment)
2.1 Vorbemerkung
2.1.1 Darstellung von Korngrößenverteilungen
2.1.2 Klassifikation der Sedimente
2.1.3 Methoden zur Ermittlung der Korngrößen
2.1.4 Natürliche Korngemische
2.1.4.1 Entstehung eines alluvialen Korngemisches
2.1.4.2 Kornverteilungen in alluvialen Gerinnen
2.1.4.3 Lagerungsdichte natürlicher Korngemische
2.1.4.4 Maßgebende Korngröße eines beliebigen Korn- gemisches
2.1.4.5 Maßgebende Korngröße eines natürlichen Sedimentes
2.1.4.6 Repräsentative Bodenproben

3. Dimensionslose Parameter Der Sedimentbewegung

4. Charakteristische Eigenschaften Von Sediment in Einer Strömung
4.1 Sinkgeschwindigkeit
4.1.1 Vorbemerkung
4.1.2 Bewegung in idealer Flüssigkeit
4.1.3 Bewegung in realer Flüssigkeit
4.1.3.1 Widerstand eines Einzelkörpers
4.1.3.2 Grenzschichten am umströmten Körper
4.1.3.3 Praktische Berechnung der Sinkgeschwindigkeit
4.1.3.4 Sinkgeschwindigkeit von Korngruppen
4.2 Beginn der Sedimentbewegung
4.2.1 Einleitung
4.2.2 Kritische Schubspannungen
4.2.2.1 Frühere Arbeiten über kritische Schubspannungen bei rolligen Böden
4.2.2.1.1 Transportbeginn unter Windeinfluß
4.2.2.1.2 Transportbeginn unter Welleneinwirkung
4.2.2.2 Ansatz von ZANKE
4.2.2.2.1 Hydraulisch rauhe Sohle (kohäsionsloses Sediment)
4.2.2.2.2 Hydraulisch glatte Sohle (kohäsionsloses Sediment)
4.2.2.2.3 Übergangsbereich und rauher Bereich
4.2.2.2.4 Sediment mit Einfluß von Adhäsionskräften
4.2.2.2.5 Bewegungsbeginn infolge Wind
4.2.2.2.6 Bewegungsbeginn unter Welleneinfluß
4.2.3 Kritische Geschwindigkeit um
4.2.4 Erosionsbeginn bei bindigen Böden
4.2.4.1 Allgemeines
4.2.4.2 Frühere Arbeiten
4.2.4.3 Kritische Betrachtung der Ergebnisse aus dem Schrifttum
4.2.4.4 Ansatz von ZANKE
4.2.4.4.1 Vorbemerkung
4.2.4.4.2 Fester Boden
4.2.4.4.3 Flüssiger Boden
4.2.4.4.4 Übergangsbereich
4.2.5 Beginn der Suspendierung von Sedimenten

5. Quantitativer Sedimenttransport
5.1 Allgemeines
5.2 Frühere Arbeiten
5.2.1 Gleichung von DU BOYS (1879)
5.2.2 Suspensionstransportgleichung von FORCHHEIMER (1930)
5.2.3 Gleichungen von SCHOKLITSCH (1934/1943)
5.2.4 Gleichung von SHIELDS(1936)
5.2.5 Gleichung von KALINSKE (1947)
5.2.6 Gleichung von MEYER-PETER und MÜLLER (1948/49)
5.2.7 Geschiebefunktion von EINSTEIN (1950)
5.2.8 Gleichung von VOLLMERS und PERNECKER (196 5)
5.2.9 Gleichung von ENGELUND und HANSEN (1967)
5.2.10 Gleichung von YANG (1973)
5.2.11 Weitere Transportgleichungen
5.2.12 Kritische Betrachtung der Gleichungen aus dem Schrifttum
5.3 Ansatz von ZANKE
5.3.1 Definition der Begriffe "Geschiebe- und Suspensionsfracht"
5.3.1.1 Geschiebefracht
5.3.1.2 Suspensionsfracht
5.3.2 Entwicklung der Transportgleichung
5.3.2.1 Transport als Geschiebefracht qG
5.3.2.2 Transport in Suspension
5.3.2.3 Gesamttransport
5.3.2.4 Gültigkeitsgrenzen
5.3.2.5 Gleichungen von Zanke in dimensionsloser Schreibweise
5.3.3 Berechnung der Transportraten mit der mittleren Geschwindigkeit
5.3.4 Abhängigkeit des Feststofftransportes von der Temperatur
5.4 Die Gleichungen von Zanke im Vergleich mit Messungen
5.5 Sedimenttransport bei instationären Strömungen
5.5.1 Allgemeines
5.5.2 Geschiebebewegung am Beispiel der Tide-Weser
5.5.3 Transport in Suspension
5.6 Sandtransport bei Wind
5.6.1 Anwendungsbeispiel
5.7 Quantitativer Sedimenttransport unter Wellen- einfluß

6. Verteilung Suspendierter Sedimente
6.1 Bewegung in Suspension
6.2 Diffusionstheorie
6.3 Erweiterter Ansatz nach ZANKE 1979
6.3.1 Ansatz für ?S/?W = ß
6.3.2 ?-Werte bei Suspensionstransport
6.3.3 Anwendbarkeit der klassischen Suspensionsver- teilungsgleichung über Transportkörpern (ZANKE 1979 b)
6.3.4 Verteilungsberechnung für Gemische ohne Hilfsmessung (ZANKE 1979 c)
6.3.5 Berechnungsbeispiel
6.3.6 Wahrscheinlichkeitsansatz

7. Formen Des Sedimenttransportes
7.1 Einleitung
7.2 Kriterien für das Auftreten von Transportkörpern
7.2.1 Definition der Sohlform
7.2.2 Sohlformen
7.3 Einige Ansätze für Transportkörperhöhen
7.4 Sedimenttransport in Transportkörpern
7.5 Instationäre Transportkörperbewegung (FÜHBÖTER 1980)
7.6 Ursachen der Transportkörperbildung
7.7 Numerische Simulation der Sohlformen (Puls, 1981)
7.8 Bedeutung der Transportkörperbildung im Hinblick auf Unterhaltsarbeiten an Wasserstraßen
7.8.1 Vorbemerkung
7.8.2 Vertiefung eines Tideflusses
7.8.3 Vertiefung eines Binnenflusses
7.8.4 Bedeutung von Bohrproben vor Flußvertiefungen
7.9 Mäander und Flechtströme

8. Modellkriterien
8.1 Allgemeines
8.2 Generelle Modellkriterien
8.3 Natur und Modell hydraulisch vollkommen rauh
8.3.1 Grobes Bettmaterial in Natur und Modell
8.4 Modell mit ?Fr* = 1 und ?Re* = 1
8.4.1 Allgemeine Kriterien für verzerrte Modelle
8.4.2 Ansatz von Gehrig
8.4.3 Berücksichtigung der Rauhigkeit durch das logarithmische Gesetz
8.4.3.1 Sonderfall des gekippten Modells
8.5 Modelle mit vorwiegendem Transport in Suspension
8.6 Modelle mit Transportkörpern
8.7 Zeitmaßstäbe
8.8 Litorale Prozesse
8.9 Zusammenfassung

9. Stabile Flüsse und Kanäle
9.1 Stabile Gerinne
9.1.1 Statisch stabile Gerinne
9.1.2 Dynamisch stabile Gerinne
9.1.3 Natürliche Gerinne mit erodierbaren Ufern

10. Kolke
10.1 Allgemeines
10.2 Berechnung der Kolkentwicklung
10.2.1 Zweidimensionaler Kolk
10.3 Dreidimensionaler Kolk am Kreiszylinder
10.3.1 Zeitliche Entwicklung
10.3.2 Endkolktiefen
10.3.3 Hochrechnung auf einen angenommenen Naturfall
10.3.4 Kolkbildung bei Wellen (kurz- und langperiodisch)
10.3.4.1 Maximale Kolktiefen
10.3.4.2 Zeitliche Kolkentwicklung unter Welleneinfluß
10.3.4.3 Einfluß des wellenbedingten Druckgradienten im Boden auf Kolke
10.4 Kolkschutz
10.4.1 Allgemeines
10.4.2 Steinschüttungen als Kolkschutz

11. Abkürzungen

12. Schrifttum

13. Namenverzeichnis

14. Stichwortverzeichnis