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ZusammenfassungEine hydraulische Optimierung von Ausleitungskraftwerken mit Triebwasserstollen bietet sowohl wirtschaftliche, als auch ökologische Vorteile hinsichtlich Schwall-Sunk-Ausgleich, durch Auslegung als Speicherstollen mit differentiellen Wasserschlössern. Dies erhöht die Flexibilität und ermöglicht die Speicherbewirtschaftung des Triebwasserstollens.

ZusammenfassungDie Vorhersage und Interpretation von Verformungsmessungen zur Bewertung der Sicherheit von Talsperren auf der Grundlage von früheren Überwachungsdaten ist heute eine der häufigsten Aufgaben von Talsperrenverantwortlichen. Zur Lösung dieser Aufgaben werden deterministische und statistische Ansätze verwendet. Finite-Elemente-Modelle bieten die Möglichkeit, das Verhalten von Talsperren sehr detailliert zu untersuchen, wenn sowohl mechanische Parameter als auch geotechnische und geologische Informationen verfügbar sind. Im Vergleich zu statistischen Modellen mangelt es ihnen jedoch häufig an Vorhersagegenauigkeit aufgrund des zeitabhängigen Verhaltens der Rheologie und eingeschränkter Informationen über die geologischen Bedingungen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn nur begrenzte Daten zur Kalibrierung von Materialmodellen und Kontaktbedingungen, z. B. zwischen den einzelnen Blöcken, zur Verfügung stehen. Die hybride Modellierung kombiniert die Vorteile beider Ansätze. Das ICOLD Technical Committee on Computational Aspects of Analysis and Design of Dams rief zu einem Workshop über das Verhalten und die prädiktive Analyse einer doppelt gekrümmten Bogenmauer auf. Für die gestellte Aufgabe wird ein Finite-Elemente-Modell erstellt und anhand verfügbarer Überwachungsdaten kalibriert. Anschließend wird ein rekurrentes neuronales Netz mit denselben Daten und den Ergebnissen der Finite-Elemente-Analyse trainiert, um dessen mangelnde Vorhersagegenauigkeit zu kompensieren. Es wird gezeigt, dass dieses Verfahren nicht nur die Qualität der Modellierung verbessert, sondern auch Unzulänglichkeiten des mechanischen Modells aufdeckt. Darüber hinaus werden aus neuronalen Netzen mit Quantilsregression Vorhersageintervalle abgeleitet, um Warnstufen zu definieren und Anomalien in den Überwachungsdaten zu erkennen.

ZusammenfassungIm Talsperrenbau wird die Auslegung und Überwachung von Talsperren durch numerische Modelle unterstützt. Aufgrund der komplexen geometrischen und mechanischen Zusammenhänge ist es der Stand der Technik, dass die Finite-Elemente-Methode zum Einsatz kommt. In frühen Projektstadien oder zur überschlägigen Berechnung im Betrieb lassen sich die grundlegenden Standsicherheitsnachweise von Gewichtsstaumauern mit der frei verfügbaren Software CADAM2D unter Berücksichtigung der einschlägigen Richtlinien im Talsperrenwesen durchführen. Anhand der im englischsprachigen Raum bekannten "Gravity Method" wird die Spannungsverteilung der Aufstandsfläche bzw. der Arbeitsfugen des Sperrenkörpers unter Berücksichtigung der Balkentheorie berechnet. Dabei kann bei Überschreiten der Zugfestigkeit auch ein Öffnen der Fugen zugelassen werden. Aufbauend auf dieser Berechnung gibt CADAM2D die Sicherheitsfaktoren wie z. B. Gleiten oder Kippen aus. Im Erdbebenlastfall werden die Trägheitskräfte durch Anwendung quasi-statischer Ansätze berechnet und in weiterer Folge mit den statischen Lasten kombiniert. Weitere Programmmodule ermöglichen probabilistische Sicherheitsberechnungen oder auch Sensitivitätsanalysen, welche die meist komplexe Beurteilung der Bauwerkssicherheit unterstützen. Die flache Lernkurve bei der Bedienung und die vielseitigen Funktionen stellen, zusammen mit der freien Verfügbarkeit des Programms, ein attraktives Paket vor allem im Ausbildungsbereich dar.

AbstractExponential growth of computational power in the past decade on one hand and the success of numerical models in studying hydro-environmental flows on the other hand lead to an increasing usage of this technique in hydraulic engineering problems. In particular, three-dimensional numerical models are becoming the industry standard, especially in problems where capturing three-dimensional flow characteristics are important. Additionally, with availability of open-source computational fluid dynamic (CFD) codes, this type of modelling is more accessible. Among these codes, OpenFOAM (Open Source Field Operation and Manipulation) is a state-of-the-art CFD code with an extensive range of features for engineering and scientific applications. In this paper, selected studies are presented which the authors carried out using OpenFOAM. These studies include a wide range of applications from implementation of the new algorithms to modelling a practical application in hydraulic engineering.