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Field Investigation on Hydroabrasion in High-Speed Sediment-Laden Flows at Sediment Bypass Tunnels
(2020)
Wear due to sediment particles in fluid flows, also termed hydroabrasion’ or simply ‘abrasion’, is an omnipresent issue at hydraulic structures as well as in bedrock rivers. However, interactions between flow field, particle motion, channel topography, material properties and abrasion have rarely been investigated on a prototype scale, leaving many open questions as to their quantitative interrelations. Therefore, we investigated hydroabrasion in a multi‐year field study at two Swiss Sediment Bypass Tunnels (SBTs). Abrasion depths of various invert materials, hydraulics and sediment transport conditions were determined and used to compute the abrasion coefficients kv of different abrasion models for high‐strength concrete and granite. The results reveal that these models are useful to estimate spatially averaged abrasion rates. The kv‐value is about one order of magnitude higher for granite than for high‐strength concrete, hence, using material‐specific abrasion coefficients enhances the prediction accuracy. Three‐dimensional flow structures, i.e., secondary currents occurring both, in the straight and curved sections of the tunnels cause incision channels, while also longitudinally undulating abrasion patterns were observed. Furthermore, hydroabrasion concentrated along joints and protruding edges. The maximum abrasion depths were roughly twice the mean abrasion depths, irrespective of hydraulics, sediment transport
conditions and invert material.
Verockerung wasserbaulicher Filteranlagen: Stand der Wissenschaft und notwendige Untersuchungen
(2022)
In den letzten Jahrzehnten kam es in Einzelfällen zu schweren Schäden an wasserbaulichen geotextilen Filteranlagen infolge der Verstopfung durch ausgeflockte ockerhaltige Produkte. Durch eine starke Verminderung der Durchlässigkeit der Geokunststoffe in Kombination mit einem hohen hydrostatischen Druck wurden unter anderem die Deckschichten verschiedener Deckwerke in den tidebeeinflussten Wasserstraßen Ems und Weser angehoben und beschädigt. Bisher wurden die Milieubedingungen, d.h. Grundwasser- und Oberflächenwasserbeschaffenheit sowie Aquifer- und Deckwerksmaterial, unter denen die Ockerbildung in geotextilen und mineralischen Filteranlagen auftritt, noch nicht systematisch untersucht. Im Rahmen des vorliegenden Beitrags werden im ersten Schritt aus theoretischen Untersuchungen und Datenanalysen von Grundwasser- und Oberflächenwasseruntersuchungen Kriterien zur Bewertung der Verockerungsneigung abgeleitet. Diese Kriterien bzw. DOCP (decisive ochre clogging parameters) zeigen in den Ästuaren Ems, Weser und Elbe Beträge an, die Verockerungserscheinungen begünstigen bzw. ermöglichen. Auf Basis dieser Untersuchungen werden im zweiten Schritt Randbedingungen für zukünftige systematische in-situ Untersuchungen an wasserbaulichen Filteranlagen sowie im experimentellen Modell abgeleitet.