Aktuelle Forschungsprojekte

Auftraggeber: VERBUND Innkraftwerke GmbH
Bearbeitungszeit: 2025 - 2026
Bearbeitung: M.Sc. Philipp Helmer

An der am Inn zwischen den Kraftwerken Töging und Perach gelegenen Stauanlage Neuötting betreibt die VERBUND Innkraftwerke GmbH ein Laufwasserkraftwerk. Während Hochwasserereignissen kommt es im Oberwasser der Stauanlage Neuötting zu starken Ausräumungen der feinsandigen Gewässersohle. Diese Ausräumungen können messtechnisch nicht erfasst werden, beeinflussen jedoch maßgeblich den Wasserstand im Oberwasser der Stauanlage. Ziel des Projekts ist die Untersuchung der Oberwasserstände an der Stauanlage Neuötting unter Berücksichtigung der während eines Hochwasserereignisses auftretenden Sohlerosion. Betrachtet werden Hochwasserabflüsse HQ₁₀₀ und HQ₁₀₀₀ für die Lastfälle n-1 resp. n. Die hydraulische und morphodynamische Analyse der im Hochwasserfall auftretenden Prozesse erfolgt anhand eines hochaufgelösten 3D-HN-Modells des Untersuchungsgebiets. 

Schlagworte: 3D-HN-Modellierung, Hochwassersimulation, Sedimenttransportmodellierung

Auftraggeber: Schluchseewerk AG
Bearbeitungszeit: 2025
Bearbeitung: M.Sc. Philipp Helmer

Im Bereich der Stadt Bad Säckingen betreibt die Schluchseewerk Aktiengesellschaft das als Kavernenkraftwerk ausgeführte Pumpspeicherkraftwerk (PSW) Säckingen. Als „Unterbecken“ des PSW dienen im Wesentlichen die Rheinstauhaltungen Säckingen und Ryburg-Schwörstadt. Die Einleitung des PSW erfolgt kraftwerksseitig rund 230 m oberstrom des Rheinkraftwerk Säckingen (RKS). Die Schluchseewerk Aktiengesellschaft plant nun eine Erhöhung des Ausbaudurchflusses des PSW im Turbinenbetrieb. Vor diesem Hintergrund besteht die Fragestellung, ob die Durchflusserhöhung Auswirkungen auf die hydraulische Situation in der Stauhaltung Säckingen hat und ob ggf. eine hydraulische Wechselwirkung mit dem nahgelegenen RKS besteht. Für die Analyse der Strömungssituation zwischen dem Einlauf des PSW und dem RKS kommt ein hochaufgelöstes dreidimensionales hydrodynamisch-numerisches (3D-HN-) Modell zum Einsatz. Mit dem Modell werden die Strömungsverhältnisse im Untersuchungsgebiet und im Einlauf des RKS für den alten und den neuen Ausbaudurchfluss des PSW bei verschiedenen Rheinabflüssen und Rheinwasserständen ermittelt und die resultierenden Änderungen durch eine Gegenübergestellung analysiert.

Schlagworte: 3D-HN-Modellierung, Bauwerkshydraulik, Wasserkraft

Auftraggeber: Verbund Hydro Power GmbH
Bearbeitungszeit: 2025
Bearbeitung: M.Sc. Fabian Popp

Etwa 50 km oberstrom von Wien betreibt die VERBUND Hydro Power GmbH mit dem Laufwasserkraftwerk Altenwörth eines der leistungsstärksten Kraftwerke an der Donau. Das Kraftwerk wurde 1976 in Betrieb genommen und ist mit neun Kaplan-Rohrturbinen mit einer installierten Leistung von insgesamt 328 MW ausgestattet. Im Einlaufbereich des Kraftwerks auf der rechten Donauseite besteht seit längerem eine mehrere Meter mächtige Sedimentation. Nachteilige Effekte der Anlandung auf die kraftwerksnahe Hydraulik sind nicht auszuschließen und sollen daher durch den Einsatz eines hochaufgelösten dreidimensionalen hydrodynamisch-numerischen (3D-HN-) Modells untersucht werden. Mit dem Modell werden die Strömungsverhältnisse im Untersuchungsgebiet und im Einlauf des Kraftwerks Altenwörth mit und ohne Anlandung ermittelt und die resultierenden Änderungen durch eine Gegenübergestellung analysiert. Der Einfluss auf die Turbinenanströmung wird im Zuge einer Quadrantenanalyse ermittelt und bewertet.

Schlagworte: 3D-HN-Modellierung, Bauwerkshydraulik, Wasserkraft

Auftraggeber: Bayerisches Landesamt für Umwelt (LfU)
Bearbeitungszeitraum: 2023 - 2026
Bearbeitung: M.Sc. Alexander Tangel, M.Sc. Tobias Vogtmann, M. Sc. Rosalie Diederich

Die in den letzten Jahrzehnten aufgetretenen extremen Hochwasserereignisse an Fließgewässern haben vielerorts zu hohen Schäden geführt, weshalb es von Interesse ist, das Potenzial geeigneter Rückhaltemaßnahmen zur Verringerung des Hochwasserabflusses zu untersuchen. Bei staugeregelten Fließgewässern stellt sich die Frage, ob durch ein intelligentes Steuerungsmanagement der Staustufen eine Reduzierung der Hochwasserscheitel und damit der Schäden erreicht werden kann.
Für die als Staustufenkette ausgebaute bayerische Donau wird vor dem oben beschriebenen Hintergrund untersucht, inwiefern durch modifizierte Wehrbetriebsordnungen an den Staustufen Potenziale vorhanden sind, den Hochwasserabfluss der Donau zu verringern. Darauf aufbauend werden unter Berücksichtigung vorhandener Anforderungen resp. Einschränkungen mögliche Steuerungsstrategien entwickelt.
Grundlage der Untersuchungen ist ein eindimensionales hydrodynamisch-numerisches Modell (1D-HN-Modell) der bayerischen Donau. Das Modellgebiet umfasst 20 Stauhaltungen von Neu-Ulm bis Passau mit einer Fließstrecke von insgesamt 354 km. Das 1D-HN-Modell ist mit Modulen zur Ansteuerung der Kontrollbauwerke und der Bewirtschaftung von Staustufenketten gekoppelt, so dass die Wechselwirkungen zwischen den Zu- und Abflüssen an den Staustufen und den Wasserständen im Stauraum berechnet sowie die Betriebsvorgaben an den Staustufen hinsichtlich ihrer Wirkung auf Wasserstand und Abfluss überprüft werden können.

Schlagworte: 1D-HN-Modellierung, Hochwasserschutz, Staustufensteuerung

Auftraggeber: LEW Wasserkraft GmbH
Bearbeitungszeit: 2023 - 2025
Bearbeitung: M.Sc. Sophia Bertram, M.Sc. Fabian Popp

Nördlich von Augsburg staut das Wehr Gersthofen den Lech und speist den rund 18 km langen seitlich abzweigenden Lechkanal, an dem die LEW Wasserkraft GmbH die Ausleitungskraftwerke Gersthofen, Langweid und Meitingen betreibt. Die Wehranlage Gersthofen besteht aus einem senkrecht zur Strömung ausgerichteten Hauptwehr im Mutterbett des Lechs sowie zwei auf der westlichen Seite aus dem Lech abzweigenden Einläufen in den Lechkanal. Im Hochwasserfall kommt es im zugehörigen Flussabschnitt zu einem erhöhten Geschiebetrieb, wobei durch die örtlichen Gegebenheiten bei anhaltendem Kraftwerksbetrieb ein maßgeblicher Teil des Geschiebes in den Lechkanal eingetragen wird. Um eine großflächige Verlandung des Lechkanals zu vermeiden, wird hinter dem südlich gelegenen seitlichen Abzweig ein Geschiebefang betrieben, der bei der derzeitigen Betriebsweise regelmäßig ausgebaggert wird. Vor dem zuvor erläuterten Hintergrund wird im Zuge der Untersuchungen analysiert, wie durch betriebliche und konstruktive Maßnahmen der Eintrag an Geschiebe in den Lechkanal möglichst minimiert werden kann. Gleichzeitig wird untersucht, welche Maßnahmen zu einer Verbesserung der Geschiebedurchgängigkeit im Mutterbett des Lech beitragen können. Für die hydraulische und morphodynamische Analyse des Untersuchungsgebiets kommt ein hochaufgelöstes dreidimensionales hydrodynamisch-numerisches (3D-HN-)Modell zum Einsatz.

Schlagworte: 3D-HN-Modellierung, Sedimenttransportmodellierung, Wasserkraft

Auftraggeber: Wasserwirtschaftsamt Landshut, Uniper Kraftwerke GmbH
Bearbeitungszeit: 2023 – 2025
Bearbeitung:  M.Sc. Martin Klein, M.Sc. Sophia Bertram, Dr.-Ing. Klaus Träbing

Die in den österreichischen Alpen entspringende, 292 km lange Isar fließt ca. an Flusskilometer 75 durch die niederbayerische Stadt Landshut, bevor sie südlich von Deggendorf in die Donau mündet. Aufgrund der hydraulischen und morphodynamischen Eigenschaften des Gewässers kommt es im Bereich der Stadt Landshut zu Sedimentablagerungen. Das abgelagerte Material musste in der Vergangenheit aufwendig durch Baggerungen entfernt werden, um vorgegebene Wasserstände im Gewässer einzuhalten. Vor diesem Hintergrund wird eine Machbarkeitsstudie für einen Kiesfang an der Isar oberstrom von Landshut erstellt. Das Ziel der Machbarkeitsstudie ist es zu prüfen, ob und in welcher Form mit einem Kiesfang als langfristige Strategie Auflandungen in der Isar im Stadtgebiet Landshut minimiert werden können. Im Zuge dessen werden zur Ermittlung des optimalen Standortes und der Optimierung der Wirksamkeit des Kiesfangs ein gegenständliches (physikalisches) sowie zwei- und dreidimensionale hydrodynamisch-numerische (3D-HN-)Modelle erstellt. Mithilfe dieser Modellfamilie werden in einer hybriden Modellierung die komplexen morphodynamischen Wirkmechanismen und Prozesse sowie die Machbarkeit des geplanten Kiesfangs analysiert.

Schlagworte: 3D-HN-Modellierung, gegenständliche (physikalische) Modellierung, 2D-HN-Modellierung, Sedimenttransportmodellierung
 

Auftraggeber: Rheinkraftwerk Säckingen AG
Bearbeitungszeit: 2022 - 2025
Bearbeitung:  M.Sc. Tobias Vogtmann

Am Hochrhein mündet die Sissle aus der Schweiz kommend in die Staustufe Säckingen. Um den für die Sissle geforderten Hochwasserschutz für ein HQ₁₀₀ zu gewährleisten, wurden im Herbst 2022 am Unterlauf des Baches umfangreiche Rodungs- und Baggerarbeiten durchgeführt. Im Rahmen des Projektes wird die Strömungssituation während eines hundertjährlichen Hochwasserereignisses auf Basis eines zweidimensionalen hydrodynamisch-numerischen (2D-HN-)Verfahrens simuliert und so die Wirksamkeit der durchgeführten Maßnahme untersucht. Zudem wird ein Monitoring-Verfahren entwickelt, durch das ein dauerhafter Hochwasserschutz möglich ist. Im Rahmen des Projektes werden neuralgische Punkte im Gewässer identifiziert, um durch punktuelle Eingriffe die negativen Auswirkungen einer großräumigen Baggermaßnahme auf die Umwelt zu minimieren.

Schlagworte: 2D-HN-Modellierung, Hochwassersimulation, Sedimenttransportmodellierung

Zum Themenkomplex Wasserkraft werden in den nachfolgend genannten Themenfeldern Untersuchungen für verschiedene Betreiber im In- und Ausland durchgeführt.

• Fließgewässer‑ und Stauraummodellierungen (Wasserstände, Fließgeschwindigkeit, etc.)
• Turbinenschnellschluss, Auswirkungen bei Versagen von Stauanlagen
• Optimierung der Bauwerksgestaltung (Zu- und Abströmungen)
• Verbesserung des Betriebs der Wasserkraftanlagen und Stauraumbewirtschaftung
  (Staustufensteuerung, Einsatzoptimierung)
• Studien zum Wasserkraftpotenzial an Einzelstandorten und in Gewässersystemen
• Entwicklung ökologischer Verbesserungsmaßnahmen (v. a. Mindestabfluss, Durchgängigkeit, Fischschutz, ökologische Ausgleichsmaßnahmen)

In seiner 30-jährigen beruflichen Tätigkeit hat Prof. Theobald Untersuchungen und Modellierungen zu mehr als 100 Stauhaltungen/Kraftwerken durchgeführt. Als untersuchte Flüsse sind beispielsweise Rhein, Donau (Deutschland und Österreich), Isar, Inn, Lech, Iller, Main, Drau, Ruhr, Mosel, Fulda, Eder, Neckar, Wolga sowie verschiedene Flüsse in China zu nennen.