Universität Stuttgart
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Item Open Access Modellierung von Bodenerosion und Sedimentaustrag bei Hochwasserereignissen am Beispiel des Einzugsgsgebiets der Rems(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung der Universität Stuttgart, 2022) Schönau, Steffen; Bárdossy, András (Prof. Dr. rer. nat. Dr.-Ing.)Die vorliegende Dissertation untersucht Bodenerosion und Sedimentaustrag bei Hochwasserereignissen und Starkniederschlägen im Einzugsgebiet der Rems (Flussgebiet Neckar, Stromgebiet Rhein). Es werden die Grundlagen des Zusammenspiels von (Stark-) Niederschlag, Hochwasser und Sturzfluten, Bodenerosion und Sedimentaustrag sowie deren messtechnische und modellbasierte Erfassung dargestellt. Die Anwendung empirischer Modellansätze im Untersuchungsgebiet beinhaltet Modellparametrisierung, -kalibrierung und -validierung sowie Regionalisierung für die Übertragbarkeit auf unbeobachtete Gebiete. Es erfolgt eine Untersuchung des räumlichen Zusammenhangs der flächenhaften Eingangsdaten und Modellergebnisse sowie die Beurteilung der Wirkung von konservierender Bodenbearbeitung auf die Bodenabtrags- und Sedimentaustragsschätzungen. Es werden sowohl langandauernde advektive, zu Flusshochwasser führende Niederschlagsereignisse betrachtet als auch kurzzeitige konvektive Sommerereignisse, die nur zu wenig Abfluss oder aber auch zu Sturzfluten führen. Mit der entwickelten Methodik können saisonale und gebietsspezifische Eigenheiten wie Niederschlagscharakteristika, Landnutzung und Landbedeckung sowie Anfangsbodenfeuchte berücksichtigt werden. Ein Ergebnis ist die Bereitstellung von Eingangsdaten für die Optimierung der Steuerung von Hochwasserrückhaltebecken und Speichern zur gezielten Retention stofflicher Belastungen. Teile der Untersuchungen für diese Dissertation haben ihren Ursprung im RIMAX-Verbundvorhaben "Entwicklung eines integrativen Bewirtschaftungskonzepts für Trockenbecken und Polder zur Hochwasserrückhaltung".Item Open Access Investigations on functional relationships between cohesive sediment erosion and sediment characteristics(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung der Universität Stuttgart, 2021) Beckers, Felix; Wieprecht, Silke (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Bayesian inversion and model selection of heterogeneities in geostatistical subsurface modeling(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung der Universität Stuttgart, 2021) Reuschen, Sebastian; Nowak, Wolfgang (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Advanced experimental methods for investigating flow-biofilm-sediment interactions(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung der Universität Stuttgart, 2022) Koca, Kaan; Wieprecht, Silke (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Coupled free-flow-porous media flow processes including drop formation(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung der Universität Stuttgart, 2023) Veyskarami, Maziar; Helmig, Rainer (Prof. Dr.-Ing.)Behavior of a coupled free-flow-porous medium system is determined by the interface between the two domains. Formation of droplets at the interface governs transport processes in the whole system by enormously affecting the exchange of mass, momentum, and energy between the free flow and the porous medium. A droplet that forms at the interface might grow or shrink due to the flow from the porous medium and evaporation from its surface into the free flow. It also might be detached from the interface by the free flow. An example of such phenomena in nature is formation of sweat droplets on the skin by perspiration and the resulted cooling effect through their evaporation into the surrounding air. Water management in fuel cells, cooling systems, and inkjet printing are just a few technical applications in which droplet formation at the interface between a free flow and a porous medium appears. In this work, we developed a novel model to describe the formation, growth and detachment as well as evaporation of droplets at the interface between a coupled free-flow-porous medium system. Pore-network modeling is used as a tool to capture pore-scale phenomena occurring in porous media. New coupling concepts between the free flow and the porous medium are developed, which include storing mass, momentum and energy in the droplet. The formation and growth of a droplet is described and a new approach is developed to include the impact of the growing droplet on the free-flow field. Description of the forces acting in the system is given and accordingly the droplet detachment is predicted. A clear description of the droplet evaporation is provided and the impact of free-flow and porous medium properties on the droplet evaporation have been analyzed.Item Open Access Developing and calibrating a numerical model for microbially enhanced coal-bed methane production(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung der Universität Stuttgart, 2021) Emmert, Simon; Class, Holger (apl. Prof. Dr.-Ing.)Experimental investigations demonstrate the potential of microbially enhanced coal-bed methane (MECBM) production on the lab scale. However, no in-depth mathematical and conceptual model including all sub-processes is reported in literature so far. With this study, we develop and present a conceptual food-web, included into a numerical model, that is calibrated and validated using batch experiments. The model is extended to model flow and transport features, test hypotheses, and compare against column experiments. Additionally, a sensitivity analysis of the model parameters as well as a preliminary study regarding operator-splitting techniques for the MECBM model are presented.