Der Nil teilt sich bei El-Qanater (ca. 20 km nördlich von Kairo) in die Flüsse Rosetta (westlich) und Damietta (östlich), welche das Nildelta umschließen und so die Nilmündung formen. Über diese beiden Flüsse gelangt das Nilwasser in das Mittelmeer. Der Abfluss wird über mehrere wasserbauliche Strukturen gesteuert. Die in dieser Arbeit betrachtete Wechselwirkung zwischen dem Nil und dem Mittelmeer beinhaltet den Transport von Wasser und Salz. Es handelt sich um eine umfassende Studie zur Untersuchung eines großen Gebiet mit komplexer Geometrie, für die mehrdimensionale Modelle für die Nilmündung aufgesetzt worden sind. Hierfür wurde das TELEMAC Modellierungssystem verwendet. Das Hauptziel der Forschung war es, den Ist-Zustand der Strömung und des Salztransports in der Nilmündung zu simulieren, um das Prozessverständnis zu verbessern und mögliche Änderungen aufgrund des zu erwartenden Anstiegs des Meeresspiegels zu untersuchen. Der Einfluss der Tide ist vernachlässigbar im Bereich der Nilmündung, daher sind die Salztransportprozesse hier besonders komplex. Der Ist-Zustand wurde auf der Grundlage der mittleren Strömungsbedingungen und des Meerwasserstands modelliert, um die Ausbreitung von Salzwasser im Nil zu untersuchen. Danach wurden Szenarien für den Anstieg des Meeresspiegels untersucht, um seinen Einfluss auf die Ausbreitung der Strömung zu bewerten. Mit TELEMAC2D wurde zunächst ein zweidimensionales Modell aufgesetzt, obwohl der Salzgehalttransport eine dichtegesteuerte Strömung und daher in erster Linie ein dreidimensionales Phänomen ist. Die Fähigkeit von TELEMAC2D, dichteinduzierte horizontale Flüsse zu simulieren, wurde mit zwei Fallstudien (rechteckiger und trapezförmiger Querschnitt) verifiziert, und daraufhin werde das Modell verwendet, um die Nilmündung zu simulieren. Da dichteinduzierte Strömungen die wichtigsten Prozesse für den Transport des Salzwassers zwischen dem Nil und dem Meer sind, wurde mit TELEMAC3D ein 3D-Modell erstellt, um solche Prozesse in zwei Fallstudien von Lock-Exchange Experimenten zu simulieren und umso das Modell zu verifizieren. Die Ergebnisse des numerischen Modells wurden mit experimentellen Ergebnissen verglichen. Das Modell zeigte eine hohe Genauigkeit, und es wurde daraus geschlossen, dass TELEMAC3D für die Simulation solcher Prozesse geeignet ist. Es wurde auch festgestellt, dass eine nicht-hydrostatische Simulation und die Verwendung von komplexen Turbulenzmodellen zu einer höheren Genauigkeit führen. Darauf aufbauend wurde ein 3D-Modell für das Nilmündung erstellt, um die dichteinduzierten Strömungen zu simulieren und die Schichtung des Salzgehalts im Nil zu bewerten. Das Modell simuliert komplexe Prozesse auf einer komplexen natürlichen Geometrie. Der Salzkeil im Nile eine geschichtete Flüssigkeit, in welcher der Salzgehalt von unten in Richtung der Oberfläche abnimmt. Der Salzkeil fluktuierte, obwohl stationäre Randbedingungen gesetzt wurden, und stagnierte nicht, wie es eigentlich zu erwarten war. Dies könnte durch das schwache Gleichgewicht zwischen barotropem und baroklinem Gradienten im Bereich der Nilmündung verursacht werden. Sowohl für das 2D- als auch für das 3D-Modelle der Nilmündung wurden drei Szenarien für den Anstieg des Meeresspiegels analysiert, um die Auswirkungen zu untersuchen. Basierend auf den Ergebnissen der Modelle wurde festgestellt, dass sich das Salzwasser flussaufwärts bewegt und jede Erhöhung des Meeresspiegels eine weitere Intrusion der Salzwasserfront verursacht. Die Intrusionslänge erhöhte sich um 1,2 km, 5,1 km und 6,6 km bei einem Meeresspiegelanstieg von jeweils 0,24 m, 0,69 m und 1,0 m. Um die aktuelle Salzintrusion im Falle des Anstiegs des Meeresspiegels nicht zu erhöhen, sollte die Einleitung an der Edfina Staustufe erhöht werden. Das würde jedoch den Wasserhaushalt des Landes beeinflussen, da eine erhöhte Abgabe einen erheblichen Wasserverlust darstellt. Vergleicht man die 2D- und die 3D-Modelle, sind die hydrodynamischen Ergebnisse in Bezug auf die Wasserstände und Abflüsse ähnlich; das Strömungsfeld ist jedoch anders, da Sekundärströmungen nur im 3D-Modell abgebildet werden können. Für den Salztransport war die Intrusionslänge im 3D-Modell deutlich höher. Die Schichtung des Salzkeils ist nur im 3D-Modell zu sehen. Das 2D-Modell kann zur Berechnung von Wasserständen und Fließgeschwindigkeiten verwendet werden. Für den Salztransport ist das 3D-Modell aber besser geeignet, und das 2D-Modell kann nur als grobe Schätzung verwendet werden.


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    Titel :

    Multi-dimensional numerical simulation of flow and salinity transport processes in the Nile estuary in the context of sea level rise


    Weitere Titelangaben:

    Multidimensional numerische Simulation von Strömungs- und Salztransport-Prozessen in der Nilmündung im Kontext mit dem Meeresspiegelanstieg


    Beteiligte:

    Erscheinungsdatum :

    2015



    Medientyp :

    Sonstige


    Format :

    Elektronische Ressource


    Sprache :

    Unbekannt



    Klassifikation :

    DDC:    629




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