ARA Basel: Hydraulische Prüfung und Optimierung eines Verteilbauwerks mithilfe CFD Simulationen

Andrej Sternin, Michel Kuhlmann, 17. Mai 2024

Für die Erweiterung der ARA Basel hat die TK CONSULT AG gemeinsam mit der HOLINGER AG die hydraulische Prüfung eines Verteilbauwerks vorgenommen, Optimierungsmöglichkeiten erarbeitet und die Einbauten im Verteilbauwerk mittels numerischer Modellierung dimensioniert.

Strömungsbild im Kanalsystem bei einem Zufluss von 1.0 m³/s.

Im Rahmen der Erweiterung der ARA Basel wird aktuell das Verteilbauwerk nach dem Rohwasserpumpwerk umgebaut. Ziel der durchgeführten Arbeit war es, die projektierte Bauwerksgeometrie hydraulisch -- mittels numerischer Modellierung -- zu prüfen und zudem eine Einbautenkonfiguration zu dimensionieren, welche diverse Funktionskriterien erfüllt.

Hierzu zählen beispielweise eine möglichst gleichmässige Strömungsaufteilung im Verteilbauwerk auf die drei Ausgangsstrassen bei unterschiedlichen Betriebsszenarien oder zu gewährleisten, dass es zu keiner frühzeitigen Entlastung Richtung Regen- und Havarierückhaltebecken (MIHABE) kommt.

Für die Planung der Einbauten im Verteilbauwerk wurden zwei Geometriekonzepte mittels numerischer 3D-CFD Mehrphasenmodellierungen (Wasser/Luft) evaluiert. Das erste Konzept basiert auf einer Anordnung einzelner kurzer Widerstände zur Umleitung und Auffächerung des Wasserflusses (Konzept «Lokale Einbauten»), während das zweite Konzept den Wasserstrom über durchgehende Wände zur Strömungshomogenisierung in den mittleren Bauwerksbereich leitet, wo eine zusätzliche Einbaute die Aufteilung vornimmt (Konzept «Zentrierung»).

Die Simulationsergebnisse zeigten, dass bei der Variante «Zentrierung» eine robustere Aufteilung der Strömung auf die drei Ausgangsstrassen unter verschiedenen Betriebsszenarien erzielt werden kann. Zudem konnte mit Hilfe von Geometrieoptimierungen sichergestellt werden, dass es zu keiner frühzeitigen Entlastung Richtung MIHABE kommt.

Anhand der numerischen Modellierungen konnte ein tiefgehendes Verständnis der Strömungsbedingungen unter verschiedenen Betriebsszenarien gewonnen werden, woraus robuste Designentscheidungen abgeleitet werden konnten. Weiterführende Informationen finden sich auf der Webseite der ProRheno AG.

Ansprechperson

Michel Kuhlmann

Michel Kuhlmann

MSc. Umwelt-Natw. ETH

Bereichsleiter Oberflächengewässer/CFD

E-Mail:  michel.kuhlmann@tkconsult.ch
Tel.: +41 (0) 44 288 81 82