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Die Gründung des Laboratorium3D ist mit dem Projekt der Sanierung der Rampe in Lodrino verbunden. Das Ingenieurbüro beffa tognacca GmbH wurde für das Variantenstudium und das Bauprojekt der Sanierung der Rampe in Lodrino beauftragt. Das Hauptziel bestand, neben einer höheren Stabilität der Struktur und einer Verbesserung der Hochwassersicherheit, in der Wiederherstellung der Fischdurchgängigkeit für die Äsche. Die heutige Rampe wurde als Sohlenfixpunkt am Mittellauf des Ticino in den 1970-er Jahren realisiert und sie bildet seitdem, mit einem Gefälle von rund 8%, ein unpassierbares Hindernis für die relativ schwimmschwache Fischart dar. Der heutige Höhenunterschied von rund 5 m soll neu mit einer eigendynamischen Rampe überwunden werden. Zur Gewährleistung der Fischwanderung soll das Endgefälle der Rampe zwischen 2% und 3% liegen. Das Grundgedanke der dynamischen Rampe besteht darin, dem Fluss Material mit einer breiten Kornzusammensetzung zur Verfügung zu stellen (für die Rampe in Lodrino mit einem äquivalenten Durchmesser zwischen 0 und 2.0 m). Infolge von Hochwasserereignissen wird die Flusssohle schrittweise strukturiert, was mit einer Reduktion des Gefälles und einer Stabilisierung der Struktur einhergeht. Das Spektrum des für den Bau der Rampe verwendeten Materials führt schon bei relativ häufigen Hochwasser zu einer reichen und vielfältigen Morphologie. Der ökologische Wert der Rampe nimmt demzufolge zu, insbesondere im Hinblick auf die Fischwanderung sowie in Bezug auf die landschaftlichen Bedürfnisse.
Die physikalischen Experimente der Rampe Lodrino begannen im vergangenen Herbst und sind derzeit in vollem Gange. Die Strukturierungsprozesse und die Stabilität der Rampe werden auf unterschiedliche Anfangsgefälle (zwischen 3.0 und 4.5%) und unterschiedliche Strukturtypen hinsichtlich Größe, Dichte und Anordnung der Blöcke, aus denen die Rampe besteht, analysiert. Die Belastung der Struktur erfolgt mit steigendem Abfluss zwischen HQ2 = 530 m3/s und EHQ = 1’693 m3/s. Jede Situation wird systematisch analysiert, indem die Abflussbedingungen und die Geometrie des Flussbettes dokumentiert werden, sobald der Gleichgewichtszustand erreicht ist.
Für die im Bezug auf Fischwanderung relevanten Abflüsse, welche von mittleren Abflusstiefen im Modell im Bereich von rund 1 bis 4 cm charakterisiert sind, sind die Massstabseffekte im Modell 1:30 relevant. Folglich soll die Fragestellung der Wandermöglichkeiten anhand von numerischen 3D-Simulationen in Naturmassstab untersucht werden. Die numerischen 3D-Simulationen werden mit der Open-Source Software OpenFOAM durchgeführt. Die Grundlage für das numerische Modell bilden die im Millimeterbereich hochaufgelösten photogrammetrischen Aufnahmen der Rampentopographie des physikalischen Modells, welche auf den Naturmassstab geometrisch skaliert werden.
Der Nachweis eines Wanderkorridors zwischen dem Fuss und dem Kopf der Rampe gilt als erbracht, falls eine Kontinuität von Bereichen gibt, wo die Abflussbedingungen (maximale Abflussgeschwindigkeit und minimale Wassertiefe) den in der Fachliteratur angegebenen Kriterien zur Schwimmfähigkeit der Äsche entsprechen. Die für einige Anfangsgeometrien durchgeführten Analysen zeigen, wie dank der hohen Strukturierung der Rampe (welche schon bei relativ kleinen Hochwassern erfolgt), die für die Wanderung der Äsche günstige Bedingungen geschaffen werden. Ziel ist es, eine Geometrie der Rampe zu finden, welche die ökologischen Ziele erreicht und gleichzeitig die hydraulische Sicherheit gewährleistet.
Die Ergebnisse der ersten Versuche zeigen bei der stufenartigen progressiven Erhöhung des Abflusses bis zum EHQ eine graduelle Anpassung des Gefälles und Strukturierung der Morphologie. Bei den durchgeführten Versuchen wurde auch bei maximaler hydraulischen Belastung kein Versagen der Struktur beobachtet. Ausgehend von der vordefinierten Einbaugeometrie erfolgt eine erste, oberflächliche Strukturierung auf der steilen Rampe schon bei kleinen Abflüssen (< 100 m3/s = ca. Q36). Eine weitere, tiefgründigere Strukturierung der eigendynamischen Rampe mit ersten Anzeichen einer Rotationserosion erfolgt später, aber immer bei relativ häufigen Ereignissen (ca. HQ2). In den nächsten Phasen der Analyse werden die Prozesse noch näher untersucht und die aufgestellten Hypothesen werden kritisch hinterfragt und weiterentwickelt. Die bei der stufenweisen Steigerung der hydraulischen Belastung entstehenden Strukturen werden statistisch untersucht und zusammen mit den rein geometrischen Sohleneigenschaften in Beziehung mit dem Stabilitätsverhalten der Rampe gesetzt.