Nach positiver Absolvierung der Lehrveranstaltung sind Studierende in der Lage:

Teil 1: Misch- und Transportprozesse

• Misch- und Transportprozesse in der Atmosphäre, im Meer, in Seen und Flüssen in Bezug auf spezifische physikalische Größen (feste/gelöste Materie, Wärme/Enthalpie und Impulse) zu erläutern.
• sich im korrekten mathematischen Rahmen grundlegender Misch- und Transportprozesse physikalischer Größen mit adäquatem Komplexitätsgrad für bestimmte Konfigurationen zu bewegen.
• Herleitungen mathematischer Formulierungen für Misch- und Transportprozesse von physikalischen Größen nachzuvollziehen bzw. zu erläutern.
• die Prozesse der Advektion, molekularer und turbulente Diffusion sowie Dispersion (longitudinal/transversal) physikalischer Größen zu erläutern und mathematisch zu formulieren.
• passive und re(aktive) physikalische Größen zu erläutern und in Berechnungsmodellen zu berücksichtigen.
• Je nach Anwendungsfall die Vernachlässigbarkeit gewisser Misch- und Transportprozesse gegenüber anderen abzuschätzen.
• für spezifische Problemstellungen in Fließgewässern adäquate Modelle/Vereinfachungen zu wählen.
• eindimensionale querschnitts-gemittelte, zweidimensionale tiefen-gemittelte sowie für dreidimensionale Reynolds-gemittelte Modelle zur Beschreibung von Misch- und Transportprozessen zu erläutern.
• analytische Lösungen für Problemstellungen mittels dieser Modelle in vereinfachten Fällen anzuwenden und die Anwendungsbereiche sowie -grenzen dieser Modelle im Bezug auf Fließgewässer einzuordnen (near/mid/far field).
• Diffusions-, Dispersions- sowie Reaktionskoeffizienten zu ermitteln.
• die benötigte bzw. kritische Strecke bzw. Dauer für völlige Durchmischung über den Querschnitt eines Fließgewässers mit gegebenen geometrischen sowie hydraulischen Eigenschaften zu ermitteln/abzuschätzen.
• das Streeter-Phelps 1D Modell für Wasserqualität anzuwenden.
• das Prinzip der Abflussmessung mittels Tracer-/Salzverdünnungsmethode zu erläutern und anzuwenden.
• Die Anwendungsgrenzen von sowohl analytischen und numerischen als auch physikalischen Modellen abzuschätzen sowie deren Vor- und Nachteile zu diskutieren.

Teil 2: Sedimenttransport

• den Anwendungsbereich des Kursmaterials zu diskutieren.
• den semi-empirischen Charakter der Sedimenttransporttheorie zu diskutieren
• die Kontrollparameter eines Problems auf der Grundlage einer Dimensionsanalyse abzuleiten
• die Absetzgeschwindigkeit von Sedimenten im Wasser abzuschätzen
• den Unterschied zwischen Geschiebe- und Schwebstofftransport zu erläutern
• den Grenzwert für das Beginn des Sedimenttransports als Geschiebe und als Schwebstoff zu quantifizieren
• Maßnahmen zur Stabilisierung eines Flussbettes zu entwerfen
• die wichtigsten Kontrollparameter für den Sedimenttransport zu benennen
• die Modellierung der Schwebstoffkonzentration und die Rolle der Turbulenz zu erläutern
• die Sedimenttransportrate als Geschiebe, Schwebefracht und/oder Gesamtfracht zu quantifizieren
• die geeignetste Formel für die Quantifizierung der Sedimenttransportrate in einer bestimmten Konfiguration zu erkennen
• die Unsicherheiten bei quantitativen Schätzungen des Sedimenttransports zu erörtern
• die Hypothesen zu erörtern, die einer Formel für den Sedimenttransport und ihrem Anwendungsbereich zugrunde liegen

1. Introduction : relevance, examples and summary of required pre-knowledge
2. Identification and mathematical description of mixing and transport processes
3. Simplified analytical solutions in laminar flow and 3D Reynolds-averaged models for mixing and transport processes in turbulent flow
4. 3D Reynolds-averaged models for mixing and transport processes in rivers
5. 1D Reynolds- and cross-sectional-averaged models for mixing and transport processes in rivers
6. Mixing and transport processes in the presence of chemical/biological processes
7. Engineering tools and project examples related to water-quality modelling
8. Sediment transport: modes of sediment transport, dimensional analysis
9. Sediment transport: initiation of motion and bedload transport
10. sediment transport : suspended load transport
11. Engineering tools and project examples

Es wird eine Kombination aus Plenarvortrag und Flipped Classroom wie folgt angewendet:

• Theorie: Plenarvortrag (bei Einheiten mit überwiegendem Theorieanteil) oder Flipped Classroom (bei Einheiten mit überwiegendem Beispiel-/Übungsanteil, zuerst Selbststudium mit anschließender Präsenzeinheit)
• Beispiele/Übungen: Flipped Classroom (zuerst Selbststudium mit anschließender Präsenzeinheit)

Es ist wichtig, dass die Studierenden die Philosophie des Flipped-Classroom-Konzepts verstehen. Die Grundannahme ist, dass die Interaktion zwischen Lehrenden und Studierenden einen größeren Mehrwert bei der Anwendung von Wissen hat als beim Erwerb von Wissen. Die Studierenden eignen sich das Wissen selbstständig durch Selbststudium an. Das Forum und die Sprechstunden stehen für Fragen, Diskussionen und Feedback zur Verfügung. Die Präsenzeinheiten konzentrieren sich auf die Anwendung der Theorie.

Eine wichtige Voraussetzung für die erfolgreiche Umsetzung des Flipped-Classroom-Konzepts ist, dass die Studierenden gut vorbereitet in die Präsenzeinheiten kommen, d.h. sie haben die Theorie gründlich studiert und bereits einige Beispiele selbst gelöst.

Alle präsentierten PowerPoint-Folien werden mit Kommentaren im zugehörigen TUWEL-Kurs (Schlüssel: MTP22) zur Verfügung gestellt.

Covid-19-Format (falls keine Präsenzlehre möglich):

Die Plenarvorträge und Präsenzeinheiten werden Online über Zoom abgehalten. Eine vollständige Transkription der Unterlagen ist in den Notizen der entsprechenden ppt-Folien gegeben.

Alle  PowerPoint-Folien werden mit Kommentaren im zugehörigen TUWEL-Kurs (Schlüssel: MTP22) zur Verfügung gestellt. Die Powerpoint Folien sind die einzigen Kurssunterlagen.

Die Prüfungen werden je nach den aktuell gültigen Vorgaben des Ministeriums und des Rektorats in Präsenz oder Online abgehalten. Falls die Prüfungen online abgehalten werden müssen, ist die Verwendung derselben Unterlagen wie bei der Präsenzprüfung erlaubt. Wenn Sie begründet an einem Präsenztermin nicht teilnehmen können, sowie bei weiteren Fragen, melden Sie sich bei der Prüfungsanmeldung (mindestens 7 Tage vorher) beim zuständigen Assistenten.

Die Prüfung (wie der gesamte Kurs auch auf Englisch abgehalten) umfasst den Inhalt der Vorlesung (Powerpoint Folien) und die Powerpoint Folien sind die einzigen Kursunterlagen

Die Prüfung besteht aus 2 Teilen mit einer 15-minütigen Pause dazwischen:

1. 30 Minuten Theoriefragen: kurze Fragen zum Verständnis der Grundlagen und Gleichungen (Multiple-Choice & offene Fragen). Gleichungen müssen nicht auswendig gewusst oder abgeleitet werden. Unterlagen sind nicht zugelassen, auch kein Taschenrechner, elektronische Geräte usw.!
2. 90 Minuten praktische Anwendung (Beispiele lösen): BITTE BEACHTEN: elektronische Geräte sind nicht zugelassen, außer Taschenrechner (nicht programmierbar! z.B. zugelassen: TI-30-Modelle, Casio fx-82/991 OHNE Plus), von den Unterlagen ist nur die Formelsammlung erlaubt, welche alle Informationen zum Lösen der Aufgaben beinhaltet!

Die Theoriefragen tragen die Hälfte zur Gesamtnote bei, die praktische Anwendung (Beispiele) die andere Hälfte. Nur die Gesamtnote ist ausschlaggebend für das Bestehen der Prüfung (nicht die Einzelteile). Es gibt keine mündliche Prüfung!

PRÄSENZ-Prüfung:

Für Präsenzprüfungen gilt wie bisher:

30 Minuten Theoriefragen:

Dafür wird ein Multiple-Choice-Test verwendet, der im Anschluss maschinell ausgewertet wird! Es werden ein Fragebogen und ein Antwortbogen ausgegeben. BITTE BEACHTEN: Nur die korrekten Ankreuzungen am Antwortbogen werden ausgewertet! (Zur Vorbereitung auf die Prüfung unbedingt das zugehörige Tutorial im TUWEL-Kurs besuchen.) Unterlagen sind nicht zugelassen, auch kein Taschenrechner, elektronische Geräte usw.!

90 Minuten praktische Anwendung (Beispiele lösen):

BITTE BEACHTEN: elektronische Geräte sind nicht zugelassen, außer Taschenrechner (nicht programmierbar)! Es wird bei der Prüfung eine Formelsammlung ausgegeben (für Übungszwecke auf TISS/TUWEL verfügbar).

Weitere Informationen zur Präsenzprüfung:

• Die verfügbaren Plätze im Hörsaal sind diejenigen, bei denen Papier auf dem Schreibtisch liegt.
• Auf jede verwendete Seite unbedingt den Namen und Matrikelnummer schreiben.
• Studentenausweis muss auf dem Tisch liegen.
• Zusätzlich zum Studentenausweis darf für die Theoriefragen ein Stift und Geodreieck am Tisch liegen. Für die praktische Anwendung (2. Teil) darf zusätzlich ein nicht programmierbarer Taschenrechner und die Formelsammlung verwendet werden.
• Fragen können nur auf offiziellem Papier beantwortet werden, d.h. auf dem Papier, das Sie auf dem Schreibtisch finden. Weiteres Papier kann auf Anfrage erhalten werden.
• Die Theoriefragen müssen eindeutig auf dem ausgeteilten Antwortbogen gekreuzt werden, nicht auf dem Fragebogen (siehe Tutorial im TUWEL-Kurs).
• Jede Frage muss auf einem separaten Blatt beantwortet werden. Die Gliederung der Antworten muss mit der Nummerierung der Fragen übereinstimmen und nachvollziehbar sein.
• Alles Papier wird am Ende abgesammelt, einschließlich Entwürfe bzw. Nebenberechnungen.

Dringend empfohlen ist der Besuch der Vorlesung (VO) Technische Hydraulik (222.564)!