Modellierung und Simulation des Wasserabflusses von Fahrbahnoberflächen

摘要

Die Entwässerung von Straßen ist essenziell für die Funktion der Straße als Bauwerk sowie zur Verhinderung von Aquaplaning und Griffigkeitsverlusten. Neben fahrzeugseitigen Parametern wie Reifeneigenschaften und Geschwindigkeit ist fahrbahnseitig die Wasserfilmdicke der aquaplaningauslösende Faktor. Die Wasserfilmdicke ist insbesondere abhängig von der Geometrie der Fahrbahnoberfläche mit eventuellen Unebenheiten, der Rauheit bzw. Makrotextur und dem Regenereignis. Da sich systematische Messungen der Wasserfilmdicke in situ schwierig gestalten, ist zur Prognose der Aquaplaninggefahr die Anwendung von Modellen der zielführendere Weg. Empirische und eindimensionale Modelle zum Wasserabfluss auf Fahrbahnoberflächen weisen gewisse Schwachpunkte auf, weshalb in diesem Beitrag ein Modell (PSRM) vorgestellt wird, dessen Methodik im Wesentlichen auf hydromechanischen/physikalischen Gesetzmäßigkeiten (basierend auf tiefengemittelten Flachwassergleichungen) beruht und damit auch zweidimensionale Abflussverhältnisse stabil simulieren kann. Aufgrund dessen sind die Anwendungs- und Erweiterungsmöglichkeiten des Modells sehr vielfältig. Konkret wird derzeit im Rahmen eines Teilprojekts einer DFG-Forschergruppe an einer Verbesserung des Modells bezüglich offenporiger Asphalte (Entwässerung in die Schicht) gearbeitet.%Drainage of pavements is essential not only for the function of a road as structure but for the prevention of hydroplaning and skid resistance risks. Besides vehicle-based parameters such as tire characteristics and speed, water film thickness is the most important factor causing hydroplaning. Water film thicknesses particularly depend on the geometric properties of the road surface - including unevenness -, macrotexture and rainfall intensity. As systematic measurements of water film thicknesses in situ are difficult, the modelling of water drainage makes more sense. Empirical and one-dimensional models have some weak points. Therefore, in this paper a new methodology/model (PSRM) is presented which basically depends on physical and hydromechanical principles (based on depth-averaged shallow water equations). Because of the methodology two-dimensional flow properties can be simulated in a reliable way. Furthermore, there are wider opportunities of application and enhancement of the model. An enhancement considering porous asphalt (drainage into the pavement layer) is a subject of current research/work within a subproject of a research unit funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).