ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe
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- Rudolf Egger
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1 ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe Dr. Stephan Mai Referat M1 (Hydrometrie u. gewässerkundliche Begutachtung) Abteilung M (Quantitative Gewässerkunde) Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz Arbeitstreffen der IKSR, SAPA, EG Fließzeitenmodell und dessen Weiterentwicklung Bonn, ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 1
2 1. Grundlage der operationellen Schadstofftransportmodellierung Organisatorischer Rahmen / Meldewege ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 4
3 2. Operationelle Modellierung von Fließgewässereinträgen Anforderungen einfaches Modell (bedienerfreundlich) lauffähig auf PC geringe Laufzeit (quasi sofortige Ergebnisse) Realisierung ALAMO eindimensionales numerisches Modell empirische Formulierung von Dispersion und Quervermischung Erfordernis Kalibrierung der Dispersions- und Quervermischungsbeiwerte Tracerexperimente ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 6
4 3. Physikalische Grundlagen der Modellierung Differentialgl. für den Hauptstrom: Differentialgl. für die Stillwasserzone: c t 2 c c v DL 2 x x D (c s) k c s t D s S c s k s c: Schadstoffkonzentration (Hauptstrom) v: Fließgeschwindigkeit (Hauptstrom) D L : Diffusions-/Dispersionskoeffizient s: Schadstoffkonzentration (Stillwasserzone) D S : Austauschkoeffizient : Flächenverhältnis Stillwasserzone / Hauptstrom k: Abbaukoeffizient Erweitertes Taylormodell Prozesse: AdveKtion Diffusion/ Dispersion Abbau 1.5-dimensionaler Ansatz Austausch zwischen Hauptstrom und Stillwasserzonen Kein Transport in Stillwasserzonen Kalibrierung nötig für Koeffizienten D L, D S ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 8
5 4. Tracer-Experimente zur Modellkalibrierung Versuchsübersicht Instrumentierung Ergebnisse ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 9
6 4. Tracer-Experimente zur Modellkalibrierung Datum Ort der Tracereinleitung Station [km] Menge an Tracer [kg] Abfluß Q [m³/s] MNQ [m³/s] MHQ [m³/s] Referenz 29/11/99 Němčice -249,2 2, Dostál et al. 02/05/05 Němčice -249,2 8, /04/99 Mělník -104,8 24, Dostál et al. 30/11/97 Ústí -37,0 12, Dostál et al. 15/07/97 Schmilka 4,1 33, Hanisch et al. 29/03/01 Schmilka 4,1 75, Hanisch et al. 06/10/04 Mauken 184,5 20, /10/99 Elster 200,4 26, Hanisch et al. 27/10/98 Elster 200,4 26, Hanisch et al. Versuchsübersicht Instrumentierung Ergebnisse Tracer-Einleitung an verschiedenen Orten entlang der Elbe bei verschiedenen Abflußbedingungen Q mit MNQ < Q < MHQ ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 10
7 4. Tracer-Experimente zur Modellkalibrierung auf den Tracer SRG angepaßte Fluorimeter Versuchsübersicht Instrumentierung Ergebnisse Messung in der Stillwasserzone Messung im Hauptstrom ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 11
8 4. Tracer-Experimente zur Modellkalibrierung Zeitreihe der gemessenen Tracerkonzentration in der Elbe (Abfluß Q = 150 m³/s) Versuchsübersicht Instrumentierung Ergebnisse Versuchsauswertung hinsichtlich: Laufzeit Start des Tracerdurchgangs Maximum des Tracerdurchgangs Ende des Tracerdurchgangs Maximalkonzentration der Tracerwolke im Hauptstrom in der Stillwasserzone ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 12
9 5. Modellkalibrierung und -anwendung Eingabe der Havarie Verursacher und Ort Schadstoff Zeitpunkt und Menge ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 13
10 5. Modellkalibrierung und -anwendung Vorgabe der aktuellen Abflusssituation Abfluss Wasserstand u. Abflusskurve ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 14
11 5. Modellkalibrierung und -anwendung Berechnung des Schadstofftransports ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 15
12 5. Modellkalibrierung und -anwendung Darstellung der Ergebnisse Animation des Schadstofftransports im Fluss Kartendarstellung des Schadstofftransports Ganglinien der Schadstoffkonzentration Maximalkonzentration Eintrittszeit Warnmeldung Verteilung der Konzentration nach vorgegebener Zeit ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 16
13 5. Modellkalibrierung und -anwendung Darstellung der Ergebnisse Animation des Schadstofftransports im Fluss Kartendarstellung des Schadstofftransports Ganglinien der Schadstoffkonzentration Maximalkonzentration Eintrittszeit Warnmeldung Verteilung der Konzentration nach vorgegebener Zeit ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 17
14 5. Modellkalibrierung und -anwendung Darstellung der Ergebnisse Animation des Schadstofftransports im Fluss Kartendarstellung des Schadstofftransports Ganglinien der Schadstoffkonzentration Maximalkonzentration Eintrittszeit Warnmeldung Verteilung der Konzentration nach vorgegebener Zeit ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 18
15 5. Modellkalibrierung und -anwendung Darstellung der Ergebnisse Animation des Schadstofftransports im Fluss Kartendarstellung des Schadstofftransports Ganglinien der Schadstoffkonzentration Maximalkonzentration Eintrittszeit Warnmeldung Verteilung der Konzentration nach vorgegebener Zeit ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 19
16 5. Modellkalibrierung und -anwendung Darstellung der Ergebnisse Animation des Schadstofftransports im Fluss Kartendarstellung des Schadstofftransports Ganglinien der Schadstoffkonzentration Maximalkonzentration Eintrittszeit Warnmeldung Verteilung der Konzentration nach vorgegebener Zeit ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 20
17 5. Modellkalibrierung und -anwendung Darstellung der Ergebnisse Animation des Schadstofftransports im Fluss Kartendarstellung des Schadstofftransports Ganglinien der Schadstoffkonzentration Maximalkonzentration Eintrittszeit Warnmeldung Verteilung der Konzentration nach vorgegebener Zeit ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 21
18 5. Modellkalibrierung und -anwendung Darstellung der Ergebnisse Animation des Schadstofftransports im Fluss Kartendarstellung des Schadstofftransports Ganglinien der Schadstoffkonzentration Maximalkonzentration Eintrittszeit Warnmeldung Verteilung der Konzentration nach vorgegebener Zeit ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 22
19 5. Modellkalibrierung und -anwendung Darstellung der Ergebnisse Animation des Schadstofftransports im Fluss Kartendarstellung des Schadstofftransports Ganglinien der Schadstoffkonzentration Maximalkonzentration Eintrittszeit Warnmeldung Verteilung der Konzentration nach vorgegebener Zeit ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 23
20 5. Modellkalibrierung Modell versus Messung - Übersicht Messung Modell ALAMO ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 24
21 5. Modellkalibrierung Modell versus Messung Betrachtung der Teilprozesse Advektion Dispersion Quervermischung t Ende -t max t max -t Start t Ende-t Start t max ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 25
22 6. Modellverifizierung Modellanwendung bei einem Schadstoffunfall Gewässerverunreinigung Stoff: Cyanid Ort: Nymburk Zeit: Konz.: >500 µg/l Menge: > 100 kg Verursacher: LZ Draslovka erste Warnung: aus Vortrag von Herrn Blohm, Stadt Hamburg (IKSE-Sitzung, ) Problem keine genaue Information über Einleitung ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 26
23 6. Modellverifizierung Modellanwendung bei einem Schadstoffunfall Gewässerverunreinigung Stoff: Cyanid Ort: Nymburk Zeit: Konz.: >500 µg/l Menge: > 100 kg Verursacher: LZ Draslovka erste Warnung: Problem keine genaue Information über Einleitung ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 27
24 30 6. Modellverifizierung Modellanwendung bei einem Schadstoffunfall 5 4 Cyanid-Konzentration [µg/l] /01/06 19/01/06 21/01/06 23/01/06 25/01/06 Datum Cyanid-Konzentration [µg/l] /01/06 29/01/06 31/01/06 02/02/06 04/02/06 Datum + Messung (Messstelle Schmilka) Messung [bereits unter Tideeinfluss] Schadstoffganglinie ALAMO (Messstelle Bunthaus, km 609) (Messstelle Schmilka, km 0) gute Wiedergabe der Laufzeit des Schadstoffs + Schadstoffganglinie ALAMO (Messstelle Geesthacht, km 585) Hintergrundbelastung aus Messung ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 28
25 7. Zusammenfassung ALAMO ist das Schadstofftransportmodell für die Elbe. ALAMO ist ein 1,5-dimensionales Modell. ALAMO ist einfaches und leicht nutzen. Eingangsdaten der Modellierung sind von einem https-server abrufbar. Sie können jedoch auch direkt per Handeingabe vorgegeben werden ALAMO unterstützt bei der Erstellung der Alarmmeldung. Ausblick: ALAMO wird zurzeit auf die Nebenflüsse Saale und Moldau erweitert. ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 29
26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dr. Stephan Mai (Dipl.-Physiker Dipl.-Bauingenieur) Quantitative Gewässerkunde (Referat M1: Hydrometrie) Bundesanstalt für Gewässerkunde Am Mainzer Tor Koblenz Tel.: 0261/ , Fax: 0261/ mai@bafg.de ALAMO (Alarmmodell) ein Fließzeitmodell für die Elbe IKSR, SAPA, EG Fließzeitmodell und dessen Weiterentwicklung, Seite 30
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