Universität Kassel Fachgebiet Wasserbau und Wasserwirtschaft Univ.-Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Universität Kassel Fachgebiet Wasserbau und Wasserwirtschaft Univ.-Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald"

Laura Schreiber
vor 6 Jahren
Abrufe

1 Universität Kassel Fachgebiet Wasserbau und Wasserwirtschaft Univ.-Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald

2 Steuerung wasserwirtschaftlicher Systeme Talsperren Staustufenketten Bewässerungskanäle Universität Kassel, Fachgebiet Wasserbau und Wasserwirtschaft, Univ. Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald 2

Abfluss [m³/s] Vorhersagezeitpunkt T0 Talsperrenfüllstand [m ü.

Nutzungsanforderungen (Hochwasser, Niedrigwasser, Schifffahrt, Wasserkraft, Tourismus ), Systemrandbedingungen und Vorhersagedaten Wellenablaufverfahren und Optimierungsansätze (MPR) 200

Münden Zuflussprognose - Fulda (Grebenau) Zuflussprognose - Werra (Letzter Heller) Zuflussprognose - Talsperre optimierte Stellgröße - Talsperrenabgabe simulierte Zielgröße - Hann.

3 Abfluss [m³/s] Vorhersagezeitpunkt T0 Talsperrenfüllstand [m ü. PNP] Betrieb von Talsperren Ziel: Ermittlung einer bestmöglichen Abgabestrategie im operationellen Betrieb Hohe Speichervolumina verfügbar Berücksichtigung von Bewirtschaftungsregeln, Nutzungsanforderungen (Hochwasser, Niedrigwasser, Schifffahrt, Wasserkraft, Tourismus ), Systemrandbedingungen und Vorhersagedaten Wellenablaufverfahren und Optimierungsansätze (MPR) Ziel- und Steuergröße für den Bewirtschaftungsfall "Schifffahrt" Beobachtung Vorhersage Initialwert Sollwert Eintrittszeitpunkt erreicht Zielvorgabe - Hann. Münden Zuflussprognose - Fulda (Grebenau) Zuflussprognose - Werra (Letzter Heller) Zuflussprognose - Talsperre optimierte Stellgröße - Talsperrenabgabe simulierte Zielgröße - Hann. Münden Füllstand Talsperre Q ab < Q max ausreichend hohe Wasserführung Feb. 2. Feb. 3. Feb. 4. Feb. 5. Feb. 6. Feb. 7. Feb. 8. Feb. 9. Feb. Zeitraum [Datum] Q min 236 WSA Hann. Münden Universität Kassel, Fachgebiet Wasserbau und Wasserwirtschaft, Univ. Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald 3

Betrieb einer Staustufenkette Verschiedener Nutzungsanforderungen: Schifffahrt - Wasserkraft Geringe Speichervolumina in Relation zum Abfluss Hohe Dynamik Zufluss lokaler

4 Betrieb einer Staustufenkette Verschiedener Nutzungsanforderungen: Schifffahrt - Wasserkraft Geringe Speichervolumina in Relation zum Abfluss Hohe Dynamik Zufluss lokaler Regler DQ, DH Zentrale Steuerung DQ, DH lokaler Regler DQ, DH lokaler Regler Universität Kassel, Fachgebiet Wasserbau und Wasserwirtschaft, Univ. Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald 4

5 Simulationsprogramm Nutzungsanforderungen, Konzessionsbedingungen Zufluß Automatisierter Betrieb Einleitung/Entnahme Wasserstände Abfluß Simulation der Abflussverhältnisse Betrieb der Kontrollbauwerke HN-Modell Universität Kassel, Fachgebiet Wasserbau und Wasserwirtschaft, Univ. Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald 5

Untersuchung RADAG Birsfelden Ryburg-Schwörstadt Säckingen Laufenburg Rheinau Rheinfelden Augst-Wyhlen Schaffhausen Eglisau PSW Waldshut Reckingen Meßstellen

6 Untersuchung RADAG Birsfelden Ryburg-Schwörstadt Säckingen Laufenburg Rheinau Rheinfelden Augst-Wyhlen Schaffhausen Eglisau PSW Waldshut Reckingen Meßstellen Albbruck-Dogern Stauwehr KW Klingnau Kraftwerk Aubecken Universität Kassel, Fachgebiet Wasserbau und Wasserwirtschaft, Univ. Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald 6

7 Q [m³/s] y [m+ash] Modellvalidierung (HN-Modell) 314,4 OW - Stand Maschinenhaus RADAG 314,0 313,6 313, ,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 Zu- und Abflüsse Berechnung Messung Eignung des HN- Modells zur Simulation der Abflussverhältnisse Ermittlung charakteristischer Stauraumgrößen KW RADAG Zufluß Aare Zufluß Rhein Wehr RADAG 0 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 Zeit [h] Universität Kassel, Fachgebiet Wasserbau und Wasserwirtschaft, Univ. Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald 7

8 Simulationsprogramm Nutzungsanforderungen, Konzessionsbedingungen Zufluß Automatisierter Betrieb Einleitung/Entnahme Wasserstände Abfluß Simulation der Abflussverhältnisse Betrieb der Kontrollbauwerke HN-Modell Universität Kassel, Fachgebiet Wasserbau und Wasserwirtschaft, Univ. Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald 8

9 Wasserhaushaltsregelung Wasserstandsvorgabe H Wasserstand H soll Lokale Reglerstrukturen Stauzielregelung OW/Q-Regelung Q zu Q zu T L Dh - Führungsgröße H Ist - Wasserstandsregelung Q zu Q Reg Antizipation Q ab - A/Q-Regelung T R Abflussregler Komplexe PID-Regler QZufluss HN-Modell QAbfluss Universität Kassel, Fachgebiet Wasserbau und Wasserwirtschaft, Univ. Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald 9

10 Wasserhaushaltsregelung Übergeordnete Steuerung Lokale Regler (z. B. OW/Q-Regelung) mit übergeordneter Steuerung (Koordinator, Prädiktive Regelung) Zufluss Zentrale Steuerung DQ, DH zweistufige Hierarchie (Redundanz) lokaler Regler DQ, DH DQ, DH lokaler Regler z. B. Berücksichtigung von Energieoptimierung, Pumpspeicherbewirtschaftung lokaler Regler z. B. Vorhersage des Abflusses und Abgleich mit Messwerten Universität Kassel, Fachgebiet Wasserbau und Wasserwirtschaft, Univ. Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald 10

11 Hochwassersteuerung Prinzipieller Ansatz (Hochwasser): 1) Vermeidung einer Aufsteilung 2) Dämpfung einer Welle Zu 1): nahezu Pflicht, Berücksichtigung von Störgrößenaufschaltung (Zuflüsse) Univ. Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald, Universität Kassel 11

Störgrößenaufschaltung (Zuflüssen) Zu 2): Speicher- und Retentionsvolumina erforderlich,

12 Hochwassersteuerung Prinzipieller Ansatz (Hochwasser): 1) Vermeidung einer Aufsteilung 2) Dämpfung einer Welle Zu 1): nahezu Pflicht, Berücksichtigung von Störgrößenaufschaltung (Zuflüssen) Zu 2): Speicher- und Retentionsvolumina erforderlich, Kappung der Spitze, Gute Vorhersage erforderlich Univ. Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald, Universität Kassel 12

13 Kappung des Hochwasserscheitels Prinzip: Adaptive Steuerung; Einlagerung von Volumen im Speicher, Kappung der Spitze, Speichervolumen und gute Vorhersage erforderlich Univ. Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald, Universität Kassel 13

14 Wasserspiegellagen - Volumen Wasserstand [m] 289 Stationäre Wasserspiegellagen für verschiedene Abflüsse und Oberwasserstände V 1 fließende Retention Abfluss Q2, hoher OW-Stand Abfluss Q2, niedriger OW-Stand Abfluss Q1, hoher OW-Stand Abfluss Q1, niedriger OW-Stand Fluss-km Univ. Prof. Universität Dr.-Ing. Stephan Kassel, Fachgebiet Theobald, Universität Wasserbau Kassel und Wasserwirtschaft, Univ. Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald 14

15 Wasserspiegellagen - Volumen Wasserstand [m] 289 Stationäre Wasserspiegellagen für verschiedene Abflüsse und Oberwasserstände Abfluss Q2, hoher OW-Stand Abfluss Q2, niedriger OW-Stand Abfluss Q1, hoher OW-Stand Abfluss Q1, niedriger OW-Stand V 2 Volumen durch Vorabsenkung Fluss-km Univ. Prof. Universität Dr.-Ing. Stephan Kassel, Fachgebiet Theobald, Universität Wasserbau Kassel und Wasserwirtschaft, Univ. Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald 15

16 Wasserspiegellagen - Volumen Wasserstand [m] 289 Stationäre Wasserspiegellagen für verschiedene Abflüsse und Oberwasserstände Abfluss Q2, hoher OW-Stand Abfluss Q2, niedriger OW-Stand Abfluss Q1, hoher OW-Stand Abfluss Q1, niedriger OW-Stand V 3 zusätzlich aktivierbares Volumen Fluss-km Univ. Prof. Universität Dr.-Ing. Stephan Kassel, Fachgebiet Theobald, Universität Wasserbau Kassel und Wasserwirtschaft, Univ. Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald 16

17 Kappung des Hochwasserscheitels Umsetzung Frühzeitiges, tiefes Absenken des Oberwasserstandes Aufstau (Erhöhung des Oberwasserstandes) beginnt vor Eintreffen des HW- Scheitels Voraussetzung: Bewirtschaftungsvolumen vorhanden Maximale WSP-Lage (z.b. Hochwasserschutz) Minimale WSP-Lage (z. B. Schifffahrt) Steuerbare Abflusskontrolle möglich (Wehre können Abfluss noch regeln) Zuflussvorhersage vorhanden Vorentlastung möglich (temporäre Abflusserhöhung, Wellenüberlagerung) Univ. Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald, Universität Kassel 17

18 Kappung des Hochwasserscheitels Sensitivität bzgl. Anstauzeitpunkt Univ. Prof. Universität Dr.-Ing. Stephan Kassel, Fachgebiet Theobald, Universität Wasserbau Kassel und Wasserwirtschaft, Univ. Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald 18

19 Kappung des Hochwasserscheitels Sensitivität bzgl. Anstauzeitpunkt Univ. Prof. Universität Dr.-Ing. Stephan Kassel, Fachgebiet Theobald, Universität Wasserbau Kassel und Wasserwirtschaft, Univ. Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald 19

20 Kappung des Hochwasserscheitels Sensitivität bzgl. Anstaugradient Univ. Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald, Universität Kassel 20

21 Kappung des Hochwasserscheitels Sensitivität bzgl. Anstaugradient Univ. Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald, Universität Kassel 21

22 Zusammenfassung Optimierungspotential Optimierungspotential abhängig von Flusssystem und Restriktionen Stauhaltungen ohne Potential Stauhaltungen mit geringem Potential Abflussreduzierung von wenigen Prozenten, geringe Zeitverschiebung Potential bei geringeren Abflüssen, z.b. HQ 30, höher als bei höheren Abflüssen Form der Hochwasserwelle entscheidend - spitzer Wellenscheitel: Kappung eher möglich - breiter Wellenscheitel: Kappung kaum möglich Verfügbarkeit der Anlage berücksichtigen, (n-1)-fall Stauraummanagement an Flüssen ohne Schifffahrt effektiver nutzbar Flusssystem (Nebenflüsse) betrachten Fazit: Staustufenmanagement nicht als Alternative, sondern additiv zu Überflutungsflächen sehen Universität Kassel, Fachgebiet Wasserbau und Wasserwirtschaft, Univ. Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald 22

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Universität Kassel, Fachgebiet Wasserbau und Wasserwirtschaft, Univ. Prof. Dr.-Ing. Stephan Theobald 23

Ähnliche Dokumente

Rückblick auf Diskussionsforum 1 und 2

Wasserwirtschaftsämter Donauwörth, Ingolstadt und Regensburg Rückblick auf Diskussionsforum 1 und 2 Hochwasserrisiko & Schutzstrategien Münchsmünster, 24. September 2015 Rückhaltesysteme im Vergleich Regensburg