ÜSG-Berechnungen - hydraulische Modelle -

Transkript

1 1. Workshop Gewässerkunde der Niedersächsischen Wasserwirtschaftsverwaltung Oldenburg, 20. März 2014 ÜSG-Berechnungen - hydraulische Modelle - Harm Kuhlenkamp, Folie 1 von 16

2 Unterscheidungen in der hydraulischen Modellierung 1-dimensional (1D) 2-dimensional (2D) 3-dimensional (3D) 1,2 o Stationäre Hydraulik o Instationäre Hydraulik Abfluss [m³/s] 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Abfluss Stationär Abfluss instationär 0, Zeit [h] Folie 2 von 16

3 Unterscheidungen in der hydraulischen Modellierung Dimension: 1D Beispielsoftware: WaspTools, WSPLWB, MIKE11, HEC-RAS, Jabron Funktionsweise: Berechnung der Wasserstände zwischen einzelnen Profilen, innerhalb der einzelnen Profile gemittelte Strömungsgeschwindigkeiten Profil Folie 3 von 16

4 Unterscheidungen in der hydraulischen Modellierung Dimension: Vorteile: Nachteile: 1D - geringe Softwarekosten - relativ schneller und einfacher Modellaufbau - schnelle Simulationsdauer - einfacher Export der Ergebnisse für Quer- und Längsschnitte - in komplexen Gewässerstrukturen (z. B. Nebengerinne, Bifurkation) nur bedingt zu gebrauchen - relativ viel Nacharbeit durch Verschneidung mit Gelände Folie 4 von 16

5 Verschneidungsproblematik bei 1D-Modellierung Sohlschwelle Profil oberstr. Sohlschwelle Wsp > Gelände Überschwemmung Profil Sohlschwelle Gewässer Profil unterstr. Sohlschwelle Wsp < Gelände keine Überschwemmung Gelände einheitliches Niveau Quelle: Zeisler, P. (2010): Hochwassergefahrenkarten aus Sicht der Praxis. In: Wasserwirtschaft 11/2010: Folie 5 von 16

6 Unterscheidungen in der hydraulischen Modellierung Dimension: 2D Beispielsoftware: HYDRO_AS-2D, MIKE21, SOBEK Funktionsweise: Berechnung der Hydraulik im Gewässer und Fläche Folie 6 von 16

7 Unterscheidungen in der hydraulischen Modellierung Dimension: Vorteile: Nachteile: 2D - sehr gute Berücksichtigung der Geländestruktur - flexible Modellgestaltung - Ergebnisse in der Fläche sofort ersichtlich - Ergebnisse an beliebigen Punkten extrahierbar - höhere Softwarekosten gegenüber 1D - je nach Modellgröße lange Simulationsdauer - Quer- und Längsschnitte nur aufwändig bzw. mit Zusatzsoftware zu erstellen - aufwändiger Modellaufbau Folie 7 von 16

8 Datengrundlagen und Aufbau eines 2D Hydraulikmodelles Gitternetz Topografie Rauheiten Randbedingungen Folie 8 von 16

9 Datengrundlagen und Aufbau eines 2D Hydraulikmodelles Gitternetz Topografie Rauheiten Randbedingungen Folie 9 von 16

10 Datengrundlagen und Aufbau eines 2D Hydraulikmodelles Gitternetz Topografie Rauheiten Randbedingungen Folie 10 von 16

11 Datengrundlagen und Aufbau eines 2D Hydraulikmodelles Gitternetz Topografie Rauheiten Randbedingungen Folie 11 von 16

12 Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz Datengrundlagen und Aufbau eines 2D Hydraulikmodelles Gitternetz Topografie Rauheiten Randbedingungen Folie 12 von 16

13 Ergebnispräsentation eines 2D Hydraulikmodelles Simulationsdauer Sämtliche Gewässer sind zu Simulationsbeginn trocken Fließrichtung von Süd nach Nord der maximale Zufluss (Aller=HQ 100 / Weser=HQ 20 ) wird nach 48 Stunden erreicht Strömungsvektoren geben zusätzlich die Fließrichtung an Simulationsdauer endet nach 60 Stunden Legende der berechneten Wassertiefe Folie 13 von 16

14 Erweiterungsmöglichkeiten der hydraulischen Modellierung Durch Zusatzmodule Berechnung von: Sedimentation Erosion Stofftransporte (z. B. Wärme, Salz) Folie 14 von 16

15 Beispiel Zusatzmodul Temperatur Zufluss Kläranlage Q = 4 m³s (nach 8h) T = 30 C ( = 10 K) Wichtig zu Ermittlung von: Wärmeverteilung z.b. Wärmelastplan, Kühlwasserstudien In Kombination mit weiteren Modulen Berechnung von Erosion, Sedimentation, etc. möglich. Zufluss Weser Q = 200 m³s T = 20 C Zufluss Aller Q = 100 m³s T = 20 C Folie 15 von 16

16 Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Fragen? Aller bei Verden, 14. Februar 1946 Folie 16 von 16