Gewässerschutz Schutz und nachhaltige Bewirtschaftung von Gewässern - Grundlagen Dr.-Ing. O. Sterger: Gewässerschutz Übung #01 1
Gewässerkundliche Hauptwerte NNQ, MNQ, MQ, MHQ, HHQ, HQ 100 NNW, MNW, MW, MHW, HHW HW 100 Dr.-Ing. O. Sterger: Gewässerschutz Übung #01 2
Grundlegende Berechnungsformeln Kraft = Masse Geschwindigkeit Arbeit = Kraft Weg Leistung = Arbeit Zeit Leistung = Masse Geschwindigkeit Weg Zeit Dr.-Ing. O. Sterger: Gewässerschutz Übung #01 3
Grundlegende Berechnungsformeln Niederschlag = Abfluss + Verdunstung Mittl. Fließgeschwindigkeit = Flusslänge Fließzeit Fließgeschwindigkeit = Volumenstrom Querschnittsfläche Volumenstrom = Querschnittsfläche Fließgeschwindigkeit für rechteckige Querschnitte gilt: Querschnittsfläche = Breite Höhe Volumenstrom = Breite Höhe Fließgeschwindigkeit Fracht (Last, Massenstrom) = Konzentration Volumenstrom Dr.-Ing. O. Sterger: Gewässerschutz Übung #01 4
Berlin und seine Gewässer (Übersicht) Dr.-Ing. O. Sterger: Gewässerschutz Übung #01 5
Gewässer im Berliner Südosten Dr.-Ing. O. Sterger: Gewässerschutz Übung #01 6
MQ der Gewässer im Berliner Südosten Dr.-Ing. O. Sterger: Gewässerschutz Übung #01 7
Mittlere Fließgeschwindigkeiten Berechnen Sie die mittl. Fließgeschwindigkeit a) Fließgewässer Spree, Ortslage Hangelsberg gegeben: b) Standgewässer Müggelsee, Mitte des Sees (breiteste Stelle)! Gewässer Spree (zwischen Großer Tränke und Zufluss zum Dämeritzsee) Großer Müggelsee (an der breitesten Stelle, grobe Näherung) Querschnittsfläche gemäß Literaturangabe 41,6 m² 10.000,0 m² MQ Spree MQ Müggelspree Abfluss in m³/s 12,21 m³/s 6,63 m³/s hierzu Excel-Tabelle Übung_01.xlsx gesucht: Gewässer Fließgeschwindigkeit in m/s gerundet Spree (zwischen Großer Tränke und Zufluss zum Dämeritzsee)?????? Großer Müggelsee (an der breitesten Stelle, grobe Näherung)?????? Dr.-Ing. O. Sterger: Gewässerschutz Übung #01 8
gegeben: Erf. Zeit für Austausch Wasserkörper Berechnen Sie die rechnerisch erforderliche Zeit für einen vollständigen Austausch des Wasserkörpers des Großen Müggelsees a) bei MQ, b) bei MNQ! Gewässer Volumen gemäß Literaturangabe Großer Müggelsee 36.560.000 m³ Abfluss in m³/s MQ Müggelspree MNQ Spree (Schleuse Mühlendamm, Oberpegel) MNQ Müggelspree 6,63 m³/s 4,64 m³/s 0,93 m³/s hierzu Excel-Tabelle Übung_01.xlsx gesucht: Scenario Erforderliche Zeit für kompletten Austausch des Wasserkörpers in s in h in d MQ????????? MNQ????????? Dr.-Ing. O. Sterger: Gewässerschutz Übung #01 9
Anstieg des Wasserspiegels bei HW Berechnen Sie den Wasserspiegelanstieg der Gewässer im Südosten von Berlin (o.h. der Schleuse Mühlendamm) bei Hochwasser unter der Annahme von 24 h HHQ und gegeben: Gewässer Fläche gemäß Literaturangabe a) kein Abfluss an Schleuse Mühlendamm, b) Abfluss an Schleuse Mühlendamm = MHQ! Dämeritzsee Großer Müggelsee Seddinsee Langer See Zwischensumme 10% Zuschlag zur Berücksichtigung von Müggelspree und Stadtspree Summe, gerundet HHQ Spree (Schleuse Mühlendamm, Oberpegel) MHQ Spree (Schleuse Mühlendamm, Oberpegel) 93,5 ha 7,43 km² 3,70 km² 2,43 km² Abfluss in m³/s 118,0 m³/s 75,0 m³/s hierzu Excel-Tabelle Übung_01.xlsx gesucht: Aufhöhung des Wasserstands Scenario I (ohne Berücksichtigung des Ablaufs aus dem Segment)??? Scenario II (Berücksichtigung des Ablaufs aus dem Segment in Höhe von MHQ)??? Dr.-Ing. O. Sterger: Gewässerschutz Übung #01 10
Anstieg des Wasserspiegels bei HW Berechnen Sie den Wasserspiegelanstieg der Elbe an den Pegeln Schöna und Dresden im Vergleich zum MW während des Jahrtausendhochwassers im August 2002! gegeben: Hauptwert Elbe, Pegel Schöna 2,05 km u.h. Grenze Elbe, Pegel Dresden 55,63 km u.h. Grenze W Q W NQ / NW 0,33 m 22,5 m³/s 0,05 m MNQ / MNW 0,92 m 106,0 m³/s 0,79 m MQ / MW 2,10 m 326,0 m³/s 1,91 m MHQ / MHW 6,48 m 1460,0 m³/s 5,77 m HHQ / HHW 12,04 m 4580,0 m³/s 9,40 m Berechnen Sie die mittlere Fließgeschwindigkeit der Elbe während des Jahrtausendhochwassers im August 2002 zwischen den Pegeln Schöna und Dresden unter der Annahme, dass die Zeitdifferenz zwischen dem Durchgang des Hochwasserscheitels in Schöna und in Dresden 24h betrug! hierzu Excel-Tabelle Übung_01.xlsx gesucht: DW (HHW - MW)?????? Gewässer Elbe (zwischen den Pegeln Schöna und Dresden beim "Jahrhunderthochwasser" 2002) Fließgeschwindigkeit in m/s gerundet?????? Dr.-Ing. O. Sterger: Gewässerschutz Übung #01 11
klass. Ermittlung Fließgeschwindigkeit Berechnen Sie aus den Ergebnissen einer Querprofilmessung die mittlere Fließgeschwindigkeit am Pegel N.N.! gegeben: Lamelle h vm hl * vml 1 0,83 0,05 2 1,25 0,12 3 2,50 0,15 4 2,91 0,2 5 2,70 0,22 6 3,54 0,2 7 3,33 0,24 8 3,74 0,26 9 3,95 0,2 10 3,95 0,25 11 3,33 0,32 12 1,66 0,55 13 2,08 0,6 hierzu Excel-Tabelle Übung_01.xlsx gesucht: 14 4,37 0,58 15 0,42 0,35 16 0,83 0,28 17 0,21 0,15 gewichteter Mittelwert:??? Dr.-Ing. O. Sterger: Gewässerschutz Übung #01 12
Fracht- und Konzentrationsberechnung Berechnen Sie die mittlere DOC-Fracht der Elbe (bei MQ, mittl. DOC-Konzentration, alle verfügbaren Werte) unmittelbar nach dem Grenzübergang aus der tschechischen Republik in kg/h und in t/a! www.fgg-elbe.de/elbedatenportal.html gegeben: MQ (geschätzt) DOC, mittl. Elbe, Schöna 300 m³/s Elbe, Schmilka 6,1 mg/l hierzu Excel-Tabelle Übung_01.xlsx gesucht: Fracht in kg/h Fracht in t/a?????? Dr.-Ing. O. Sterger: Gewässerschutz Übung #01 13
Fracht- und Konzentrationsberechnung www.fgg-elbe.de/elbe-datenportal.html Excel-Tabelle zur Aufbereitung der Daten aus dem Download Dr.-Ing. O. Sterger: Gewässerschutz Übung #01 14
Fracht- und Konzentrationsberechnung Führen Sie eine analoge Berechnung für die mittlere Hg-Fracht der Elbe in g/s und in kg/a aus! gegeben: Elbe, Schöna Elbe, Schmilka MQ (geschätzt) Hg-Konzentration in mg/l 300 m³/s 0,050 µg/l gesucht: www.fgg-elbe.de/elbe-datenportal.html hierzu Excel-Tabelle Übung_01.xlsx Hg-Fracht (bzw. -Last) in g/s Hg-Fracht (bzw. -Last) in kg/a?????? Dr.-Ing. O. Sterger: Gewässerschutz Übung #01 15
Fracht- und Konzentrationsberechnung www.fgg-elbe.de/elbe-datenportal.html Excel-Tabelle zur Aufbereitung der Daten aus dem Download Dr.-Ing. O. Sterger: Gewässerschutz Übung #01 16
Fracht- und Konzentrationsberechnung Berechnen Sie die mittlere Hg-Konzentration im Abwasser von Werk Schkopau der Fa. Dow Olefinverbund GmbH im Jahr 2013 in mg/l und in µg/l! gegeben: Dow Olefinverbund GmbH, Werk Schkopau mittl. Abwasservolumenstrom L Hg, mittl. http://www.thru.de/ 1.200 m³/h hierzu Excel-Tabelle Übung_01.xlsx 2,0 kg/a 2013 gesucht: Konzentration in mg/l Konzentration in µg/l?????? Dr.-Ing. O. Sterger: Gewässerschutz Übung #01 17
Fracht- und Konzentrationsberechnung http://www.thru.de/ Dr.-Ing. O. Sterger: Gewässerschutz Übung #01 18