Hydrologie

 

Hydrologie

Mit Hilfe moderner Software ermitteln wir die Ablaufmengen aus einem Einzugsgebiet.

Wie es funktioniert und wie wir es machen erfahren Sie hier.

Eingriffe des Menschen in dieses System haben somit vielerlei Gründe und vielfältige Folgen. Die zu ergreifenden Maßnahmen bedürfen einer sinnvollen und nachhaltigen Planung und Prüfung.

Bach.jpgEs gibt heute Ansätze zur Modellierung hydrologischer Prozeße, die aufgrund der stark interdisziplinären Grundlagenwisssenschaften die hierzu erforderlich sind, bedingt gut abbilden können, welche Auswirkungen welche Massnahmen haben werden. Die Abschätzung der vorliegenden, detailreichen Einflüße auf den Wasserkreislauf stellt ein zentrales Problem der Simulation dar. Ein nicht unerheblicher Aufwand zur ermittlung von Bodenwerten und Bewuchsparametern ist nötig, um eine solide Berechnungsgrundlage, für die überwiegend empirisch ermittelten Methoden zu schaffen. Im Gegensatz zur herkömmlichen auf Abflußstatistiken beruhenden Bemessungsgrundlagen sind Modelle in der Lage mit schon relativ kurzen Messreihen eine Anpassung an die Abflußvorgänge von Flüssen zu erreichen.

 

Eine Überprüfung von Massnahmen kann somit bereits im Planungsstadium mit Hilfe eines detaillierten Niederschlag-Abfluß-Modells durchgeführt werden. Ist ein solches Modell einmal existent, können Änderungen im Einzugsgebiet oder veränderte Sicherheitsvorschriften durch Aktualisierung des Gebietszustandes innerhalb kurzer Zeit verarbeitet werden. Alternative Planungen können eingearbeitet werden, der Erfolg wird direkt sichtbar.

Wir setzen für diese Fragestellungen folgende Programme ein:

Niederschlag-Abfluß-Modell NASIM der Fa. Hydrotec GmbH. Dieses Programm wird unter anderen auch von den staatlichen Umweltämtern in NRW sowie von einigen Verbänden genutzt.

Niederschlag-Abfluß-Modell Lalypso der Fa. Blörnsen Beratende Ingenieure.

SWMM - Ein hydraulisches Modell das auch in der Lage ist, die Zuflüsse zu ermitteln und gleichzeitig dessen Auswirkungen auf Kanäle und Gräben zu prüfen.

Zur Gewinnung der Grundlagendaten aus Kartenmaterial wird ein von uns entwickeltes Programm unter einer CAD- Oberfläche genutzt.

 


Wie funktioniert ein hydrologisches Modell

Die Kern-Elemente des Wasserhaushaltes sind Niederschlag, Verdunstung und Abfluss. Jeder dieser Vorgänge unterteilt sich in mehrere Prozeße. Niederschlag fällt zum Beispiel in Form von Schnee, Abflüsse bilden sich sowohl auf-, als auch unterirdisch, Verdunstung entsteht durch Wind, Pflanzen und Sonneneinstrahlung. Die meisten Prozesse sind durch mehr oder minder genaue, empirisch oder physikalisch begründete Methoden abbildbar.

Zur Anpassung des Modells an den natürlichen Abflussprozess werden aufgezeichnete Niederschlags, Temperatur und Verdunstungsdaten herangezogen und als Eingangswerte für die Simulation verwendet. Die Parameter des Modells werden durch den vergleich der gemessenen mit der gerechneten Abflussganglinie angepasst. Hierbei ist es erforderlich mehrere verschieden hohe Abflüsse zu Grunde zu legen um somit eine optimale Anpassung zu erzielen. Sowohl die langfristige Simulation mit Tagesmittelwerten, als auch eine reine Hochwasserwellenberechnung mit kleineren Zeitschritten ist zur Abbildung des Abflussvorganges erforderlich.

 

Waldundwasser.jpgWerden bei der Kalibrierung ausreichend genaue Ergebnisse erzielt, wird eine, bzw. mehrere Bemessungssimulationen durchgeführt. Als Eingangswerte dienen Niederschlagsdaten, die entwedervin Form bereits gefallener Niederschläge (höchste bereits gemessene Niederschläge in Mitteleuropa), oder die über statistische Methoden (KOSTRA-ATLAS des DWD) oder physikalische Annahmen (MGN, DWD) entwickelt wurden. Zusammen mit Verdunstungs- und Temperaturdaten eines zu vereinbarenden Tages im Jahre, wird das Modell belastet und die Hochwasserwellenbildung simuliert.

 

 

 


Welche Schritte sind notwendig:

  • Auswertung von Boden-, Landnutzungsverhältnissen mit Hilfe von detaillierten Kartenwerken.
  • Topographische Eigenheiten und Höhenverhältnisse des Einzugsgebietes
  • Einteilung des Einzugsgebietes in Teileinzugsgebiete
  • Aufnahme der Flussprofile zur korrekten Abbildung der Fließgeschwindigkeiten durch hydraulische Berechnungen
  • Ermittlung von Grundwasserständen und Bewegungen im Einzugsgebiet und ggf. darüber hinaus
  • Auf- oder Übernahme aller Speicher oder Steuerelemente im Einzugsgebiet zur korrekten Simulation.
  • Abbildung eventuell vorhandener Misch- oder Regenwasserkanalisation
  • Ermittlung befestigter Flächen
  • Auswertung und Überprüfung von Pegel- und Niederschlagsaufzeichnungen zur Kalibrierung des Modells
  • Erstellung eines digitalen Modells das in der Lage ist, die erforderlichen Daten aufzunehmen und mit geringem Aufwand zu modifizieren ist.

 


 

Mit Hilfe dieser Daten können z.B. die folgenden Fragestellungen beantwortet werden:

 

  • Erfassung der Wasserbilanz durch Langzeitsimulation und damit sichere Planungsgrößen für Speicher- oder Energiegewinnungsbauwerke
  • Simulation von Hochwasserereignissen mit Niederschlägen bestimmter Jährlichkeit nach KOSTRA
  • Schließung von Meßreihen, bei vorhandenen Niederschlagsserien, zur Durchführung statistischer Untersuchungen
  • Abschätzung von Gefahrenpotentialen und Hochwasserspiegellagen durch Abfluß- und Wasserstandskentnisse an den Knotenpunkten
  • Ermittlung von Retentionswirkungen
  • Dimensionierung von Wasserbehältern aller Art
  • Überprüfung von Hochwasserschutzmaßnahmen, wie z.B. Hochwasserentlastungen an Talsperren, Überflutungsflächen