Hydrotec https://www.hydrotec.de Ingenieurgesellschaft für Wasser und Umwelt mbH Wed, 01 Jul 2020 12:13:29 +0000 de-DE hourly 1 https://wordpress.org/?v=5.2.2 Tagung „Digitalization in Hydropower 2020“ – Hydrotec präsentiert Delft-FEWS-Projekt https://www.hydrotec.de/hydrotec-bei-digitalization-in-hydropower-2020/ Wed, 01 Jul 2020 12:05:45 +0000 https://www.hydrotec.de/?p=43693 Herbst 2020 - Digitalization in Hydropower 2020 - Dr. Buchholz präsentiert die optimierte Stauraumsteuerung an der Drau mit dem Vorhersagesystems Delft-FEWS.

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Experten diskutieren über innovative digitale Verfahren, Produkte und Werkzeuge

Digitalization in Hydropower 2020

Die internationale VGB-Fachveranstaltung Digitalization in Hydropower 2020 wird einen umfassenden Überblick über die Digitalisierung in der Wasserkraft geben und sich dabei vor allem mit den Ergebnissen neu entwickelter und implementierter innovativer digitaler Maßnahmen, Produkte und Werkzeuge befassen. Dies kann dazu beitragen, digitale Lösungen im eigenen Unternehmen zu verbessern und zu optimieren.

Verbesserte digitale Steuerungen können dazu beitragen, die Leistung von Wasserkraftwerken, -anlagen und -ausrüstungen zu verbessern, indem sie die Kosten senken und die Anlagenverwaltung optimieren. Digitale Steuerungssysteme können auch eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Entscheidungsfindung und der Unterstützung von Operationen spielen, um effizienter arbeiten zu können.

Die Tagung wird in den Herbst 2020 verschoben. Ursprünglich sollte sie am 22. und 23. April 2020 an der Technischen Universität Graz stattfinden. Sie wird ausgerichtet vom VGB PowerTech e.V. in Zusammenarbeit mit Verbund und der TU Graz.

Vortrag zu Vorhersage-System für die Drau

Unser Geschäftsführer Dr.-Ing. Oliver Buchholz hält dort einen Vortrag mit dem Titel „Optimized Model Predictive Control for Run-of-River Power Plants at River Drau in Austria“.

Dresdner Wasserbaukolloquium 2020 - Vortrag Hydrotec Staustufensteuerung Drau

Zur Steuerung der Stauraumkette an der Drau dient ein Entscheidungshilfesystem auf Basis von Delft-FEWS.

Er stellt die Entwicklung eines Abstautools für das Entscheidungshilfesystem der Stauraumsteuerung an der österreichischen Drau vor. Das dort im Einsatz befindliche Entscheidungshilfesystem PROVIS (basierend auf Delft-FEWS) wurde um ein Werkzeug ergänzt, das den Wiederaufstau der Wehrstufen nach dem Ablauf einer Hochwasserwelle unterstützt.

Das Projekt steht beispielhaft für die Digitalisierung in der Wasser- und Energiewirtschaft, in der Vorhersage- und Informationssysteme das Erfahrungswissen des Fachpersonals erfolgreich ergänzen.

Weitere Informationen

 

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Regionales Anwendertreffen Delft-FEWS 2020 – online und informativ https://www.hydrotec.de/2020-anwenderwebinar-delft-fews/ https://www.hydrotec.de/2020-anwenderwebinar-delft-fews/#respond Wed, 24 Jun 2020 12:57:18 +0000 https://www.hydrotec.de/?p=45160 Das 5. regionale Anwendertreffen Delft-FEWS am 18. Juni 2020 fand als Live-Webinar statt. 43 TeilnehmerInnen von 21 Institutionen informierten sich über Neuerungen und Einsatzbereiche des Vorhersagesystems. Hier finden Sie die Vorträge.

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18. Juni 2020: Deutschsprachiges Anwendertreffen Delft-FEWS 2020 als Webinar

Anwendertreffen Delft-FEWS 2020

Das deutschsprachige Anwendertreffen Delft-FEWS 2020 für die Vorhersageplattform Delft-FEWS fand in diesem Jahr aufgrund der Einschränkungen durch COVID-19 in Form eines eintägigen Anwender-Webinars statt. Hydrotec und Deltares organisierten ein erfolgreiches Online-Event mit dem Tool GoToWebinar. 43 TeilnehmerInnen aus 21 verschiedenen Institutionen  waren der Einladung gefolgt, um sich über neue Funktionalitäten und Anwendungen in der Praxis zu informieren.

Mitarbeiter von Deltares präsentierten anhand von Videos und kurzen Beispielen die neuen Funktionalitäten ab der Version 2019.02 und gaben einen Einblick in die Anwendung. Wichtige Neuerungen liegen in der Modernisierung der Bedienoberfläche sowie der Kommunikation mit Dritten per Webservices. Außerdem stellte Deltares seine Delft-FEWS Vision 2025 mit der geplanten Ausrichtung des Systems vor. Interessante Einblicke in die strategische Ausrichtung von Delft-FEWS und die Einflussnahme von Anwendern auf die Delft-FEWS Software gab Martin Ebel, Mitglied des Delft-FEWS Community Strategie Board (CSB).

In einem Zweiten Block des Webinars stellten Vortragende erfolgreiche Beispiele von Delft-FEWS Anwendungen vor. Das System Hydris (hydrodynamisches Modell Salzach in Salzburg, Österreich), unterstützt die Auftraggeber in Österreich bei der Hochwasservorhersage und dem optimalen Betrieb der Kraftwerke bzw. Staustufen. Referent Adrian Treis von Emschergenossenschaft/Lippeverband erläuterte, wie das Vorhersagesystem Delft-FEWS der Verbände NRW künftig verstärkt für die Starkregenvorhersage und -warnung eingesetzt wird.

Die TeilnehmerInnen nutzten die Gelegenheit während der Feedback-Runden Fragen zu stellen und sich mit den Organisatoren des Events auszutauschen.

Deltares und Hydrotec hoffen das deutschsprachige Delft-FEWS Anwendertreffen 2021 wieder gemeinsam mit den AnwenderInnen ohne „social distancing“ abhalten zu können. Die direkte Begegnung und das persönliche Gespräch geben der Veranstaltung erst die besondere Atmosphäre, die wir uns wünschen.

Vorträge

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https://www.hydrotec.de/2020-anwenderwebinar-delft-fews/feed/ 0
Hydraulik / Hydronumerik https://www.hydrotec.de/hydraulik-hydronumerik/ Thu, 18 Jun 2020 11:57:33 +0000 https://www.hydrotec.de/?p=45086 Wir sind Spezialisten für die hydraulische Modellierung von Fließgewässern und abfließendem Niederschlagswasser.

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Die hydraulische Modellierung von Fließgewässern und abfließendem Niederschlagswasser ist unser Spezialgebiet.

Das Spektrum reicht von der Abbildung großer Fließgewässer bis zur detaillierten Simulation von komplexen Fließverhältnissen und Bauwerken.

Projekte zu Starkregenvorsorge, Hochwasserschutz, Gewässerentwicklung und Gewässermanagement bearbeiten wir erfolgreich mit den Software-Produkten HYDRO_AS-2D und Jabron.

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Lesen Sie die Hydrothemen Nr. 38 ! https://www.hydrotec.de/hydrothemen-nr-38/ Tue, 19 May 2020 10:24:41 +0000 https://www.hydrotec.de/?p=44639 NASIM 5 mit integrierter Geodatenhaltung, optimierte Steuerung von Hochwasserrückhaltebecken, Starkregenanalyse Oranienburg, JabEdit, Kartenanimation mit HYDRO_AS-2D 5.2, Klimaanpassungskonzepte

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Schwerpunkt: NASIM 5 – hydrologische Modellierung mit integrierter Geodatenhaltung
hydrothemen-nr-38

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Lesen Sie in den Hydrothemen Nr. 38:

Auch in der Corona-Krise ist Hydrotec (fast wie gewohnt) für Sie erreichbar und einsatzbereit – dank Home-Office, Online-Meetings und Webinaren.

Schwerpunkt dieser Ausgabe ist die hydrologische Modellierung mit NASIM. Version 5 bietet Ihnen eine integrierte Geodatenhaltung. Sie ermöglicht die komfortable, umfassende Abbildung von natürlichen und urbanen Einzugsbieten für Bemessungsaufgaben und die Optimierung von Systemen.

Ein wichtiger NASIM-Einsatzbereich ist die kommunale Hochwasservorsorge. Für die Stadt Oelde haben wir die Steuerung des Systems von Hochwasserrückhaltebecken optimiert, um die Hochwassergefahr zu minimieren.

Hydrotec ist Ihr kompetenter Partner für die kommunale Starkregenvorsorge, so wie für die Starkregenstudie Oranienburg mit komplexen geomorphologischen Bedingungen oder bei der Erstellung eines kommunalen Klimaanpassungskonzepts. Weiterhin haben wir Tipps für die private Starkregenvorsorge zusammengestellt.

In der hydronumerischen Modellierung ist jetzt die Version 5.2 von HYDRO_AS-2D verfügbar. Mit den integrierten MapView-Zusatzmodulen können Sie Berechnungsergebnisse animiert darstellen und präsentieren.

JabEdit empfehlen wir Ihnen, um die Querprofildaten Ihrer Hydraulikprojekte effizient zu verwalten und zu bearbeiten.

Hier finden Sie alle Artikel der Hydrothemen Nr. 38 und das pdf-Dokument zum Download (1,7 MB).

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Hydrothemen Nr. 38 / Mai 2020 https://www.hydrotec.de/hydrothemen-nr-38-mai-2020/ Fri, 15 May 2020 08:02:50 +0000 https://www.hydrotec.de/?p=44371 NASIM 5 integrierte Geodatenhaltung, optimierte Steuerung von Hochwasserrückhaltebecken, Starkregenanalyse Oranienburg, JabEdit, Kartenanimation mit HYDRO_AS-2D 5.2, Klimaanpassungskonzepte

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Schwerpunkt: N-A-Modell NASIM

Auch in der Corona-Krise ist Hydrotec (fast wie gewohnt) für Sie erreichbar und einsatzbereit – dank Home-Office, Online-Meetings und Webinaren.

Schwerpunkt dieser Ausgabe ist die hydrologische Modellierung mit NASIM. Version 5 bietet Ihnen eine integrierte Geodatenhaltung. Sie ermöglicht die komfortable, umfassende Abbildung von natürlichen und urbanen Einzugsbieten für Bemessungsaufgaben und die Optimierung von Systemen.

Ein wichtiger NASIM-Einsatzbereich ist die kommunale Hochwasservorsorge. Für die Stadt Oelde haben wir die Steuerung des Systems von Hochwasserrückhaltebecken optimiert, um die Hochwassergefahr zu minimieren.

Hydrotec ist Ihr kompetenter Partner für die kommunale Starkregenvorsorge, so wie für die Starkregenstudie Oranienburg mit komplexen geomorphologischen Bedingungen oder bei der Erstellung eines kommunalen Klimaanpassungskonzepts. Weiterhin haben wir Tipps für die private Starkregenvorsorge zusammengestellt.

In der hydronumerischen Modellierung ist jetzt die Version 5.2 von HYDRO_AS-2D verfügbar. Mit den integrierten MapView-Zusatzmodulen können Sie Berechnungsergebnisse animiert darstellen und präsentieren.

JabEdit empfehlen wir Ihnen, um die Querprofildaten Ihrer Hydraulikprojekte effizient zu verwalten und zu bearbeiten.

Hydrothemen 38 verfügbar

Hier finden Sie die Hydrothemen Nr. 38 im pdf-Format (1,7 MB) zum Herunterladen.

Artikel dieser Ausgabe

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NASIM 5 integrierte Geodatenhaltung https://www.hydrotec.de/nasim-5-integrierte-geodatenhaltung/ Fri, 15 May 2020 07:00:52 +0000 https://www.hydrotec.de/?p=44518 NASIM 5 speichert Modelldaten mit ihrem räumlichen Bezug in einer Geodatenbank, bietet ein Plugin zur Simulation von Stoffumsetzungsprozessen und eine Lua-Scripting-Schnittstelle für die Abbildung zusätzlicher Prozesse.

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NASIM 5 – hydrologische Modellierung mit integrierter Geodatenhaltung

NASIM 5 integrierte GeodatenhaltungDas seit Januar 2020 verfügbare Release 5 der Niederschlag-Abfluss-Modellierungssoftware NASIM bietet innovative Neuerungen insbesondere für die Bearbeitung von urban-hydrologischen Fragestellungen. Die in NASIM 5 integrierte Geodatenhaltung macht es zu einem idealen Werkzeug für zeitgemäße Planungsansätze wie das Konzept der Schwammstadt oder die dezentrale Regenwasserspeicherung. Mit NASIM können Sie die Auswirkungen des Klimawandels auf hydrologische Systeme ermitteln, Vorsorgemaßnahmen konzipieren und darauf aufbauend kommunale Klimaanpassungskonzepte entwickeln.

NASIM 5 speichert Modelldaten direkt mit ihrem räumlichen Bezug in einer Geodatenbank. Die Abflusstopologie von kanalisierten Flächen und natürlichen Gebieten lässt sich dadurch in einem einzigen Modell verwalten.  Imissionsorientierte Einleitungsnachweise nach BWK M3/M7 werden damit in NASIM noch besser unterstützt.

Das Plugin zur Simulation von Stoffumsetzungsprozessen erlaubt eine detaillierte M7-Nachweisführung und ermöglicht es, weitere Spezialmodelle einzubinden.

Mit NASIM 5 können die Anwender bei Bedarf zusätzliche Prozesse im Einzugsgebiet abbilden: Eine Scripting-Schnittstelle ermöglicht die Abfrage und Prozessierung von beliebigen hydrologischen Informationen und stellt diese Daten  im Ergebnis als Zeitreihen zur Verfügung.

Natürliche und urbane Einzugsgebiete in einem Modell

Mit NASIM 5 handhaben Sie die Abflusstopologie von kanalisierten Flächen (Stadtentwässerung) und natürlichen Gebieten inklusive der dazugehörigen Teilgebietsgrenzen in einem Modell. Die sich räumlich überschneidenden hydrologischen Layer werden von NASIM auf Basis der Geometrien automatisiert in ein konsistentes Gesamtmodell umgerechnet. Bei Änderungen von kanalisierten Flächen in der Stadtentwässerung („neues Baugebiet“) wird die entsprechende Geometrie der kanalisierten Flächen angepasst und NASIM aktualisiert die daraus resultierenden Modelldaten selbstständig. Einzugsgebiete mit Misch- und Trennkanalisation lassen sich auf dieser Basis mit NASIM genau modellieren.

NASIM 5 integrierte Geodatenhaltung

Mit NASIM 5 werden natürliche und urbane Einzugsgebiete als hydrologische Layer in einer Geodatenbank gespeichert.

Damit werden immissionsorientierte Einleitungsnachweise nach BWK M3/M7 in NASIM noch besser unterstützt. Die für die imissionsorientierten Einleitungsnachweise erforderliche integrierte Betrachtung der Stadtentwässerung und der natürlichen Gewässer ist optimal gelöst: Der Anwender gibt die entsprechenden Daten getrennt voneinander ein und kann sie unabhängig voneinander prüfen. Das Modell setzt die beiden getrennten hydrologischen Layer automatisch in ein konsistentes hydrologisches Modell um.

Durch das Konzept der hydrologischen Layer ist NASIM auch ideal geeignet für die Simulation von Siedlungsentwässerungssystemen, z. B. zur Bemessung von Bauwerken nach ATV A 128. Diese reinen Schmutzfrachtmodelle lassen sich  dann zu einem immissionsorientierten Modell einfach ausbauen.

Werkzeuge für Bauwerksbemessung, Einleitungsnachweise und effiziente Regenwasserbewirtschaftung

NASIM-Geodatenbank und GIS-Schnittstelle

NASIM 5 speichert die Modelldaten in einer Geodatenbank auf Basis von SQLite. Das bisherige proprietäre NASIM-Persistenz- Format wird damit durch ein offenes und gut dokumentiertes Format abgelöst.
NASIM stellt die Datenformate selbstständig um. Die Geodatenbank kann mit gängigen GIS-Programmen (ArcMap, ArcGIS Pro, QGIS) verarbeitet werden.

Modelldaten und Geodaten konsistent halten

Die Geodatenbank enthält die (geografischen) Geometrien der Teilgebiete, Landnutzungen und Böden. Damit wird eine nachhaltige Konsistenz der Modelldaten mit den grundlegenden Geodaten sichergestellt. Die bisherige Trennung von Geodaten und Modelldaten ist damit aufgehoben.

Verschneidung direkt in NASIM möglich

Mit der Geodatenhaltung wird die Geoberechnung von Elementarflächen zum Bestandteil von NASIM. Das Ersetzen von Grundlagendaten wie Böden oder Landnutzungen durch aktualisierte Datenbestände ist damit innerhalb von NASIM möglich und wird damit stark vereinfacht.

Stoffumsetzung für Einleitungsnachweise integriert

Im Zusammenhang mit dem hydrodynamischen Rechenkern kann NASIM künftig nicht nur Stoffeinträge und den Stofftransport berechnen, sondern auch die Umsetzung von Stoffen. Die dazugehörigen Formeln sind über ein erweiterbares Plugin-Konzept in NASIM frei integrierbar.

Ein Streeter-Phelps-Plugin zur Simulation des Sauerstoffgehaltes ist in NASIM 5 direkt verfügbar und kann z. B. für Einleitungsnachweise nach BWK M3/7 bzw. BWK A3 auch für empfindliche Fließgewässer wie Großsalmoniden-Laichgewässer verwendet werden.

Scripting ermöglicht freie Datenabfrage

NASIM 5 bietet den Anwendern eine Scripting-Schnittstelle. Mithilfe von Lua-Skripten können Sie während der Simulation berechnete Daten wie Niederschläge, Temperaturen, Bodenfeuchte, Zuflüsse, Speicherinhalte, Abflüsse etc. abfragen, weiter verarbeiten und als Zeitreihen ausgeben lassen. Die nachträgliche Aufbereitung von Zeitreihen mit externen Programmen kann dadurch in vielen Fällen entfallen.

Integriertes Optimierungswerkzeug

Mit NASIM finden Anwender die optimale Lösung für komplexe Bemessungsaufgaben.

Der integrierte NASIM-Optimierer führt automatisiert Simulationsläufe durch und optimiert das System dabei auf Zielgrößen wie z. B. minimale Kosten, Beckenvolumen und -kenngrößen oder Drosselabgaben. Mit dem NASIM-Optimierer sind auch existierende Kanalnetze noch nachträglich zu optimieren. Dazu variiert er die Drosselabgaben, um bestimmte Entlastungsraten einzuhalten. Betreiber können dadurch eine optimierte Einstellung der Drosselorgane ermitteln und die Entlastungsraten des Netzes ohne Ausbau der Bauwerke reduzieren.

Abbildung von Rückstau und Fließrichtungsänderung

NASIM bietet einen integrierten hydrodynamischen Rechenkern. Er ermöglicht es, einzelne Transport-Systemelemente hydrodynamisch zu modellieren, um die Abflüsse bei komplexen Fließverhältnissen abzubilden. Dadurch lässt sich der hydraulische Einfluss der Gewässergeometrie (Einengung, Aufweitungen) und von Bauwerken (Durchlässe, Brücken, Drosselbauwerke) berücksichtigen und quantifizieren. Auch Rückstaueffekte und deren Auswirkungen werden erfasst.
Die N-A-Modellierung mit hydrodynamischer Modellierung bestimmter Systemelemente erhöht die Planungssicherheit, liefert Vorgaben für den Betrieb und ermöglicht Optimierungen des Systems.

Dipl.-Math. Benedikt Rothe, Dr. rer. nat. Eva Loch, Dipl.-Math. Bettina Stark

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Mit NASIM optimierte Bauwerkssteuerung https://www.hydrotec.de/nasim-optimierte-bauwerkssteuerung/ Fri, 15 May 2020 06:50:34 +0000 https://www.hydrotec.de/?p=44499 Die mit NASIM optimierte Bauwerkssteuerung ermöglicht es, sieben Retentionsräume in der Stadt Oelde für den maximal möglichen Hochwasserschutz für die Kommune zu betreiben.

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Optimaler Hochwasserrückhalt für die Stadt Oelde

Der Axtbach ist als Risikogewässer NRW gemäß EU-Hochwasserrisikomanagement- Richtlinie eingestuft (28 von 34,1 Fließkilometer). Er durchfließt die westfälische Stadt Oelde, auf deren Gebiet es in den Jahren 2007, 2010 und 2015 zu größeren Hochwasserereignissen kam.  Aufgrund großflächiger Überflutungen mit enormen Sachschäden bei dem Hochwasserereignis im August 2007 ließ die Stadt ein Hochwasserschutzkonzept erarbei­ten. Im Zuge der Umsetzung wurden bis zum Jahr 2017 fünf zusätzliche Hochwasserrückhaltebecken (HRB) angelegt.

NASIM optimierte Bauwerkssteuerung

Eins der sieben HRB der Stadt Oelde aus der Luft gesehen. (Quelle: Bezirksregierung Münster)

Hydrotec erhielt 2019 den Auftrag, das aktuelle Abflussverhalten im Einzugsgebiet des Axtbachs mit NASIM zu analysieren und die Nutzung des Speichervolumens sowie die Steuerung der Drosselabflüsse zu optimieren. Die mit NASIM optimierte Bauwerkssteuerung mündete in einem aktualisierten Betriebs- und Hochwasseralarmplan. Damit kann die Stadt Oelde die Retentionsräume als Gesamtsystem optimal betreiben und den maximal möglichen Hochwasserschutz für das Stadtgebiet gewährleisten.

Das Abflussverhalten im Gesamtgebiet wurde mit dem Niederschlag-Abfluss-Modell NASIM analysiert und eine mit NASIM optimierte Bauwerkssteuerung für alle fünf betrachteten HRB entwickelt. Zusätzlich wurden modelltechnisch die Wirkungen der Hochwasserrückhaltebecken auf die Überflutungsgefährdung im Stadt­gebiet untersucht.

Abbildung des hydrologischen Systems in NASIM

HGM Axtbach

Teileinzugsgebiete des hydrologischen Gebietsmodells (HGM) des Axtbach-Oberlaufs in NASIM

Auf Grundlage des vorhandenen Flussgebietsmodells aus dem Jahr 2008 wurde das hydrologische System des Axtbach-Oberlaufs in NASIM neu abgebildet. Die natürlichen Einzugsgebiete, Rückhaltebecken und weitere relevante Bauwerke wurden zur Abbildung des aktuellen Systemzustands überprüft und angepasst. Sie bieten insgesamt ein Rückhaltevolumen von ca. 218.000 m3. Die Kenndaten der Rückhaltebecken und ihrer Bauwerke wurden durch entsprechende Systemelemente abgebildet. Ergebnis ist ein aktuelles, konsistentes hydrologisches Gebietsmodell (HGM).

Modellbelastung aus Niederschlag (Messstationen, Radardaten und KOSTRA)

Zur Validierung des HGM wurden kontinuierliche Langzeitsimulationen mit Niederschlagsdaten von Messstationen und aus Radardaten durchgeführt. Da keine Pegelbeobachtungen für das Einzugsgebiet vorliegen, war eine direkte Kalibrierung des Modells anhand von Messwerten nicht möglich. Daher erfolgte die Modellvalidierung anhand von vorliegenden Daten aus den Hochwasserereignissen 2007 und 2015 sowie anhand der Ergebnisse aus dem vorliegenden Hochwasserschutzkonzept.

Die Messdaten decken einen Zeitraum von 16 bzw. 19 Jahren ab. Sie reichen damit für eine belastbare Extrapolation eines HQ100-Abflusses nicht aus. Das Bemessungsereignis HQ100 wurde deshalb mit einer Modellbelastung durch Modellregen nach KOSTRA-DWD 2010R ermittelt.

Als Intensitätsverlauf über das Ereignis wurde die DV­WK-Verteilung gewählt. Diese beinhaltet einen Vorregen, eine Starkregenphase und einen Nachlauf und stellt hinsichtlich Scheitel und Fülle den ungünstigsten Verlauf eines Niederschlagsereignisses dar. Eine Niederschlagsdauer von zwei Stunden wurde als die maximale Belastung der Rückhaltebecken ermittelt.

Optimierung des HRB-Systems

Die Drosselabflüsse der HRB werden für den optimalen Hochwasserrückhalt aufeinander abgestimmt gesteuert.

Ziel der Optimierungsrechnungen war es, die Drosselabflüsse in Abhängigkeit vom Füllstand der HRB so zu optimieren, dass der Abfluss im Axtbach in der Ortsla­ge Oelde für das HQ100 so stark wie möglich reduziert wird.

Erste Variantenrechnungen zeigten, dass dies mit den Drosseleinstellungen aus dem Hochwasserschutzkonzept 2008 bereits zum Teil gelingt, eine weitergehende Optimierung des Systems jedoch möglich ist. Die Aus­wertung der Simulationsergebnisse für die einzelnen HRB ergab: Das verfügbare Volumen einiger Becken wird nicht komplett ausgenutzt, während zwei Becken den Abfluss nicht vollständig zurückhalten können.

Im ersten Fall kann der Drosselabfluss noch weiter reduziert werden, um den möglichen Rückhalt die Be­cken zu erhöhen, d. h. optimal zu nutzen. Im zweiten Fall gilt das Ziel, einen Überlauf ggfs. zu vermeiden bzw. die Summe aus Überlauf und Drosselabfluss möglichst gering zu halten.

Mit diesen Vorgaben wurden die Drosseleinstellungen der HRB in Abhängigkeit vom Wasserstand über mehrere NASIM-Rechenläufe iterativ optimiert.

Erstellen eines Betriebs- und Hochwasseralarmplans nach DIN 19700

Mit NASIM optimierte Bauwerkssteuerung

Das Axtbach-System aus sieben HRB wurde mit NASIM optimiert.

In en­ger Abstimmung mit den Mitarbeitern der Stadt Oelde wurden die bestehenden Betriebs- und Hochwasseralarmpläne nach DIN 19700 auf Basis der mit NASIM optimierte Bauwerkssteuerungen für die Einzelbecken aktualisiert und für den gemeinsamen Betrieb aller Becken angepasst und zusammengefasst.

Der Betriebsplan ersetzt den bestehenden Plan aus dem Jahr 2011 um die optimierten Betriebsregeln für die Drosselung der Becken abhängig vom Wasserstand. Zur Vereinfachung und Systematisierung des Betriebs wurden Checklisten erarbeitet, mit denen ein schneller und standardisierter Arbeitsablauf für eine optimale Steuerung sichergestellt werden soll.

Überflutungsnachweis für das Stadtgebiet mit Jabron

Für das Stadtgebiet liegen Überflutungsflächen in Form von Hochwassergefahrenkarten aus dem Jahr 2013 vor, die auf hydraulischen Berechnungen mit ei­nem 1D-Modell basieren.

Überschwemmungsflächen Vergleich

Die optimierte Steuerung der HRB bewirkt eine deutliche Reduzierung der Überschwemmungsgebiete (ÜSG). Blau: aktuelle ÜSG, andere Farben: ÜSG verschiedener Steuerungsvarianten

Im Rahmen dieses Projekts waren die Auswirkungen der Optimierung der Hochwasserrückhaltebecken auf die Überflutungssituation im Stadtgebiet zu untersu­chen. Dazu wurden vorhandene Querprofildaten der Gewässer und der Rückhalteräume in die 1D-Hydrau­lik-Software Jabron übernommen.

Bei hohen Abflüssen reichten die vorliegenden Profildaten nicht aus, um den gesamten Fließquerschnitt abzubilden. Abschnittsweise wurden in diesem Fall die Profile auf Basis der Geländehöhen des DGM1 mit der GIS-Erweiterung JabMap in die Vorländer verlängert. So konnten die tatsächliche Gewässerbreite und die resultierenden Wasserstände exakter erfasst werden.

Mit dem aktualisierten 1D-Modell Jabron wurden Wasserspiegellagen für das HQ100 und das HQ1.000 (HQextrem) berechnet. Die daraus resultierenden Überschwemmungsflächen wurden mit JabMap in ArcGIS berechnet. Der Vergleich mit den in den Hochwassergefahrenkarten veröffentlichten Überschwemmungsflächen bestätigt, dass die von Über­flutungen gefährdeten Flächen durch die Rückhalteleistung der Becken deutlich kleiner werden.

In 2019 wurden die Arbeiten im Auftrag der Bezirks­regierung Münster im Rahmen der Aktualisierung der Hochwassergefahrenkarten (HWRM-RL, 2. Zyklus) mit einem 2D-Modell (HYDRO_AS-2D) überprüft und die mit Jabron berechneten Flächen bestätigt.

Dipl.-Ing. Heike Schröder, Dipl.-Ing. Martin Dornseifer

 

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HYDRO_AS-2D 5.2 mit MapView https://www.hydrotec.de/hydro_as-2d-5-2-verfuegbar/ Fri, 15 May 2020 06:40:40 +0000 https://www.hydrotec.de/?p=44440 Mit MapView für HYDRO_AS-2D 5.2 erzeugen Sie Karten-Animationen aus Ergebnisdateien. Version 5.2 bietet Verbesserungen in den Bereichen Scripting, Datensparsamkeit und Stofftransport.

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HYDRO_AS-2D LogoMapView-Module für HYDRO_AS-2D 5.2
– Karten-Animationen aus 2D-Berechnungen

Mit den neuen Zusatzmodulen MapView für HYDRO_AS-2D 5.2 erzeugen Sie aus Ihren HYDRO_AS-2D-Ergebnissen Karten-Animationen, die den Verlauf einer Überflutung durch Starkregen oder ein Hochwasserereignis darstellen.
Zusätzlich bietet HYDRO_AS-2D 5.2 Neuerungen in den Bereichen Scripting, Datensparsamkeit und Stofftransport.

MapView für HYDRO_AS-2D

MapView Konverter erzeugt aus den Ergebnisdateien eine hmv-Datei für die animierte Darstellung der Daten. Er wird über die HYDRO_AS-2D-Oberfläche angesteuert und bietet viele Einstellungsoptionen. Für MapView Konverter benötigen Sie eine Lizenz zusätzlich zu HYDRO_AS-2D.

MapView Desktop ermöglicht es Ihnen, die Karten-Animation aus HYDRO_AS-2D-Ergebnissen lokal auf einem Rechner anzuschauen. Sie ist z. B. für die Präsentation vor Auftraggebern von einem USB-Stick abspielbar. MapView Desktop stellen wir kostenlos zum Herunterladen zur Verfügung.

Mehr zu MapView für HYDRO_AS-2D und zum Download …

Das MapView-Konzept wird noch um eine Online-/Cloud-Komponente erweitert. Damit können Sie z. B. Starkregenberechnungen für eine Kommune im Internet öffentlich zugänglich machen und konfigurieren (siehe https://wachtberg-starkregen.de).

HYDRO_AS-2D 5.2

Mit MapView für HYDRO_AS-2D erzeugen Sie Karten-Animationen, die den Verlauf einer Überflutung durch Starkregen oder ein Hochwasserereignis darstellen.

Speicherplatz sparen

HYDRO_AS-2D 5.2 bietet zwei neue Optionen zum sparsamen Umgang mit Speicherplatz. Es schreibt Ausgabedateien standardmäßig im Binärformat (.h5) statt wie bisher im ASCII-Format (.dat), da Binärdateien kleiner sind und sich deutlich schneller in SMS laden lassen. Mit dem in HYDRO_AS-2D 5.2 enthaltenen Programm „h5todat“ können Sie bei Bedarf Binärdaten in ASCII-Dateien umwandeln. Dabei haben Sie die Möglichkeit, bestimmte Zeitschritte auszuwählen.

Eine weitere Möglichkeit Plattenplatz zu sparen bieten die neuen Optionen zum Schreiben der cpr-Dateien. Man kann die Ausgabe von cpr-Dateien komplett deaktivieren, nur die Werte zum letzten gültigen SMS-Ausgabeschritt in den Dateien vorhalten oder wie bisher die Werte zu jedem SMS-Zeitschritt schreiben. Dabei ist zu beachten, dass das Fortsetzen eines Rechenlaufs nur mit cpr-Datei möglich ist.

Rechenlauf fortsetzen vereinfacht

Die Ausgabedateien werden beim Fortsetzen automatisch um doppelte Zeitschritte bereinigt, sodass h5-Dateien in SMS lesbar sind und in den Dateien q_strg.dat, pegel.dat, bw_temp.dat und wehr.dat keine Fehler durch doppelte Zeitschritte auftreten.

Erweiterte Optionen für Scripting

Im Scripting-Modul haben wir den Zugriff auf Parameter und Strukturen umfassend erweitert. Besonders hervorzuheben ist der lesende und schreibende Zugriff auf die Parameter der Auslaufrandbedingungen.

2step-Verfahren für Stofftransport-Module

Die Module für den Stoff- und Wärmetransport (HYDRO_FT-2D etc.) verwenden für die Abflussberechnung auch das 2step-Verfahren. Bisher konnte man sie nur in Kombination mit dem 1step-Verfahren nutzen. Das 2step-Verfahren entspricht dem expliziten Runge-Kutta-Verfahren zweiter Ordnung mit dem u. a. hoch instationäre Vorgänge wie z. B. bei einer Dammbruchwellenausbreitung erfolgreich simuliert werden können.

HYDRO_AS-2D 5.2 für Sie

Als Wartungskunde erhalten Sie kostenlos ein Update. Registrierte Nutzer finden HYDRO_AS-2D 5.2 zum Download auf unserer Homepage.

Wenn Sie ein Update erwerben, oder HYDRO_AS-2D 5.2 bzw. den MapView Konverter lizenzieren möchten, schreiben Sie einfach eine E-Mail an vertrieb@hydrotec.de.

Alle Neuerungen in HYDRO_AS-2D 5.2 finden Sie in den Releasenotes.

Dr. rer.nat. Eva Loch, Dipl.-Math. Benedikt Rothe

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Starkregenstudie Oranienburg https://www.hydrotec.de/starkregenstudie-oranienburg/ Fri, 15 May 2020 06:30:31 +0000 https://www.hydrotec.de/?p=44481 Analyse der Starkregengefährdung für grundwasserbeeinflusste Böden mit hoher Wasserdurchlässigkeit und flaches Gelände - Hydrotec erarbeitet mit HYDRO_AS-2D Starkregengefahrenkarten

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Überflutungsanalyse für grundwasserbeeinflusste Böden mit hoher Wasserdurchlässigkeit und flaches Gelände
Starkregenanalyse Oranienburg

Die Überschwemmung der André-Pican-Straße am 29. 06. 2017 im Foto entspricht den Modellergebnissen (s. auch gelbe Markierung in der Starkregengefahrenkarte unten). (Foto-Quelle: moz/Heike Weißapfel)

Um die Gefährdung durch Starkregen auf dem Gebiet der nördlich von Berlin gelegenen Stadt besser einschätzen zu können und gezielte Vorsorgemaßnahmen zu treffen, erhielt Hydrotec den Auftrag für die Starkregenstudie Oranienburg – eine Simulationsstudie mit HYDRO_AS-2D und die Erarbeitung von Starkregengefahrenkarten für das Stadtgebiet.

In Oranienburg und den umliegenden Gemeinden kam es im Juni 2017 nach einem Starkregen zu großflächigen Überflutungen. Viele Anwohner waren von Überschwemmungen betroffen, aber auch wichtige Infrastrukturen wie Bahnunterführungen, eine Kindertagesstätte, eine Feuerwache und der Serverraum des Landratsamts standen unter Wasser. Auch eine Kläranlage geriet an ihre Kapazitätsgrenzen.

Herausforderungen für die Modellierung

Bei der Modellierung waren zum einen die geringen Grundwasserflurabstände in der Havelniederung und zum anderen die hohe Wasserdurchlässigkeit der Böden im gesamten Stadtgebiet zu berücksichtigen. Die geomorphologischen Besonderheiten der Stadt spielten dabei eine entscheidende Rolle. Denn bei Starkregen ist aufgrund der geringen Reliefenergie in der Havelniederung weder mit Sturzfluten noch mit erhöhten Zuflüssen der größeren Fließgewässer aus den Außengebieten zu rechnen.

Zu Überflutungen kommt es dort vor allem, wenn nach länger anhaltenden Niederschlägen die Infiltrationskapazität der grundwasserbeeinflussten Böden überschritten ist. Auf den grundwasserunbeeinflussten Hochflächen im Stadtgebiet kommt es aufgrund der hohen Infiltrationsraten hingegen nur bei Starkniederschlagereignissen mit sehr hohen Niederschlagsintensitäten zu Überflutungen. Diese Verhältnisse konnte das hydronumerische Modell sehr gut abbilden.

Voruntersuchung mit GIS-Analysen

Starkregenanalyse Oranienburg

GIS-Analysen geben Hinweise auf die Starkregengefährdung und dienen zur Parametrisierung des hydronumerischen Modells.

Einen Eindruck von den Gebietseigenschaften und potenziellen Gefahrenpunkten eines Untersuchungsgebiets vermitteln topographische Analysen auf Basis des digitalen Geländemodells. Dabei werden die Reliefenergie (Höhenunterschiede und Hangneigung), Geländetiefpunkte (Senken, Mulden) und Fließwege berechnet und dargestellt. Mit einer Fließweg- und Senkenanalyse können jedoch keine Wassertiefen und Fließgeschwindigkeiten ermittelt werden, sodass sie das 2D-hydraulische Berechnungsverfahren nicht ersetzen.

Die Stadt Oranienburg liegt in einer Niederung zwischen den eiszeitlich gebildeten Hochflächen Barnim und Glien, welche größtenteils aus flachwelligen Grundmoränenflächen bestehen.

Auf dem Gebiet der Stadt Oranienburg konnten insgesamt etwa 4.100 potenzielle Senken mit einer Fläche > 1.000 m² und mit einem Gesamtvolumen von über 21,0 Mio. m³ ausgemacht werden. Ein Großteil besitzt nur eine sehr geringe Tiefe von unter 1 m.

Bei der Fließweganalyse zeigen sich erwartungsgemäß viele kleine Fließwege, die sich ohne eine größere Schwerpunktbildung auf dem Einzugsgebiet verteilen.

Berücksichtigung von Bodenarten und Grundwasserständen

Die dominierenden Bodenarten des Oberbodens in Oranienburg sind Reinsande und Niedermoortorfe. Sandböden besitzen eine geringe Wasserspeicher-kapazität und eine hohe Infiltrationsrate. Im Unter-suchungsgebiet dominieren entsprechend Böden mit einer sehr hohen gesättigten hydraulischen Leitfähig¬keit zwischen etwa 40 mm/h bis über 125 mm/h.

Die Analyse der Grundwasserflurabstände und Bodenwasserverhältnisse zeigte, dass Böden verbreitet ei¬nen mittleren bis hohen Grundwassereinfluss auf¬weisen. Auch bebaute Bereiche sind davon betroffen. Wenn dort der Oberboden nach längerer Regendauer bereits vollständig mit Wasser gesättigt ist, kommt es trotz der hohen Leitfähigkeit des Bodens zu einem Einstau der Flächen und zu Überflutungen.

Modellierung in HYDRO_AS-2D

Für die 2D-Modellierung wurden vier Niederschlagsszenarien betrachtet: Ein 20-jährliches, ein 50-jährliches, ein 100-jährliches und ein extremes, ca. 1.000-jährliches Regenereignis. Die Bemessungsniederschläge wurden aus den Starkniederschlagshöhen KOSTRA-DWD 2010R abgeleitet.

Das 2D-Modell wurde mit Effektivniederschlägen belastet, die in Abhängigkeit der hydraulischen Eigenschaften des Bodens sowie der Interzeptionskapazität der Landschaft ermittelt wurden.

Um die komplexen bodenhydrologischen Verhältnisse möglichst realitätsnah abzubilden, wurden an den entsprechenden Knoten im Modell Senkenterme für die Infiltration, in Form der gesättigten hydraulischen Leitfähigkeit, definiert. Diese wird je nach Bodenart, Bodenvernässungsverhältnis, Grundwasserflurabstand und Art der Flächennutzung abgemindert.

HYDRO_AS-2D berechnet hydronumerisch instationär die daraus resultierenden Oberflächenabflüsse mit Fließgeschwindigkeiten, Fließrichtungen und Wassertiefen. Mit den beschriebenen Modellparametern ließen sich die für das Gebiet charakteristischen großflächigen Einstauungen in den Senken und die geringen Fließgeschwindigkeiten sehr gut abbilden.

Validierung der Modellergebnisse

Der Vergleich der Modellergebnisse mit Fotos der Überflutungen im Juni 2017 zeigt eine hohe Übereinstimmung zwischen Modell und Realität. Auch die kommunalen Vertreter der Stadt Oranienburg sowie der Feuerwehr sahen die neuralgischen Punkte aus dem Jahr 2017 durch die 2D-Starkregensimulation bestätigt.

Starkregenanalyse Oranienburg

Ausschnitt der Starkregengefahrenkarte für die Stadt Oranienburg

Starkregengefährdungskarte

Die Starkregengefahrenkarten spiegeln das Bild der flächigen Überflutungsgefährdung wider, das sich großräumig vor allem an den Bodenvernässungsverhältnissen orientiert. Demnach sind es vor allem Starkniederschlagsereignisse mit langen Dauerstufen und großen Niederschlagsmengen, die in Oranienburg zu Überflutungen führen. Kurze Starkniederschlagsereignisse mit einer hohen Niederschlagsintensität und geringen Niederschlagsmengen spielen eine untergeordnete Rolle.

Zusätzlich zu den Karten wurde eine Übersicht der maßgeblichen Gefahrenbereiche im Stadtgebiet von Oranienburg zusammengestellt.

Detaillierte Modelle als Basis für ein kommunales Handlungskonzept

In einem zusätzlichen Projektschritt erstellen wir für die gefährdeten Ortslagen detaillierte 2D-Modelle im 1 x 1 m Raster (Feinmodellierung). In diesem Rahmen wird auch das Niederschlagsereignis von Juni 2017 mit ca. 250 mm Niederschlag in zehn Stunden mit HYDRO_AS-2D simuliert.

Die Ergebnisse dieser 2D-Feinmodelle ermöglichen eine detaillierte Risiko- und Schadenspotenzialanalyse und dienen als Grundlage zur Entwicklung von geeigneten Überflutungsschutzmaßnahmen, der Erstellung eines kommunalen Handlungskonzeptes und der vorbereitenden Bauleitplanung.

Tobias Bothe, M.Sc. Geogr. , Dr.-Ing. Oliver Buchholz

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Klimaanpassungskonzept https://www.hydrotec.de/klimaanpassungskonzept/ Fri, 15 May 2020 06:20:38 +0000 https://www.hydrotec.de/?p=44397 Hydrotec und energielenker erstellen Klimaanpassungskonzepte für Kommunen und Unternehmen und analysieren u. a. die Starkregengefährdung.

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Klimaanpassungskonzepte – Kommunen und Unternehmen stellen sich zukunftssicher auf

Das Klima hat sich auch in unseren Breiten in den vergangenen Jahren bereits merklich verändert. Ein kommunales Klimaanpassungskonzept versetzt Städte und Gemeinden in die Lage, sich auf die zu erwartenden Wetterextrema vorzubereiten mit dem Ziel, die Bevölkerung und die Infrastruktur vor Schäden zu schützen.

Ein kommunales Klimaanpassungskonzept behandelt die Problemfelder Hitzebelastung, Sturm, Starkregen und Trockenperioden, analysiert die daraus entstehenden Risiken und definiert Maßnahmen, die zu einer Verringerung der Gefährdung führen.

Auch Unternehmen sollten sich mit dem Thema auseinandersetzen und sich absichern. Mit der Entwicklung eines Klimaanpassungskonzepts für Unternehmen können Sie ihre Belegschaft und Ihre Produktion vor nachteiligen Folgen des Klimawandels schützen.

Klimaanpassungskonzept

Urbangewässer in die Stadtplanung integrieren und hochwassersicher gestalten

Wir erarbeiten Ihr Klimaanpassungskonzept

Ein Klimaanpassungskonzept umfasst die folgenden Handlungsfelder:

  • Bauleitplanung
  • Starkregenvorsorge
  • Stadtplanung- und -entwicklung
  • Niederschlagswasserbewirtschaftung
  • Grün- und Freiraumplanung
  • Informationsbereitstellung und Verhaltensvorsorge

Deshalb ist für seine Erstellung interdisziplinäre Zusammenarbeit aus den Bereichen Stadt- und Landschaftsplanung, Geografie, Siedlungswasserwirtschaft, Hydrologie und Hydraulik erforderlich.

Hydrotec ist zusammen mit seinem Projektpartner energielenker GmbH optimal dafür aufgestellt und berät Kommunen und Unternehmen auch hinsichtlich der Fördermöglichkeiten durch Bundes- oder Landesmittel.

Fördermöglichkeiten und Einreichungsfrist

Mit dem Programm „Maßnahmen zur Anpassung an die Folgen des Klimawandels“ fördert das Bundesumweltministerium Projekte, die Antworten auf die Folgen der Erderwärmung wie Hitzeperioden, Hochwasser oder Starkregenereignisse liefern und die Anpassung an den Klimawandel unterstützen.

Gefördert werden lokale und kommunale Akteure, Vereine und mittelständische Betriebe sowie Bildungseinrichtungen in drei Förderschwerpunkten:

  • Anpassungskonzepte für Unternehmen
  • Entwicklung von Bildungsmodulen zu Klimawandel und Klimaanpassung
  • kommunale Leuchtturmvorhaben sowie Aufbau von lokalen und regionalen Kooperationen

Die Frist für das Einreichen einer Projektskizze für das Auswahlverfahren 2020 läuft vom 1. August bis 31. Oktober 2020.

Dr.-Ing. Oliver Buchholz, Dipl.-Ing. Heike Schröder

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