Hydrologische Modellierung mit NASIM

Das Niederschlag-Abfluss-Modell bildet die hydrologischen Prozesse natürlicher und urbaner Einzugsgebiete ab. NASIM bietet die Möglichkeit, die Aufgaben der deterministischen Hydrologie mit einem einzigen Modell zu bearbeiten. Die integrierte Geodatenhaltung ermöglicht es, hydrologische Modelldaten direkt mit ihrem räumlichen Bezug in einer Geodatenbank zu verwalten.

NASIM Software-Icon NASIM wird eingesetzt, um Hochwasserschutzkonzepte zu erstellen, die Wirkung abflussreduzierender Maßnahmen abzuschätzen, die Grundwasserneubildung zu ermitteln oder die Echtzeitsteuerung eines Hochwasserschutzsystems zu unterstützen.

Hydrologen und Ökologen nutzen NASIM zur Planung und Überwachung wasserwirtschaftlicher Systeme. Kennwerte zum Wasserhaushalt der Gewässer und Einzugsgebiete können mit dem N-A-Modell verifiziert und prognostiziert werden.

NASIM ermöglicht durch die direkte Visualisierung des hydrologischen Modells im Systemplan die übersichtliche Verwaltung von großen Mengen strukturierter Daten. NASIM MapView erlaubt die interaktive Darstellung hydrologischer Modelle und Ergebnisse. Die Anwendung bietet eine integrierte Karte sowie Längsschnitte, die verschiedene Hochwasser- und Niedrigwasserabflüsse, Mittelwasser und das mittlere Niedrigwasser (MNQ) darstellen.

N-A-Modell NASIM
Regenwassermanagement mit NASIM

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Vielfältig einsatzbares Werkzeug für die Wasserwirtschaft

NASIM zeichnet sich aus durch umfassende Programmfunktionalitäten, leichte Bedienbarkeit und Offenheit zu anderen Systeme. Es ermöglicht die Bearbeitung zahlreicher wasserwirtschaftlicher Fragestellungen:

  • Bemessung und Überprüfung von Hochwasserschutzmaßnahmen, Optimierung von Betriebsregeln und Beckensteuerungen, Berechnung von Entlastungshäufigkeiten
  • Flächendetaillierte wasserwirtschaftliche Grundlagen in beliebiger zeitlicher Auflösung (z. B. Zeitreihen, extreme Jahre, Dauerlinien, Überflutungsdauern, langjährige Mittel, HQx, Berechnung von HQ 1)
  • Gemeinsame Betrachtung natürlicher und urbaner Gebiete
  • Flächendeckende Kalibrierung der Abflussbilanzgrößen
  • Szenarien für Klima- und Systemzustände
  • Ermittlung maßgeblicher Niedrigwasserperioden für Gewässergüte
  • Überprüfung von Messwerten und Unterstützung flexibler Messkonzepte
  • Echtzeitsteuerung von Hochwasserschutzsystemen und Aufbau von Warnsystemen
  • Wasserhaushalt des Gewässer-Vorland-Systems (Auenwälder, Altarme …)
  • Entwicklung von Retentionsräumen und Schwammstadt-Konzepten z. B. für kommunale Klimaanpassungskonzepte

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Natürliche und urbane Einzugsgebiete in einem Modell

NASIM 5 integrierte Geodatenhaltung

NASIM speichert natürliche und urbane Einzugsgebiete als hydrologische Layer in einer Geodatenbank.

Mit NASIM 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.

 

Hydrodynamischer Rechenkern bildet Fließverhältnisse und Stoffprozesse ab

Der in NASIM integrierte hydrodynamische Rechenker 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.

Stoffumsetzung für Einleitungsnachweise integriert

Das in NASIM integrierte Streeter-Phelps-
Plugin berechnet
Stoffkonzentrationen.

Durch die Integration von Stoffberechnungen (u. a. pH-Wert, Ammoniak, Sauerstoff, AfS63) ist NASIM besonders gut für Einleitungsnachweise nach A102 in der Praxis geeignet.

NASIM bietet Funktionen für die Modellierung qualitativer Prozesse der Stoffmischung und des Stoffabbaus. Bei Anwendung des hydrodynamischen Rechenkerns wird auch die Diffusion berücksichtigt.

Diese Integration ermöglicht es, hydrologische Prozesse (z. B. Regenereignisse, Abflussbildung, hydrodynamisches Routing) mit Stoffkonzentrationen in einer Langzeitsimulation unter Berücksichtigung des gesamten Wasserhaushalts zu untersuchen und den Transport von Stoffen abzubilden.

Zusatzmodule zu NASIM

Nutzen Sie die von uns entwickelten Werkzeuge, mit denen Sie Ihre N-A-Modelle effizienter erstellen, bearbeiten und auswerten können.

 

Hochwasservorhersage mit Delft-FEWS

Die Kopplung von NASIM mit dem Hochwasserverhersagesystem Delft-FEWS (Deltares, Delft) ermöglicht den Einsatz von NASIM für die operative Hochwasservorhersage.

Das System ist flexibel skalierbar sowohl für kleine, regionale Bereiche als auch für große flussgebietsübergreifende Gebiete einsetzbar.

 

Extremwertstatistik gemäß DWA M-522 und Niedrigwasserkennwerte

Die Extremwertstatistik in NASIM 5.5 entspricht den Vorgaben des DWA-Merkblatt 522. Es umfasst die Berechnung von Hoch- und Niedrigwasser mit der Verteilungsfunktion „Generalisierte Extremwertverteilung“ sowie unterschiedliche Momentenschätzer. Es ermöglicht eine instationäre Extremwertstatistik und eine Trendbereinigung.

Mit den Statistik-Funktionen für Niedrigwasserkennwerte lassen sich der NMxQ (Abfluss, der wenigstens x Tage unterschritten wurde) sowie die Werte für NQ, MNQ und NMQ während der Simulation berechnen.

NASIM-Geodatenbank und GIS-Schnittstelle

NASIM 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.

Scripting ermöglicht freie Datenabfrage

NASIM 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.

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.

Integriertes Optimierungswerkzeug

Der NASIM-Optimierer gibt Ergebnisse grafisch aus.

NASIM ermöglicht automatische Optimierungsberechnungen.

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.