IWS – Institut für Wasserbau und Siedlungswasserwirtschaftan der HTWK Leipzig

Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig; Fakultät Bauwesen

Prof. Dr.-Ing. Hubertus MilkeInstitut für Wasserbau und Siedlungswasserwirtschaft

Leipzig, 10.07.2014

Hydronumerische Modellierung von Flutpoldern

Auwaldforum „Auwald braucht Wasser“ der Stadt Leipzig

Tilo Sahlbach

IWS - Institut für Wasserbau und SiedlungswasserwirtschaftInstitut an der HTWK Leipzig

Hydronumerische Modellierung von Flutpoldern | Übersicht

1. Einführung2. Hydraulische Berechnungsansätze3. Berechnungsbeispiel

• Wasserspiegellagen• Wassertiefendarstellung• Fließgeschwindigkeiten• Benetzungsdauer• Schubspannung• Durchflussauswertung• Wasserstandsauswertung• Animation

4. Zusammenfassung

Seite 2 von 18 Auwaldforum Leipzig„Auwald braucht Wasser“

IWS - Institut für Wasserbau und SiedlungswasserwirtschaftInstitut an der HTWK Leipzig

Hydronumerische Modellierung von Flutpoldern | Einführung

Begriffe

Quelle: DWA-M 507-1

Seite 3 von 18 Auwaldforum Leipzig„Auwald braucht Wasser“

IWS - Institut für Wasserbau und SiedlungswasserwirtschaftInstitut an der HTWK Leipzig

Hydronumerische Modellierung von Flutpoldern | Einführung

Abf

luss

Zeit

bordvoller Abfluss

keine Retention

Bemessungs-abfluss

• höhere Fließgeschwindigkeiten

• steiler Wellenanstieg

• keine Verminderung vom Scheitelabfluss

Seite 4 von 18 Auwaldforum Leipzig„Auwald braucht Wasser“

IWS - Institut für Wasserbau und SiedlungswasserwirtschaftInstitut an der HTWK Leipzig

Hydronumerische Modellierung von Flutpoldern | Einführung

Abf

luss

Zeit

bordvoller Abfluss

ungesteuerte Retention

Bemessungs-abfluss

• keine / geringe Kappung des Scheitelabflusses

• Verschiebung der Scheitelwelle

Seite 5 von 18 Auwaldforum Leipzig„Auwald braucht Wasser“

IWS - Institut für Wasserbau und SiedlungswasserwirtschaftInstitut an der HTWK Leipzig

Hydronumerische Modellierung von Flutpoldern | Einführung

Abf

luss

Zeit

bordvoller Abfluss

gesteuerte Retention

Bemessungs-abfluss

• optimale Kappung des Scheitelabflusses

• Verschiebung/ Verlängerung der Scheitelwelle

Seite 6 von 18 Auwaldforum Leipzig„Auwald braucht Wasser“

IWS - Institut für Wasserbau und SiedlungswasserwirtschaftInstitut an der HTWK Leipzig

Hydronumerische Modellierung von Flutpoldern | Berechnungsmodelle

Seite 7 von 18 Auwaldforum Leipzig„Auwald braucht Wasser“

IWS - Institut für Wasserbau und SiedlungswasserwirtschaftInstitut an der HTWK Leipzig

Hydronumerische Modellierung von Flutpoldern | Berechnungsbeispiel

• Datengrundlage 230.000 Elemente

125.000 Knoten

Modellgebiet 925 ha

Fließlänge Hauptgewässer 6.200 m

Zulauf – Instationär Qmax 3.360 m³/s

Auslauf IE

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264

Dur

chflu

ss [

m³/s

] / F

ülle

[hm

³]

Zeit [h] Zulauf Fülle

• Szenarien Sz. 1 – keine Retention

Sz. 2 – ungesteuerte Retention

Retentionsfläche 320 ha

Sz. 3 – gesteuerte Retention

Einlassbauwerk

Auslassbauwerk

Seite 8 von 18 Auwaldforum Leipzig„Auwald braucht Wasser“

IWS - Institut für Wasserbau und SiedlungswasserwirtschaftInstitut an der HTWK Leipzig

Hydronumerische Modellierung von Flutpoldern | Ergebnisse

Wasserspiegellagen

Sz.1 – keine Retention

Differenzen im Bezug auf Szenario 1

Sz.2 – ungest. Retention Sz.3 – gest. Retention

Seite 9 von 18 Auwaldforum Leipzig„Auwald braucht Wasser“

IWS - Institut für Wasserbau und SiedlungswasserwirtschaftInstitut an der HTWK Leipzig

Hydronumerische Modellierung von Flutpoldern | Ergebnisse

Wassertiefen

Sz.1 – keine Retention

Fließgeschwindigkeiten

Sz.2 – ungest. Retention Sz.3 – gest. Retention

Seite 10 von 18 Auwaldforum Leipzig„Auwald braucht Wasser“

IWS - Institut für Wasserbau und SiedlungswasserwirtschaftInstitut an der HTWK Leipzig

Hydronumerische Modellierung von Flutpoldern | Ergebnisse

Benetzungsdauer

Sz.1 – keine Retention

Schubspannung

Sz.2 – ungest. Retention Sz.3 – gest. Retention

Seite 11 von 18 Auwaldforum Leipzig„Auwald braucht Wasser“

IWS - Institut für Wasserbau und SiedlungswasserwirtschaftInstitut an der HTWK Leipzig

Hydronumerische Modellierung von Flutpoldern | Ergebnisse

Kontrollquerschnitt Zulauf

Auslauf

Kontrollquerschnitt Durchfluss

Pegelpunkt - Wasserstand

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264

Dur

chflu

ss m

[m³/s

]

Zeit [h]Zulauf Auslauf - keine RetentionAuslauf - ungesteuerte Retention Auslauf - gesteuerte RetentionFlussschlauch unterstrom - verh. Retention Flussschlauch unterstrom - gesteuerte Retention

6% Vorlandabfluss

Seite 12 von 18 Auwaldforum Leipzig„Auwald braucht Wasser“

IWS - Institut für Wasserbau und SiedlungswasserwirtschaftInstitut an der HTWK Leipzig

Hydronumerische Modellierung von Flutpoldern | Ergebnisse

Kontrollquerschnitt

2.800

2.900

3.000

3.100

3.200

3.300

3.400

3.500

60 66 72 78 84 90 96 102 108

Dur

chflu

ss m

[m³/s

]

Zeit [h]

Zulauf Auslauf - keine Retention Auslauf - ungesteuerte Retention Auslauf - gesteuerte Retention

Rückhalteraum 9,6 hm³

Scheitelkappung ca. 160 m³/s = 5 %

Seite 13 von 18 Auwaldforum Leipzig„Auwald braucht Wasser“

IWS - Institut für Wasserbau und SiedlungswasserwirtschaftInstitut an der HTWK Leipzig

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264

Was

sers

pieg

el [m

NH

N]

Zeit [h]FS-keine Retention FS-ungest.Retention FS-gest. RetentionVL-ungest.Retention VL-gest. Retention

Hydronumerische Modellierung von Flutpoldern | Ergebnisse

Pegelpunkte

Wsp- Reduzierung um 13 cm

Seite 14 von 18 Auwaldforum Leipzig„Auwald braucht Wasser“

IWS - Institut für Wasserbau und SiedlungswasserwirtschaftInstitut an der HTWK Leipzig

Hydronumerische Modellierung von Flutpoldern | Ergebnisse

Szenario 2 – ungesteuerte Retention

Seite 15 von 18 Auwaldforum Leipzig„Auwald braucht Wasser“

IWS - Institut für Wasserbau und SiedlungswasserwirtschaftInstitut an der HTWK Leipzig

Hydronumerische Modellierung von Flutpoldern | Ergebnisse

Szenario 3 – gesteuerte Retention

Seite 16 von 18 Auwaldforum Leipzig„Auwald braucht Wasser“

IWS - Institut für Wasserbau und SiedlungswasserwirtschaftInstitut an der HTWK Leipzig

Hydronumerische Modellierung von Flutpoldern | Ergebnisse

Szenario 3 – ungesteuerte Retention

Seite 17 von 18 Auwaldforum Leipzig„Auwald braucht Wasser“

IWS - Institut für Wasserbau und SiedlungswasserwirtschaftInstitut an der HTWK Leipzig

Hydronumerische Modellierung von Flutpoldern | Zusammenfassung

• Für großräumige Betrachtungen sind 2D-HN-Modelle ein zweckmäßiges Mittel um:• Instationäre Prozesse• Wasserstände und Wassertiefen• Fließgeschwindigkeiten• Schubspannungen• Verweildauernabzubilden

• Detailprobleme bedürfen weiterhin einer Betrachtung (Ein- und Auslassbauwerke) mithilfe physikalischer oder 3D-HN-Modelle

Vielen Dank, für Ihre Aufmerksamkeit!

Seite 18 von 18 Auwaldforum Leipzig„Auwald braucht Wasser“