03.1 Programminterne Ermittlung von KTau-Funktionen

Für Gewässerabschnitte, die nicht über extern ermittelte KTau-Tabellen parametrisiert wurden, besteht die Möglichkeit, dies mit programminternen Verfahren durchzuführen.

Benötigt werden dazu für jeden so zu parametrisierenden Gewässerabschnitt ein repräsentatives Querprofil zur Beschreibung der Gewässergeometrie und die Rauhigkeitsverhältnisse im Gewässer selbst und im Ausuferungsbereich/Vorland. Durch eine adäquate Untergliederung des Gewässernetzes ist sicherzustellen, dass jeder Gewässerabschnitt hinsichtlich Morphologie und Rauhigkeit als homogen angesehen werden kann und damit über ein repräsentatives Querprofil beschrieben werden kann.

Die Profilgeometrien und zugeordneten Rauhigkeiten können dem Programm wie folgt zur Verfügung gestellt werden:

  1. als Regelprofil wie in Kapitel 4.3, Basisdokumenation beschrieben,
  2. aus vorgegebenen, gewässerbettbildenden Abflüssen Kapitel 3.1.2 oder
  3. als Polygonzug (x, y, kst-Tripel à wird noch implementiert).

3.1.1 Vorgabe von Regelprofilen

Über Gebietsbegehungen, Auswertungen von Bildflugmaterialien o.ä. sind den zu modellierenden Gewässern repräsentative Profilgeometrien zuzuordnen. Im Einzelnen sind das die in Abbildung 3‑4 aufgeführten Angaben zur Sohlbreite sb, zur Profiltiefe pt, zu den Böschungsneigungen sn, den Vorlandbreiten vb und der max. Überflutungshöhe vt auf dem Vorland. Die Integration dieser Profile ins Programm wird in der ArcEGMO-Dokumentation, Basisdokumenation, Kapitel 4.3 beschrieben.

Abbildung 3‑4: Regelprofile zur Beschreibung der Gewässergeometrie

3.1.2 Abschätzung von Regelprofilen aus Abflüssen

Diese Parametrisierung geht von der Überlegung aus, dass bestimmte Abflüsse flussbettbildend sind. So kann nach der Regime-Theorie (Zeller 1965, s. Dyck II, S. 157) angenommen werden, dass die Flussquerschnitte in einem Flussbett etwa ein Durchflussvermögen anstreben, das dem HQ (2.33) entspricht.

Der hydraulisch günstige Querschnitt – für diese Abschätzung erfolgt eine Beschränkung auf das Rechteckprofil – ist wie folgt definiert:

sb (Sohlbreite) = 2 . pt (Profiltiefe)

A (Querschnitt) = sb . pt = 2 . pt2

rhy (hyd. Radius) = pt / 2

Unter Nutzung des bekannten Manning-Strickler-Ansatzes

\fn_jvn v=k_{ST}\cdot r_{hy}^{2/3}\cdot \sqrt{I_{E}}

und Q = v . A lässt sich die folgende Beziehung für die Profiltiefe in Abhängigkeit vom Durchfluss Q, der Manning-Strickler-Rauhigkeit kST und dem Energieliniengefälle IE ableiten, die in Abbildung 3‑5 für einige Parameterkombinationen visualisiert ist:

\fn_jvn pt=(\frac{Q}{k_{ST}\cdot \sqrt{I_{E}\cdot 1.26}})^{0.375}
image

Abbildung 3‑5: Abflusstiefe in Abhängigkeit von Rauhigkeit und Gefälle

Setzt man das Sohlgefälle gleich dem Energieliniengefälle, so lässt sich dieses aus dem DGM ableiten bzw. wird ohnehin über die Höhen der Gewässerknoten (GIS-Datenmodell, s. ArcEGMO-Dokumentation, Basisdokumentation, Kap. 4) jedem Gewässerabschnitt zugeordnet. Die Manning-Strickler-Rauhigkeit kST kann aus dem anstehenden Boden für die Gewässersohle grob geschätzt werden (s. auch Bollrich 1996).

Die flussbettbildenden Abflüsse können aus einer ersten Rechnung unter Verwendung des Ansatzes Q-ELS heraus abgeschätzt werden und dann über eine wie folgt strukturierte Tabelle (s. Abbildung 3‑6) dem Modell für die Ableitung des zugeordneten Rechteckgerinnes zugewiesen werden. Insgesamt können max. 2 Abflüsse für die Ableitung eines gegliederten Profils berücksichtigt werden (z.B. MQ und MHQ). Die Ermittlung dieser Profile erfolgt nur temporär, d.h. die Profilgeometrien werden nicht gespeichert, sondern gehen nur in die Ermittlung der KTau-Tabelle ein, die analog der Verfahrensweise für vorgegebene Regelprofile (Kap. 3.1.1) erfolgt und in der Parametertabelle gemäß Abbildung 3‑18 abgelegt werden.

FGWID	Q1	Q2
1	0.5	2.5
2	0.6	2.8
...

Abbildung 3‑6: Auszug aus der Datei <FBP-Q_TABELLE >

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