Bauwerke

B – Modul 1 – Grünes Becken

MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
1 Lam Qgr Grünes Becken Überschreitet der Zufluss die Kapazität Qgr des Grundablasses des Beckens, bevor er eingestaut wird, wird solange Wasser gespeichert, bis der Zufluss wieder kleiner als Qmax ist. Überschreitet der Speicherinhalt die Speicherkapazität des Beckens lam, wird dieser Überlauf zusätzlich zu Qmax abgeführt.

Überschreitet der Zufluss die Kapazität Qgr des Grundablasses des Beckens (k3), wird solange Wasser gespeichert, bis der Zufluss wieder kleiner als Qmax ist. Überschreitet der Speicherinhalt die Speicherkapazität des Beckens lam (k1), wird dieser Überlauf zusätzlich zu Qmax abgeführt. Wird in der gwp-ID.fgw das Steuerwort Abzweig angegeben, wird der Überlauf dem Abzweig zugeführt.

Bsp. gwp_id.fgw

INPUT 1
249
Abzweig 130

B – Modul 2 – Seeretention ungesteuert

MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
2 Dh Qmin HAV Seeretention ungesteuert Die Abflusstransformation erfolgt regelbasiert in Abhängigkeit vom Wasserstand, der beginnend mit dem Startwert W_START (Achtung: Bezugshöhe zur unteren Lamelle) unter Berücksichtigung der Zuflüsse, Verdunstungsverluste und der Abflüsse fortlaufend berechnet wird. Befindet sich der Wasserstand w innerhalb der bewirtschaftbaren Lamelle dh (HOEHE < w < HOEHE+dh), erfolgt die Abgabe von Qmin. Ist w < HOEHE, wird kein Abfluss abgegeben, ist w > HOEHE+dh, ist die Abgabe gleich dem Zufluss. Die Abgabe beginnt auf Höhe (Höhe=untere Lamelle)

Die Retention durch einen See vom Modultyp 2 muss wie folgt verstanden werden:

Eine Sohlschwelle bezeichnet (Sohlhöhe/untere Lamelle) die Wasserstandshöhe, ab der eine Abflussabgabe aus dem See erfolgen kann. Ein weiterer Schwellenwert (obere Lamelle) K1 bezeichnet eine Wasserstandshöhe über der der gesamte Abfluss abfließt. Liegt der Wasserstand zwischen diesen beiden Größen, so kann ein Mindestabfluss abgegeben werden, der in der Einheit m3/s vorgegeben werden muss. Ist das Seevolumen kleiner als der abzugebende Wert, wird nur das im See vorhandene Volumen abgegeben. Die Anfangswasserstandshöhe W_Start ist nicht in m NHN anzugeben, sondern als Bezugshöhe zur unteren Lamelle. Soll mit einem Wasserstand unterhalb der unteren Lamelle begonnen werden, muss W_start negativ sein.

 

B – Modul 3 – Seeretention gesteuert

MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
3 Dh Qmin WQB Seeretention gesteuert Die Abflusstransformation erfolgt unter Nutzung einer W-Q-Beziehung zur Ermittlung der Abgabe, ansonsten analog zur ungesteuerten Retention.

 

 

B – Modul 4 – vollkommener Überfall

MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
4 Wh Wb My WQB Wehr Der potenzielle Abfluss Qpot ergibt sich gemäß der Wehrformel nach Poleni aus der Überfallhöhe (akt. Wasserstand – Wehrhöhe Wh), der Wehrbreite und dem Überfallbeiwert My. Ist Qpot > Qzu (Zufluss aus dem oberliegenden Gewässerabschnitt), ergibt sich Q=Qzu. Ist Qpot < Qzu, wird Q=Qpot gesetzt und Qzu-Qpot als Rückfluss dem Inhalt des oberliegenden Gewässerabschnittes zuaddiert. Achtung: W_start wird hier für den Mindestabfluss verwendet, der Wasserstand in den Wehren beginnt immer mit Vollstau. Liegt der Unterliegerwasserstand (in stark rückgestauten Systemen) über der Wehrhöhe, so wird dieser Unterliegerwasserstand statt der Wehrhöhe zur Ermittlung der Überfallhöhe verwendet.

 

Überfallwehre stauen das Wasser bis zu ihrer Überfallhöhe auf und geben darüber hinaus den Abfluss in Abhängigkeit von der Überstauhöhe nach der Wehrformel nach Poleni (der Überfallbeiwert ist in K3 einzutragen) an den Unterlieger ab. Für Wasserstände geringer als die Überfallhöhe kann ein Mindestabfluss (undichte Wehre) angegeben werden.

ACHTUNG:

Die Größe der Mindestabflüsse wird für die Wehre in der Spalte W-Start gehalten (weil die 3 Parameterspalten K1 bis K3 bereits belegt sind). Der Start Wasserstand wird automatisch auf die Wehrhöhe gesetzt. Ein Abfluss kommt aber erst dann zustande, wenn der Abfluss im oberliegenden Gewässerabschnitt auch diesen Wert erreicht hat.

Wird eine Situation erwartet in der die Fließgewässerwasserstände unterhalb der Wehrhöhen liegen, so sollte für den Abfluss mit dem Modul KalMil 4 (mit Rückstau) gerechnet werden, da dieses ein Aufstauen der Wasserstände hinter Abflusshindernissen erlaubt.

 

B – Modul 6

MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
6 W_Q_Beziehung noch nicht implementiert

B – Modul 7 und Modul 8 – Aufteilung

MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
7 WQB Q_Aufteilung_fQ Abflussaufteilung in Abhängigkeit vom Zufluss Qzu (hier Qmax), Qmin verbleibt im Hauptgerinne, die Differenz wird dem Seitenarm zugeschlagen, WQ-Tabelle so anlegen, dass Qmax dem Zufluss entspricht und Qmin dem Abfluss im Hauptgerinne.
MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
8 Q_Aufteilung_fW Abflussaufteilung in Abhängigkeit vom Wasserstand in den Unterliegern.

Eine Abflussaufteilung oder Fließgewässergablung kann mit dem Modul Abflussaufteilung (Typ 7 oder 8) berechnet werden.

Modul 7 beschreibt die abflussabhängige Aufteilung. Die Aufteilung erfolgt hier über GWP-ID.WQB – Tabellen. In diesen muss Qmin und Qmax vorgegeben werden. Dabei entspricht Qmax dem Zufluss, der aus dem Oberlieger kommend auf zwei Fließgewässerabschnitte aufgeteilt werden soll, Qmin legt den entsprechenden Abfluss fest, der im Hauptgerinne verbleibt. Der Abfluss des Abzweigs wird aus der Differenz zwischen Qmax und Qmin berechnet.

Im Modul 8, bei der vom Wasserstand abhängigen Aufteilung, wird im Gegensatz zu der vom Abfluss abhängigen Aufteilung der Wasserstand für die Aufteilung betrachtet. Qmin legt weiterhin den Abfluss fest, der im Hauptgerinne verbleibt. Dieser wird im Modul 8 abhängig vom Wasserstand des Unterliegers definiert. Der Wasserstand ist in der GWP-ID.WQB in der Spalte Hoehe in geeigneten Schrittweiten als Höhe über NN anzugeben.

Beide Varianten können in einer GWP-ID.WQB angegeben werde. Je nach gewähltem Modul geht die entsprechende Beziehung in die Berechnung ein. Dies ist im folgenden Beispiel veranschaulicht.

Bsp. Gwp_151.wqb

Hoehe  Q_max   Q_min
48.0   0.0     0.00
48.2   0.1     0.05
48.4   1.0     0.50
48.6   5.0     3.30
48.8   10.0    8.20
49.0   20.0    18.00
49.2   100.0   97.00


image

Die Fließgewässer-ID des Abzweigs (hier: 89953) muss als „Abzweig“ in der gwp-ID.fgw Datei angegeben werden (siehe Bsp. Gwp_151.fgw). Ebenso ist die Fließgewässer-ID von Qmax (hier: 84316) als „Input“ einzutragen.

Bsp. gwp_151.fgw

INPUT 1
84316
Abzweig 89953

Das Modul eignet sich auch für prozentuale Abflussaufteilungen. Ebenso kann Modul 7 für eine Abflussverzweigung mit Drosselabfluss verwendet werden. Hier ist kein Wasserstand notwendig, aber die Spalte W in der WQ-Beziehung muss dennoch fiktiv aufgefüllt werden. In dem Bsp. Gwp_14.wqb liegt im Hauptgewässer eine Drosselung von 0.195 m3/s vor. Das zeigt sich daran, dass Qmin den Wert 0.195 m3/s nicht übersteigt. Er legt den entsprechenden Abfluss fest, der im Hauptgerinne unterhalb der Verzweigung verbleibt. Qmax ist der Zufluss (Input), der in der gwp-ID.fgw Datei anzugeben ist. Bis zu dem Drosselabfluss von 0.195 m3/s fließt alles in das Hauptgewässer. Übersteigt der Abfluss die 0.195 m3/s wird alles überschüssige Wasser in den Abzweig geleitet.

Bsp. gwp_14.fgw

INPUT 1
249
Abzweig 130

Bsp. Gwp_14.wqb

W Q_Min   Q_Max
1 0.000   0.000
2 0.001   0.001
3 0.195   0.195
4 0.195   0.196
5 0.195 100.000

ACHTUNG:

Oberliegerzuflüsse von Abzweigungen und Überleitungen werden nicht über die Resultgröße qo, sondern über qz ausgegeben. Dies ermöglicht die separate Betrachtung von natürlichen Oberlieger Zuflüssen und Überleitungen etc.

B – Modul 9

MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
9 Wh Wb My WQB Q_Aufteilung_Streichwehr Der Abfluss wird in Q_max (Hauptgewässer) und Q_min (Abzweig) in Abhängigkeit vom Wasserstand aufgeteilt. Die Wasserstandsabhängigen Abflussmengen werden in der HAV festgelegt. Negativer Abfluss wird lediglich an den Hauptgewässerabfluss weiter gegeben. (Wehrhöhe Wh, Wehrbreite Wb & Überfallbeiwert My) Achtung: Ein Streichwehr darf nur einen Zufluss haben!

Streichwehre sind wasserbauliche Überlaufschwellen an einem Hauptgerinne, die in erster Linie zur Entlastung dienen. Bei Erreichen der vorgegebenen Wasserhöhe springt das Streichwehr an und führt die Wassermengen in ein Nebengerinne oder Rückhaltebecken ab. Neben der Funktion Hochwasserspitzen im Hauptgerinne zu kappen, können Streichwehre auch zur Bewirtschaftung des Einzugsgebiets bzw. des Fließgewässernetztes genutzt werden.

Das Modul 9 realisiert die Aufteilung des Abflusses vom Hauptgerinne über ein Streichwehr in ein Nebengerinne. Die Aufteilung erfolgt grundsätzlich über die Wehrformel nach Poleni unter der Bedingung, dass sich der Wasserstand am Gewässerpunkt über der eingestellten Wehrhöhe befindet. Für diesen Fall wird mit der Überfallhöhe ein Wehrabfluss (q_wehr) berechnet. Des Weiteren wird der Inhalt des Oberliegers als potentieller Gesamtabfluss (q_pot) ermittelt. Für eine Überfallhöhe größer 0 wird der Wehrabfluss zum potentiellen Abfluss hinzugerechnet, somit ergibt sich durch das zusätzliche Gerinne ein größerer möglicher Abfluss für diesen Zeitschritt. Zuletzt wird der Inhalt des Oberliegers entsprechend des Wehrabflusses korrigiert und der Wasserstand im Unterlieger angepasst.

Achtung: Auf den Überfallbeiwert der Poleni-Formel achten.

B – Modul 10

MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
10 Grenz-volumen Qmin SeeRetention
_ELS

Die Retention, d.h. die ausgleichende Wirkung des Sees wird über einen ELS mittels Speicherkonstante [Tagen] beschrieben. Die Angabe der Speicherkonstanten erfolgt über das Feld HOEHE. Ohne Angabe einer Speicherkonstanten wird ein Defaultwert von 365 Tagen verwendet. Ein Abfluss aus dem See wird nur dann realisiert, wenn das Volumen K1 [m3] überschritten wird. Dazu muss ein Anfangsvolumen in der Spalte W_start angegeben werden. In diese Berechnung geht aber nur die Differenz SDiff aus aktuellem Volumen und K1 ein, so dass K1 auch 0 sein kann.

Über K2 kann noch ein Mindestabfluss angegeben werden, der dann wirksam wird, wenn das aktuelle Speichervolumen kleiner als K1 ist und ein Mindestabfluss K3, der wirksam wird, wenn das aktuelle Volumen positiv, der ELS-Ansatz aber einen Abfluss < K3 liefert.

 

gwp.sdf

Testdruck
##############################################################################
#######  Steuer-Datei fuer die GewaesserPunkte (z.B. Bauwerke, Seen etc.)  ###
##############################################################################
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
######  Attribut-Tabellen  ###################################################
GWP_PAT                           DBASE gwp.dbf
GWP_IDENTIFIKATION                GWP_ID
BEZUGSHOEHE                       HOEHE     /* in [m] ueber NN                 */
ANFANGSWASSERSTAND                W_START   /* in [m], bezogen auf Bezugshoehe */
MODUL_ZUR_ABFLUSSTRANSFORMATION   MODUL
Kennwert1                         k1        /* Bedeutung haengt vom ModulTyp ab */
Kennwert2                         k2
Kennwert3                         k3
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

 

gwp.dbf

GWP_ID NAME HOEHE W_START K1 K2 K3 MODUL
4 See 30.00 135000 135000 0.00 0.00 10

 

 

B – Modul 11 und Modul 31

MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
11 Qgr HAV + WQB GruenesBeckenWQmit Qgr Der Abfluss aus dem Becken wird über eine W-Q-Beziehung und eine Speicherinhaltslinie beschrieben. Beide müssen vorgegeben sein. Qgr ist die Kapazität des Grundablasses, bevor dieser eingestaut wird.
 31 HAV + WQB  GruenesBeckenWQohne Qgr  Der Abfluss aus dem Becken wird über eine W-Q-Beziehung und eine Speicherinhaltslinie beschrieben. Beide müssen vorgegeben sein. Im Gegensatz zu Modul 11 wird hier Qgr (die Kapazität des Grundablasses, bevor dieser eingestaut wird) nicht benötigt.
39 HAV + WQB Grünes Becken – sehr kleine Teiche für sehr kleine Teiche

Als Ergänzung zur Verringerung der ZEITSCHRITTWEITE in der modul.ste für das Q_MODELL  wurde für das GrüneBeckenWQ eine Lösung geschaffen, bei der der Zeitschritt bei nicht Erreichen des Konvergenzkriteriums EPSH (default 0.00001) innerhalb einer vorgegebenen Anzahl von Iterationsschritten (default 50000) automatisch und nur für das betroffene Becken solange verringert wird, bis Konvergenz erreicht wird oder der interne Zeitschritt bei 1 Sekunde liegt.

Durch folgende Einträge in der gwp.sdf können das Abbruchkriterium und die Iterationsanzahl vorgegeben werden.

gwp.sdf

Testdruck
MAX_ITERATIONEN               1000  /* default 50000   */
ABBRUCHKRITERIUM              0.001 /* default 0.00001 */
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

B – Modul 12 – Seeretention ungesteuert WQ

MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
12 Dh  – HAV + WBQ SeeRetention_ungesteuertWQ Die Abflusstransformation erfolgt unter Nutzung einer W-Q-Beziehung zur Ermittlung der Abgabe, ansonsten analog zur ungesteuerten Retention (Modul 2 – Seeretention ungesteuert). Keine Einhaltung von Vorgaben wie Qmin.

 

Beispiel:

gwp.dbf

GWP_ID NAME MODUL HOEHE W_START K1 K2 K3
8 See 12 60.05 0.76 0.76

 

gwp_8.HAV

Hoehe    Flaeche    Volumen
60.05    0          0
60.8    449222    90000
60.9    449222    134922.2
61      449222    179844.4
61.1    449222    224766.6
61.2    449222    269688.8

 

gwp_8.WQB

W       Qmin    Qmax
60.5    0.05    0.05
60.8    0.1     0.1
60.81   0.15    0.15
60.9    0.21    0.21
61      0.8     0.8
61.1    1.4     1.4
61.2    4       4

B – Modul 13 / 18 – Talsperre

MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
13/18 Hüber Qmax Talsperre Die Abflusstransformation erfolgt regelbasiert in Abhängigkeit vom Wasserstand, der fortlaufend unter Berücksichtigung der Zuflüsse, Verdunstungsverluste, Nutzungsentnahmen und der Abflüsse berechnet wird.Die Module 13 und 18 sind im Prinzip gleich. Bei kleineren Talsperren / längeren Zeitschritten ist das Modul 18 zu verwenden, weil programmintern eine dynamische Zeitschrittverringerung (z.B. Hochwasserfall) erfolgt.

Zur modellmäßigen Abbildung der Wirkung von Talsperren in Flussgebieten wurde in ArcEGMO eine variable Lösung integriert, die eine (jahres)zeitabhängige Regelung mit einer Regelung in Extremsituationen (NW, HW) kombiniert.

Über die in Tabelle B.4‑1 angegebenen Kennwerte kann eine Talsperre und ihr Bewirtschaftungsregime im Modell charakterisiert werden:

 

Tabelle B.4‑1:      Charakterisierung von Talsperren in ArcEGMO

Kennwert

Erläuterung

Hoehe

Zeitlich konstant

Untere Grenze der bewirtschaftbaren Lamelle = Höhe Grundauslass (s. Abbildung B.4‑1)
K1 Obere Grenze der bewirtschaftbaren Lamelle = Beginn des HW-Rückhalteraumes (s. Abbildung B.4‑1)
Hüber (k2) Vollstauziel bzw. Höhe des HW-Überlaufes (s. Abbildung B.4‑1)
Qmax (k3) max. Abfluss, der schadlos abgeleitet werden kann
wqb WQ-Beziehung, die den max. und min. Abfluss bei einem bestimmten Wasserstand angibt (Tabellenfunktion)
hav Beziehung zwischen Wasserstand-Wasseroberfläche des Stausees-Speicherinhalt (Tabellenfunktion)
fgw Gibt die Zuflüsse zum Stausee an und integriert damit die TS in das Gewässersystem
wep [mm/d]

Zeitlich variabel, vorzugeben über Zeitfunktionen

(positive) Korrekturgröße zur Reduzierung des Wasserstandes um die aktuelle Wasserflächenverdunstung bzw. um einen Differenzbetrag zur eventuell schon angesetzten Landverdunstung für den erst entstehenden Stausee (-> Sicherstellen, dass Verdunstung nicht doppelt abgezogen wird -> BilanzIst wep ≤ 0, wird programmintern die Gewässerverdunstung berechnet
ql [m3/s] Nutzeranforderung 1 mit höchster Priorität (Rang 1): z.B. landschaftlich notwendiger Kleinstabfluss bzw. Wildbettabgabe
qnu [m3/s] Nutzeranforderung 2 (Rang 2): weitere (nachrangige Anforderungen an Wasserführung im Unterlauf
qnd [m3/s] Nutzeranforderung 3 (Rang 3): weitere (nachrangige Anforderungen zur Entnahme direkt aus dem Stausee z.B. zur Bewässerung, d.h. diese Entnahmen werden vom Abfluss aus der TS abgezogen
sw [m üNN] Aktuell anzusteuernder Sollwasserstand in der Talsperre

 

image

Abbildung B.4‑1: Wichtige Kennwerte einer Talsperre (stark vereinfacht)

B.1.1.1 Nutzeransprüche

Die zeitlich veränderlichen Randbedingungen wie Nutzeransprüche an den Abfluss im Unterlauf, an Entnahmen aus der Talsperre oder an den Wasserstand in der Talsperre können sehr variabel über Zeitfunktionen vorgegeben werden.

Unterstützt werden z.Z. (s. Teil 1, Kapitel 8) folgende Zeitreihendarstellungen:

  1. Mittlere Jahresgänge, definiert über mittlere Monatswerte,
  2. Mittlere Jahresgänge, definiert über Stützstellen, zwischen denen dann linear interpoliert wird (Beispiel s. Abbildung B.4‑2),
  3. Tageswerte, die intern auf eventuell kleinere Berechnungszeitschritte aufgeteilt werden,
  4. Monatswerte, die intern auf kleinere Berechnungszeitschritte aufgeteilt werden,
  5. Jahreswerte, die intern auf kleinere Berechnungszeitschritte aufgeteilt werden,
  6. Mittelwert, gleichmäßig auf den gesamten Simulationszeitraum aufgeteilt wird.

image

Abbildung B.4‑2: Über Stützstellen definierte Sollwasserstände in einer Talsperre

B.1.1.2 Gewässerverdunstung, Niederschlag

Ist der Stausee schon vorhanden, geht die (mittlere) Wasserfläche, so wie sie im Landnutzungskartierung ausgewiesen ist, in die Abflussbildungsberechnung für das betreffende Teileinzugsgebiet ein, d.h. die Wasserflächenverdunstung ist wie auch der Niederschlag auf die Wasserfläche berücksichtigt.

Ist ein zu planender Stausee in der Landnutzungskartierung noch nicht ausgewiesen, so kann für die Modellierung des Plan-Zustandes eine Korrekturreihe vorgegeben werden, die die Differenz zwischen Landflächenverdunstung (die ja schon berücksichtigt ist) und die Gewässerverdunstung beinhaltet.

Da die Werte in dieser Korrekturreihe unabhängig vom aktuellen Wasserstand als Verlustgröße für diesen verwendet werden, können (im Prinzip) über diese Reihe auch Nutzeransprüche allerhöchster Priorität vorgegeben werden.

Zu Beginn eines jeden Zeitschrittes wird aus der aktuellen Speicherfüllung, dem aktuellen Zufluss und eventuellen Verdunstungsverlusten in Abhängigkeit von der Staufläche der Wasserstand geschätzt. Dabei können sich die 3 Zustände <leer, Normal, HW> ergeben.

B.1.1.3 Zustand Leer

Liegt dieser Wasserstand unterhalb der Höhe des Grundauslasses und damit außerhalb der bewirtschaftbaren Lamelle, so ist der Abfluss aus der Talsperre 0 und es können keinerlei Nutzeransprüche berücksichtigt werden.

B.1.1.4 Zustand Hochwasser

Liegt dieser Wasserstand oberhalb des Vollstauzieles und der Hochwasserüberlauf springt an, wird davon ausgegangen, dass die Abgabe aus der Talsperre in einem gewissen Bereich zwischen Q1min und Q1max gesteuert werden kann (s. Abbildung B.4‑3).

Es wird nun zuerst der minimale Abfluss berechnet, der sich unter Berücksichtigung der Seeretention ergeben würde (z.B. Grund- und Betriebsauslass geschlossen – untere Kurve in Abbildung B.4‑3). Liegt dieser Abfluss schon über dem schadlos abführbaren Abfluss Qmax, so bestehen keine Regelungsmöglichkeiten zur Abflussminderung.

Liegt der Abfluss aber darunter, ist es das Ziel einer Hochwassersteuerung, möglichst Qmax abzuführen, um den Speicherinhalt zu mindern. Es wird deshalb als nächstes der Abfluss berechnet, der sich aus der oberen Kurve in Abbildung B.4‑3 ergeben würde, z.B. bei Öffnung der Grund- und Betriebsauslässe. Liegt der Abfluss nun über Qmax, wird davon ausgegangen, dass genau Qmax abgegeben werden kann, da Qmax im regelbaren Bereich liegt.

Liegt der berechnete Abfluss kleiner als Qmax, wird nur dieser kleinere Wert abgegeben, wobei hier dann allerdings von einer Fehlbemessung der Grund- und Betriebsauslässe auszugehen wäre.

Im Hochwasserfall können alle Nutzeransprüche berücksichtigt werden.

image

Abbildung B.4‑3: Steuerbarer Abflussbereich

B.1.1.5 Normalbetrieb

Wenn der Wasserstand innerhalb der bewirtschaftbaren Lamelle liegt, ist die Rangfolge der Nutzeransprüche entscheidend für die Berechnung der Abgabe aus der Talsperre. Im Modell wird wie folgt vorgegangen:

Liegt der Wasserstand unter dem aktuellen Sollwasserstand, wird lediglich der Mindestabfluss ql(t) abgegeben.

Ist der Wasserstand oberhalb dem Sollwasserstand, so wird versucht, diesen Sollwasserstand (s. Abbildung B.4‑2) möglichst schnell wieder zu erreichen, wobei die Abgabe auf Qmax begrenzt.

Gewährleistet die daraus resultierende Abgabe, dass neben dem Mindestabfluss auch weitere Nutzerinteresse im Unterlauf befriedigt werden können, erhalten diese Wasser gemäß ihrer akt. Anforderung qnu(t).

Anschließend wird geprüft, ob auch die angeforderten Entnahmen aus der Talsperre qnd(t) selbst realisiert werden können.

Es wird letztlich permanent versucht, den vorgegebenen Sollwasserstand zu erreichen. Über diesen Sollwasserstand, der ebenfalls eine Zeitfunktion ist (s. Abbildung B.4‑2), werden weitere Nutzeransprüche abgebildet. So kann darüber angegeben werden, dass der Hochwasserrückhalteraum freigehalten wird, bei jahreszeitlich unterschiedliche Rückhalteräume berücksichtigt werden können. Wasserstände können gemäß Anforderungen des Naturschutzes, der Fischerei und der Erholung z.B. im Sommer weitgehend konstant gehalten werden, Übergänge von einem Stauziel zum anderen möglichst kontinuierlich gefahren werden.

B.1.1.6 Beispielhafte Steuerdateien zur Charakterisierung von Talsperren

GWP_ID HOEHE W_START k1 k2 k3 MODUL_TYP Beschreibung Name

1 178.12 182.22 0.0 185.36 0.90 13 Talsperre V-Stadt
4 185.23 187.98 0.0 190.34 0.76 13 Talsperre A-Dorf
3 187.23 189.98 0.0 192.34 0.56 13 Talsperre B-Hausen

Abbildung B.4‑4: Festlegung wichtiger Kenngrößen über ..\gis\ascii.pat\gwp.tab

INPUT 2
11
9

Abbildung B.4‑5: Integration ins Gewässernetz über ..\gis\ ascii.rel \gwp_3.fgw

Hoehe FLAECHE VOLUMEN
0         0         0 
1       270        90
2      5835      2543
4     24565     33695
7     52365    148494

Abbildung B.4‑6: Angabe der Höhen-Oberflächen-Volumen-Beziehung über ..\gis\ ascii.rel \gwp_3.hav

W  Qmin Qmax
0  0.00 0.00
36 0.13 0.13
69 0.75 0.75

Abbildung B.4‑7: Angabe der Höhen-Oberflächen-Volumen-Beziehung über ..\gis\ ascii.rel \gwp_3.wqb

B.1.1.7 Beispielhafte Steuerdateien zur Vorgabe von Zeitfunktionen

DATEI     TYP DATZ FORM RBT RB X-COORD Y-COORD DTD
salza     kli wep  E    gwp 0  0       0       -1440
MindestQ   ql ql   E    gwp 0  0       0        1440
Bedarf_UL qnu qnu  E    gwp 0  0       0        1440
Bedarf_TS qnd qnd  E    gwp 0  0       0        1440
SollW      sw sw   E    gwp 0  0       0        1440

Abbildung B.4‑8: Vorgabe von Zeitfunktionen ..\gis\ascii.pat\bw_file.tab

Termin     1       4
...
06.07.1990 1.9000 2.0000
07.07.1990 1.8000 2.0000
08.07.1990 2.5000 2.0000
09.07.1990 3.4000 3.0000
10.07.1990 3.9000 3.0000
11.07.1990 3.5000 4.0000
12.07.1990 3.7000 4.0000

Abbildung B.4‑9: Vorgabe von Verdunstungsverlusten über Tageswerte [mm/d]

MM 2
1  0
2  0
3  0
4  0
5  0.002378
6  0.006342
7  0.004756
....

Abbildung B.4‑10: Vorgabe von Entnahmen über mittl. Monatswerte [m3/s]

B.1.1.8 Überleitungen aus Talsperren

Eine weitere Möglichkeit zur Abbildung der Wirkungsweise von Talsperren im Modell besteht in der Berücksichtigung von Überleitungen. Hierbei wird in Abhängigkeit vom Abfluss in einem Bezugsquerschnitt (FGW oder GWP) oder von der Wasserstandsdifferenz zwischen dem Wasserstand in einem Bezugsquerschnitt (FGW oder GWP) und dem Wasserstand im betrachteten Gewässerpunkt ein potenzieller Abfluss aus dem betrachteten Gewässerpunkt berechnet. Dieser Abfluss wird einem anzugebenden Gewässerabschnitt als externer Zufluss zugeführt. Gleichzeitig wird die während DT abgegebene Abflussmenge zur Korrektur des Speicherinhalts des betrachteten Gewässerpunktes verwendet.

Aktiviert wird die Berechnung von Überleitungen für den Gewässerpunkt i durch den Eintrag UEBERLEITUNG in der Datei GWP_<i>.fgw. Diesem Steuerwort folgen dann die Art der Bezugsgeometrie <FGW|GWP> und deren ID.

Anschließend ist die Tabelle mit den Wasserstandsdifferenzen dW zum Bezugsquerschnitt oder den Abflüssen (Kennung beliebig) im Bezugsquerschnitt und den daraus resultierenden Überleitungen Q anzugeben. Die Anzahl der Einträge in dieser Tabelle ergibt sich wiederum aus der Anzahl der Zeilen bis zum Dateiende oder bis zum nächsten + Zeichen.

Der Einleitungsquerschnitt ist als ID des Gewässerabschnittes über die Kennung ABZWEIG anzugeben.

Damit sind Überleitungen auch zu „entfernten“ Gewässerabschnitten möglich. Sofern die Überleitung direkt in den Unterlieger des Gewässerpunktes, der sich aus der im Gewässernetz kodierten Unterliegerzuordnung ergibt, erfolgen soll, ist dennoch die ID dieses Gewässerabschnittes anzugeben.

Im Folgenden ist beispielhaft eine um Überleitungen erweiterte GWP_<i>.fgw angegeben.

INPUT 1
23090
ABZWEIG 23310
UEBERLEITUNG GWP 1
dW  Q
0   0
1   4
2   5.66
3   6.93
4   8
5   8.95
6   9.95
7  10.58
8  11.3
9  12.03
10 12.75
++++++++++++++++

ACHTUNG: Der Gewässerpunkt, in den die Einleitung erfolgt, muss in der Gewässerpunkttabelle VOR dem Gewässerpunkt stehen, aus dem übergleitet wird.

Für die Auswertung der so berechneten Überleitung wurde in der results.ste unter GEWAESSERPUNKTE die Ergebnisgröße Ueberleitung hinzugefügt.

Ueberleitung uel

B – Modul 14

MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
14 Wh GWP_Stau Wehrhoehe Wh dient dazu, lediglich einen festen Wasserstand als unteren Rand festzulegen

B – Modul 16

MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
16 q_max
_abzweig
q_min
_hauptstrang
q_max
_hauptstrang
Talsperren-zufluss Berechnet den Zufluss zu einem Speicher im Seitenschluss in Abhängigkeit vom Zufluss, der hydraulischen Kapazität des Speicherzuflusses q_max_abzweig (k1), dem Mindestabfluss im Hauptstrang (k2), dem im Hauptstrang schadlos abführbaren Maximalabfluss (k3) und dem verfügbaren, freien Speichervolumen im Speicher.

 

Dieses Modul dient dazu, den über ein Verteilerwehr gesteuerten Zufluss Qzweig zu einem Speicher im Seitenschluss in Abhängigkeit vom

Qzu Zufluss zum Verteilerwehr
Qzweig_max Hydraulische Leistung = max. Abfluss im Abzweig zum Speicher K1
Qab_min Mindestabfluss im Hauptfluss am Kontrollpegel K K2
Qab_max Max.Abfluss im Hauptfluss (schadlos abführbarer Abfluss) K3
S_frei Freier Speicherraum

zu ermitteln. Unterschieden werden die folgenden 3 Zustände, für die der gesteuerten Zufluss Qzweig berechnet wird:

NW Qzu ≤ Qab_min Defizit (Auffüllungsbedarf an Speicher) = Qab_min-Qzu Qzweig = 0.
MW Qzu > Qab_min
Qzu ≤ Qab_max
S_frei = (Sollstauziel – akt. Speicherfüllung)
Qzweig = MIN((Qzu- Qab_min), Qzweig_max, S_frei/dt)
HW Qzu > Qab_max S_frei = (Vollstauziel – akt. Speicherfüllung)
Qzweig = MIN((Qzu- Qab_max), Qzweig_max, S_frei/dt)

Der im Hauptfluss verbleibende Anteil des Zuflusses Qab wird wie folgt ermittelt:

Qab = Qzu – Qzweig;

Das für den Niedrigwasserfall ausgewiesene Defizit wird auf den Nutzeranspruch qnu an den zugeordneten Speicher geschrieben und beeinflusst damit die Abgabe aus dem Speicher an den Unterlauf.

 

image

B – Modul 17

MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
17 Kontrollpegel Dieses Modul dient dazu, einen einzuhaltenen Kontroll- bzw. Grenzwert zu verwalten. Dieser Grenzwert wie z.B. ein Mindestabfluss kann über eine Zeitfunktion vorgegeben werden. In jedem Zeitschritt wird dann während der Simulation geprüft, wie groß ein eventuelles Defizit bzw. die Grenzwertunterschreitung ist.

Dieses Modul ist nur im Zusammenhang mit Modul 13 und Modul 18 anzuwenden und dient dazu, max. zwei einzuhaltene Kontroll- bzw. Grenzwerte als Zielkriterien für andere steuerbare Gewässerpunkte (nur Talsperren) zu verwalten, wenn

  • diese Zielvorgaben nicht unmittelbar unterhalb der Talsperre gelten und somit noch ein Zwischengebietszufluss zu beachten ist und/oder
  • diese Zielvorgaben für mehrere im Verbund zu bewirtschaftende Talsperren einzuhalten sind.

 

image

 

 

Es werden derzeit die folgenden Grenzwerte unterstützt:

  • ein zu gewährleistender Mindestabfluss und/oder
  • ein nicht zu überschreitender Maximal- bzw. schadlos ableitbarer Abfluss.

Vor jedem Zeitschritt wird für jeden Kontrollpegel die Abgabe DefQmin ermittelt, die die zugeordneten Talsperren abgegeben müssen, um den aktuell geforderten Mindestabfluss Qmin zu erreichen

DefQmin = Qmin(Kontrollpegel) – QZGeb

und die Abgabe DefQmax, die zugeordneten Talsperren abgegeben dürfen, um den zulässigen Maximalabfluss nicht zu überschreiten

DefQmax = Qmax(Kontrollpegel) – QZGeb

Die Berücksichtigung des Zwischengebietsabflusses QZGeb senkt damit die erforderliche Mindestabgabe im Niedrigwasserfall und schränkt die zulässige Maximalabgabe im Hochwasserfall ein.

Qmin und Qmax werden für den Kontrollpegel über die Kennwerte K2 und K3 vorgegeben. Soll der Mindestabfluss zeitvariabel sein (jahreszeitlich unterschiedliche Mindestabflüsse sind aus ökologischer Sicht sinnvoll), kann Qmin auch über eine Zeitfunktion (Datentyp ql, siehe Kap. 5.3) definiert werden.

Der Zwischengebietsabfluss zwischen den „angeschlossenen“ Talsperren und dem Kontrollpegel kann ebenfalls als Mittelwert über den Kennwert K1 oder über eine Zeitfunktion (Datentyp qzb, siehe Kap. 5.3) vorgegeben werden. Die Zwischengebietsabflüsse sind, sofern eine merkliche Wellenlaufzeit zwischen den Talsperren und dem Kontrollpegel liegt, „zukünftige“ Werte, können also während einer Modellsimulation nicht direkt zur Verfügung gestellt werden. Da die Laufzeiten bei mehreren Talsperren auch unterschiedlich sein können, erfolgt keine programmgestützte, zeitliche Zuordnung der Zwischengebietsabflüsse unter Berücksichtigung der Laufzeit. Der Nutzer muss also gewährleisten, dass die Zwischengebietszuflussreihe um die Laufzeit verschoben bereitgestellt wird. In der operationellen Modellanwendung können die Zwischengebietszuflüsse aus den Abflussvorhersagen abgeleitet werden.

An den Talsperren werden dann, sofern man sich im bewirtschaftbaren Bereich der Speicherlamelle befindet, die Abgaben so ermittelt, dass die Vorgaben für den Kontrollpegel und die direkt für die jeweilige Talsperre vorgegeben Zielgrößen wie folgt erreicht werden.

im Niedrigwasserfall:

               Qab = MAX(Qmin(Talsperre) , DefQmin)

im Hochwasserfall:

Qab = MIN(Qmax(Talsperre) , DefQmax)

Die so ermittelte Talsperrenabgabe korrigiert dann die Kontrollpegelgrößen DefQmin und DefQmax

DefQmin -= Qab; DefQmax -= Qab;

und mindert dann das u.U. noch über weitere Talsperren aufzufüllende Defizit DefQmin im Niedrigwasserfall und schränkt im Hochwasserfall die Abgabemöglichkeiten weiterer Talsperren weiter ein.

Über den Kontrollpegel kann aber auch die Abgabe aus den Talsperren in Abhängigkeit vom Zwischengebietszufluss gesteuert werden. Dann muss dessen Fließgewässer-ID (im Beispiel FGW-ID 142) in der Gewässerpunktdatei mit dem Schlüsselwort „Zwischengebietszufluss“ angegeben werden.

Gwp_12.fgw
INPUT 1
23036
Zwischengebietszufluss 142

Die Zuordnung eines Kontrollpegels erfolgt über das Steuerwort Kontrollpegel in der GWP_<ID>.fgw des betreffenden Bauwerkes wie Talsperre oder Talsperrenzufluss. Im folgenden Beispiel wird die Talsperre mit der BauwerksID 14 vom FGW 23036 gespeist. Der zugeordnete Kontrollpegel hat die BauwerksID 12.

Gwp_14.fgw
INPUT 1
23036
Kontrollpegel 12

B – Modul 19

MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
19 Nachführung Pegelnachführung, ersetzt die an einem definierten Fließgewässerabschnitt berechneten durch gemessene Werte, soweit diese vorhanden sind. Nur möglich, wenn hier noch kein anderer Gewässerpunkt vorhanden ist. Pegelreihen werden als hyd_data definiert.

Mit dem Modul Nachführung werden an einem vorgegebenen Fließgewässerabschnitt die simulierten durch die gemessenen Abflüsse ersetzt, soweit diese vorhanden sind, d.h. eine entsprechende Pegelreihe vorgegeben werden kann. Die Pegelreihen selbst werden als hyd_data definiert. Die nachzuführenden Pegel sind über einen Gewässerpunkt in der gwp.tab zu deklarieren.

gwp.tab

GWP_ID Hoehe W_Start k1 k2   k3   Modul_Typ Beschreibung Name
1      0.00  0.00     0 0.00 0.00 19        Nachfuehrung "Wendefurth Ablaufpegel"
2      0.00  0.00     0 0.00 0.00 19        Nachfuehrung "Bennungen"

Der simulierte Zufluss zum Gewässerpunkt wird für Auswertezwecke in der Systemgröße Abfluss aus dem Gewässerpunkt aufgehoben.

Sind in der Meßreihe Fehlstellen vorhanden, sind diese als Fehlwert zu kennzeichnen. Für diese Termine werden dann die simulierten Werte beibehalten, d.h. nicht durch die Pegelwerte ersetzt.

Jedem Gewässerpunkt muss die Fließgewässer-ID (fgwid) zugeordnet werden. Das erfolgt in der Datei gwp_1.fgw (Der Dateiname enthält bereits mit „1“ den entsprechenden Gewässerpunkt (gwp_ID)). Somit muss für jeden Gewässerpunkt eine *.fgw – Datei angelegt werden. Die *.fgw – Datei ist wie folgt aufgebaut und enthält den entsprechenden Gewässerabschnitt (fgwid).

gwp_1.fgw

INPUT 1
23312

Die nachzuführende Pegelzeitreihe muss als Pegel über die hyd_data angegeben werden.

Das Schlüsselwort für den nachzuführenden Pegel ist die fgwid. Die Datenzeitreihe wird über die Pegel.dbf gefunden.

Schlüsselwortreihenfolge

image

 

Notiz:

Eine Nachführung wird innerhalb des Modellgebiets verwendet (sie ersetzt den modellierten Abfluss durch den vorgegebenen = gemessenen Abfluss => hyd.data). Am Gebietsrand sind Fremdzuflüsse zu verwenden (siehe Kapitel 5.3), da hierbei die Flächengröße des außerhalb des Modellgebiets gelegenen Einzugsgebiet mit berücksichtigt wird (über Steuerwort „FGW_extZuflussgebiet“ in der fgw.sdf und einer neuen Spalte mit der Flächengröße am fgw.dbf) einzufügen. Fremdzuflüsse werden allein über die Pegel-Tabelle organisiert (FGW-ID wird mit einem Minuszeichen versehen), es ist also kein Eintrag in der GWP.tab erforderlich.

 

Einspeisung von Pegelwerten zur Modellnachführung

Die von ArcEGMO verwalteten Pegelzeitreihen können verwendet werden, um Startwerte für die Abfluss- und die Grundwassermodellierung zu ermitteln. Sie dienen weiterhin als Vergleichsgröße für die Berechnungsergebnisse und gehen in die Ermittlung der Anpassungskriterien ein.

In bestimmten Fällen ist es auch sinnvoll, Messwerte direkt in das Modell einzuspeisen. Dabei werden Modellwerte durch Messwerte ersetzt. Diese Verfahrensweise ist z.B. in der Hochwasservorhersage gebräuchlich, um ein Modell nachzuführen.

Für normale Simulationsrechnungen besteht auch die Möglichkeit, Modellergebnisse durch Messwerte zu ersetzen. Das ist insbesondere dann notwendig, wenn aus Aufwandsgründen oder mangels hinreichender Daten bestimmte Teilprozesse nicht (ausreichend genau) beschrieben oder die Wirkung bestimmter Raumelemente nicht (ausreichend genau) erfasst werden kann.

Die entsprechende Zeitreihe ist als Pegelreihe vorzugeben und einem Gewässerabschnitt über die FgwID oder einem Teileinzugsgebiet über die TgID zuzuordnen. Sie wird dann verwendet, um die für dieses Raumelement berechneten Werte mit den Messwerten zu vergleichen.

Die Einspeisung dieser Messwerte direkt ins Modell wird über den GWP-Typ „Nachfuehrung“ realisiert, bei dem der Modellwert durch den Messwert ersetzt wird, sofern für den Raumbezug dieses Gewässerpunktes und für den aktuellen Zeitpunkt ein Messwert vorhanden ist. Der Raumbezug des Gewässerpunktes „Nachfuehrung“ wird so wie bei anderen Gewässerpunkten über die Angabe des speisenden Gewässerabschnittes hergestellt. Diese Angabe muss identisch sein mit der ID des dem Pegel in der Pegeldatei zugeordneten Gewässerabschnittes. Es ist sicherzustellen, dass diesen „Nachführungs-GWPs“ nur ein Oberlieger zugeordnet ist.

Im Ergebnis werden dann aber nicht die Berechnungswerte des aktuellen Raumelements, dem der Messwert zugeordnet ist, durch die Messwerte ersetzt, sondern an dem Unterlieger statt der Berechnungswerte die Messwerte als Oberliegerzufluss weitergegeben. Damit ist für die Raumelemente, für die Messwerte vorliegen, nach wie vor eine Bewertung der Modellergebnisse anhand der Messwerte möglich.

GWP_ID Hoehe  W_Start      k1     k2     k3     Modul_Typ    Beschreibung Name
1      0.00   0.00  	   0      0.00   0.00   19     Nachfuehrung "Pegel Saaleck"

 

Der bis zum Pegel berechnete Abfluss wird für Auswertezwecke als (Eigen)Abfluss des Gewässerpunktes aufgehoben und kann so auch als Zeitreihe ausgegeben und ausgewertet werden. Bei der Berechnung der Gütekriterien für Nachführungspegel wird ebenfalls auf diesen Abfluss zugegriffen.

 

B – Modul 22

MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
22 Qgr Regenüberlauf Überschreitet der Zufluss im Mischsystem die Kapazität Qgr des Grundablasses, wird dieser Überlauf dem Gewässer zugeführt. Genutzt wird die Systemgröße Q_Trennkanalisationsabfluss

B – Modul 23

MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
23 Lam Qgr Regenüberlaufbecken Überschreitet der Zufluss im Mischsystem die Kapazität Qgr des Grundablasses des Beckens, wird solange Wasser gespeichert, bis der Zufluss wieder kleiner als Qmax ist. Überschreitet der Speicherinhalt die Speicherkapazität des Beckens lam, wird dieser Überlauf dem Gewässer zugeführt.Genutzt wird die Systemgröße Q_Trennkanalisationsabfluss

B – Modul 27

MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
27

B – Modul 29 – Nachführung Vorhersage

MOD_TYP W_START Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
29 Angabe von Zeitfenster, bei Nachführung des realtiven oder absoluten Fehlers 0 = keine Fehler-nachführung
1 = Nachführung des relativen Fehlers
2 = Nachführung des ablsoluten Fehlers
wenn k3 ungleich 0, dann wird Nachführung des relativen oder absoluten Fehlers aktiviert Nachführung
Vorhersage
Nachführung von Durchflüssen im Gewässer, insbesondere für die operationelle Nutzung

Dieses Modul für die Nachführung von Durchflüssen im Gewässer wurde insbesondere für die operationelle Nutzung entwickelt.

 

Es kann in 3 Modi betrieben werden. Die Einstellung des Modus erfolgt über Ken1 (k1).

k1 0 keine Fehlernachführung
1 Nachführung des relativen Fehlers
2 Nachführung des absoluten Fehlers

 

Im Modi 0 wird keine Fehlernachführung durchgeführt. Es findet die klassische Nachführung analog Modul 19 statt. Mit dem Modul Nachführung werden an einem vorgegebenen Fließgewässerabschnitt die simulierten durch die gemessene Abflüsse ersetzt, soweit diese vorhanden sind, d.h. eine entsprechende Pegelreihe vorgegeben werden kann.

Im Modi 1 und Modi 2 werden die Abweichungen zwischen Simulation und Messung für ein Zeitfenster in der Vergangenheit ausgewertet. Dieses Zeitfenster umfasst eine vorgebbare Anzahl von Zeitschritten und verschiebt sich mit jedem Berechnungszeitschritt.  Dadurch stehen immer die aktuellen Abweichungen zur Verfügung und können zur Korrektur der Simulationswerte genutzt werden, wenn wie im Vorhersagefall keine Messwerte mehr existieren. Es werden die Korrekturen für die Simulationswerte vorgegeben.

Für die Korrektur stehen zwei Methoden zur Verfügung:

  1. Korrektur mit der relativen Abweichung,
  2. Korrektur mit der absoluten Abweichung.

 

Die Integration des Gewässerpunktes ins Gewässernetz wie auch die Zuordnung der Messreihe erfolgt analog zur beschriebenen Vorgehensweise für die normale Nachführung.

Für Modul 29 werden aber noch weitere Größen für die Ansteuerung genutzt. Es ist eine weitere Eingabegröße W_Start, über welche die Anzahl der Zeitschritte in die Vergangenheit bzw. das Zeitfenster vorgegeben wird, in dem die Abweichungen ermittelt werden, anzugeben. Der programmintern ermittelte Korrekturwert wird in der Variablen K2 abgelegt. Die Ergebnisvariable SPEICHERINHALT des Gewässerpunktes S_akt wird verwendet, um fortlaufend die mittlere Abweichung in der Vergangenheit zu ermitteln und kann damit für Kontrollzwecke genutzt werden. Der Kennwert k3 muss 0. sein. Der Modus 2 intern wird aktiviert, wenn k3 mit einem Wert ungleich 0 belegt ist. Dieser wird dann als Korrekturwert interpretiert und je nach Belegung von k1 zur Nachführung des relativen oder absoluten Fehlers genutzt.

gwp.tab

GWP_ID  Hoehe  W_Start k1  k2    k3    Modul_Typ  Beschreibung           
1      0.00   00.00   0   0.00  0.00  29         "Bsp. Modi 0"
2      0.00   24.00   1   0.00  0.00  29         "Bsp. Modi 1 relativer Fehler"
3      0.00   24.00   2   0.00  0.00  29         "Bsp. Modi 2 absoluter Fehler"

B – Modul 32

MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
32 Q_neben qmax GruenesBeckenNebenschluss Überschreitet der Zufluss Qzu die Kapazität (Ken3) des Gerinnes, wird der zusätzliche Zufluss gespeichert. Q_neben als maximale Abgabe aus diesem Speicher wird über Ken1 vorgegeben. Es muss wie bei Modul 33 eine Verzweigung angegeben sein. Q_neben wird unreduziert an die Verzweigung abgegeben.

Die Idee dieses Moduls beruht auf einem Anwendungsfall im oberen Spreewald. Dort sollte der Grenzabfluss Ken3 im Nordumfluter nicht überschritten werden. Das überschüssige Wasser der Hochwasserwelle sollte abgezweigt und nach Süden in ein anderes Fließgewässer verschoben werden. Dies sollte die Ausuferung des Nordumfluters und die Fließrichtung des überschüssigen Wasser über die Fläche in den nächstgelegenen Vorfluter nachbilden. In dem als „Abzweig“ definierten Fließgewässerstrang sollte der Grenzabfluss dann nicht mehr gelten. Ken 1 war als maximale Überleitungsmenge pro Zeitschritt definiert, um die Retention des überschwemmten Gebietes abzubilden.

Bei der Anwendung dieses Moduls wird davon ausgegangen, dass meist Qzu-Ken3 > Ken1 ist. In dem Fall entspräche Ken1 z. B. der max. Überleitungsmenge. Wenn Ken1 jedoch auf einen hohen Wert gesetzt wird und damit größer ist als Qzu-Ken3, entspricht die Abgabemenge genau Qzu-Ken3.

Wichtig ist Folgendes zu beachten: Falls als Abzweig ein Fließgewässerabschnitt des Hauptgewässers (im oberen Beispiel der Nordumfluter) angegeben wird, dann wird im Unterlauf des Beckens ein Abfluss von bis zu Ken1+Ken3 m³/s erreicht!

 

 

B – Modul 37

MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
37

SeeRetention

_ELS_Leak

Neues GWP-Modul mit Berück-
sichtigung von Leakage-
verlusten an das GW

GWP-Modul mit Berücksichtigung von Leakageverlusten an das GW

Das Modul „SeeRetention_ELS_Leak“ wurde zur Berücksichtigung von Leakage aus Standgewässern ins Grundwasser entwickelt. In diesem Modul wird ein solches Standgewässer wie der Parsteiner See über einen zweifachen ELS-Ansatz beschrieben. Der erste Speicher V1 umfasst den Totraum des Sees, also den Bereich, der durch einen Seewasserstand charakterisiert ist, bei dessen Überschreitung Abfluss aus dem See erfolgt. Der zweite Speicher V2 umfasst das komplette See-bzw. Wasservolumen des Standgewässers.

Die eigentliche Seelamelle, also den Bereich, in dem die Seeretention stattfindet, wird also durch die Differenz V2 – V1 charakterisiert.

Folgende Parameter bzw. Kennwerte werden zur Ansteuerung dieses Moduls in ArcEGMO benötigt:

Name SeeRetention_ELS_Leak
Nr. 37
BEZUGSHOEHE ELS-Konstante in [Tagen]
ANFANGSWASSERSTAND Anfangsspeicherfüllung [m³]
Kennwert1 Grenze V1, ab der Abfluss aus dem See abgegeben wird
Kennwert2 einzuhaltender Mindestabfluss fuer den Unterlieger bei Überschreiten von V1
Kennwert3 ELS-Konstante in [Tagen] zur Berechnung des fuellungsabhaengigen Leakageverlustes ans Grundwasser
GrundwasserID ID des Raumelements des Grundwassermodells, in das das Leakagewasser eingespeist wird

 

Neu hinzugekommen ist weiterhin, dass eine Einbindung eines GWPs (derzeit nur dieses) ins Grundwasser erfolgt. Dazu ist die ID des Raumelements anzugeben, in das das Leakagewasser eingespeist werden soll. Unterstützt wird derzeit allerdings nur das Grundwassermodul EGMO_GW1 und die Nutzung der Teilgebietsgliederung für das Grundwassermodell.

Hinzugekommen ist deshalb der Eintrag GrundwasserID in der GWP.sdf.

###### Attribut-Tabellen ###################################################
GWP_PAT                       ASCII gwp1.txt
GWP_IDENTIFIKATION                  GWP_ID
BEZUGSHOEHE                         HOEHE    /* in [m] ueber NN */
ANFANGSWASSERSTAND                  W_START  /* in [m], bezogen auf Bezugshoehe */
MODUL_ZUR_ABFLUSSTRANSFORMATION     MODUL    /* mit Restseekette, Niemtsch und VW Koschen (SE) */
Kennwert1                           k1       /* Bedeutung haengt vom ModulTyp ab */
Kennwert2                           k2 
Kennwert3                           k3 
GrundwasserID                       TG
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

 

B – Modul 38

MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
38 Rückgangs-
konstante
Abfluss-
verlust
Exponent Verklausung
und Dammbruch
Abbildung von Verklausungen

Zur Abbildung von Verklausungen, d.h. kurzzeitigen, massiven Einschränkungen der Vorflut während eines Hochwassers durch Zusetzen z.B. eines Brückendurchlasses durch Treibgut wurde das Modul 38 (Verklausung) geschaffen, das diese temporäre Durchflussminderung, nach Lösen des Treibgutes oft verbunden mit einer nachfolgenden Schwallwelle vereinfacht abbildet.

Die Zeitdauer, für die die Verklausung angesetzt werden soll, wird über die Zeitfunktion ZUSTAND (s. Kapitel 05.4 der Dokumentation) gesteuert.

 

Zeitfunktion Verklausung.txt

termin     81

…

"25.07.2017 04:00"   0

"25.07.2017 05:00"   0

"25.07.2017 06:00"   1

"25.07.2017 07:00"   1

…

"25.07.2017 18:00"   1

"25.07.2017 19:00"   0

 

Während die Verklausung im Modell aktiviert ist (Wert 1), wird das dem GWP zufließende Wasser bis auf eines Abflussverlust (Durchfluss durch Lücken in der Sperre) gespeichert. Dieser Abflussverlust kann über den Parameter K2 vorgegeben werden. Wird die Verklausung wieder deaktiviert (Wert geht auf 0 zurück) kommt das bis dahin gespeicherte Wasservolumen wie bei einem Dammbruch zum Abfluss. Dabei wird angenommen, dass sich die Verklausung sukzessive abbaut, zuerst kleine Lücken entstehen, weil sich Teile infolge des steigenden Wasserdruckes lösen und diese Lücken dann immer größer werden, der Abfluss aus dem fiktiven Speicher also im Laufe der Zeit zunimmt. Ermittelt wird der aktuelle Abfluss mit dem Einzellinearspeicheransatz, wobei die Speicherkonstante K mit fortschreitender Zeit t seit dem Dammbruch nach folgendem Ansatz geringer wird:

Kakt = Kstart / tx

Die Rückgangskonstante Kstart zu Beginn wird über den Parameter K1, der Exponent x über K3 angegeben.

Die folgenden Diagramme zeigen für einen angenommenes Speichervolumen von 100 Tm3 die sich für verschiedene Parameterkombinationen (4 Exponenten K3, 3 verschiedene K1-Werte) die sich ergebenden Abflussganglinien.

 

 

 

B – Modul 39

MOD_TYP Ken1 Ken2 Ken3 Kennlinien Name Beschreibung
39       HAV + WQB

Grünes Becken – sehr kleine Teiche

für sehr kleine Teiche

für sehr kleine Teiche

Befindet sich das Beckenvolumen im durch die Speicherinhaltslinie definierten Bereich, wird Wasser gemäß der WQ-Beziehung abgegeben. Ist das Becken voll, ist Abfluss gleich Zufluss.

detaillierte Beschreibung siehe Modul 31

B – Modul 40

MOD_TYPKen1Ken2Ken3KennlinienNameBeschreibung
40HAV + WBQSee/Teich
mit 2 Ausläufen

Dieses Modul wird über die GWP.Tab als MODUL_TYP 40 aktiviert. Es dient der Berechnung einer Abflussaufteilung in einem Speicher (Teich, See o.ä.), der über 2 Auslässe zwei verschiedene Gewässer speist.

In der GWP.Tab sind die Bezugshöhe HOEHE und der Anfangswasserstand W_Start bereitzustellen. Die Parameter K1 bis K3 werden nicht benötigt.

Wie bei den anderen Modulen zur Seeretention wird eine Speicherinhaltslinie benötigt. So wie bei der SeeRetention_ungesteuertWQ wird die in der WQ-Tabelle unter Q_min angegebene WQ-Beziehung dem Auslass bzw. FGW-Abschnitt zugeordnet, der sich aus dem FGW-Unterlieger des zufließenden FGWs ergibt. Die WQ-Beziehung für den zweiten Auslass wird über Q_max vorgegeben, der gespeiste FGW-Abschnitt über das Steuerwort ABZWEIG in der gwp_XX.fgw vorgegeben.

Für die Berechnung der Seeretention werden beide WQ-Beziehungen zusammengefasst (addiert). Der sich ergebende Abfluss wird entsprechend des Verhältnisses von Q_min und Q_max beim aktuellen Wasserstand auf die beiden Auslässe aufgeteilt.

WQ_MinQ_Max
10000
11000
1201.20
1301.50
1401.51.5
1501.53
1601.54.5

B – Modul 41

MOD_TYPKen1Ken2Ken3KennlinienName
41MindestQQ_Aufteilung_fT
Berücksichtigung zeitabhängiger Aufteilungsregeln

Zur Berücksichtigung zeitabhängiger Aufteilungsregeln im Gewässernetz dient der Bauwerkstyp 41.


Q_Aufteilung_fT

GWP_IDHOEHEW_STARTK1K2K3MODUL
3180000041
..\GIS\GWP.dbf

Der Abschlag in das Nebengewässer ist dafür als Zeitfunktion über die Bewirtschaftungsdaten als Wasserbedarf Unterlieger (DATZ qnu) vorzugeben.

DATEI  TYP   DATZ FORMRBT  RB  X-COORD  Y-COORD    DTD
Bedarf_gwp    txt qnu  E     gwp  0   0864000
..\GIS\ascii.pat\BW_FILE.tab

Ein Beispiel für eine solche Zeitfunktion zeigt die nachfolgende Datei Bedarf_gwp.txt mit einem über mittlere Monatswerte vorgegebenen Jahresgang der Abschläge. Über den Kennwert K2 in der GWP-Datei kann zusätzlich ein im Hauptgewässer verbleibender Mindestabfluss vorgegeben werden.

MM318
16
26
34.5
43.5
52.75
62.5
72.5
82.5
92.5
102.75
114.5
126
Bedarf_gwp.txt

Nach oben scrollen