Hydrau­lische Modellierung (1D/2D)

Um Aussagen zur hydrau­lischen Leistungs­fä­higkeit eines vorhandenen oder geplanten Gewässers treffen zu können, werden häufig hydrody­namisch-numerische Modelle herangezogen. Auf der Grundlage von Geländedaten, Bauwerks­geo­metrien, Flächen­nut­zungen, Pegelmess­werten, Durchfluss­mess­werten, etc. können hydrau­lische Berech­nungs­modelle erstellt und Berech­nungen durchgeführt werden. Im Ergebnis der Berech­nungen erhält man konkrete Informa­tionen zum Fließver­halten an bestimmtem Punkten im Untersu­chungs­gebiet, die z. B. Sohlschubspannung, Überflu­tungs­flächen und Wasser­stände modellieren. Damit sind bereits in frühen Planungs­phasen Aussagen zu den Auswir­kungen neuer Bauwerke auf das Fließver­halten sowie auf die Wasser­stände im Gewässer bzw. dem angren­zenden Gelände möglich. Auch können Extremer­eignisse bereits vor deren Eintreten mithilfe von hydrau­lischen Berech­nungen untersucht und analysiert werden.

Leistungs­profil

  • hydrodynamisch-numerische Modellierung
  • Hochwassersimulationen
  • Hochwassergefahrenkarten
  • Hochwasserschutzkonzepte
  • Ausweisung von Überflutungsflächen
  • Nachweise zur Hochwasserneutralität
  • Bauwerksdimensionierung
  • stationäre Kanalnetzhydraulik
  • instationäre Kanalnetzhydraulik
  • kombinierte Oberflächen- und Kanalnetzhydraulik
  • Überflutungsnachweis nach DIN 1986-100
  • Niederschlags-Abfluss-Modelle (N-A)

Ergebnis­dar­stellung gekoppelte 1D/2D-Überflu­tungs­be­rechnung für ein Starknie­der­schlags­er­eignis

Referenzen Hydrau­lische Modellierung (Auszug)

Hydraulik LK Elbe Elster

Förder­verein Elbe-Elster-Tours e.V., Lieben­werdaer Straße 2
04924 Bad Liebenwerda OT Maasdorf

Details

Besondere Leistung
Zeitraum: 2021 – 2022

Bearbeiter: Dipl.-Ing. Uwe Bielagk, Dipl.-Ing. Max Burucker

Der Förder­verein Elbe-Elster-Tours e.V. sieht es als seine satzungs­gemäße Aufgabe, die Durchführ­barkeit des Gewässer­tou­rismus und die naturnahe Gewässer­ent­wicklung zu unterstützen. In Anlehnung an die bereits durchge­führten Modellie­rungen an zwei Pilotstrecken der Schwarzen Elster (Abschnitt 1 Prieschka–Zeischa, Abschnitt 2 München) wurde der gesamte Gewässer­ab­schnitt der Schwarzen Elster im Landkreis Elbe-Elster modellmäßig erfasst werden.

Hiermit konnten die Auswir­kungen von Maßnahmen, ausgehend vom IST-Zustand zur Niedrig­was­ser­auf­höhung sowie von angepassten Unterhal­tungs­maß­nahmen dargestellt werden. Die Belange des Hochwas­ser­schutzes wurden dabei berück­sichtigt.

Der Umfang der Modellierung ergibt sich wie folgt:

  • Aufbau eines hydraulischen 2D-Modells (Hydro_AS) der Schwarzen Elster im Abschnitt Br. L63 westl. Lauchhammer (km 85+750) bis Arnsnesta (km 29+000)
  • Länge: 56,75 km      
  • Nebengewässer:
    • Pulsnitz
    • Röder (Geißlitz)
    • Kleine Röder
    • Kleine Elster
    • Modellierung des Mündungsbereiches bis jeweils ca. 500 m stromauf
  • Länge gesamt: 58,75 km
  • Modellierung des Flussschlauches auf Grundlage einer Profilvermessung Anzahl QP ca.: 630 Stk.
  • Querbauwerke (Brücken und Wehre): 31 Stk.
  • Hinterland im Bereich der pot. Überflutungsflächen bei HQ100 und der pot. Deichrückverlegungsstrecken, Fläche ca. 322 km²

Hydrau­lische Modellierung der Löcknitz (PR) zwischen Seetor­brücke Lenzen und Wehr Wustrow C, km 27+755 – 36+430

Landesamt für Umwelt Brandenburg, Referat W26
Seeburger Chaussee 2, 14476 Potsdam

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Besondere Leistungen
Zeitraum: 2019 - 2022

Bearbeiter: Dipl.-Ing. Uwe Bielagk, M.Sc. René Schach

Im Rahmen der hydrau­lischen Modellierung der Löcknitz zwischen Seetor­brücke Lenzen und Wehr Wustrow C sollen gewässer­ab­schnittsweise hydrau­lische Spielräume für die Umsetzung von Gewässer­ent­wick­lungs­maß­nahmen ermittelt werden, insbesondere das Belassen von Makrophyten bei der Sohlkrautung, das Belassen bzw. Einbringen von Totholz sowie Gehölz­pflan­zungen innerhalb des Gewässer­profils und die Modifi­zierung der Ufersi­che­rungen.

Maßstab für die Zieler­reichung ist die Herstellung des guten ökologischen Zustands für einen Kernle­bensraum entsprechend dem hydromor­pho­lo­gischen Steckbrief für den Gewässertyp 15. Das Ziel besteht in der Verbes­serung der Gewässer­struktur und der Initiierung einer gewässer­ty­pischen Eigendynamik.

Für die im Gewässer­ent­wick­lungs­konzept vorgeschlagenen Gewässer­ent­wick­lungs­maß­nahmen sollte der hydrau­lische Spielraum mit Hilfe einer 2D-Modellierung ermittelt werden. Einerseits sollten reduzierte Gewässer­un­ter­hal­tungs­maß­nahmen den gewässer­ab­schnittsweise schadlosen, bordvollen Abfluss weiterhin gewähr­leisten. Andererseits war als restrik­tiveres Kriterium ein Wasser­spie­gel­la­gen­anstieg ≤ 5 cm als Vergleichs­zustand zur IST-Situation für die angepasste, reduzierte Gewässer­un­ter­haltung sicher­zu­stellen.

Um dieses Kriterium einzuhalten, sind basierend auf gewässer­ab­schnittsweise ermittelten bordvollen Abflüssen reduzierte Unterhal­tungs­maß­nahmen im entspre­chenden Umfang vorzusehen. Der tolerierbare Wasser­spie­gel­la­gen­anstieg soll unter Berück­sich­tigung der betroffenen Nutzungen nachge­wiesen werden.

Da eine 2D-Modellierung im Vergleich zu einer 1D-Modellierung exaktere Aussagen zu den hydrau­lischen Auswir­kungen von flächenhaft vorzuse­henden Gewässer­ent­wick­lungs­maß­nahmen ermöglicht und diese die hydrau­lischen Prozesse besser abbildet, erfolgt die hydrau­lische Modellierung als 2D HN-Modellierung mit dem Programmpaket Hydro_AS-2D.

Im Rahmen der Projekt­be­ar­beitung wurden die folgenden Aufgaben­schwer­punkte behandelt:

  • Vergleichsprofilmessung 2020: Übermessung 10QP der Gewässervermessung 2008 Ergebnis: die Vermessungen weichen stark voneinander ab, daher musste eine Neuvermessung des Gewässers veranlasst werden
  • vollständige Gewässervermessung in 2020
  • vollständiger Aufbau 2D-Modell auf 8,675 km Gewässerlänge
  • Ortsbegehung 02/2020: Beurteilung Rauigkeiten, Drohnenbefliegung für exakte Abschätzung Rauheitsbelegung im Modell (flächenhafte Polygone)
  • Durchführung von Durchflussmessungen vom Gewässer aus (Bootseinsatz) mit magnetisch-induktivem Strömungsmessgerät OTT MF pro inklusive Einmessung Wasserspiegellagen an 2 Messtagen (08/2020 & 10/2020) für Modellkalibrierung
  • Berücksichtigung von 2 Wehranlagen und 5 Brücken
  • Durchführung Vernässungsanalyse (Verschnitt modellierte Wasserspiegellagen im Ist- und Plan-Zustand bei Mittelwasserabfluss mit Umland-DGM): Ermittlung langjährige Auswirkung von reduzierten Unterhaltungsmaßnahmen auf mittleren Grundwasserstand im Umland in Bezug auf umliegende Landnutzung

Hydrody­namisch-numerische Simulation und Erstellung von Hochwas­ser­ge­fahren- und Hochwas­ser­ri­si­ko­karten an der Schwarzen Pockau Fluss-km 0+000 bis 35+500

Landestal­sper­ren­ver­waltung des Freistaates Sachsen, Betrieb Freiberger Mulde/ Zschopau
Rauenstein 6A, 09514 Pockau-Lengefeld

Details

Bearbeiter: Dipl.-Ing. Uwe Bielagk, M.Sc. Tony Werner, M.Sc. René Schach

Zeitraum: 2018 – laufend

Im Rahmen der Umsetzung der Hochwas­ser­ri­si­ko­ma­nage­mentrichtlinie der Europäischen Union (HWRM-RL; EU-Richtlinie 2007/60/EG), des Wasser­haus­halts­ge­setzes (WHG, §74) und des sächsischen Wasser­ge­setzes (sächs. WG, §71) sind die Hochwas­ser­ge­fahren- und Hochwas­ser­ri­si­ko­karten (HWGK und HWRK) alle sechs Jahre zu überprüfen und erforder­li­chenfalls zu aktuali­sieren. Diese Prüfung hat für die Schwarze Pockau einen Überar­bei­tungs­bedarf aufgezeigt.

Ziel der Untersuchung ist die Aktuali­sierung der HWGK und HWRK. Zu diesem Zweck wurde ein kalibriertes und ggf. validiertes zweidi­men­sionales (2D) hydrody­namisch-numerisches (HN) Modell für den gesamten Untersu­chungs­bereich zzgl. einer ausrei­chenden Vor- und Nachlauf­strecke erstellt und damit Berech­nungen für unterschiedliche HQ(T) durchgeführt. Die durchzu­füh­renden hydrody­namisch-numerischen Simula­tionen sind Grundlage für die Aktuali­sierung der HWGK und HWRK.

Im Rahmen der Projekt­be­ar­beitung wurden die folgenden aufgaben­schwer­punkte behandelt:

  • Erarbeitung der Aufgabenstellung für Vermessungsleistungen
  • Koordinierung von Vermessungsleitungen
  • Ortsbegehung und Beurteilung der Rauigkeiten von 35,5 km Fließgewässer
  • Aufbau eines hydrodynamisch-numerischen 2D-Modellss mit Hydro-AS_2D
  • Berücksichtigung von 8 Wehranlagen, 17 Sohlrampen/Sohlengleiten, 36 Brücken
  • Durchführung der Modellkalibrierung
  • Erstellung von Hochwassergefahren- und Hochwasserrisikokarten im Bereich der Ortslagen
  • Vorstellung der Modellergebnisse bei den anliegenden Gemeinden

Hydrau­lische Nachweis­führung für die bestehenden Regenwas­sernetze (nbbA 1 + nbbA 2) sowie für die Schmutz­was­sernetze (bbA 1 + bbA 2) auf dem Gelände der BASF Schwarzheide GmbH

BASF Schwarzheide GmbH
Schipkauer Straße 1, 01986 Schwarzheide

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Bedarfs­planung
Zeitraum: 2019

Bearbeiter:
Dipl.-Hydrol. Jens Scheumann

  • hydrodynamische Modellierung des Fließverhaltens in den bestehenden zwei RW-Hauptteilnetzen (nbbA 1 und nbbA 2) und SW-Hauptteilnetzen (bbA 1 und bbA 2) für unterschiedliche Regenereignisse (Wiederkehrintervalle: 1a, 3a, 5a)
  • Digitalisierung von Einzugsgebieten aus Bestandsdaten
  • Modellierung unter Einbezug von Sonderbauwerken:
    • Pumpwerke
    • Becken
    • Stauraumkanäle
    • Blockfeldschieberschächte
    • Drosselbauwerke
  • Modellparameter:
    • Anzahl überrechnete Haltungen: 939 (RW); 469 (SW)
    • Anzahl Einzugsgebiete: 42 / ca. 27,2 ha (RW); 111 / ca. 3,5 ha (SW)
    • Gesamtlänge des Netzes: 22,3 km (RW); 11,8 km (SW)
  • Implementierung von Prozesswasserströmen im SW-Netz
  • Erstellung und Zusammenstellung von Themenplänen, hydraulischen Längsschnitten sowie Berechnungsprotokollen
  • Auswertungen von Überstauereignissen
  • Bewertung der Netzauslastung
  • Grundlagenmodell für die Ableitung von Maßnahmen und die Prüfung der Umsetzbarkeit geplanter Vorhaben (Erweiterungen, Anpassungen, Optimierungen,
    Abkopplungen / Außerbetriebnahmen)
  • kontinuierliche Implementierung neuer Daten in das Bestandsnetz

Überstau-/Überflu­tungs­nachweis Quartier­schule Ihmels­straße, Leipzig

Stadt Leipzig Amt für Gebäude­ma­nagement
Prager Straße 126/128, 04317 Leipzig

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Bedarfs­planung

Zeitraum: 2018 - 2019

Bearbeiter:
Dipl.-Hydrol. Jens Scheumann

  • Durchführung eines grundstücksbezogenen Überflutungsnachweises gemäß DIN 1986-100 als Grundlage für eine behördliche Genehmigung
  • Erstellung eines digitalen Geländemodells inkl. Borde, Treppen, Rampen, Einfriedungen sowie sonstigen außengestalterischen Planungselementen des geplanten, ca. 1,7 ha großen Campusgeländes
  • Erzeugung eines 2D-Oberflächenabflussmodells des gesamten Geländes und Festlegung aller Oberflächenparameter
  • detaillierte Modellierung der geplanten Grundstücksentwässerungsanlage mit einer Gesamtlänge von ca. 800 m inkl. aller Anschlussleitungen sowie Straßen- und Rinnenabläufen
  • Erzeugung eines 1D-Kanalnetzmodells aufgeteilt auf 6 Teilnetze und Zuweisung aller erforderlichen Modellparameter (Rohrmaterialien und -nennweiten)
  • Generierung eines 2- und 30-jährigen Modellregeneeignisses als Grundlage für den Überstaunachweis des Kanalnetzes sowie den Überflutungsnachweis
  • hydrodynamische 1D-Modellierung des Kanalnetzes mit Überstaunachweis der Grundstücksentwässerungsanlage für 2-jähriges Niederschlagsereignis
  • gekoppelte 1D-Kanalnetz-/2D-Oberflächenabfluss-Modellierung für 30-jähriges Niederschlagsereignis unter Berücksichtigung von aus dem Kanalnetz austretenden Wasser
  • Ausweisung von Überlaufvolumina aus dem Kanalnetz sowie aus dem Grundstück und Darstellung der Wasserspiegellagen auf Lageplänen inkl. Erzeugung von animierten Fließvorgängen auf der Oberfläche
  • Analyse und Erarbeitung von Lösungskonzepten in Zusammenarbeit mit den Vertretern von AG und Behörde zur Reduzierung bzw. Vermeidung von Überflutungsvorgängen in benachbarte Grundstücke