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Wasserbilanzmodell Morsbach – 19.04.2007 Wasserbilanzmodell Morsbach Präsentation Stand der Arbeiten – Modellaufbau - Nachweisführung 19. April 2007 Wupperverband,

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1 Wasserbilanzmodell Morsbach – Wasserbilanzmodell Morsbach Präsentation Stand der Arbeiten – Modellaufbau - Nachweisführung 19. April 2007 Wupperverband, Wuppertal Morsbach oberhalb Pegel Beckeraue

2 Wasserbilanzmodell Morsbach – Vortragsübersicht Begrüßung Ziele der Untersuchung Verbesserungen gegenüber dem Modell von 1998 Hydraulisches Modell Datengrundlage, Erstellung, Modellierung, Ergebnisse Hydrologisches Modell Datengrundlage, Erstellung, Modellierung, Ergebnisse Detaillierter hydrologischer Nachweis Vorteile, Nachweisführung Detaillierter hydraulischer Nachweis Nachweisführung, Fragen Ausblick/Diskussion

3 Wasserbilanzmodell Morsbach – Ziele der Untersuchung Detaillierte Nachweisverfahren nach BWK M3/M7 Hydrologischer Modellnachweis (Wasserbilanzmodell) Hydraulischer Modellnachweis (stationär ungleichförmige 1D-Berechnungen) Maßnahmenvarianten zur Behebung der Defizite Ergebnisvergleich der vereinfachten und detaillierten Nachweisverfahren Sicherheiten vereinfachter N. Aufwand und Nutzen detaillierter N. Nutzen von Synergien durch zusätzliche Untersuchungen Schmutzfrachtnachweise der Stadtentwässerung nach DWA A-128 Bestimmung von Überschwemmungsgebietsgrenzen (HW-Fragen) Erarbeitung von Auswertetools für Schmutzfrachtnachweise im Rahmen der NASIM-Patenschaften

4 Wasserbilanzmodell Morsbach – Verbesserungen gegenüber Modell von 1998 Aktuelle Profildaten für die hydraulischen Berechnungen Hydraulische Kalibrierungen an mehreren Pegeln Nutzung aktueller digitaler Grundlagendaten Teilgebietsgrenzen Bodendaten Flächennutzungsdaten Digitales Geländemodell Zeitreihendaten Nutzung aktueller Stadtentwässerungsdaten (2005/2006) Kalibrierung an mehreren Gewässerpegeln Kalibrierung an mehreren Kanalnetzpegeln Niedrigwasseruntersuchung Nutzung von Programmweiterentwicklungen

5 Wasserbilanzmodell Morsbach – Untersuchungsgebiet Morsbach Quellbereich Diepmannsbach 320 mNN Mündung 102 mNN Einzugsgebietsgröße Natürlich lt. WV: 47,3 km² N-A-Modell mit anthropogenen Einflüssen : 49,4 km² Versiegelt (Au): Morsbach-EG: 720 ha GKW Kohlfurth: - Au-MV: 600 ha - Au-TV: 400 ha

6 Wasserbilanzmodell Morsbach – Hydraulisches Modell - vermessene Gewässerbereiche - Morsbach km 0,0 bis 13,8 Mündung in die Wupper bis Mündung Diepmannsbach 340 Profile Diepmannsbach km 0,0 bis 1,078 Mündung in den Morsbach bis zur Autobahnbrücke A1 49 Profile Müggenbach km 0,0 bis 1,369 Mündung in die Wupper bis Brücke "zum Brodtberg 49 Profile Gelpe km 0,0 bis 4,619 Mündung in die Wupper bis Mündung Dornbach 117 Profile Dornbach km 0,0 bis 1,123 Mündung in die Gelpe bis Steingarten 48 Profile Leyerbach km 0,0 bis 4,659 Mündung in die Wupper bis Verrohrung "Am Grünen Streifen 118 Profile Inges. 26,65 km und 721 Profile, mittlerer Profilabstand: 37 m

7 Wasserbilanzmodell Morsbach – Erstellung des hydraulischen Modells Übernahme der vorhandenen Modelle (Programm Jabron, Version 6.4) Prüfung Sind Profilnachvermessungen erforderlich? Sind Profilverlängerungen erforderlich? Sonstiges Definition hydraulischer Randbedingungen (Verluste, Begrenzungshöhen, abflusswirksame Bereiche etc.) Stationär ungleichförmige 1D-Berechnungen nach DVWK 220 Kalibrierung an den Abflussmessungen bzw. an den Abflusstafeln der vorhandenen Gewässerpegel (stationäre und temporäre) Integration der maßgeblichen Hochwasserabflüsse Definition der Anfangsbedingungen

8 Wasserbilanzmodell Morsbach – Hydraulische Ergebnisse Profilweise Berechnung der bordvollen Leistungsfähigkeiten Wasserspiegellagenberechnungen für HQ 1, 2, 5, 10, 25, 50, 100 Ergebnistabellen Hydraulische Längsschnitte für 3 WSP Querprofile mit 2 Wasserspiegellagen Überschwemmungsgebietsgrenzen für einen maßgeblichen Abfluss Hydraulischer Nachweis M7 (Sohlschubspannung) für HQ2 Ist-, Prognose- und PotNat-Zustand Optimierungsvariante im Hinblick auf eine erfolgreiche hydraulische Nachweisführung

9 Wasserbilanzmodell Morsbach – Hydrologisches Modell Umfangreicher Dateninput Modellerstellung; kombiniertes Schmutzfracht- und Wasserbilanzmodell (NASIM 3.6) Tageswertmodell kontinuierliches Hochwassermodell Validierung/Kalibrierung/Verifizierung des hydrologischen Modells Modellsimulationen für Ist-Zustand Prognose-Zustand Potenziell naturnaher Zustand Varianten

10 Wasserbilanzmodell Morsbach – Böden Überwiegend Braunerden (meist lehmiger Schluff) In Gewässernähe Auenböden und Gleye (schluffiger Lehm)

11 Wasserbilanzmodell Morsbach – Flächennutzung

12 Wasserbilanzmodell Morsbach – Topografie DGM5 (10x10 m) Fließwege Isochronen Zeitflächen- funktionen

13 Wasserbilanzmodell Morsbach – Stadtentwässerung - Aktuelle Datenerhebung - Einzugsgebiet Klärwerk Kohlfurth Trenngebiete Mischgebiete Bauwerke Hauptsammler / Transportsammler Trockenwetterabfluss Informationen zur Autobahnentwässerung Ganglinien Berücksichtigung aller Einleitungen in die Gewässer 1 : 1 - Abbildung im N-A-Modell für den Ist- und Prognose-Zustand

14 Wasserbilanzmodell Morsbach – Teilgebiete Teilgebietseinteilung Gewässerstationierungskarte (TK25) Teilgebietseinteilung Digitalisierung Wupperverband (DGK5) Stadtentwässerungsgrenzen Autobahnentwässerung Einleitstellen (direkte, Bauwerke) Pegel Talsperren, HRB, Teiche 256 Teilgebiete

15 Wasserbilanzmodell Morsbach – Zeitreihendaten Klimadaten Niederschlagsdaten Tageswerte Schreiber Temporäre Aufzeichnungen Zuordnung der Stationen (Basis:Thiessen und Topografie) Pegeldaten Stationäre Pegel (Ronsdorf/Leyerbach, Beckeraue/Morsbach) Temporäre Pegel (Leyerbach, Gelpe) Pegel der Stadtentwässerung (Zufluss, Abfluss, Entlastung, Beckeninhalt)

16 Wasserbilanzmodell Morsbach – Dateninput N-A-Modell Böden Flächennutzung Topografie Stadtentwässerung Teilgebiete Gerinnedaten (+ ca. 60 repr. Profile) Talsperrenkenndaten Zeitreihendaten Hydrologisches Modell Nasim

17 Wasserbilanzmodell Morsbach – Systemplan / Systemelemente z.Z. ca. 420 Elemente (Ist-Zustand) 256 Teilgebiete (davon 170 städtische) 100 Speicher 50 sonst. TE 10Systemausgänge Prognose-Zustand und Pot-Nat-Zustand sind direkt abzuleiten Parallele Abbildung Gewässernetz und Stadthydrologie

18 Wasserbilanzmodell Morsbach – Hydrologische Kalibrierung Tageswertkalibrierung (Bilanzierung) an 4 Gewässerpegeln Kalibrierung des Modells mit kleinen Zeitschritten an 4 Gewässerpegeln und ca. 12 Messstellen im Kanalnetz Simulationszeitschritt: 5 Minuten Aussagen zu Abflussscheitel und –fülle für Kalibrierereignisse Det. Überprüfung der Stadthydrologie durch Kanalmessstellen Verifizierung des Modells Grafische Darstellung der Ergebnisse

19 Wasserbilanzmodell Morsbach – Hydrologische Ergebnisse Tageswertsimulation Niedrig- und Mittelwasseruntersuchungen Kontinuierliche Simulation Langzeitsimulation (Zeitschritt 5 Minuten) Ronsdorfer Talsperre wird während der gesamten Simulation als voll (Stauziel) angenommen Ist-, Prognose- und Pot-Nat-Zustand Ergebnisse der Abflussanteile HQ1-Ermittlung an allen Systemknoten Extremwertstatistik für HQ 2, 5, 10, 25, 50, 100 an allen Systemknoten Hydrologische Längsschnitte Hydrologischer Nachweis M7 (Gewässerabfluss) Ist-, Prognose- und PotNat-Zustand Optimierungsvariante im Hinblick auf eine erfolgreiche hydrologische Nachweisführung

20 Wasserbilanzmodell Morsbach – Hydrologischer Längsschnitt (Bsp.)

21 Wasserbilanzmodell Morsbach – Detaillierter hydrologischer Nachweis - Allgemein Vorteile des detaillierten Nachweises nach M3/M7 im Vergleich zum vereinfachten Nachweis Berücksichtigung des tatsächlichen Abflussgeschehens im EG Ortsspezifische Ermittlung der hydrolog. Kenngrößen (HQ 1, HQ 2 ) Bewirtschaftungsansatz Bessere Volumenausnutzung vorhandener Becken Mögliche Nutzung von HRB-Volumen als RRB Nachweis an Einleitstellen und für gesamtes Siedlungsgebiet Optimierung der erforderlichen Retentionsbecken auf der Basis einer Langzeitsimulation Verbesserte Eingangsdaten für den vereinfachten stofflichen Nachweis (MNQ, HQ 1,potnat ) i.d.R. geringere Rückhaltevolumina erforderlich

22 Wasserbilanzmodell Morsbach – Nachweis für das gesamte Einzugsgebiet an den Modellknoten (Modellschnitten) Ermittlung HQ 1 (potnat, ist und prog) und Ermittlung HQ 2,potnat,HQ 2,prog Prüfung der vorh. Becken und Einleitungen (Nachweisort) Darstellung evtl. Defizite Optimierung der Einleitungen (erf. RRB-Drosselabgaben) auf der Basis HQ 1,prog HQ 2,potnat (mittleres und hohes WBP) bzw. HQ 2,prog HQ 2,potnat (geringes WBP) Bemessung des Volumens auf der Basis der zul. Überlaufhäufigkeit Bei Nutzen vorhandener HRB-Volumen als RRB Prüfung der Hochwassersicherheit Ergebnisdarstellung im hydrologischen Längsschnitt Detaillierte hydrologische Nachweisführung

23 Wasserbilanzmodell Morsbach – Hydrologischer Längsschnitt Detaillierter hydrologischer Nachweis - Beispiel Ergebnisdarstellung HQ 1,potnat 1,1*HQ 1,potnat HQ 2,potnat HQ 1,prog HQ 1,ist Einleitung Gewässerverlauf MündungQuelle

24 Wasserbilanzmodell Morsbach – Nachweis für die vermessenen Gewässerabschnitte Definition der kritischen Sohlschubspannung für das nat. Sohlsubstrat Ermittlung der vorh. Sohlschubspannung bei HQ 2 für den Prognose-Zustand durch 1D-WSP-Berechnungen (Nachweisraum) Darstellung evtl. Defizite, Begründung der Defizite Entwicklung einer Variante zu erfolgreichen Nachweisführung auf der Basis HQ2,prog krit Ergebnisdarstellung im hydraulischen Längsschnitt bzw. tabellarisch FRAGEN zum hydraulischen Nachweis Kritische Sohlschubspannung: Vorhandenes oder pot. nat. Sohlsubstrat Det. hydraulischer Nachweis nur dort erforderlich, wo det. hydrol. Nachweis nicht erfolgreich geführt werden kann (Kap. 1.8: Abb. 2 und Kap ) Nachweis erfüllt (Kap ): Störereignis: Auf krit Ereignisfilter: 5 Tage Langzeitsimulation Hydraulik (Kap und ) Detaillierte hydraulische Nachweisführung

25 Wasserbilanzmodell Morsbach – Detaillierter hydraulischer Nachweis - Beispiel für tabellarische Ergebnisdarstellung

26 Wasserbilanzmodell Morsbach – Ausblick / Diskussion AUSBLICK Modellerstellung (Hydrologie, Hydraulik) in Kürze beendet; nach Eingang der noch fehlenden Eingangsdaten werden diese eingearbeitet Weitere Arbeitsschritte folgen im direkten Anschluss DISKUSSION Modellauswahl, Datengrundlagen, Modellerstellung, Nachweisführung (Grundsätze, Konzept, Kalibrierung, Ergebnisse) Klärung der derzeitigen Fragen zu den detaillierten Nachweisen

27 Wasserbilanzmodell Morsbach – Wasserbilanzmodell Morsbach Morsbach oberhalb Pegel Beckeraue Wasserbilanzmodell Morsbach Präsentation Stand der Arbeiten – Modellaufbau - Nachweisführung 19. April 2007 Wupperverband, Wuppertal


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