Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Mit diesem F&E Vorhaben soll der Bedeutung pr\u00e4ziserer Absch\u00e4tzungen von Schmutzfrachtaustr\u00e4gen und \u00dcberflutungen im Bereich der Stadtentw\u00e4sserung Rechnung getragen werden. Nach jahrelanger Pionierarbeit der Antragsteller beim Einsatz von Multiprozessor-Technologien in der Kanalnetzberechnung, ist es ihr Ziel diese in den Dienst eines quantitativen Nachweises der Emissionen aus Misch- und Trennsystemen mittlerer und gro\u00dfer st\u00e4dtischer Einzugsgebiete zu stellen. Dadurch wird die Einbeziehung zunehmend genauerer, multidimensionaler geographischer und meteorologischer Daten zu diesem Zwecke, besser oder \u00fcberhaupt erst m\u00f6glich. Dies soll nicht nur wegen des zwingenden Einsatzes von entsprechenden Nachweisen aufgrund europ\u00e4ischer DIN-Normen geschehen, sondern vor allem im Rahmen einer notwendigen und sinnvollen Erg\u00e4nzung praktischer Ingenieurst\u00e4tigkeit in Zeiten national wie international gestiegener Anspr\u00fcche infolge (klimabedingt) geh\u00e4ufter Extremniederschl\u00e4ge. Um die geforderten Ziele zu erreichen, wurden in den letzten Jahren von einem Teil der beteiligten Antragsteller innovative Komponenten entwickelt, um die Abfl\u00fcsse in den Kanalnetzen zu steuern und die im Kanal vorhandenen Volumina zu aktivieren und f\u00fcr eine Misch- bzw. Regenwasserbehandlung zu nutzen, ohne die Sicherheiten zu beintr\u00e4chtigen. Im Ergebnis dieses F&E Projektes soll dem Planer, aber auch den Genehmigungsbeh\u00f6rden ein wirksames, auf Multiprozessortechnologie und auf dem komplexen Parallelschrittverfahren basierendes Instrument zur Verf\u00fcgung stehen, um – m\u00f6glichst pr\u00e4zise, aber auch einfach – die hydraulischen und \u00f6kologischen Auswirkungen seiner Planungen beim Einsatz moderner Steuerungselemente absch\u00e4tzen und beurteilen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDer Hauptaufwand besteht im Einbau der geforderten Funktionalit\u00e4ten und Komponenten in die bestehende Software bei der Umweltinformatik tandler.com. Die beteiligten Hochschulen sind in erster Linie gefordert, die labortechnischen Voraussetzungen zur Verf\u00fcgung zu stellen, um die Kalibrierungen und Verifikationen der verwendeten Ans\u00e4tze durchzuf\u00fchren. Hier wurden in der Vergangenheit bereits einige Vorarbeiten durchgef\u00fchrt, die zu Erkenntnissen und Erfahrungen gef\u00fchrt haben, auf die dieses Projekt aufbauen kann.
\n1.\tLeistungsphase: Grundlagenermittlung und Grobentwurf, Modulares Design, Formalisierung\/Codierung und Implementierung, Test und Verifikation
\n2.\tLeistungsphase: Test\/Kalibrierung und Verifikation Fortsetzung, Anpassung des Codes, Demonstrationsprojekte, Einbau der Simulation weiterer Steuerkomponenten.
\nDie vorgesehenen Arbeitsschritte der Leistungsphase 1 sollten in einem Zeitrahmen von eineinhalb Jahren durchgef\u00fchrt werden. Es ist vorgesehen die Leistungsphase 2 z\u00fcgig anzuschlie\u00dfen. Ein gesamter Zeitraum von insgesamt 3 Jahren wird zugrunde gelegt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Rahmen des von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) gef\u00f6rderten F&E-Vorhabens wurde die Wirkung unterschiedlicher Systeme zur Beeinflussung des Abflusses in Kanalnetzen untersucht. Hierbei handelt es sich um Einbauten in Sch\u00e4chten, die
\n\u00b7\tan gezielten Stellen den Abfluss verz\u00f6gern und damit eine Speicherwirkung durch R\u00fcckstau erzeugen (HydroStyx-Armaturen), gleichzeitig Entgegenwirkung zu hoher Staulinien oberhalb durch geeigneten Einsatz einer Wehrschwelle, die in den weiterf\u00fchrenden Kanal entlastet.
\n\u00b7\tEinbauten zur Abdeckung der Sch\u00e4chte auf Scheitelh\u00f6he, die zu einer Abflussbeschleunigung durch Reduktion von Abflussverlusten f\u00fchren.
\nVoraussetzung f\u00fcr die Anordnung entsprechender Systeme ist der rechnerische Nachweis der Auswirkungen. Diese betreffen sowohl die Entw\u00e4sserungssicherheit und den Entw\u00e4sserungskomfort als auch das Austragsverhalten durch Mischwasserentlastungen in das Gew\u00e4sser. Dabei sind die Ziele Entw\u00e4sserungssicherheit und Abschlagsreduktion ambivalent. W\u00e4hrend f\u00fcr den Gew\u00e4sserschutz die Mischwasserspeicherung bzw. der R\u00fcckhalt des verschmutzten Abflusses Priorit\u00e4t hat, wird das Ziel der Entw\u00e4sserungssicherheit durch rasche Ableitung aus dem System erreicht. Sicher geht es in beiden F\u00e4llen um die optimale Ausnutzung vorhandener Speicherr\u00e4ume; allerdings stellt sich bei der Abflusssteuerung immer wieder die Frage der Auswirkungen von Folgeregen bei gezielt eingestauten Systemen aus immissionsspezifischen Gr\u00fcnden.
\nDie Beantwortung dieser Frage erfordert Systeme, die in der Lage sind, sowohl das Entlastungsverhalten durch Schmutzfrachtberechnungen als auch das Abfluss- und \u00dcberstauverhalten von Kanalnetzen in Kombination zu simulieren. Die eingangs beschriebenen Ma\u00dfnahmen der gezielten Abflussbeeinflussung erfordern dabei eine hydrodynamische Kanalnetzberechnung. Der Nachweis des Entlastungsverhaltens impliziert allerdings eine Langzeitsimulation. Wenn nicht eine ma\u00dfgebliche Systemvereinfachung der komplexen Ableitungssysteme erfolgen soll, sind auch heute noch die aktuellen Rechnerkapazit\u00e4ten nicht ausreichend, um diese Bedingungen im Rahmen einer Langzeitbetrachtung kombiniert zu berechnen.
\nVor diesem Hintergrund wurden mit den Programmsystemen KANAL++ und DYNA M\u00f6glichkeiten entwickelt, die individuellen Abflussbedingungen nicht nur haltungs- sondern auch schachtspezifisch zu simulieren. Durch den Einsatz von Multiprozessor-Technologien (Tandler, 1994) in der Kanalnetzberechnung sind die geforderten Untersuchungen und Nachweise im Rahmen einer Langzeitsimulation durch hydrodynamische Systemsimulation m\u00f6glich.
\nNach intensiver Bearbeitung in erster Linie durch den Mitarbeiterstamm der tandler.com Umweltinformatik war es am Ende m\u00f6glich erste Kontinuumsimulationen durchzuf\u00fchren. Zum einen wurde die Nachrechnung einer Messkampagne \u00fcber 9 Monate des Bochumer Schattbach-Einzugsgebietes mit sehr guten Ergebnissen durchgef\u00fchrt. (Siehe Abschlussbericht). Dar\u00fcber hinaus wurde eine Langzeitsimulation \u00fcber 15 Jahre mit dem Kanalnetz Landshut vorgenommen. Auch hier sind augenscheinlich sehr gute Ergebnisse zu verzeichnen. Erstmals konnte auch eine Bewertung der Schmutzstoffaustr\u00e4ge bei \u00dcberflutungen auf die Oberfl\u00e4che vorgenommen werden. Insgesamt wurde deutlich, dass man dem Ziel dieses F&E Vorhabens, die gleichzeitige Betrachtung \u00f6kologischer Bilanzen (A128) mit der Beurteilung des Entw\u00e4sserungskomforts (A118) \u00fcber einen Rechenlauf, einen wesentlichen Schritt n\u00e4her gekommen ist.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Es wurden drei Workshops an der TU M\u00fcnchen und im Haus f\u00fcr Umweltinformatik (tandler.com) organisiert und mehrere Messepr\u00e4sentationen durchgef\u00fchrt: U. a. auf der Umweltfachmesse Ecomondo (Rimini\/Italien), Essen, Symposium klares Wasser (Sonthofen), DWA Landesverbandstagungen (Neu-Ulm, Dresden), DWA-Bundestagung (Osnabr\u00fcck), DBU-Tagung (Osnabr\u00fcck), Forschungsreise nach Asien (Indien, Malaysia) mit etwa 30 Pr\u00e4sentationen. Zudem wurden redaktionelle Beitr\u00e4ge in Fachzeitschriften ver\u00f6ffentlicht und Mailingaktionen via Internet durchgef\u00fchrt.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Vorhabensziele der ersten Phase wurden weitgehend erreicht. In den Bereichen der Verifikation und Validation ergibt sich noch etwas Nachholbedarf. Dieser sollte in Phase 2 zus\u00e4tzlich zu den urspr\u00fcnglich dort angesetzten Aufgabenpaketen noch durchgef\u00fchrt werden sollten. Einem weiteren Forschungsprojekt vorbehalten k\u00f6nnte die Ableitung von mehrdimensionalen Niederschlagswahrscheinlichkeitsverteilungen sein, die in der Lage sind, den Ergebnissen der Kontinuumsimulation nahezukommen bzw. \u00e4quivalent sind, jedoch mit deutlich weniger Aufwand durchzuf\u00fchren w\u00e4ren.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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