Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Das \u00fcbergeordnete Ziel dieses F&E Projektes war die Minderung der Schmutzfrachtaustr\u00e4ge unter Beibehaltung des Entw\u00e4sserungskomforts. Das Vorhaben sollte der Bedeutung pr\u00e4ziserer Absch\u00e4tzungen von Schmutzfrachtaustr\u00e4gen und \u00dcberflutungen im Bereich der Stadtentw\u00e4sserung Rechnung tragen. Nach langj\u00e4hriger Pionierarbeit der Antragsteller beim Einsatz von Multiprozessor-Technologien in der hydrodynamischen Kanalnetzberechnung, war es das Ziel, diese in den Dienst eines quantitativen Nachweises der Emissionen aus Misch- und Trennsystemen mittlerer und gro\u00dfer st\u00e4dtischer Einzugsgebiete zu stellen. Dadurch sollte die Einbeziehung zunehmend genauerer, multidimensionaler geographischer und meteorologischer Daten zu diesem Zwecke besser bzw. \u00fcberhaupt erst m\u00f6glich werden. Dies sollte 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 den Projektpartnern 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.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDer Hauptaufwand bestand im Einbau der geforderten Funktionalit\u00e4ten und Komponenten in die bestehenden Softwareverfahren bei der Umweltinformatik tandler.com. Die beteiligten Hochschulen waren in erster Linie gefordert, die labortechnischen Voraussetzungen zur Verf\u00fcgung zu stellen, um die Kalibrierungen und Verifikationen der verwendeten Ans\u00e4tze durchzuf\u00fchren.
\n1. Leistungsphase: Ber\u00fccksichtigung von passiven Steuerkomponenten Gerinneabdeckung und
\n Abflussbremse. Entwicklung von Nachweisverfahren, Schmutzfracht- und
\n Schleppspannungsberechnung.
\n2. Leistungsphase: Test\/Kalibrierung und Verifikation, Demonstrationsprojekte Bochum-Schattbach,
\n Augsburg Ost und M\u00fclheim\/Ruhr. Nachweis weiterer Steuerkomponenten wie Pumpen- und
\n Drosselsysteme mit Hysterese sowie bewegliche Wehre. Einbau von Sanierungs- und
\n Vergleichsvarianten insbesondere einer sog. Zentralbeckenvariante, verteilte ungleichm\u00e4\u00dfige
\n Beregnung, hydrodynamische Langzeitsimulationen, verteilte Berechnung in einem
\n Rechnerverbund, Vorstellung des Verfahrens bei den zust\u00e4ndigen Genehmigungsbeh\u00f6rden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Rahmen des Vorhabens wurde die Wirkung unterschiedlicher Systeme zur Beeinflussung des Abflusses in Kanalnetzen untersucht. Hierbei handelt es sich um Einbauten in Sch\u00e4chten, die
\n\tan gezielten Stellen den Abfluss verz\u00f6gern und damit eine Speicherwirkung durch R\u00fcckstau
\n erzeugen (Abflussbremsen)
\n\tEinbauten zur Abdeckung der Sch\u00e4chte auf Scheitelh\u00f6he, die zu einer Abflussbeschleunigung
\n durch Reduktion von Energieverlusten bei Schachteinstau f\u00fchren.
\nVoraussetzung f\u00fcr die Anordnung entsprechender Systeme ist der rechnerische Nachweis. Diese betreffen sowohl die Entw\u00e4sserungssicherheit und den Entw\u00e4sserungskomfort als auch das Austrags- bzw. Entlastungsverhalten 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. In beiden F\u00e4llen geht es um die optimale Ausnutzung vorhandener Speicherr\u00e4ume. Dies erfordert Systeme, die in der Lage sind, sowohl das Entlastungsverhalten durch Schmutzfrachtberechnungen als auch das Abfluss- und \u00dcberstauverhalten von Kanalnetzen in Kombination hydrodynamisch zu simulieren. Der Nachweis des Entlastungsverhaltens impliziert allerdings eine Langzeitsimulation. Bisher reichte die aktuelle Rechnerkapazit\u00e4t f\u00fcr die verf\u00fcgbaren Verfahren nicht aus, um ohne ma\u00dfgebliche Systemvereinfachung der komplexen Ableitungssysteme, diese Bedingungen im Rahmen einer Langzeitbetrachtung kombiniert zu berechnen. Vor diesem Hintergrund wurden die Programmsysteme ++SYSTEMS und DYNA zum hydrodynamischen Schmutzfrachtmodul FLOW++ weiterentwickelt, welches die individuellen Abflussbedingungen nicht nur haltungs- sondern auch schachtspezifisch simuliert. Durch den Einsatz von Multiprozessor-Technologien in der Kanalnetzberechnung sind die geforderten Untersuchungen und Nachweise im Rahmen einer Langzeitsimulation durch hydrodynamische Systemsimulation erstmals in praktikabler Zeit m\u00f6glich.
\nMit dem neuen Verfahren FLOW++ wurden mehrere Kontinuumsimulationen durchgef\u00fchrt. Die Simulation einer 9-monatigen Messkampagne des Bochumer Schattbach-Einzugsgebietes ergab eine nahezu exakte \u00dcbereinstimmung der Simulationsergebnisse mit den gemessenen und verifizierten Werten und eine weitaus genauere Absch\u00e4tzung der Schmutzfrachtaustr\u00e4ge als bisherige hydrologische Nachweisverfahren erreichen konnten. Eine Langzeitsimulation \u00fcber 16 Jahre mit dem Kanalnetz der Stadt Augsburg \u00f6stlich des Lechs best\u00e4tigte dies nochmals. Erstmals konnte auch eine Bewertung der Schmutz- stoffaustr\u00e4ge bei \u00dcberflutungen auf die Oberfl\u00e4che vorgenommen werden. Insgesamt wurde deutlich, dass das Ziel des Vorhabens, die gleichzeitige Betrachtung \u00f6kologischer Bilanzen (A 128) mit der Beurteilung des Entw\u00e4sserungskomforts (A 118) in einem Rechenlauf, um darauf aufbauend \u00f6kologisch und wirtschaftlich effiziente nachhaltige Sanierungsma\u00dfnahmen durchzuf\u00fchren zu k\u00f6nnen, erreicht wurde.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Als Ergebnis dieses F&E Projektes kann den Partnern, Genehmigungsbeh\u00f6rden, Hochschulen, Betreibern, planenden und ausf\u00fchrenden Ingenieurb\u00fcros ein wirksames, auf Multiprozessortechnologie und auf dem komplexen Parallelschrittverfahren basierendes Instrument (FLOW++) zur pr\u00e4zisen, aber auch einfachen Absch\u00e4tzung und Beurteilung der hydraulischen und \u00f6kologischen Situation im Kanalnetz bzw. im Gew\u00e4sser zur Verf\u00fcgung gestellt werden. Das Verfahren eignet sich sowohl zur Bestimmung des IST-Zustands als auch f\u00fcr den Vergleich verschiedener Planungszust\u00e4nde zur Optimierung der hydraulischen und \u00f6kologischen Auswirkung geplanter Netzerweiterungen und Optimierung mit den im Verfahren ber\u00fccksichtigten Steuerkomponenten.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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