DHI-WASY Aktuell 4/12

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DHI-WASY Aktuell 4/12, MIKE by DHI, FEFLOW, Software

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DHI-WASY Aktuell 4/12

  1. 1. 4/12EditorialWASY Aktuell: 18 Jahre ein MIKE by DHISpiegel für erfolgreiche ArbeitStefan KadenGeschäftsführer DHI-WASY GmbHMit diesem Editorial verabschiede ich mich Release 2012von den Lesern der DHI-WASY Aktuell. Ichwerde Anfang 2013 mit meinem 65.Geburtstag in den Ruhestand treten. Dannübernimmt Herr Simon Henneberg eigen-verantwortlich die Geschäftsführung.Die WASY Aktuell gibt es nun seit 18 Jahren!Sie war und ist ein Spiegel der langjährigerfolgreichen Arbeit der WASY / DHI-WASYGmbH und der hervorragenden Zusam-menarbeit mit Projektpartnern und Auf-traggebern. Ihnen und natürlich auch unse-ren Mitarbeitern ganz herzlichen Dank! Fortsetzung auf Seite 2InhaltRelease 2012Neuerungen bei MIKE by DHI Software 1Offshore-WindparksConsulting für Planung, Bau und Betriebvon Offshore-Anlagen 4WAMSIM-PlanerBerechnung dynamischer Belastungen aufVertäuungssysteme infolge von Wellen-bewegungen 6„Perspektive LebendigeUnterems”– Wasserbauliche Analysenzur Lösung des Schlickproblems in der Ems 7 Christian PohlHavel-SpreegebietUntersuchung der Klimaauswirkungenmit WBalMo 9 Was ist neu? Des Weiteren sind eine Reihe neuer Funk-Lausitzer Neiße Diese Frage möchten wir Ihnen gegliedert tionen zur Optimierung der täglichen Ar-Zwei neue Modelle zur Wasserbewirtschaf- nach Einsatzgebieten der Software beant- beitsabläufe verfügbar, u. a. für den Aufbautung und Hochwasservorhersage 10 worten. Sicherlich können wir in dieser von 1D-/2D-Abwassermodellen:Ammonium-Kontamination Ausgabe der DHI-WASY Aktuell nicht auf • Berechnen von Länge und Gefälle inLangzeitsimulation im Einzugsgebiet desBerliner Wasserwerks Friedrichshagen 12 alle Neuigkeiten eingehen. Wir freuen uns Einzugsgebieten jedoch auf Ihren Anruf oder Ihre E-Mail, • Erstellen von Gerinnequerschnitten ausProbenahme in der um Ihnen persönlich die neuen Funktio- HöhenmodellenHa Long Bay, Vietnam 15 nalitäten vorzustellen. • Laterales Einfangen von KnotenEvaSim abgeschlossen • Automatisches Verbinden von Oberflä-Methoden zur Steuerung von Verkehr cheninfrastruktur mit dem Kanalnetzbei hochwasserbedingter Evakuierungstehen jetzt zur Verfügung 16 Städtisches Wasser • Erweiterte automatisierte Beschriftungs- funktionen.Neue Messgeräte MIKE URBAN – die Komplettlösung fürzur Überwachung der Wasserqualitätbei DHI 17 urbanes Wasser Das Abgrenzen von Einzugsgebieten auf MIKE URBAN in der Version 2012 bietet Basis eines digitalen Geländemodells erhöhtNachrichten 18 seinen Nutzern verbesserte Performanz darüber hinaus deutlich die Genauigkeit im• Personalien und eine Reihe neuer Werkzeuge wie z. B. Vergleich zu rein geometrischen Methoden.• Nachlese Kalibrierungskurven und -berichte. Letz- – 3rd International FEFLOW User Conference – DHI-WASY auf der INTERGEO 2012 tere unterstützen die Analyse gemessener Verbesserte 2D-Oberflächenabflusskom- – GeoFES on the Road und simulierter Daten und stellen Ver- ponente – DHI-WASY auf der Florian 2012 gleiche zwischen Zeitreihen und statisti- • 2D-Anfangsbedingungen (z. B. Wasser-• Veranstaltungstermine 2013 schen Daten dar. stände) definieren
  2. 2. 2 Produkte • 2D-Wasserstands- und 2D-Zuflussrand- sowohl die Benutzerfreundlichkeit verbes- • Agenten-/Individuenbasierte bedingungen festlegen sern als auch die Anwendungsmöglich- Modellierung • Räumlich verteilten Niederschlag im 2D- keiten erneut erweitern. Ein neues Modul, das sogenannte ABM Modell eingeben. Lab, wird Teil der Version 2012. Mit Einige ausgewählte Beispiele: ABM Lab kann der Verbleib und das Optimierung des Rechenkerns in MIKE Verhalten sich selbständig bewegender URBAN Collection System • Linux Unterstützung von Rechen- Organismen im Wasser modelliert wer- • Zusätzlicher 1D-Rechenkern MIKE 1D, kernen den, typischerweise von Fischen. ABM entwickelt und optimiert für parallelisier- Die MIKE 21 und MIKE 3 Rechenkerne Lab ist nahtlos in ECO Lab integriert, te Berechnungen von Kanalnetzen der FM Serie wurden für die Ausführung kann aber auch eigenständig genutzt • Volle 64-bit Unterstützung für den auf Linux Computern portiert, somit werden. MOUSE Rechenkern. ist die Nutzung von Computer- clustern ab sofort möglich. • Verbesserte Strukturbeschreibungen Wichtige Verbesserungen in den MIKE Küsten & Meer • MIKE Animator Plus 21 und MIKE 3 Strukturbeschreibun- Eine neue Version des MIKE Animators gen, z. B. von Gezeitenturbinen, sind Neue Maßstäbe im marinen Bereich mit verbesserter Funktionalität (inklusive nun verfügbar. Besonders hervorzuhe- definieren Support für MIKE 3-Dateien) ist veröf- ben: In der Flexible Mesh-Reihe von Die 2012er Version der marinen Produkte fentlicht. MIKE 21 und MIKE 3 wurde eine neue steckt voller neuer Möglichkeiten, die Option für Deichstrukturen implemen- tiert. Deichstrukturen werden gleicher- maßen durch strukturspezifische Daten- parameter wie durch ihren Standort und Geometrie definiert. Die Verortung in der horizontalen Ausdehnung ist durch zwei oder mehr Georeferenz- punkte (eine Polylinie) gegeben, die die Breite der Struktur senkrecht zur Fließ- richtung definiert. Jeder Punkt auf der Polylinie sollte eine Kronenhöhe zugewiesen bekommen. Abb. 1: MIKE 21 FM Somit kann innerhalb des Modell- Deichbauwerk bereiches entlang einer Deichstruktur eine räumliche Verteilung von Kronen- höhen ermittelt werden. Deichstrukturen werden im Allgemeinen dazu benutzt, lokale Durchflusshinder- Fortsetzung von Seite 1 DHI-WASY bleibt als Marke und eigen- MIKE Customised steht für problem- und ständige GmbH erhalten, aber mit neuem kundenspezifische Lösungen (Solutions), Was waren Höhepunkte 2012? Design. die vorwiegend auf MIKE by DHI aufbau- An erster Stelle ist hier die internationale en. Die DHI Akademie bündelt alle unsere FEFLOW-Konferenz im September 2012 in DHI-Aktivitäten im Bereich Wissenstrans- Berlin (s. Nachlese in dieser Ausgabe) mit fer, Training u. a. Details finden Sie hier: dem Release von FEFLOW 6.1 zu nennen. http://www.dhigroup.com/News/Newslet Über einige wichtige Projekte wird nach- ters/corporateNewsletter/htmlFiles/2012/ folgend berichtet. 10/Oct2012-Special-Announcement.aspx. Die DHI Gruppe hat seit vergangenem Die DHI-WASY GmbH wird das neue Monat ein neues Markengesicht Neben der bereits bekannten Marke MIKE Markenkonzept für den deutschsprachi- (Branding). by DHI, nur in neuem Design gen Markt umsetzen. Wir können Ihnen damit im neuen Jahr ein erweitertes Leistungsspektrum anbieten. Für das kommende Weihnachtsfest und für das Neue Jahr 2013 wünsche ich Ihnen alles Gute! Ich würde mich freuen, auch zukünftig mit Ihnen im Kontakt zu gibt es zwei neue Marken: bleiben. Als Berater stehe ich DHI-WASY weiterhin zur Verfügung. Damit verbunden ist eine stärkere Fokussierung auf den Kernbereich der Berlin, November 2012 Arbeiten: „Water Environments“, passend zu unserem alten WASY Slogan „Wasser Stefan Kaden und Umwelt“. Geschäftsführer
  3. 3. Produkte 3 nisse oder andere besondere topografi- • Erstellen räumlich verteilter Nieder- len Sprachen und in über 30 Ländern sche Merkmale zu beschreiben, die schläge weltweit an. Die aktuellen Kurspläne fin- nicht in der Modell-Bathymetrie enthal- Für die Vorbearbeitung von stationsba- den Sie unter: www.mikebydhi.com/ ten sind. Damit stellen sie sowohl für sierten zeitlichen Daten ist ein neues Training.aspx küsten- als auch für binnenländische An- Werkzeug verfügbar, um räumlich und wendungen äußerst nützliche Gebilde zeitlich variierende 2D-Netzdateien zu Verlässlichkeit ist ein weiterer Schlüssel- http://www.mikebydhi. dar. Der Abfluss aus einem vom Deich erstellen. Das Werkzeug nutzt Thiessen begriff. Wir bieten Software, lokalen com/Training.aspx bedeckten Gebiet wird mit Hilfe einer Polygone oder die Methode der inver- Support und Vor-Ort Schulungen höchster Standardformel für Wehre berechnet. sen Distanzwichtung. Qualität und Effizienz an. DHIs Rolle als weltweit führendes Unternehmen in den • MIKE SHE Stofftransport Advektion/ Bereichen Modellierung und Wissens-Wasserresourcen Dispersion (AD) parallelisiert transfer für alle wasserrelevanten Frage- Die mit der Version 2011 eingeführte stellungen stellt sicher, dass sich IhreDie Welt der Wasserressourcen neu Parallelisierung und Leistungssteigerung Investition in MIKE Software und Mo-gestalten der Hydrodynamik (HD) Lösung ist nun dellierungskompetenz auch in ZukunftDie Version 2012 bietet signifikante neue ebenfalls für den AD Bereich verfügbar. bezahlt macht.Entwicklungen und Werkzeuge im Bereichder Wasserressourcen. Die MIKE by DHI Version 2012 setzt die Grundwasser und poröse Tradition der ständigen Verbesserung vonDie folgenden Beispiele zeigen nur eine Medien Technik und Benutzerfreundlichkeit konti-Auswahl an Neuerungen: nuierlich fort. FEFLOW• MIKE HYDRO BASIN FEFLOW 6.1 setzt einen neuen Standard Die Benutzeroberfläche für die DHI Was- in der Grundwassermodellierung: Die serressourcenprodukte heißt zukünftig gesamte Bandbreite seiner Funktionalität MIKE HYDRO. Mit der Version 2012 ist ist jetzt in einer modernen, prozessop- MIKE BASIN als erstes Produkt in timierten Benutzeroberfläche vereint. In- MIKE. Das Modul zum Flusseinzugs- formationen zu FEFLOW entnehmen Sie gebietsmanagement kann für verschie- bitte der DHI-WASY Aktuell 3/2012, in dene Bereiche, wie beispielsweise IWRM, der wir ausführlich über das neue Release Bewertung von Wasserressourcen und berichtet haben; siehe auch Nachlese Speichern sowie für weitere Analy- zur FEFLOW-Konferenz 2012 in dieser sen und Planungen genutzt werden. Ausgabe.• MIKE FLOOD Stofftransport Advek- tion/Dispersion (AD) Viel mehr als nur Ab der Version 2012 können mit MIKE Modellierungssoftware ... FLOOD Advektions-Dispersionsmodel- lierungen (AD) durchgeführt werden. The Academy by DHI Volldynamische gekoppelte Hydrodyna- DHI ist weltweit führend im Aufbau und Sehr geehrte Kundinnen und Kunden, mik (HD) – und AD-Simulationen sind dem Transfer von Wissen im Bereich ebenso möglich – sowohl für kartesische Wasser. Die MIKE-Produktfamilie ist dabei wenn Sie die DHI-WASY Aktuell in den Raster (SG-Single Grid) als auch für das Hauptinstrument, um die globale Händen halten, sollte das neue Release Flexible Mesh (FM) Versionen. Expertise weiter zu geben. Verfügbarkeit 2012 bereits bei Ihnen eingetroffen sein. Ist dies nicht der Fall, so bitten wir Sie, ist ein Schlüsselbegriff für den Umgang sich bei uns zu melden, so dass Sie• MIKE 11 Rechenkernverbesserung mit dem bei DHI vorhandenen Wissen. schnellst möglich in den Genuss der MIKE 11 hat einen 64-bit Rechenkern Neben den MIKE–Produkten und dem neuen Funktionalitäten kommen können bekommen und verfügt damit über eine zugehörigen Fachwissen bietet DHI eine [mikebydhi.de@dhigroup.com oder +49 höhere Simulationsgeschwindigkeit und große Palette an Schulungen und soft- (0)4242 1638-10]. über ein optimiertes Speicherhandling. warebezogener Projektbegleitung in vie-
  4. 4. 4 Consulting Offshore-Windparks Consulting für Planung, Bau und Betrieb von Offshore-Anlagen Florian Ladage Der Ausbau der erneuerbaren Energien ist der Küste entfernt liegen, meistern zu kön- und bleibt in Deutschland ein immer noch nen, bietet DHI-WASY einen fundierten viel diskutiertes Thema. Dabei wird die Ansatz zur optimalen Ermittlung von Offshore-Windenergie eine zentrale Rolle hydrographischen Standortbedingungen: spielen, auch wenn aktuelle Probleme mit Es werden Hindcast-Modelle genutzt, die Netzanbindungen und Schallemissionen anhand von Messdaten ausführlich vali- beim Bau der Tragstrukturen den Ausbau diert wurden, um lange Zeitreihen von teilweise verzögert haben. Strömungen, Wasserständen und Wellen- parametern für die Projektgebiete zu DHI-WASY war und ist für zahlreiche Off- erzeugen. Dazu kann auf die MIKE by DHI shore-Windparks in der Nord- und Ostsee Software zurückgegriffen werden, die mit Abb. 2: Korrelation von gemessenen und modellier- beratend tätig. Neben dem Consulting für MIKE 21 HD sowie MIKE 21 SW die geeig- ten signifikanten Wellenhöhen am Standort FINO3 (Daten: © BSH) Häfen, Ästuare und Küsten sind Projekte neten Programmpakte für hydrodynami- für Offshore-Windparks ein wesentlicher sche bzw. spektrale Wellenmodelle liefert. Erfolgsfaktoren für Planer und Windpark- Themenschwerpunkt in der Abteilung Hy- betreiber ist. Neben der Ermittlung von drodynamik und Küsteningenieurwesen. Hindcast-Modelle sind für die Nord- und Wetterfenstern, basierend auf Hindcast- DHI-WASY begleitet die Kunden von den Ostsee vorhanden. Durch die Auswertung Ergebnissen, liefert DHI auch Vorhersagen ersten Planungsschritten des Basic Design der Hindcast-Daten lassen sich u. a. fol- von Wellen- sowie Wind- und Wetterdatenhttp://www.waterforecast .com bis zum Rückbau der Anlagen und beant- gende statistische Designparameter defi- (www.waterforecast.com). wortet dabei Fragestellungen, die vom nieren: Meeresboden bis zur Wasseroberfläche • Ermüdungslasten für Normalbedingun- Sedimenttransport und reichen. Besonders wertvoll ist, dass die gen (FLS – Fatigue Limit State) Morphodynamik DHI-Gruppe auf über 20 Jahre Erfahrung • Extremwerte für verschiedene Wieder- Dreidimensionale Modelluntersuchungen zurückgreifen kann, seit 1991 in Vindeby kehrintervalle (ULS – Ultimate Limit mit MIKE 3 können ebenfalls für die Pla- (Dänemark) der erste Offshore-Windpark State) nung von Offshore-Windparks eingesetzt der Welt errichtet wurde. • Bivariate Extremwerte für mehrere Para- werden. Sedimenttransport-Modelle wur- meter (JPA – Joint Probability Analysis). den z. B. genutzt, um im Rahmen des Hindcast-Modelle für Genehmigungsantrags die Auswirkungen Metocean-Daten Das von DHI kürzlich aktualisierte Hind- der Sedimentverdriftung beim Aushub Abb. 1: Modellnetz für Um die Herausforderungen bei der Pla- cast-Modell der Nordsee bietet nun fol- von Unterwasserbaugruben für Schwer- MIKE 21 SW Hindcast- nung, beim Bau und beim Betrieb von gende Vorteile: lastfundamente zu untersuchen. Simulation in der Deutschen Bucht Offshore-Anlagen, die bis zu 200 km von • Verbesserte Netzauflösung im Bereich Die Baggertätigkeiten können mit dem der deutschen AWZ (siehe Abbildung 1) Dredging-Modul von MIKE 3 MT (Mud- • Aktualisierte Zeiträume bis 2012 Transport) simuliert werden. Es können • Erweiterte Randbedingungen durch variable Sedimentmengen bei Aushub Wellenspektren aus dem Nordatlantik und Verfüllung der Baugruben, unter- • Aufteilung der Wellenparameter in schiedliche Wassertiefen für den Sedi- Windsee und Swell menteintrag sowie veränderliche Stand- • Langzeitvalidierung mit neuen Daten, orte oder Fahrwege der Baggergeräte z. B. für FINO3 (siehe Abbildung 2). berücksichtigt werden. Dadurch lässt sich der vollständige Bauablauf mit allen nach- Zusätzlich liefert DHI-WASY operationelle einander folgenden Arbeitsprozessen an Randbedingungen für die Offshore-Gebie- unterschiedlichen Standorten im Modell te, deren Kenntnis einer der wesentlichen analysieren. Die Modelle liefern Aussagen
  5. 5. Consulting 5 Schwankungen nachzubilden, die selbst von jahrelangen Monitoringmaßnahmen nicht immer hinreichend erfasst werden. Durch das Schließen von zeitlichen und geographischen Lücken in den Beobach- tungen lassen sich die Beobachtungen in einem hydrodynamisch-biologischen Kon- text darstellen. Verteilungsmuster einzel- ner Arten können so z. B. an Modellpara- meter wie Temperatur, Salinität, Sauer- stoffgehalt oder das Futterangebot gekop- pelt und dadurch umfassender interpre- tiert werden (Abbildung 5). Kostenintensive Monitoringmaßnahmen können so sinnvoll reduziert werden, ohne die Aussagekraft der Daten herabzusetzen. Dadurch besteht gleichzeitig die Chance,Abb. 3: Beispiel für Sedimentverdriftung im Modell bei der Installation von Offshore-Fundamenten den Genehmigungsprozess für die Off- shore Windparks in Abstimmung mit denzu Intensität und Ausdehnung von Trü- mit Monitoringdaten, um auch kurz- Behörden erheblich zu beschleunigen.bungsfahnen (Abbildung 3) sowie Sedi- fristige Effekte und starke natürliche Gerade der letzte Punkt könnte demmentablagerungen. Dadurch können Ausbau der Offshore-bereits im Vorfeld die Auswirkungen abge- Windenergie in Deutsch-schätzt werden und ggf. durch Anpassung land wieder neuendes Bauablaufs negative Effekte minimiert Schwung verleihen und sowerden. helfen, die ehrgeizigen Ziele des ErneuerbarenAußerdem bietet DHI-WASY morphodyna- Energien Gesetzes (EEG)mische Studien für unterschiedliche zeit- doch noch umzusetzen.liche und räumliche Skalen an: Es werdenkurz- bis langfristige Entwicklungen – vonMinuten bis Jahrzehnten – untersucht, DHI Projekt Reference Listsowie lokale bis globale Veränderungen – Offshore Renewables: http:// www.dhigroup.com/Publicavon Auskolkungen am Bauwerk bis zu tions/~/media/Publications/großräumigen Umlagerungen außerhalb Offshore_Renewables_DHI_des Windparks – prognostiziert. Ref_ List.ashx Abb. 4: Auskolkung um einen senkrechten Pfahl – prognostiziert mitAls Basis der morphodynamischen Studien WiTuSwerden Seevermessungen, geologischeund Baugrunduntersuchungen genutzt.Zudem kann mit dem In-House-Tool„WiTuS” die zeitliche Entwicklung vonKolken an Tragstrukturen in Abhängigkeitder Umweltbedingungen prognostiziertwerden (Abbildung 4).HabitatmodellierungÖkologische Belange spielen bei derPlanung von Offshore-Windparks ebenfallseine entscheidende Rolle. Erfahrungen auseiner Vielzahl von Projekten in Nord-europa (z. B. Windpark Anholt) sind beiDHI dafür genutzt worden, um ein inte-griertes Umweltmodellierungskonzept zuentwickeln. Es verbindet hydrodynami-sche Modelle durch statistische Verfahren Abb. 5: Auftreten von Schweinswalen in lokalen Upwelling-Gebieten bei Horns Rev
  6. 6. 6 Consulting WAMSIM-Planner Berechnung dynamischer Belastungen auf Vertäuungs- systeme infolge von Wellenbewegungen Dominic Spinnreker & Anja Brüning Die Entwicklung des Welthandels wird exponierten Hafenlagen sicher und schnell Vertäuungssysteme weiterentwickelt. Das geprägt durch eine Intensivierung der zu vertäuen, sind genaue Untersuchungen System ist flexibel nutzbar und kann eine bestehenden globalen Warenströme und erforderlich. Vielzahl von Vertäuungssystemen abbil- erfordert, die See- und Binnenhäfen weiter den. Genauso ist die Verwendung unter- auszubauen. Mit dieser Zunahme der Im Zentrum dieser skizzierten Entwicklung schiedlichster Schiffstypen möglich. Warenströme steigen die Anforderungen steht die Fragestellung, wie Hydrodyna- an die Größe der Schiffe und Hafenan- mik, Seegang und schiffsinduzierte Wellen Für die Eingangsdaten zur Wasserspiegel- auslenkung können z. B. simulierte Wel- lenfelder aus MIKE 21 HD/SW, MIKE 21 BW oder anderen Modellsystemen ge- nutzt werden. Das ermöglicht eine breite und flexible Anwendung. Die Einbindung individuell angepasster Modellumgebun- gen ist ebenso gegeben wie auch die dynamische Modellierung für spezielle Wellenbelastungen, z. B. Wellenbelastung durch passierende Schiffe als auch die Nutzung statischer Wellenparameter. Die Berechnung der resultierenden Wellenkräfte für die Ermittlung der Trossenkräfte erfolgt über den bewährtenAbb. 1: Softwareober- Rechenkern der Software WAMIT® des fläche des WAMSIM-Planners mit vertäutem MIT. Die Stärke von WAMIT® liegt in der Schiff Berechnung der Reflektions- und Trans- missionseigenschaften von Wellensyste- lagen. Größere Schiffe verursachen in der mit vertäuten Schiffen interagieren und men. Dies ermöglicht die nummerische Abb. 2: Beispiel für WAMSIM-Eingangs- Regel bei der Vorbeifahrt an Hafenanlagen die dabei auf die Vertäuung wirkenden Ermittlung der unterschiedlichen Kraft- daten – beliebige einen Absunk, der zum Losreißen der lie- Kräfte genauer ermittelt werden können. anteile, welche durch die Wellenein- Wellenspektren können verwendet werden genden Schiffe führen kann. Um Schiffe in Dies ist die Grundlage für neue optimierte wirkung auf ein beliebiges Schiff oder Vertäukonzepte. andere schwimmende Objekte induziert werden. Dabei werden Wellen-Festkörper- DHI-WASY hat in Zusammenarbeit mit interaktionen und Dämpfungen wie auch den DHI-Büros Australien, Singapur und Diffraktions- und Refraktionsprozesse, wie Dänemark die hybride in-house Soft- sie beispielsweise verstärkt in Häfen statt- warelösung WAMSIM by DHI zum WAM- finden, erfasst. SIM-Planner weiterentwickelt. Dabei wurde eine auf MatLab® basierende Aus den Ergebnissen von WAMIT® und der Lösung mit komplexen Bearbeitungs- hydrodynamischen Berechnung erfolgt schritten und dem Aufruf der Berechnung über die Resonanzmodellsoftware WAM- der resultierenden Wellenkräfte mit SIM® mittels Fourier-Transformation die WAMIT® zu einer einheitlichen, funktiona- Ermittlung der Schiffsbewegung. Das len und robusten GUI-basierten Modell- Ergebnis aus der Berechnung beinhaltet software für die Berechnung von Kräften die Komponenten aus Hydrostatik, eintref- und Momente auf Schiffe bzw. deren fender Welle, der Vertäuung, Wind,
  7. 7. Consulting 7Strömung und Dämpfung des Objekts. Als weitere Modellebenen in den WAMSIM-Ergebnis werden die Kräfte und Momente Planner integriert. So können individuelleim Schwerpunkt des Schiffes wiedergege- Fendersysteme abgebildet werden. Auchben und auf die Vertäuung als Kräfte die Berechnung der Vertäuung vonumgelagert. Die Qualitätssicherung der schwimmenden Einheiten untereinander,Modellsoftware wurde durch die Verifi- wie es beispielsweise bei dem Betankenzierung mit umfangreichen physikalischen von Ship-to-Ship oder nebeneinander lie-Modellergebnissen und Naturmessungen genden Schiffen vorkommt, ist möglich.sichergestellt. WAMSIM wurde bereits in aktuellen undDer WAMSIM-Planner stellt derzeit eine praxisnahen Projekten (im Hafen vonsolide Plattform für weitere Optimie- Brisbane, Bremerhaven und Brunsbüttel) dass auch unter hohen hydraulischen Abb. 3: Ergebnisdatei von WAMSIM mit allenrungen der Vertäukonzepte dar. Die klare, genutzt und zeigte sehr gute Ergebnisse in Belastungen eine Sicherung der Schiffe sechs Freiheitsgradenbenutzerfreundliche Oberflächenstruktur der Anwendung. Die gemachten Erfah- möglich ist, ohne die wirtschaftlichen eines Schiffesist auf Fehlerminimierung ausgelegt. Um rungen in diesen Projekten zeigen, dass Aspekte aus den Augen zu verlieren.RoRo-Schiffe und spezielle Schiffsvarianten mittels WAMSIM eine Optimierung dererfassen zu können, werden zudem auch Vertäukonzepte erzielt werden kann, so„Perspektive Lebendige Unterems”Wasserbauliche Analysen zur Lösung des Schlickproblemsin der EmsMonika Donner, Florian Ladage & Oliver StoschekIm Forschungsvorhaben „Perspektive le- Renaturierung. Vorrangiges Ziel des Pro- validiert (Abbildung 1). Für die Kalibrierungbendige Ems“ werden Perspektiven für ein jektes ist es, geeignete Sanierungsmaß- und Validierung wurden seitens desumsetzungsnahes Konzept zur Renaturie- nahmen zu finden, um das Sauerstoff- und NLWKN Aurich, der BAW Hamburg undrung der Unterems als Impuls für eine Schlickproblem in der Unterems zu lösen. des WSA Emden gemessene Zeitreihen annachhaltige Entwicklung der Region acht Messstationen bereitgestellt. Über zu-untersucht und deren Wirkung sowie Um- Neben den Teilprojekten Kommunikation, sätzliche Daten zur Korngrößenverteilungsetzungsmöglichkeiten aufgezeigt. Hinter- Visualisierung und Naturschutz werden im an der Gewässersohle (bereitgestellt seitensgrund des seitens der DBU (Deutsche Teilprojekt Wasserbau seitens DHI-WASY der BAW Hamburg und des NLWKNBundesstiftung Umwelt) und der Nieder- die Aspekte der Hydro- und Sediment- Aurich) konnten die empirischen Parametersächsischen Bingo-Umweltstiftung geför- dynamik erfasst und bewertet. für das Erosions- und Sedimentationsver-derten Projektes, das im Verbund des halten eingegrenzt werden. Für die Erfas-BUND, NABU, WWF und der TU-Berlin Mit Hilfe eines dreidimensionalen numeri- sung der Flokkulation wurde ein neuerbearbeitet wird, ist der dringende Sanie- schen Modelles wurden die Strömungs-, halbempirischer Ansatz von Ha Nguyenrungsbedarf der Ems, die heute bedingt die salinen und die Schwebstofftransport- (2010), der den Turbulenzgrad und die Sa-durch die extrem hohen Schwebstoff- prozesse in der Außen- und Unterems in linität in der Wassersäule mit berücksichtigt,konzentrationen der Gewässergüteklasse hoher räumlicher Auflösung simuliert im Schwebstofftransportprozess erfasst.III (stark verschmutzt) zugeordnet wird. (Software MIKE 3 FM). Der finite Volumen-Durch Schwebstoffkonzentrationen von ansatz nutzt dabei ein unstrukturiertes Im Rahmen des Projektes wurden in einermehreren g/l sind die Sauerstoffwerte in Gitter in der Ebene und eine Sigma- wasserbaulichen Beratergruppe, die ausden Sommermonaten so niedrig, dass das Schichtung über die Wassertiefe. Das fachlichen Experten, BehördenvertreternEmsästuar seine Funktion als Fischlebens- Emsmodell wurde mit Strömungs-, Was- und Umweltverbänden bestand, folgenderaum verliert. Die dennoch hohe ökologi- serstands-, Salinitäts- und Schwebstoff- Maßnahmenbausteine selektiert bzw.sche Bedeutung der Unterems zeigt den messungen der Ems kalibriert und für zwei entwickelt und u. a. in unseren Unter-notwendigen Handlungsbedarf für eine abweichende Zeiträume die Modellgüte suchungen betrachtet:
  8. 8. 8 Consulting Auf Basis der derzeitigen Defizite in der Unterems und aus den historischen Entwicklungen für den Tidehub und die Schwebstoffkonzentration wurden Kenn- werte abgeleitet, die im Weiteren zu einer Bewertung des Sanierungspotentials ge- nutzt wurden. Zu dieser Wirkungsanalyse der verschiedenen Maßnahmen wurden nicht nur die Veränderung des Schweb- stoffhaushaltes (Reduktion der Schweb- stoffkonzentration, Flussabverlagerung des Trübungsmaximums und Umkehr des mündungsnahen Nettosedimentimports), sondern auch die Verformung der hydro- dynamischen Kennwerte (Tide- und Strö- mungskennwerte) analysiert. Es wurden insbesondere Kennwerte untersucht, die für die Dynamik kohäsiver Sedimente Abb. 1: Vergleich gemessener und simulierter Wasserspiegellagen (oben links), Strömungen (unten links), Salz- maßgebend sind, wie z. B. Flut-/Ebbver- gehalten (oben rechts) und Schwebstoffkonzentrationen bei Leerort. Messdaten zu Wasserstand und Strömung vom WSA Emden und zur Salinität und Schwebstoffkonzentration vom NLWKN Aurich hältniswerte von maximalen Strömungs- gradienten. Die Einstufung und Gegen- • Die Sohlverflachung zwischen Leer und Diese Maßnahmenbausteine wurden in überstellung aller Szenarien erfolgte Ma- Papenburg (Emskanal) insgesamt acht unterschiedlichen Sanie- trix basiert unter einer Abstufung der • Der Wehrrückbau und die Ästuarverlän- rungskombinationen in ihrer kurzfristigen Bedeutung dieser Kennwerte für das gerung bei Herbum und initialen Wirkung auf die Tidedynamik Sanierungspotential. Insbesondere die • Die Anordnung verschiedenster Tide- und den Sedimenttransport mit Hilfe des Umkehr des mündungsnahen Netto- speicherbecken entlang der Unterems numerischen Modells untersucht (Abbil- sedimentimports und die Reduktion der • Der Anschluss von Flachwasserbe- dung 2). Dabei wurden Erfahrungen aus Schwebstoffkonzentration standen hierbei reichen schon bestehenden Untersuchungen sei- an oberster Stelle. • Die Reaktivierung alter Flussschleifen tens der BAW und aus den Niederlanden und Stromspaltungen in Form von berücksichtigt. Nebenarmen. Referenzen • http://www.wwf.de/regionen/ems/ • NGUYEN, H.H. AND L.H.C. CHUA 2010. A Sim- plified Physically-based Model for Estimating Effec- tive Floc Density. J. Hydraulic Engineering, ASCE, DOI: 10.1061/ASCE HY.1943-7900.0000355. Weitere Publikationen zu den wasserbaulichen Analysen • M. DONNER, F. LADAGE, O. STOSCHEK AND HOANG HA NGUYEN; „Methods and analysis tools for redevelopments in an estuary with high suspended sediment concentrations”; Procee- dings of ICCE 2012; Santander, Spain • M. DONNER, F. LADAGE, O. STOSCHEK; „Impact and retention potential of tidal polders in an estuary with high suspended sediment concen- trations”; Proceedings of ICHE 2012; Florida Förderer Projektgruppe Abb. 2: 2D-Tiefen-Längsschnitt durch die Fahrrinne der Außen- und Unterems von Knock (linker Rand) bis Bollingerfähr (rechter Rand) zur Schwebstoffkonzentration während Tidehochwasser in Leerort. Schwebstoff- konzentration im Ausgangszustand (oben), für eine sandige Sohlverflachung ohne (zweites Bild) und mit Polder (drittes Bild) und für die Ästuarverlängerung ohne Wehr bei Herbrum und Polder (viertes Bild)
  9. 9. Consulting 9Havel-SpreegebietUntersuchung von Klimaauswirkungen mit WBalMoMichael Kaltofen, Fabian Müller & Martina SchrammIm niederschlagsarmen, stark anthropogen Im Modell WBalMo Havel-Spree wird diegeprägten Gebiet der Havel, einem rechten Bewirtschaftung der Flussgebiete so -Nebenfluss der Elbe, hat die Wasserbe- wohl hinsichtlich der Bereitstellung vonwirtschaftung eine sehr große Bedeutung, Zu schusswasser aus Talsperren bzw.da einem natürlichen geringen Wasser- Spei chern und des Bedarfs manage -dargebot ein hoher Wasserbedarf gegen- ments als auch der Priorität von Was-übersteht. Der Wasserhaushalt der Spree, sernutzungen – unabhängig von ihrerdes Hauptzuflusses der Havel, ist zum Lage – vorgenommen. Mit einer VielzahlBeispiel durch den vormals sehr aktiven frei definierter Algorithmen werdenBraunkohletagebau in der Lausitz beein- weitere spezifische Bewirtschaftungspro-flusst. Vor diesem Hintergrund zeichnen zesse bis hin zum Feucht gebiets -sich u. a. folgende Entwicklungen ab: management oder dy na mischen Be -• Durch die Einleitung von Sümpfungs- darfsberechnung realisiert. • Für die stochastische Simulation meteo- Abb. 1: Modellverbund zur Untersuchung der wasser in die Spree wurde in den letzten rologischer Größen wird SIKO/SIMO Auswirkungen von Klima- Jahrzehnten das Wasserdargebot im Die für die wasserwirtschaftliche Model- verwendet, mit dem mehrdimensionale wandel und Wasserbe- wirtschaftung auf den Gebiet unterhalb der Tagebaue künst- lierung als Eingangsdaten erforderlichen Autoregressionsmodelle für die verschie- Wasserhaushalt des lich erhöht. Aufgrund der schrittweisen natürlichen (von Nutzungen unbeeinfluss- denen zu betrachtenden Zeitabschnitte Havel-Spree-Gebietes Stilllegung einzelner aktiver Tagebaue in ten) Durchflüsse werden durch das mit aufgestellt werden (Referenzzeitraum der jüngeren Vergangenheit sind die dem WBalMo derzeit offline gekoppelte 1951-2006, Status Quo 1996-2025, Sümpfungswässer zurückgegangen, so Niederschlag-Abflussmodell EGMO-D nahe Zukunft 2021-2050 und ferne dass der Wasserhaushalt der Spree deut- erzeugt. Dadurch können synchron mit Zukunft 2071-2100). Die für Zeitab- lich geringer gestützt wird. dem WBalMo Veränderungen von hydro- schnitte generierten Werte werden zu• Im Rahmen der Nachsorge stillgelegter logischen Eigenschaften durch den zeitlich kontinuierlichen Realisationen über den Tagebaue wird Wasser zur Flutung definierten Wechsel der diesbezüglichen Untersuchungszeitraum bis 2100 ver- benötigt. Parameter berücksichtigt werden, ohne knüpft. Als Eingangswerte für SIKO/• Eine mögliche Vergrößerung der Ab- dass die Simulation unterbrochen wird. SIMO kommen Klimaprojektionen ver- bauflächen oder die Einstellung des Zugleich werden die Parametersätze schiedener Kombinationen von Globa- Braunkohletagebaus wird Auswirkungen zyklisch für jede stochastische Realisation len und Regionalisierungsmodellen zur auf den Wasserhaushalt haben, die zu wiederholt angewendet. Die Kalibrierung Anwendung. berücksichtigen sind. erfolgt automatisch mit PEST. • Mit den sich ergebenden stochastischen meteorologischen Reihen werden natür-Im Rahmen des Forschungsprojekts KLI- Die seinerseits für das EGMO-D benötig- liche Durchflüsse mit dem N-A-ModellWAS beauftragte die Bundesanstalt für ten meteorologischen Größen werden EGMO-D erzeugt.Gewässerkunde Koblenz eine Modellie- durch stochastische Autoregressions- • Die summarischen Auswirkungen der zurung des Wasserhaushaltes im Havel- modelle generiert. Die diesbezügliche sta- definierenden Szenarien der Wasserbewirt-Spreegebiet unter Berücksichtigung des tistische Analyse und Simulation erfolgt schaftung und des Wasserbedarfs sowieKlimawandels und zusätzlich der Wasser- mit der Software SIKO/SIMO. Alle des Klimawandels auf den Wasserhaus-bewirtschaftung. genannte Software wird durch DHI-WASY halt des Havel-Spree-Gebietes werden bereitgestellt. mit WBalMo Havel-Spree bewertet.WBalMo, EGMO-D und SIKO/SIMO bilden Modellierungsbasis Anwendung des Modellverbun- Für die Nutzung des Modellverbundes wur-Untersuchungen zum Wasserhaushalt im des im Havel-Spree-Gebiet den gemeinsam mit der Bundesanstalt fürHavelgebiet erfolgen seit vielen Jahren Der Modellverbund im Havel-Spree- Gewässerkunde Szenarien definiert und inerfolgreich mit dem Langfristbewirtschaf- Gebiet besteht entsprechend der Ziel- entsprechende Modelle und simulierte Da-tungsmodell WBalMo, welches zugleich setzung und der gewählten methodischen ten umgesetzt. Auf der Basis eines abge-auch die Programmbasis für das Bewirt- Grundlagen aus Neuentwicklungen bzw. stimmten Auswertungskonzeptes liegen nunschaftungsmodell der Länder Berlin, Weiterentwicklungen von Modellen die Ergebnisse vor und werden derzeit inBrandenburg und Sachsen darstellt. (Abbildung 1): einem Abschlussbericht zusammengefasst.
  10. 10. 10 Consulting Lausitzer Neiße Zwei neue Modelle zur Wasserbewirtschaftung und Hochwasservorhersage Jörg Walther, Björn Fischer, Fabian Müller, Michael Redetzky & Martina Schramm Die Lausitzer Neiße entspringt im tsche- fließ sowie rechtsseitig Miedzianka, Witka, resultieren unterschiedliche administrative chischen Isergebirge auf einer Höhe von Czerwona Woda, Skroda und Lubsza Zuständigkeiten, die als eine wesentliche ca. 765 m ü. NN und mündet bei Ratzdorf (Abbildung 1). Das Einzugsgebiet der Ursache dafür angesehen werden können, (Landkreis Oder-Spree) in die Oder. Die Lausitzer Neiße, das 4395 km² umfasst, dass in der Vergangenheit die Entwicklung wichtigsten Nebenflüsse der Lausitzer liegt zu 16 % auf dem Territorium der von hydrologischen Modellen für die Neiße sind linksseitig Mandau, Pließnitz, Tschechischen Republik, zu 51 % auf dem Lausitzer Neiße nicht Schritt gehalten hat Föhrenfließ, Malxe-Neiße-Kanal, Schwar- der Republik Polen und zu 33 % auf dem mit der Entwicklung im benachbarten zes Fließ und Granow-Buderoser Mühlen- der Bundesrepublik Deutschland. Daraus Flussgebiet der Spree. Abb. 1: Auftraggeber für die Entwicklung eines Einzugsgebiet der Modells zur Wasserbewirtschaftung im Lausitzer Neiße mit Teilgebieten für die N-A- Einzugsgebiet der Lausitzer Neiße ist das Simulation im Wasser- Bergbauunternehmen Vattenfall Europe bewirtschaftungsmodell Mining AG (VEM). Der Auftrag steht im Zusammenhang mit der geplanten Erwei- terung des Abbaugebietes des Braun- kohletagebaus Jänschwalde um das Abbaufeld Jänschwalde-Nord. Mit dem Betrieb des erweiterten Tagebaus, der für den Zeitraum von 2025 bis 2047 geplant ist, sowie mit der anschließenden Flutung des verbleibenden Hohlraums sind zwangsläufig Eingriffe in den Wasser- haushalt der Flussgebiete Spree und Lausitzer Neiße verbunden. Um die Auswirkungen der Tagebauerweiterung auf den Wasserhaushalt und mögliche Konflikte mit bereits bestehenden Wassernutzungen zu analysieren, steht für das Spreegebiet mit dem Bewirt- schaftungsmodell WBalMo Spree – Schwarze Elster ein ausgereiftes und aner- kanntes Werkzeug zur Verfügung. Da- gegen gab es bis 2011 für das Flussgebiet der Lausitzer Neiße kein gleichwertiges Simulationsmodell. Diese Lücke wird Ende 2012 durch die DHI-WASY GmbH in Zusammenarbeit mit dem Institut für Meteorologie und Wasserwirtschaft Wroc- law (IMGW) geschlossen. Als Entwicklungsgrundlage für das Was- serbewirtschaftungsmodell nutzen wir unsere Software WBalMo 4.0. Die Modell- entwicklung für die Lausitzer Neiße erfolgt
  11. 11. Consulting 11Abb. 2: Vergleich von beobachteten (blau durchgezogen) und simulierten (rot gestrichelt) monatlichen Abflüssen inm3/s am Pegel Zittau 5 / Mandaunach derselben Methodik wie in den Die Daten zur Wassernutzung wurden fürFlussgebieten Spree und Schwarze Elster. den deutschen und tschechischen Teil desGrundlage für das Bewirtschaftungs- Einzugsgebietes der Neiße von der DHI-modell bilden Daten zur Wassernutzung, WASY GmbH und für den polnischen Teilzur Bergbauentwicklung und zum natür- vom IMGW recherchiert. Nach Sichtunglichen Wasserdargebot. Das Dargebot der vorliegenden Daten wurde entschie-wird auf Grundlage stochastisch generier- den, für die Basisversion des Wasser-ter meteorologischer Zeitreihen berech- bewirtschaftungsmodells zunächst nurnet. Zur stochastischen Simulation wurde Wassernutzer, z. B. Wasserwerke, Kläran-mit Hilfe der Software SIKO/SIMO ein lagen, Industriebetriebe, LandwirtschaftSimulationsmodell für das Neißeeinzugs- oder Fischteiche, mit einer Wasserent-gebiet aufgestellt, wobei die notwendige nahme bzw. -rückleitung ab einem Grenz-Verknüpfung mit dem Simulationsmodell wert von 10 l/s zu berücksichtigen. ImSESIM für das Spree- und Schwarze-Elster- Modell berücksichtigt werden auch dieGebiet berücksichtigt wurde. Im Ergebnis Bewirtschaftung der wichtigsten Stau-liegen die monatlichen Zeitreihen des anlagen, die Flutung der in den Tage-Niederschlagsdargebotes und der poten- baufeldern Jänschwalde und Turow ent-ziellen Verdunstung für fünf meteorologi- stehenden Hohlräume nach Auslaufen dessche Teilgebiete für je 100 Realisierungen Bergbaus sowie die Möglichkeit, über dievon 2003 bis 2102 (100 Jahre) vor. so genannte Neißewasserüberleitung die Lausitzer Neiße und Nebenflüsse ist Abb. 3: Systemskizze des Hochwasservorhersage-Anhand der meteorologischen Zeitreihen Wasser von der Lausitzer Neiße zur Spree das Landeshochwasserzentrum (LHWZ) modells für die Lausitzerwurden Zeitreihen des natürlichen und zur Schwarzen Elster überzuleiten. im Sächsischen Landesamt für Umwelt, NeißeDargebotes als Abflusszeitreihen für ins- Landwirtschaft und Geologie. Das erstelltegesamt 16 hydrologische Teilgebiete Die Simulationsrechnungen mit der Basis- Modell wird noch in diesem Jahr in(Abbildung 1) ebenfalls für je 100 version des Wasserbewirtschaftungsmo- Zusammenarbeit mit der Björnsen Bera-Realisierungen a 100 Jahre berechnet. dells, dessen Aufbau demnächst abge- tende Ingenieure GmbH im LHWZ im-Zuvor wurde für jedes dieser Teilgebiete schlossen sein wird, werden auf der Basis plementiert werden. Anlass für diemit Hilfe unserer Software MIKE NAM ein der mit den N-A-Modellen simulierten Modellerstellung war das extreme Hoch-Niederschlag-Abfluss-Modell (N-A-Mo- Abflussreihen für 100 Realisierungen a 100 wasser vom August 2010, bei dem an vie-dell) aufgebaut und kalibriert. Abbildung Jahre erfolgen. Dadurch wird bei der len Pegeln im Flussgebiet der Lausitzer2 zeigt exemplarisch das Ergebnis der Simulation der Wasserbewirtschaftung im Neiße die bis dahin beobachteten höchs-Kalibrierung des MIKE NAM-Modells für Einzugsgebiet der Lausitzer Neiße der ten Wasserstände übertroffen wurden.das Teilgebiet der Mandau. Variabilität des natürlichen Dargebotes Frühere Versuche einer modellgestützten entsprechend Rechnung getragen. Der operationellen Hochwasservorhersage fürBei der N-A-Simulation mit MIKE NAM Einfluss eines sich ändernden Klimas wird die Lausitzer Neiße lieferten wegen deswurde der Einfluss der durch den Braun- in der Basisversion des Wasserbewirtschaf- damaligen Fehlens notwendiger Informa-kohlebergbau in den Tagebauen Jänsch- tungsmodells noch nicht berücksichtigt. tionen aus den tschechischen und polni-walde, Nochten und Reichwalde verur- Grundsätzlich ist seine Berücksichtigung schen Gebietsteilen nur unzureichendesachten flächenhaften und zeitvarianten bei Vorliegen entsprechender meteorolo- Ergebnisse. Da sich seitdem die Daten-Grundwasserabsenkung entsprechend be- gischer Zeitreihen aber möglich. verfügbarkeit deutlich verbessert hat,rücksichtigt. Für den Tagebau Turow auf waren zum Zeitpunkt der Beauftragungpolnischer Seite lagen diesbezüglich leider Auftraggeber für die Entwicklung eines im Herbst 2011 die Aussichten für einekeine Daten vor. Modells zur Hochwasservorhersage für erfolgreiche Modellentwicklung gut.
  12. 12. 12 Consulting Konzeptionell wurde sich bei der Modell- linearen Stufenmodells wird das Trans- entwicklung an den bereits existierenden lations-Diffusions-Modell genutzt. Bei der Hochwasservorhersagemodellen für die Vorhersage werden die wichtigsten seit- Spree und die Schwarze Elster orientiert. lichen Zuflüsse, z. B. die aus Polen kom- Zur Vorhersage für die Pegel Hartau und mende Witka, lagegerecht berücksichtigt. Zittau 1 am Oberlauf der Lausitzer Neiße Abbildung 4 zeigt exemplarisch das Ergeb- sowie für vier weitere Pegel an den Ne- nis der Validierung des Flusslaufmodells für bengewässern Mandau und Pließnitz kom- den Pegel Görlitz anhand des Hochwassers men einfache N-A-Modelle zur Anwen- vom Januar 2011. Die Abflüsse am Pegel dung. Sie bestehen aus einem empirischen Görlitz wurden dabei ausgehend vom Baustein zur Beschreibung der Abfluss- Pegel Rosenthal und unter Beachtung der bildung und aus Impulsantworten zur Be- seitlichen Zuflüsse aus der Witka (Pegel Re- Abb. 4: Vergleich der Das entwickelte Hochwasservorhersage- schreibung der Abflusskonzentration auf czyn) und aus der Pließnitz (Pegel Tauchritz beobachteten und simu-lierten Abflüsse am Pegel modell gestattet die operationelle Vorher- der Landoberfläche. Zur Ableitung der Im- abzgl. Flutung Berzdorf) berechnet. Görlitz während des sage von Wasserständen und Abflüssen an pulsantworten wurde auf das Konzept der Neißewasser wurde bei diesem Ereignis Hochwassers im Januar 2011 insgesamt 11 Pegeln in Sachsen und linearen Speicherkaskade zurückgegriffen. nicht zum Restsee Berzdorf übergeleitet. Brandenburg für einen Vorhersagezeit- raum von bis zu 48 Stunden. Die System- Zur Vorhersage für die Neißepegel Rosen- Sowohl den N-A-Modellen als auch den skizze des Modells in Abbildung 3 veran- thal 1, Hagenwerder, Görlitz, Podrosche 3 Flusslaufmodellen nachgeschaltet ist ein schaulicht die Lage der Pegel zueinander und Klein Bademeusel kommen hydrologi- Modellbaustein zur Echtzeit-Vorhersage- und gibt Auskunft darüber, welche sche Wellenablaufmodelle zur Anwen- korrektur, die auf einem Vergleich zwi- Teilmodelle für die Vorhersage zur Anwen- dung, die auf dem Konzept des linearen schen den bis zum aktuellen Zeitpunkt dung kommen. Grundlage für die Kalibrie- Stufenmodells basieren. Dabei werden bis berechneten und den beobachteten Ab- rung und Validierung der Teilmodelle bil- zu drei Durchflussbereiche unterschieden, flussganglinien basiert. deten Aufzeichnungen über abgelaufene der Flussbettbereich und zwei Vorland- Hochwasserereignisse seit 1981. bereiche. Als lineares Teilmodell des nicht- Ammonium-Kontamination Langzeitsimulation im Einzugsgebiet des Berliner Wasserwerks Friedrichshagen Christian Tomsu & Stefan Kaden Lutz-Peter Schmolke, Berliner Wasserbetriebe Die Berliner Wasserbetriebe (BWB) betrei- die mangelhafte Schlammbehandlung auf chehofe, die Sperrfassung musste kürz- ben nördlich des Müggelsees im Osten ungedichteten Flächen bis Anfang der lich aus technischen Gründen außer Berlins das Wasserwerk (WW) Friedrichs- 90er Jahre des letzten Jahrhunderts erfolg- Betrieb genommen werden hagen. Die jährliche Gesamtfördermenge te eine großflächige Kontamination des • stark reduzierter Betrieb der westlich ge- beträgt etwa 45 Mio. m³/a und wird dem Grundwasserleiters vor allem mit Ammo- legenen Brunnen 1 bis 18 der Galerie B Hauptgrundwasserleiter (GWLK 2) des nium. Über Jahrzehnte kam es zu einer • Errichtung und temporärer Betrieb einer komplex geschichteten Systems entnom- langsamen Ausbreitung der Schadstoff- Pilotanlage zur in-situ Grundwasser- men. Etwa 2/3 der Gesamtfördermenge fahne zu den Galerien des WW. Um die sanierung (BIOXWAND). werden aktuell aus dem nördlich des Ammoniumbelastung der Wasserfassun- Müggelsees gelegenen Teil des Einzugs- gen gering zu halten, wurden seitens der Die BIOXWAND ist eine etwa 36 m tiefe gebietes (Galerien B-D) gefördert. BWB folgende Maßnahmen ergriffen: und senkrecht zur Hauptgrundwasserfließ- richtung ausgerichtete reaktive Gaswand, Durch den Betrieb des Rieselfeldes • Betrieb des östlichen Teils Galerie A als entlang der mittels Gaslanzen Sauerstoff in Münchehofe im nördlichen Anstrom der Sperrfassung mit Ableitung des konta- den belasteten Grundwasserkörper inji- Brunnengalerien bis in die 70er Jahre und minierten Wassers zum Klärwerk Mün- ziert wird. Damit soll der Ammoniumge-
  13. 13. Consulting 13halt durch Nitrifikation und Denitrifikation und zu einem Schadstofftransportmodellim Abstrombereich auf Restkonzentra- erweitert wurde. Die Modellkalibrierungtionen von c < 1,5 mg/l vermindert wer- erfolgt für den Zeitraum 2008 bis 2011.den. Nach dem erfolgreichen Betrieb einer Bei Modellaufbau und Kalibrierung gab esPilotanlage in den vergangenen Jahren auf folgende Besonderheiten/Probleme:100 bis 200 m Länge ist die Errichtung derkompletten BIOXWAND auf 800 m Länge • Die Ammoniumbelastung ist bereits2012/2013 vorgesehen. Abbildung 1 räumlich weit im Grundwasserleiter-zeigt die Lage der Brunnen der Galerien A, system nördlich des Müggelsees verbrei-B, C und D sowie die Lage der BIOX- tet, belegt durch punktuelle MessungenWAND. in unterschiedlicher räumlicher Dichte. • Die Quelle der AmmoniumbelastungDie DHI-WASY GmbH wurde von den (Rieselfelder) ist bzgl. der Lage bekannt,BWB beauftragt, Modellierungsvarianten nicht aber deren Schadstoffvolumen. das Ergebnis der Kalibrierung für die Abb. 2: Ergebnis derfür alternative Förderszenarien im Zu- Aus diesem Grunde wurde der Schad- Modellkalibrierung für die Messstellen, die in Abbildung 1 gekenn- in Abb.1 gezeigten Mess-sammenhang mit der Ammoniumkon- stoffeintrag als Konzentrationsrandbedin- zeichnet sind. stellentamination zu simulieren. Ziel ist es, die gung südlich der Rieselfelder definiert.langfristige Ausbreitung der Konzentra- • Die Schadstoffausbreitung ist sehr lang- Ausgehend von dem kalibrierten Modelltionsfahne zu berechnen und zu ermitteln, sam, z. B. beträgt die Fließzeit von der waren Prognoseszenarien für den Zeit-ob ein einwandfreier Betrieb der Brunnen- Schadstoffquelle zur Galerie B ca. 30 raum 01/2012 bis 01/2062 zu rechnen.galerien gewährleistet werden kann, Jahre. Der Kalibrierungszeitraum ist im Dabei waren folgende Rahmenbedingun-wobei die Ammoniumkonzentration im Vergleich dazu sehr kurz, so dass die gen vorgegeben:Mischwasser < 1,5 mg/l sein soll. Wirkung der Konzentrationsrandbedin- gung an den Grundwassermessstellen • Inbetriebnahme (volle Wirksamkeit) derAls Bearbeitungsgrundlage diente das von im Abstrom nicht erkennbar ist. BIOXWAND auf 800 m Länge Mitteder DHI-WASY GmbH für die BWB entwi- • Die komplexen Abbauprozesse der 2013ckelte prognosefähige Ständig Verfügbare BIOXWAND sind im Rahmen des groß- • Konstanter Ammoniumeintrag von derGrundwassermodell (SVM) WW Fried- räumigen Grundwassermodells nicht Schadstoffquelle (Konzentrationsrand-richshagen (DHI-WASY, 2010a), das ent- modellierbar. Die Reinigungswirkung bedingung) undsprechend der Aufgabenstellung im der BIOXWAND wurde mit einer Ab- • Betrieb aller Brunnen der B-Galerie (mitBereich der BIOXWAND gezielt verfeinert baurate sowie einer Konzentrationsrand- gleicher Förderleistung) ab 2025. bedingung im Ab- strom von 1 mg/l Zwei alternative Szenarien wurden un- modelliert. tersucht: Aus dem Letzt- • A01: die Galerie A wird mit einer Förder- genannten folgt, leistung von 15.500 m3/d wieder in dass die Kali- Betrieb genommen brierung sowohl • A02: die Galerie A bleibt außer Betrieb, durch Variation die Förderleistung der Galerie B wird der Stofftransport- nicht verändert. parameter (hier insbesondere Dis- Bei beiden Szenarien wird der Ammo- persivität) als auch niumgehalt durch die BIOXWAND effek- der Ammonium- tiv vermindert. Bei Szenario A01 bewir- An fangs konzen - ken die starken Entnahmen der Galerie A tration 2008 erfol- von Q = 15.500 m³/d eine Fixierung der gen konnte/muss- Konzentrationsfahne nach Westen, die te. Hierbei wurde eine partielle Umströmung der BIOX- versucht, einen WAND im Westen verursachen. Östlich plausiblen Para- der BIOXWAND ist keine Umströmung metersatz bei zu- zu erwarten. Im Hauptgrundwasserleiter mindest qualitativ (GWLK 2) kommt es zu einer gewissen akzeptabler Kali- Unterströmung der BIOXWAND, infolge- brierungsgenauig- dessen auch im Abstrombereich der keit zu erhalten. BIOXWAND höhere Ammoniumrestge-Abb. 1: Übersicht zum Untersuchungsgebiet (Ausschnitt) Abbildung 2 zeigt halte auftreten. Die Schadstofffahne wird
  14. 14. 14 Consulting jedoch auf die Galerie A fixiert und wirk- eine erhebliche Verbesserung der Grund- sam abgefangen. wasserqualität an den Trinkwasserför- derbrunnen des WW Friedrichshagen Ohne Betrieb der Galerie A (Szenario A02) bewirkt. Allerdings sind seitliche Umströ- ändert sich die Grundwasserfließrichtung mungen und Unterströmungen der BIOX- erheblich in Richtung auf die Galerie B. WAND zu beobachten. Bei beiden Sze- Dadurch kommt es sowohl im GWLK 1 als narien wird im Mischwasser der Galerien auch im GWLK 2 zu erkennbaren beidsei- eine Konzentration unter 1,5 mg/l er- tigen Umströmungen und Unterströmun- reicht. Als Maßnahmen zur weiteren gen der BIOXWAND, aus denen erhöhte Minderung der Ammoniumbelastung sind Schadstoffkonzentrationen im Abstrom- sinnvoll: bereich resultieren. Dementsprechend sind auch an den Förderbrunnen der • Verringerte Förderleistung der Galerie A Galerie B nicht nur kurzfristig sondern ins- (im westlichen Bereich) oder besondere auch langfristig höhere Ammo- • Evtl. Verlängerung der BIOXWAND nach niumgehalte zu erwarten. Westen (bei Betrieb der Galerie A) • Angepasster Brunnenbetrieb der Gale- Die instationären Langzeitsimulationen rie B (ggf. spätere Wiederinbetriebnah- mit dem 3D-Grundwasserströmungs- und me aller Brunnen nach 2025). -Schadstofftransportmodell SVM Fried- richshagen haben gezeigt, dass die BIOX- Die Modellrechnungen geben Entschei- WAND eine deutliche Reduzierung des dungsgrundlagen für anstehende Investi- Ammoniumgehaltes und damit langfristig tionsentscheidungen der BWB. Literaturhinweise DHI-WASY (2010a): Erstellung eines Ständig Ver- fügbaren Modells (SVM) für das Grundwasser- einzugsgebiet WW Friedrichshagen (LOS 2). – In: Abschlussbericht im Auftrag der BWB. DHI-WASY GmbH (April 2010). DHI-WASY (2012a): Machbarkeitsstudie LHKW Wasserwerk Friedrichshagen zur geohydraulischen Sicherung des Brunnenbetriebes der Galerien C und D mit Hilfe des vorhandenen Grundwasserströ- mungsmodells SVM Friedrichshagen. – In: End- bericht. DHI-WASY GmbH (Juni 2012). DHI-WASY (2012b): Modellierungsvarianten BIOX- WAND mit Hilfe des vorhandenen Grund- wasserströmungsmodells SVM Friedrichshagen. – In: Endbericht. DHI-WASY GmbH (Oktober 2012). L.-P. SCHMOLKE, P. HOPP, F. I. ENGELMANN (2010): BIOXWAND Pilotanlage Krummendammer Heide (PAKDH). – In: Schlussbericht. Berliner Wasserbetriebe, 89 S. Abb. 3 (ganz oben): Simulierte Schadstoffver- teilung im Hauptgrund-wasserleiter – Ist-Zustand (01/2012) Abb. 4 a + b (oben): Simulierte Schadstoff- verteilung im Haupt- grundwasserleiter – Szenario A01 und A02 (01/2062) Abb. 5 a + b (rechts): Simulierte Ammonium- konzentration in denBrunnengalerien sowie imMischwasser der Galerien
  15. 15. Forschung & Entwicklung 15 BMBF Verbundforschungsprojekt RAMEProbenahme in der Ha Long BayArne Hammrich & Anika SchollIm Rahmen des BMBF Projekts RAME gelangen. Insbesondere Muscheln und(Research Association Mining and En- andere Filtrierer, wie verschiedene Garne-vironment in Vietnam) Förderkennzei- lenarten, sind oft stark mit Schwer-chen: 02WB1250 sollen u. a. die Umwelt- metallen belastet.auswirkungen der Bergbaubetriebe inQuang Ninh (Nordvietnam) untersucht Es ist derzeit noch nicht klar, welchenund Empfehlungen für einen umwelt- Umfang die durch den Bergbau verursach-freundlicheren Betrieb bzw. Rückbau ten Umweltgefährdungen haben und obgegeben werden. es in der Ha Long Bucht saisonale Schwankungen in der Belastung durchDie angrenzende Ha Long Bucht hat sich Schwermetalle gibt. DHI-WASY entwickeltdurch einzigartige Kalksteinformationen numerische Modelle, um die Ausbreitungzu einer Tourismusregion für in- und aus- von Metallen bzw. deren Verbleib imländische Gäste entwickelt. Seit 1994 ist Küstenbereich zu berechnen. So könnendie Region von der UNESCO als Welt- z. B. kritische Einleitungen in der Regionnaturerbe anerkannt. Gleichzeitig ist die identifiziert werden, um die Bergbaufolge-Provinz Quang Ninh eine der wichtigen planung zu optimieren.Industriestandorte Vietnams. Aus ihr stam-men ca. 95 % der gesamten vietnamesi- Im September waren Mitarbeiter von DHI-schen Steinkohleproduktion. Die Bergbau- WASY für eine zweiwöchige Messkam-aktivitäten sind mit erheblichen ökologi- pagne in Vietnam. An ausgewähltenschen Auswirkungen verbunden. Bei der Standorten wurden Wasser- und Sedi-Förderung, Verarbeitung bzw. durch die mentproben in der Ha Long Bucht undoffenen Haldenschüttungen und Abraum- den entsprechenden Zuflüssen genom-halden werden große Mengen Stäube frei- men. An den Proben wurden verschiede-gesetzt, die unter anderem in der benach- ne Parameter untersucht, die als Ein-barten Ha Long Bucht niederregnen. Auch gangsgrößen in die Modelle gehen. Die Abb. 1 – 4: Ha Long Baydiffuse Abwasserströme und/oder Ober- wichtigsten Parameter sind neben Tem-flächenabflüsse aus den Bergbaubetrieben peratur, Salinität, pH-Wert vor allem die Abb. 5: Vorläufiges Hy- drodynamisches Modelltragen zu einem vermehrten Eintrag von Schwermetall-, Sauerstoff-, BOD, TOC- der Ha Long Bay mitSchwebstoffen in die Bucht bei. Hierdurch und Schwebstoffgehalte. MIKE 21 FMwerden vor allem photoautotrophe Orga-nismen wie z. B. Korallen massiv geschä-digt. Unter den dichten Sedimentschich-ten ist keine Photosynthese mehr möglich,so dass die betroffenen Organismenabsterben.Neben den Belastungen, die sich aus der Das diesem Bericht zu-reinen Bedeckung durch Schwebstoffe grundeliegende Vorhaben wird mit Mitteln desergeben, kann auch die Belastung durch Bundesministeriums fürSchwermetalle steigen. Je nach Qualität Bildung und Forschung unter dem Förderkenn-enthält die geförderte Kohle natürlicher- zeichen 02WB1250VGweise mehr oder weniger hohe Konzen- gefördert. Die Verantwor- tung für den Inhalt diesertrationen an Schwermetallen. Die Schwer- Veröffentlichung liegt beimetalle können in die Nahrungskette den Autoren.

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