DHI-WASY Aktuell 03/11

1. 3/11
BMBF Verbundforschungsprojekt
Dynamik abgesoffener oder
gefluteter Salzbergwerke
Editorial Modellierung der Strömungs- und
Beherrschung von Wasserüberschuss Salzwassertransportprozesse
und Wassermangel
Stefan Kaden Junfeng Luo & Hans-Jörg Diersch
Geschäftsführer DHI-WASY GmbH
Land unter! Die extremen Niederschläge in
den vergangenen Wochen haben im Einleitung war der Aufbau eines regionalen dreidi-
Nordosten Deutschlands (Brandenburg, Im Bereich abgesoffener bzw. gefluteter mensionalen (3D) Strömungs- und Salz-
Fortsetzung auf Seite 2 Altbergwerke des ehemaligen Kali- und wassertransportmodells mit notwendiger
Steinsalzbergbaus können sich Risiken für
Inhalt die Stabilität des Deckgebirges bis zur
Tagesoberfläche ergeben. Diese resultie-
Dynamik abgesoffener oder
gefluteter Salzbergwerke ren im Wesentlichen aus der Konvergenz
Modellierung der Strömungs- und Salzwasser- vorhandener untertägiger Hohlräume, aus
transportprozesse 1
der Entstehung neuer Hohlräume durch
Nachhaltiges Wasserressour- Zuflüsse ungesättigter Wässer ins Salinar-
cenmanagement in der gebirge sowie der sekundären Auswirkun-
Küstenregion der Provinz
gen der so entstandenen Hohlräume auf
Shandong, V. R. China 4
das Spannungsgefüge im Bereich der ehe-
Regionalisierung von Hoch-
maligen Gruben und des Deckgebirges.
wasserabflüssen in Sachsen 6
Steuerung der Wasserstände In der alten Salzstadt Staßfurt sind in der
Analyse, Bewertung und Handlungsvorschläge
für den Großraum Paulinenaue/Großer Havel- Vergangenheit verschiedene und folgen-
ländischer Hauptkanal 8
reiche Bergschäden aufgetreten. Im Er-
Zukunft Landwehrkanal gebnis des von heftigen erdbebenartigen
Bestandserfassung und -bewertung anhand
vorhandener Unterlagen für die Sanierung Erschütterungen begleiteten Verbruchs
bzw. Instandsetzung des Landwehrkanals/ und Ersaufens der Salzbergwerke Leo-
Berlin 9
poldshall I/II und von der Heydt/von Detailliertheit zur Simulation entsprechen- Abb. 1: Übersicht des
Kopplungsmodule FEFLOW 10 der Prozesse in aufgelassenen Salzberg-
Modellgebietes im Projekt
Manteuffel Ende des 19ten und Anfang „Modellierung der Strö-
MONERIS – Professionelle Programmie- des 20ten Jahrhunderts mussten im Lauf werken und ihrem Deckgebirge. mungs- und Salzwasser-
rung des Nährstoffeintragsmodells 12 transportprozesse“
der Zeit etwa 800 Gebäude wegen Bau-
G-WaLe – Neuer Service für das satelliten- fälligkeit abgerissen werden. In Abbildung 1 ist das Modellgebiet mit
gestützte Wasserstandsmesssystem: Mess-
kampagnen und Analysen 13 einer Fläche von ca. 88,5 km² schematisch
MIKE 11 – Neue Kontrollfunktion Das Forschungsverbundvorhaben „Dyna- dargestellt. Die Stadt Staßfurt liegt im zen-
„Tabulated 2D“ 14 mik abgesoffener oder gefluteter Salzberg- tralen Bereich des Modellgebiets und die
Nachrichten 15 werke und ihres Deckgebirgsstockwerks“ Bode verläuft vom Nordwesten nach
Das diesem Bericht zu-
• FEFLOW auf der MODFLOW & More 2011 zielte auf eine beispielhafte Entwicklung Osten quer durch das Modellgebiet. grundeliegende Vorhaben
an der Colorade School of Mines wurde mit Mitteln des
eines nachhaltigen Gestaltungs- und Flä- Bundesministeriums für
• Hinweis auf Katastrophenschutz-Blog
• 3. Internationale FEFLOW-Anwender- chennutzungskonzeptes für die Stadt Modelluntersuchungen Bildung und Forschung
Konferenz 2012 in Berlin unter dem Förderkenn-
Staßfurt. In diesem BMBF-Verbundprojekt Folgende Teilaufgaben wurden in dem zeichen 02C1516 geför-
• Kompetenzzentrum städtisches Wasser
in Köln im Aufbau befasste sich DHI-WASY mit dem Teil- Projekt „Modellierung der Strömungs- dert. Die Verantwortung
• DHI-WASY in Bayern für den Inhalt dieser
vorhaben „Modellierung der Strömungs- und Salzwassertransportprozesse“ bear- Veröffentlichung liegt
• Personalie: Neue Mitarbeiterin
und Salzwassertransportprozesse“. Ziel beitet: bei den Autoren.

2. 2 Forschung & Entwicklung
finiten Elementen. In Abbildung 2 und
Abbildung 3 sind jeweils die vertikale
Schichtaufteilung und das 3D-View mit
der kf-Wert-Verteilung des 3D-Modells
dargestellt.
Das kalibrierte Strömungsmodell wurde zu
einem 3D dichtegekoppelten Massen-
transportmodell erweitert. Da die heute
beobachtete Verteilung der Salzkonzen-
trationen im Untersuchungsgebiet auf
hydrogeologische Prozesse über einen lan-
gen Zeitraum und auf die anthropogene
Beeinflussung im letzten Jahrhundert zu-
rückzuführen ist, wurde die Modellierung
der Salzkonzentrationen unter Berück-
sichtigung der Dichteeffekte in zwei
Schritten durchgeführt:
• Simulation der räumlichen Salzkonzen-
trationsverteilung über einen längeren
Zeitraum bis zum Erreichen eines quasi-
Abb. 2: Die konzeptio- • Prinzipstudien zu Strömungs- und Trans- numerische Grundwassermodell für den
nelle Schichtung zum
Aufbau des 3D-Modells portprozessen an zweidimensionalen Standort Staßfurt und die Modellierung
entlang Musterprofil M1 (2D) vertikalen Profilschnitten der Strömungs- und Salzwassertransport-
• Aufbau eines kalibrierten 3D-Strö- prozesse erfolgten mit FEFLOW® in der
mungsmodells Version 5.3 (zu Beginn der Arbeiten) und
• Erstellung eines 3D Strömungs- und später mit der aktuellen Version 6.0 (wäh-
Transportmodells rend der Schlussphase des Vorhabens in
• Simulation verschiedener Szenarien 2010).
• Vergleich von Modellierungsergebnissen Abb. 3: 3D Ansicht des GW-Modells Staßfurt mit
mit In-situ-Befunden Ergebnisse kf-Wert-Verteilung
• Modellierung von Temperaturverteilun- Das entwickelte 3D-Grundwassermodell
gen zwecks Abgleich mit Messprofilen berücksichtigt tiefliegende geologische stationären Zustandes. Die resultierende
und Schichteinheiten, die von Staßfurt-Stein- Verteilung der Salzkonzentration wird
• Berechnung des Mehrkomponenten- salz, Kaliflöze über die Leine- und Aller- als geogen angenommen und dient als
transportes unter Berücksichtigung che- Formationen, Bundsandsteine bis zu ober- Anfangsverteilung der Salzkonzentratio-
mischer Fällung. flächennahen Tertiär- und Quartär-Sedi- nen für nachfolgende Modellunter-
menten reichen. Das 3D-Grundwasser- suchungen;
Die Umsetzung des geologischen und modell besteht aus 28 numerischen • Szenarien unter Berücksichtigung an-
hydrogeologischen Strukturmodells in das Schichten mit insgesamt 1,6 Millionen thropogener Beeinflussungen, ausge-
Fortsetzung von Seite 1 An der Ostseeküste fielen am 22. Juli 2011 in zum Großraum Paulinenaue/Großer Havel-
Mecklenburg) zu überfluteten Feldern, über- Warnemünde 111 mm Niederschlag innerhalb ländischer Hauptkanal berichtet.
laufenden Seen und Flüssen in bisher kaum von 24 Stunden. In Graal-Müritz musste die
bekanntem Ausmaß geführt. Das Extrem- Düne zur Ostsee auf einer Länge von sechs Beherrschung von Wasserüberschuss und
ereignis wird mit einer Jährlichkeit > 100 Metern durchbrochen werden, um das aus der Wassermangel, diese zwei Seiten der
Jahre eingestuft. So musste die Wasserstraße Rostocker Heide strömende Wasser ablaufen zu Wasserwirtschaft werden uns wohl immer
zwischen Berlin und Waren an der Müritz in lassen. häufiger beschäftigen – national und inter-
Mecklenburg für den Schiffsverkehr komplett national. Auf Aspekte des Wassermangels
gesperrt werden (betrifft in erster Linie Der Schaden in der Landwirtschaft wegen über- wird im Beitrag zum nachhaltigen Wasser-
Hobby-Schifffahrt). Mehrere Schleusen der stauter Felder und auch in urbanen Gebieten management in China eingegangen.
Oberen-Havel-Wasserstraße mussten aus mit überfluteten Kellern ist kaum messbar. Es
Sicherheitsgründen gesperrt werden. „Da deutet sich an, dass sich solche Extremwet- Weitere Beiträge informieren Sie umfassend
hat sich unheimlich viel Wasser angesam- terlagen häufen. So waren ähnliche Probleme über das Aufgaben- und Leistungsspektrum
melt, so dass Schleusen überströmt sind und 2007 im Havelland zu verzeichnen. Über Mög- unseres Hauses zu Hochwasser, Wasser-
man das Ufer nicht mehr sieht“ (Hans- lichkeiten und Grenzen der Steuerung solcher ressourcen und Umwelt. Viel Spaß beim
Jürgen Heymann, WSA Eberswalde). Verhältnisse wird im nachfolgenden Beitrag Lesen!

3. Forschung & Entwicklung 3
hend von der berechneten Anfangs- In Abbildung 6 sind die berechneten GW-
verteilung der Salzkonzentrationen und Stromlinien, die jeweils von den dezentra-
• Szenarien ohne anthropogene Beein- len Wasserhaltungsbrunnen (Brunnen 1 bis
flussungen. Brunnen 3) in der Stadt Staßfurt (südlich
von der Bode) und von dem Bode-Ab-
In Abbildung 4 sind die berechnete schnitt im Bereich des Staßfurter Sattels
Salzkonzentration im Quartär-GWL des rückwärts gestartet sind, dargestellt. Die
suchungen) sowie mit IHU Stendal (Hydrogeo- Abb. 5: Verteilung der
logische Parametrisierung). (berechneten) Konzen-
tration entlang einem
SW-NE-Profil
JAHNKE, C., WALTER, N., HERRMANN, F., BOHN, A.
& VOIGT, H.-J., 2009: Hydrogeologie des Raums
Staßfurt – Teil 1 Hydrodynamik. In: Dynamik abge-
soffener oder gefluteter Salzbergwerke und ihres
Deckgebirgsstockwerks – 2. Workshop in Kelbra
2009 Statusseminar, EDGG 2009, Heft 242.
KERNER, T. & SIEMON, B., 2009: Aerogeophysikali-
sche Erkundung der elektrischen Leitfähigkeit (HEM
– Hubschrauberelektromagnetik) im Bereich des Abb. 6: Einschätzung des
Staßfurt-Egelner Sattels. In: EDGG 2009, Heft 242. Einflusses der zentralen
Wasserhaltung und der
Bode im 3D Modell mit
DIERSCH, H.-J. G., LUO, J. & RÜHAAK, W., 2009:
Rückwärtsbahnlinien, zwei
Grundwassermodellierung. In: EDGG 2009, Heft verschiedene Ansichten
Abb. 4: Gegenüberstellung der berechneten Salzkonzentration im Quartär-GWL und der Ergebnisse der elektri- 242. desselben Ergebnisses
schen Leitfähigkeit nach HEM (TV 2, BGR B2.1)
Szenarios mit anthropogenen Beeinflus- Stromlinien zeigen potenzielle Fließwege
sungen und die Ergebnisse der elektri- bzw. weisen darauf hin, wie das Grundwas-
schen Leitfähigkeit nach HEM (Hub- ser zu den Wasserhaltungsbrunnen bzw.
schrauber Elektromagnetik) bei 20 m NN dem betrachteten Bode-Abschnitt zufließt.
gegenübergestellt. Beim HEM-Ergebnis
stellt die Rotfärbung sehr hohe elektrische Demnach erstreckt sich der Einflussbereich
Leitfähigkeit im Untergrund dar bzw. weist der dezentralen Wasserhaltungsbrunnen
auf erhöhte Versalzung im Grundwasser von dem Stadtbereich nach Südwest, was
hin, während die Blaufärbung auf sehr der regionalen GW-Fließrichtung ent-
niedrige elektrische Leitfähigkeit und spricht. Nach der Modellierung wird die
damit auf Süßwasser hindeutet. Demnach Salzmenge aus den drei Brunnen auf ca.
zeigt die berechnete Verteilung der Salz- 9,3 t/d bzw. aus den gesamten dezentra-
konzentration im Untersuchungsgebiet len Wasserhaltungsanlagen auf ca. 10,6
bzw. entlang der Bode eine gute Überein- t/d veranschlagt. Die simulierte Salz-
stimmung mit den Hinweisen aus dem menge stimmt mit den vorliegenden
HEM-Ergebnis. Messungen gut überein.
Die simulierte Verteilung der Salzkonzen- Die Stromlinien vom betrachteten Bode-
tration ist in Abbildung 5 als Querschnitt Abschnitt zeigen, dass das Grundwasser
schematisch dargestellt. Aus regionaler ursprünglich von Südwesten kommt und
Sicht lässt sich gut erkennen, dass die im südlichen Stadtbereich dann entlang
Verteilung der Salzkonzentration durch die der Sattelstruktur zur Bode fließt.
Sattelstruktur und die Bode geprägt sind.
Im Bode-Abschnitt in der Stadt Staßfurt
Anmerkungen und Literaturhinweise
wurde der GW-Abstrom in die Bode mit Die vorgestellten Untersuchungen waren Be-
erhöhter Salzkonzentration bis max. 50 g/l standteil eines durch das BMBF geförderten For-
prognostiziert. Im Bereich der dezentralen schungsprojektes mit dem Förderkennzeichen
Wasserhaltungsbrunnen liegen die simu- 02C1516. Sie erfolgten in Zusammenarbeit mit der DIERSCH, H.-J. G., LUO, J. & RÜHAAK, W., 2010: Nu-
BTU Cottbus, Lehrstuhl für Umweltgeologie (Aufbau merische Strömungs- und Massentransportmodellie-
lierten Salzkonzentrationen zwischen 15
des konzeptionellen 3D hydrogeologischen Mo- rung im Bereich des ehemaligen Kalibergbaus Staß-
g/l und 25 g/l. Die Simulationsergebnisse dells), mit der BGR Hannover (Aufbau eines geologi- furt. In: Dynamik abgesoffener oder gefluteter
stimmen mit den Beobachtungen gut schen 3D Modells des Staßfurter Sattels und eines Salzbergwerke und ihres Deckgebirgsstockwerks –
überein. Grubenmodells und geophysikalische Unter- Abschlussworkshop, Staßfurt. EDGG, Heft 244.

4. 4 Forschung & Entwicklung
BMBF Verbundforschungsprojekt
Nachhaltiges Wasserressourcen-
management in der Küsten-
region der Provinz Shandong,
V. R. China*
Stefan Kaden, Bertram Monninkhoff & Karen Bossel
Ökologie und Lebensqualität der Bevölke- Deutsche Projektpartner sind das Institut
rung. Im Rahmen des IWRM-Förder- für ökologische Wirtschaftsforschung
programmes des BMBF wird, auf der Basis gGmbH, Berlin, die Ruhr-Universität
einer Vorstudie (Federführung Prof. W. Bochum, Lehrstuhl für Hydrologie,
Geiger, Universität Essen), das Verbund- Wasserwirtschaft und Umwelttechnik,
projekt „Nachhaltiges Wasserressourcen- Regierungsbaumeister Schlegel GmbH &
management in der Küstenregion der Co. KG und Prof. W. Geiger (UNESCO-
Provinz Shandong V. R. China“ vom chine- Professor).
sischen Ministerium für Wissenschaft und
Technologie (MOST) und dem BMBF Projektpartner auf chinesischer Seite sind
gefördert (Projektabschluss Dezember unter anderem das Wasserwirtschaftsamt
2011, Projektkoordination DHI-WASY der Provinz Shandong, die Wasserbehörde
Abb. 1: Einzugsgebiet Das Flussgebiet des Huangshuihe (1.034
des Huangshuihe
km²), vgl. Abbildung 1 im Nordosten der
Provinz Shandong mit seinen 64 km
Küstenlinie bietet ein sehr gutes Beispiel
für Wasserkonflikte, die sich aufgrund
schnell wachsender Bevölkerung, Industrie
und Landwirtschaft und nicht koordinier-
ter wasserwirtschaftlicher Maßnahmen Abb. 2: Speicherkaskade zur Grundwasseranreicherung (Foto: Dr. Luo, DHI-WASY GmbH)
ergeben und nur durch ein integriertes
Wasserressourcen-Management (IWRM) GmbH) (s. auch http://www.bmbf.wasser- von Longkou, die Forschungseinrichtung
gelöst werden können. ressourcen-management.de/de/304.php). Shandong Water Conservancy Research
Institute, Jinan (Prof. Zhang Baoxian, chi-
Die Übernutzung der Wasserressourcen Ziele sind: nesischer Projektkoordinator) sowie Shan-
hat eminente wasser- und landwirtschaftli- dong University und Shandong Normal
Das diesem Bericht zu-
grundeliegende Vorhaben che Probleme aufgrund der Salzwasser- • Integration von sozialen, ökonomischen University. Die wissenschaftliche Koordi-
wird mit Mitteln des
intrusion in das Grundwasser zur Folge. und Umweltaspekten nation liegt bei Prof. W. Geiger, UNESCO
Bundesministeriums für
Bildung und Forschung Die Entwicklung von Industrie und der • Integrierte Betrachtung von Grundwas- Chair in Sustainable Water Management,
unter dem Förderkenn-
Landwirtschaft als Haupteinkommens- ser und Oberflächenwasser (Quantität Peking/München.
zeichen 02WM0924/26
gefördert. Die Verantwor- quelle der Bevölkerung wird durch Was- und Qualität)
tung für den Inhalt dieser
serknappheit extrem behindert und die • Optimierung des Wasserhaushaltes für Das Projektgebiet zeichnet sich durch zwei
Veröffentlichung liegt bei
den Autoren. Verschmutzung hat Konsequenzen für das gesamte Einzugsgebiet. Besonderheiten aus, eine Speicherkaskade

5. Forschung & Entwicklung 5
zur Grundwasseranreicherung (Abbildung können damit konvektionsfrei und druck-
2) und einen unterirdischen Grundwasser- neutral entnommen werden.
damm zur Verhinderung der Salzwasser-
intrusion vom Meer. Eine weitere beobachtete Schwachstelle
liegt bei der spärlichen Erfassung von
Im Rahmen des Projekts wird u. a. ein Abflussmengen. Besonders gravierend ist
Entscheidungsunterstützungssystem (DSS, das Fehlen von Abflussdaten für den größ-
Decision Support System) entwickelt, das ten Nebenfluss im Projektgebiet, den
der Entwicklung von effizienten Maßnah- Huangchengji. Zur Abhilfe wurde daher in
mepaketen für ein nachhaltiges Wasser- Abstimmung mit den chinesischen
management dient. Die Struktur des DSS Partnern ein Messsystem konzipiert, das
ist in Abbildung 3 dargestellt. kurz vor der Mündung in den Hauptfluss
Abb. 4: Grundwassermessstelle zur online Güteüberwachung
Regions“ statt. Der Tagungsband ist auf Abb. 5: MIKE 3 Modell-
untersuchungen an der
Abb. 3: DSS IWRM Shandong (nach Geiger, 2006) der Projektwebsite verfügbar (http://dhi- Huangchengji Brücke
wasy.eu/shandong.html -> Publikationen).
Besondere Beachtung wird im Projekt installiert werden soll. Problematisch sind
auch auf ein verbessertes Monitoring hier die hohen Sedimentraten, das unre- Die Ergebnisse des Vorhabens wurden von
gelegt. In einer vorangegangenen Grob- gelmäßige Gewässerbett und die stark allen Teilnehmern gewürdigt. Seitens der
analyse zeigten sich diesbezüglich schwankenden Abflüsse (bis gegen Null).
Schwachstellen, die vor allem die Er- Eine Brücke wurde als geeigneter Mess-
fassung von Grundwasserständen und punkt ermittelt, allerdings hat diese 13
Wasserqualitätsparametern – besonders Durchlässe, die nicht alle separat gemes-
mit Relevanz für das Eindringen von salzi- sen werden können (aus technischen, vor
gem Meerwasser in den Grundwasser- allem aber aus Kostengründen). Ein
körper („saltwater intrusion“) – betrafen. Abflussmesssystem (OTT ADC) wurde an
Zwischenzeitlich wurden gemeinsam mit einem Brückendurchlass installiert. Um
den chinesischen Partnern neue, anforde- eine Beziehung zwischen dem gemesse-
rungsgerechte Messstellen geplant und nen (Teil-)Abfluss und dem Gesamtabfluss
realisiert. Die Messstellen sind mit einer zu erhalten, wurden 3D hydronumerische
solarbetriebenen Multiparameter-Funk- Simulationen mit der Software MIKE 3
sonde ausgestattet, die laufend fünf (MIKE by DHI) durchgeführt, vgl.
Parameterwerte (u. a. Leitfähigkeit) misst Abbildung 5. chinesischen Vertreter von Wasserwirt- Abb. 6: Teilnehmer der
Abschlussveranstaltung
und täglich auf eine zugehörige Website schaftsverwaltungen der Provinz Shan-
funkt (Entwicklung UGT GmbH). Für die Im April dieses Jahres fand eine Ab- dong wurde großes Interesse an der
mobile Probenahme wurde von UGT mit schlussveranstaltung zum Vorhaben in Weiterführung der wissenschaftlichen
dem Grundwasserforschungszentrum China im Rahmen einer Doppelveran- Zusammenarbeit geäußert.
Dresden e.V. das Mobile Monitoring staltung mit der UNESCO unter der Über-
Shuttle entwickelt und dem chinesischen schrift „Approaches for Integrated Water *Der Beitrag wurde in Englisch in der wwt interna-
Partner zur Verfügung gestellt. Die Proben Resources Management in Coastal tional, 1/2011, April 2011 veröffentlicht.

6. 6 Consulting
Regionalisierung von Hoch-
wasserabflüssen in Sachsen
Jörg Walther, Björn Fischer & Susanna Horn
Im August 2009 beauftragte das Säch- sonale Hochwasserstatistik gemäß DWA- dratischen Abweichung zwischen der
sische Landesamt für Umwelt, Land- Merkblatt 552. Als regional gültige zusammengesetzten Verteilung und der
wirtschaft und Geologie die DHI-WASY Verteilungsfunktion wurde die Allgemeine approximierten Allgemeinen Extremwert-
GmbH mit der Erarbeitung einer auf die Extremwertverteilung (AEV) gewählt. Die verteilung minimiert wurde. Als Gewicht
hydrologischen Verhältnisse im Freistaat Parameter dieser Verteilungsfunktion wur- wurde der Hochwasserabfluss HQ verwen-
Sachsen zugeschnittenen landeseinheitli- den nach der wahrscheinlichkeitsgewich- det. Damit wurde eine bessere Anpassung
chen Methodik zur Bestimmung von teten Momentenmethode mit Hilfe unse- der Allgemeinen Extremwertverteilung an
Hochwasserscheitelabflüssen mit Wieder- rer Software HQ-EX 3.0 geschätzt. Für die zusammengesetzte Verteilung im
kehrintervall HQT für unbeobachtete jeden Basispegel erfolgte die Parameter- Extrapolationsbereich (T ≥ 100 a) erzielt
Gewässerquerschnitte. Die Untersuchun- schätzung sowohl auf Grundlage der als bei einer Minimierung der Summe der
gen wurden in Zusammenarbeit mit dem Jahres-HQ-Reihen als auch auf Grundlage einfachen quadratischen Abweichung.
der saisonalen HQ-Reihen für das Som- Abbildung 1 veranschaulicht die Vor-
mer- und Winterhalbjahr. Für Pegel mit gehensweise und das Ergebnis der
historischen Hochwassern wurde die Optimierung beispielhaft für den Pegel
damit verbundene Zusatzinformation bei Golzern 1/Mulde.
der extremwertstatistischen Auswertung
der Reihen entsprechend berücksichtigt. Nach Approximation der Allgemeinen
Extremwertverteilung an die zusammen-
Nach der extremwertstatistischen Auswer- gesetzte Verteilung (Winter – Sommer)
tung der saisonalen HQ-Reihen für das wurden für alle Basispegel neben den
Sommer- und Winterhalbjahr kann die auf lokalen Parametern der saisonalen AEV
das Gesamtjahr bezogene Unterschrei- auch die Quantile HQT für T = 2 bis 500 a
tungswahrscheinlichkeit PU eines be- ermittelt.
stimmten Hochwasserabflusses HQ mit
folgender Gleichung berechnet werden: Für die Regionalisierung wurden zwei
unterschiedliche Basisverfahren einge-
PU(Jahr) = PU(Winter) * PU(Sommer) setzt: das Index-Flood-Verfahren und Top-
Kriging. Beim Index-Flood-Verfahren
Die mit Hilfe dieser Gleichung berechne- erfolgt eine Übertragung der höheren
Abb. 1: Approximation Institut für Wasserbau und Ingenieur- ten Wertepaare (HQ, PU) werden im Momente der Verteilungsfunktion inner-
einer Allgemeinen Extrem-
wertverteilung an die hydrologie der TU Wien und dem Institut Folgenden als zusammengesetzte Vertei- halb homogener Regionen, während bei
zusammengesetzte Ver- für Angewandte Statistik und EDV der lung (Winter – Sommer) bezeichnet. Top-Kriging eine räumliche Interpolation
teilung am Beispiel des
Pegels Golzern 1/Mulde Universität für Bodenkultur Wien durch- Leider fehlt für die zusammengesetzte der Momente entlang des Gewässernetzes
geführt. Die Methodik und die Ergebnisse Verteilung eine geschlossene mathemati- erfolgt. Als Grundlage für das Index-Flood-
der Regionalisierung wurden einem brei- sche Beschreibung, die es erlaubt, für Verfahren war die Bestimmung hochwas-
ten Fachpublikum bereits auf dem dies- eine vorgegebene Unterschreitungswahr- serhomogener Regionen erforderlich.
jährigen Tag der Hydrologie in Wien vor- scheinlichkeit den Hochwasserabfluss auf Hierzu wurden die beiden Klassifikations-
gestellt. direktem Weg zu berechnen. Mit obiger verfahren Clusteranalyse und Regressions-
Gleichung ist das nur iterativ möglich. baum angewendet und ihre Ergebnisse
Datengrundlage für die Regionalisierung miteinander verglichen. Beide Verfahren
bildeten beobachtete Scheitelabflüsse an Praktisch wurde dieses Problem gelöst, basieren auf der Annahme, dass ähnliche
insgesamt 179 Pegeln. Im Anschluss an indem die zusammengesetzte Verteilung Gebietseigenschaften ähnliche Hochwas-
die Prüfung der Abflussdaten wurden für durch eine Allgemeine Extremwertvertei- serprozesse bewirken, unterscheiden sich
113 Basispegel mit einer Reihenlänge von lung approximiert wurde. Dies geschah aber in Hinblick auf die Gruppenbildung.
mindestens 26 Jahren die beobachteten über eine Optimierung der drei Parameter
Jahreshöchstabflüsse extremwertstatistisch der Allgemeinen Extremwertverteilung, Die Ergebnisse der Klassifikationsverfahren
ausgewertet. Zur Anwendung kam die sai- bei der die Summe der gewichteten qua- wurden zunächst mittels Teststatistiken

7. Consulting 7
In einem letzten Arbeitsschritt wurde die Abb. 3: Gegenüber-
stellung der lokalen und
Datengrundlage für das Vorzugsverfahren der regionalisierten
erweitert, indem bei der Ermittlung des Abflussspenden (Jack-
Knife) des Hq100 für das
Lageparameters der AEV neben den 113 Vorzugsverfahren
Basispegeln auch die restlichen 66 Pegel
mit kurzen Reihenlängen berücksichtigt
Abb. 2: Hochwasserregionen in Sachsen als Basis für das Index-Flood-Verfahren wurden. Dadurch konnten die Ergebnisse
der Regionalisierung noch einmal verbes-
hinsichtlich ihrer Eignung für das Index- Geländehöhe unterteilt. Innerhalb der sert werden. Beispielhaft werden in
Flood-Verfahren bewertet. Anschließend letztgenannten Zone existieren zwei Teil- Abbildung 3 als Ergebnis des Jack-Knife-
wurden die Ergebnisse in Karten der regionen mit deutlich abweichendem Vergleichs die regionalisierten Abfluss-
naturräumlichen Gliederung Sachsens ge- Hochwasserverhalten infolge einer beson- spenden eines 100-jährlichen Hochwas-
genübergestellt und gemeinsam mit dem deren naturräumlichen Ausstattung bzw. sers den lokalen Spenden der Pegel
Auftraggeber beurteilt. Im Ergebnis dieser einer auffälligen Häufung lokaler Stark- gegenübergestellt.
Diskussion wurde ein Regressionsbaum niederschläge.
mit drei Knoten favorisiert, mit dem eine
plausible Gliederung Sachsens in Regio- Die Anwendung der beiden
nen mit unterschiedlichem Hochwasser- Basisverfahren (Index-Flood-
verhalten erzielt wird. Da dieser Regres- Verfahren und Top-Kriging)
sionsbaum ausschließlich die nutzbare erfolgte separat und in
Feldkapazität als Gebietskenngröße be- Kombination untereinander
rücksichtigt, wurde noch untersucht, ob sowie mit einer Georegression
durch die Kombination der nutzbaren in insgesamt sechs verschiede-
Feldkapazität mit weiteren Gebietskenn- nen Varianten. Zur Bewertung
größen, insbesondere mit dem mittleren der Ergebnisse der einzelnen
Niederschlag, eine Verbesserung der Varianten wurde ein Jack-Knife-
Teststatistiken erreicht werden kann, was Vergleich (Kreuzvalidierung)
allerdings nicht der Fall war. für die durch Pegel beobachte-
ten Einzugsgebiete durchge-
Die endgültige Abgrenzung von vier führt. Im Ergebnis des Jack-
räumlich zusammenhängenden Regionen Knife-Vergleichs wird folgende
erfolgte nach Zusammenschau der Ergeb- Verfahrenskombination als
nisse der verschiedenen Klassifikations- Vorzugsverfahren für die An-
verfahren auf der Grundlage des Regres- wendung in Sachsen empfohlen:
sionsbaums mit drei Knoten und unter Im Zuge der Anwendung des Vorzugs- Abb. 4: Mit dem Vor-
zugsverfahren regionali-
besonderer Berücksichtigung von Mor- a) Georegression zwischen MHQ (Index verfahrens wurde ein Shape erstellt, in sierte Abflussspende
phologie und Einzugsgebietsgrenzen (Ab- Flood) und Einzugsgebietskenngrößen dem flächendeckend für alle Teilgebiete in Hq100 in m3/(s*km2)
bildung 2). Dadurch wird Sachsen primär b) Regionale Analyse und Ausgleich der Sachsen die Hochwasserspenden und
in eine Festgesteinsregion im Süden mit Residuen der Georegression mit Top- Hochwasserscheitelabflüsse für verschie-
geringer nutzbarer Feldkapazität und Kriging dene Wiederkehrintervalle enthalten sind.
hoher Geländehöhe (i. d. R. > 400 m HN) c) Bestimmung der höheren Momente In Abbildung 4 werden die mit dem
und eine Übergangs- und Lockergesteins- (Varianz und Schiefe) der regionalen Vorzugsverfahren regionalisierten Abfluss-
region im Norden mit mittlerer bis hoher Verteilungsfunktion mit dem Index- spenden des 100-jährlichen Hochwassers
nutzbarer Feldkapazität und geringer Flood-Verfahren kartographisch dargestellt.

8. 8 Consulting
Steuerung der Wasserstände
Analyse, Bewertung und Handlungvorschläge für den
Großraum Paulinenaue/Großer Havelländischer Hauptkanal
Thomas Koch & Bertram Monninkhoff
Im Gebiet der Gemeinde Paulinenaue in Hydrologisches Modellsystem gesetzt (vgl. DHI-WASY Aktuell 2/2006).
Brandenburg im Landkreis Havelland sind Der Raum Paulinenaue verzeichnet durch Die Kopplung des Grundwasserneubil-
bei Starkniederschlagsereignissen 2007 die vielen Entwässerungsgräben und die dungsmoduls aus ArcEGMO und FEFLOW
erhebliche Probleme durch nicht abflie- größtenteils geringen Grundwasserflur- wurde für das vorliegende Projekt ent-
ßendes Oberflächenwasser sowie durch abstände eine sehr hohe Dynamik des wickelt (vgl. S. 10 in dieser DHI-WASY
ansteigendes Grundwasser entstanden. hydrogeologischen Systems und eine star- Aktuell). Für das Untersuchungsgebiet
Neben Vernässungen von landwirtschaftli- ke Interaktion zwischen den Kompo- Paulinenaue, wurden mit dem Modell-
chen Nutzflächen sind insbesondere in nenten Oberflächenwasser mit deren system 94 km Fließgewässer in einem
Kellern der bestehenden Bebauung Was- Steuerungsmöglichkeiten, Grundwasser Modellgebiet von 230 km² modelliert.
serschäden verursacht worden. und Grundwasserneubildung. Die Inter-
aktion zwischen den Komponenten kann Für die Kalibrierung des Fließgewässer-
nur durch eine integrierte Kopplung der modells wurden im Rahmen einer
genannten Komponenten gewährleistet Fließgeschwindigkeitsmessung der Abfluss
werden. Für die Analyse des Ist-Zustandes und die entsprechenden Wasserspiegel-
und der Maßnahmenwirkungen wurde höhen bestimmt. Nach der Kalibrierung
ein gekoppeltes hydrologisches Modell- des instationären gekoppelten Modells
Abb. 1: Übersicht wasser- Maßgeblicher Vorfluter in dem Gebiet ist
wirtschaftliches System
der Große Havelländische Hauptkanal
(GHHK) – ein rechter Nebenfluss der Havel
und Gewässer I. Ordnung. Neben dem
GHHK gibt es im Gebiet eine Vielzahl Ne-
bengewässer (Gewässer II. Ordnung) und
diverse Gräben, die Wasser aus den Flä-
chen dem GHHK zuführen. Verschiedene Abb. 2: Kalibrierungsergebnis im Siedlungsbereich Paulinenaue
Schöpfwerke und Wehranlagen dienen
der Steuerung des wasserwirtschaftlichen system aus folgenden Elementen aufge- konnte eine sehr genaue Abbildung der
Systems (siehe Abbildung 1). baut: gemessenen Oberflächen- und Grund-
• Fließgewässermodell (MIKE 11, DHI) wasserstände erzielt werden (siehe
Die Arbeitsgemeinschaft DHI-WASY • Grundwassermodell (FEFLOW, DHI- Abbildung 2).
GmbH / Büro für Angewandte Hydrologie WASY)
(BAH), wurde im Jahr 2010 vom • Niederschlags-Abflusssmodell (ArcEG- Ergebnisse
Ministerium für Umwelt, Gesundheit und MO, BAH). Im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse
Verbraucherschutz beauftragt, Vorschläge wurden zunächst die vorhandenen
für ein verbessertes Bewirtschaftungs- Die Kopplung zwischen dem Ober- Möglichkeiten zur Regulierung der Ober-
konzept des Wasserhaushaltssystems zu flächenwassermodell MIKE11 und dem flächen- und Grundwasserstände im
erarbeiten, wodurch solchen Ereignissen Grundwassermodell FEFLOW wurde Gewässersystem untersucht, mit dem Ziel
besser vorbereitet begegnet werden kann. bereits bei vielen Projekten erfolgreich ein- insbesondere auf die Grundwasserstände

9. Consulting 9
Einfluss nehmen zu können. Die vorhan- Die Ergebnisse wurden im Juni in der
denen Möglichkeiten bestehen vorrangig Gemeinde Paulinenaue der Öffentlichkeit
in einer veränderten Steuerung der was- vorgestellt. Die regen Diskussionen im
serwirtschaftlichen Anlagen und ange- Anschluss zeigten, dass das Hochwasser
passten Unterhaltungsmaßnahmen (ver- 2007 noch nicht in Vergessenheit geraten
stärkte Krautung). Es zeigte sich jedoch, ist. Zwar waren nicht alle Anwesenden mit
dass mit den bestehenden Möglichkeiten den dargestellten Ergebnissen und Erklä-
auch bei sehr guten Bedingungen (ganz- rungen einverstanden, die Aussage, dass
jährig gekrautete Gewässer und geöffnete das Hochwasser 2007 zu der Zeit nicht
Wehranlagen im Gebiet) keine maßgebli- vermeidbar gewesen wäre, fand jedoch
che Verbesserung bzgl. der stark erhöhten generell Zustimmung. Deutlich wurde
Grundwasserstände im Siedlungsraum für aber auch, dass bei weniger extremen
das extreme HW-Ereignis Juli 2007 hätte Ereignissen eine verbesserte Bewirtschaf-
erreicht werden können. tung erforderlich und möglich ist.
Während der umfangreichen weiteren Die abschließenden Arbeiten konzentrier-
Untersuchungen wurde festgestellt, dass ten sich auf die Entwicklung eines
eine Verbesserung der Hochwasser- Steuerschemas, mit dem es möglich sein
verhältnisse bei Extremereignissen wie in wird, wasserstandsabhängige Steuerent- • Steuerung der Wehranlagen und/oder Abb. 3: Vergleich der
Vernässungsflächen im
2007 in der Gemeinde Paulinenaue vor- scheidungen zur Bewirtschaftung des • Krautung des Gewässers und/oder Ist- (grün) und im opti-
rangig durch eine verbesserte Vorflut im GHHK zu treffen. Dazu werden für den • Reduzierung des Zuflusses in das Gebiet mierten Plan-Zustand
(lila)
Siedlungsbereich, z. B. durch deutliche GHHK und verschiedene Grundwasser-
Vertiefung von zwei vorhandenen Gräben, messstellen Schwellenwerte der Wasser- Ziel der angepassten Steuerung ist es,
gewährleistet werden kann (siehe Ab- stände festgelegt und folgende zukünftig Auswirkungen von Hochwasser-
bildung 3). Handlungsvorschläge unterbreitet: ereignissen zu mindern.
Zukunft Landwehrkanal
Bestandserfassung und -bewertung anhand vorhandener
Unterlagen für die Sanierung bzw. Instandsetzung des
Landwehrkanals/Berlin
Jutta Nowak
Der Landwehrkanal ist 10,74 km lang und Umgestaltung zum innerstädtischen Kanal Die Höhenunterschiede im Wasserspiegel
durchschnittlich ca. 22 m breit. Er durch- mit den bis heute noch größtenteils vor- werden mit der Ober- und Unterschleuse
fließt im Herzen Berlins die Bezirke handenen Uferbauwerken (schräge Sand- ausgeglichen.
• Charlottenburg-Wilmersdorf steinquadermauern).
• Mitte Der Landwehrkanal ist als Gesamt-
• Friedrichshain-Kreuzberg In den Jahren 1939 bis 1941 wurden die ensemble heute als Denkmal eingestuft,
• Neukölln Schleusen und Teile des Landwehrkanals seine Ufermauern sind teilweise noch im
• Treptow-Köpenick. für Odermaßschiffe (550 t) umgebaut. Zustand von 1890 vorhanden. Für die
Nach 1945 wurden der Kanal von den Ufereinfassungen besteht inzwischen drin-
Der Landwehrkanal wurde nach Plänen Kriegstrümmern befreit und wieder schiff- gender Sanierungs- und Instandsetzungs-
von Lenné in einem ehemaligen Ent- bar gemacht sowie in mehreren Ab- bedarf.
wässerungsgraben (zur Entwässerung von schnitten die Kanalufer saniert (Stahl-
Sumpfgebieten in die Spree) erbaut und spundwände). Seit 1961 wird der Land- Zur Zukunft des Landwehrkanals wurde
1850 für die Schifffahrt freigegeben. wehrkanal hauptsächlich für den Fahrgast- 2007 ein Mediationsforum eingerichtet.
Zwischen 1883 und 1890 erfolgte eine und Sportbootverkehr genutzt. Alle Beteiligten dieses Mediationsforums

10. 10 Consulting
Demzufolge wurde im Mediationsforum nenfalls zu erwartende Eingriffe durchge-
festgelegt, das gesamte Wissen über die führt werden.
Umwelt am Landwehrkanal zusammenzu-
stellen und seinen stadtökologischen Wert Darüber hinaus werden sowohl Fragen aus
herauszuarbeiten. dem aufgestellten Kriterienkatalog des
Mediationsforums als auch Fragen aus den
Insofern besteht die Aufgabe der vom Forumssitzungen schutzgutbezogen be-
Wasser- und Schifffahrtsamt Berlin (WSA) antwortet.
an die Arbeitsgemeinschaft, bestehend
aus DHI-WASY und Jesteadt, Wild + Part- Die im Rahmen dieser Studie ermittelte
ner in Auftrag gegebenen Studie, auf der Datenlage ist solide und stellt trotz einiger
Grundlage Datenlücken eine gute Basis für nachfolgen-
• des Umweltverträglichkeitsprüfungsge- de Planungsphasen dar. Zusammen mit
setzes (UVPG), den aufgezeigten Empfehlungen für weiter-
• bereits vorliegender und öffentlich ver- führende Untersuchungen sind ausreichen-
fügbarer Unterlagen und de Informationen zur Erstellung einer soge-
• des Kriterienkatalogs des Mediations- nannten Scoping-Unterlage vorhanden.
forums
eine Bestandserhebung und -bewertung Zusammenfassend kann bereits jetzt ein-
der Schutzgüter einer Umweltverträg- geschätzt werden, dass es sich bei dem
lichkeitsprüfung vorzunehmen. Dabei sind Natur- und Kulturraum Landwehrkanal
Lücken und Defizite im Bestandswissen zu um einen gewachsenen städtischen Raum
benennen und Empfehlungen für weiter- mit sehr vielen wertvollen Bereichen (z. B.
führende Erhebungen/Untersuchungen Gewässer und Freiflächen) und Besonder-
herauszuarbeiten. heiten (Landwehrkanal als Baudenkmal)
handelt. Dieser Raum ist zwar städtisch
Die Ergebnisse der Bestandserhebung und geprägt, jedoch ebenfalls empfindlich
Abb. 1: Ufermauern am verfolgen das Ziel, nachhaltige Lösungen -bewertung fallen schutzgutabhängig er- gegenüber Veränderungen. Von der Aus-
Landwehrkanal 2010
(Foto: DHI-WASY) sowohl für die gegenwärtige Situation wartungsgemäß sehr unterschiedlich aus. stattung des Stadtökosystems hängt in
(grundsätzlicher Sanierungs-/Instandset- So sind für einige Schutzgüter wie Boden, hohem Maße die Lebensqualität der
zungsbedarf) als auch für die Zukunft des Klima, Luft bzw. Kultur- und Sachgüter Menschen ab, die den Landwehrkanal und
Landwehrkanals in Berlin zu erarbeiten. ausreichende Unterlagen vorhanden, um seine Uferstrukturen zum Erholen auf-
Dabei bedeutet nachhaltig, die Erarbei- eine Bestands- und Eingriffsbeurteilung suchen.
tung von ökonomischen, ökologischen entsprechend UVPG durchführen zu kön-
und sozialverträglichen sowie technisch nen. Für andere Schutzgüter (z. B. Was- An dieser Stelle möchten wir dem Wasser-
machbaren Lösungen unter Berücksichti- ser/Grundwasser) müssen noch weitere und Schifffahrtsamt Berlin (WSA), der Bun-
gung des Denkmalschutzes. Unterlagen übergeben werden. Vor allem desanstalt für Gewässerkunde (BfG) und
für die Schutzgüter, Tiere, Pflanzen und allen beteiligten Behörden und Einrich-
Um diese Lösungen zu erarbeiten, ist die Landschaft müssen noch umfangreiche tungen sowie den Mitgliedern des Media-
Erfassung und Bewertung des derzeitigen Untersuchungen für eine ausreichende tionsforums für die konstruktive Zusam-
Umweltzustandes erforderlich. Bewertung des Bestandes und gegebe- menarbeit und Unterstützung danken.
Produkte
Kopplungsmodule FEFLOW
Bertram Monninkhoff
In den vergangenen Monaten wurden den so entwickelt und konzipiert, dass in Kürze bereitgestellt. Nutzungsbedin-
eine Reihe neuer Kopplungsmodule für deren Einsatz auch bei anderen Projekten gungen sind ebenfalls dort gegeben. Die
das Simulationssystem FEFLOW (weiter-) gewährleistet ist. Die genannten Module Wichtigsten werden nachfolgend kurz
entwickelt und erfolgreich bei Projekten stehen bereits auf www.feflow.info/miscella- erläutert.
eingesetzt. Alle FEFLOW IFM-Module wur- neos.html zur Verfügung oder werden dort

11. Produkte 11
IfmMIKE11
Die Version 2.0 der Kopplung zwischen
FEFLOW und dem 1D-Oberflächenwasser
Modell MIKE 11 wurde bereits in der DHI-
WASY Aktuell 2/2010 beschrieben. Die
Version beinhaltet auch eine Kopplung für
Massentransport, die erfolgreich in das
gleichfalls in dieser Ausgabe dargestellte
Abb. 2: Überlagerung der
Projekt in Shandong, China, eingesetzt FEFLOW und MIKE SHE
wurde. Die aktuelle Installation ist für die Netze in IfmDFS2
Kopplung mit der neuesten Version von bewirtschaftungssystemen (Sickerkasten www.arcegmo.de) und FEFLOW wurde
MIKE (2011) angepasst worden. oder Rigolensysteme) wurde bereits er- speziell bzgl. der Grundwasserneubildung
folgreich getestet. für das gleichfalls in dieser Ausgabe der
IfmLake DHI-WASY aktuell dargestellte Projekt in
Dieses Modul ermöglicht eine bessere IfmDFS2 Paulinenaue entwickelt und erfolgreich
Abbildung von offenen Wasserflächen Im Rahmen der Integration der verschie- eingesetzt. Dabei wurden seitens BAH
(z. B. Seenflächen) in FEFLOW. Über eine denen DHI-Software-Pakete wurde ein auch die erforderlichen Schnittstellen von
Referenzverteilung werden die Bereiche Modul entwickelt, mit dem Ergebnisdaten ArcEGMO angepasst. Die Kopplung funk-
der Seeflächen definiert und indiziert. aus dem integrierten Grundwassermodell tioniert auf Basis einer Elementarflä-
Über die Indizierung kann nachfolgend für MIKE SHE in FEFLOW während der Lauf- chendatei von ArcEGMO (Shape-Format).
jeden See sowohl eine Wasserstands- zeit geladen werden können. Es handelt Für jede Elementarfläche (EFL) wird pro
Volumen-Beziehung als auch eine zeitlich sich dabei um die von MIKE SHE berech- Zeitschritt (t1) einerseits die Grundwas-
variierende externe Zu- oder Abflussrate neten Grundwasserneubildungsdaten, die serneubildung über den vergangenen
(z. B. Niederschlag, Verdunstung oder Zu- üblicherweise in einer DFS2-Datei gespei- Zeitraum seit dem letzten Austausch (t1-
und Ablauf des Sees) vorgegeben werden. chert werden. Dies ist ein DHI internes t0) von ArcEGMO an FEFLOW und ander-
Auf Basis des aktuellen Wasserstands im Rasterformat, das pro Zelle eine Vielzahl seits ein mittlerer Flurabstand zum
See werden mit FEFLOW für jeden von Werten speichern kann, z. B. die Austauschzeitpunkt (t1) von FEFLOW an
Zeitschritt die Austauschraten zwischen Grundwasserneubildung auf Monats- oder ArcEGMO übergeben. Die FEFLOW-
Grund- und Oberflächenwasser berech- auch auf Tagesbasis. Das Modul ermög- Elemente, deren Mittelpunkt innerhalb
net. Zusammen mit der aktuellen exter- licht eine im ASCII-Format gespeicherte
nen Zu- oder Abflussrate kann hiermit auf DFS2-Datei zu definieren. Die FEFLOW-
der Basis der Wasserstands-Volumen-Be- Zeitschrittsteuerung wird automatisch so
ziehung ein neuer Wasserstand im See für angepasst, dass die einzelnen Tage der
den nächsten Zeitschritt berechnet wer- DFS2-Datei angesteuert werden. Die
den. Nach jedem Zeitschritt werden die Überlagerung der Netze erfolgt, analog an
Randbedingungen 3. Art des Sees nicht der vorhandenen Parameterzuweisung in
nur mit Hilfe des Wasserstandswertes, son- FEFLOW, auf der Basis der Element-
dern auch in Abhängigkeit der Gelände- mittelpunkte. der jeweiligen EFL-Fläche liegen, bekom- Abb. 3: Generelle Vorge-
hensweise der Kopplung
oberkante entsprechend der Ausdehnung men die von ArcEGMO übergebene mit IfmArcEGMO
angepasst. Dadurch ist z. B. eine adäquate IfmArcEGMO Grundwasserneubildungsrate der EFL-
Abbildung eines aufzufüllenden Tagebau- Die Kopplung zwischen dem weitver- Fläche. Das Kopplungsmodul wandelt die
sees gewährleistet. Auch die Anwendung breiteten Niederschlags-Abflussmodell von FEFLOW knotenweise übergebenen
bei der Langzeitsimulation von Regen- ArcEGMO (BAH, Bernd Pfützner, Grundwasserstände intern in Flurabstände
um, ermittelt einen repräsentativen
Flurabstand für die EFL-Fläche und über-
gibt diesen Wert an ArcEGMO. Damit wird
der Einfluss des Flurabstandes auf die
Grundwasserneubildung berücksichtigt.
Die Interaktion zwischen ArcEGMO und
MIKE11 wurde bzgl. der Direktabflüsse im
vorliegenden Modul noch nicht automati-
siert. Für die Kopplung ist lediglich die
Angabe der ArcEGMO-Steuerdatei in
FEFLOW erforderlich. Das Laden und
Zuordnen der EFL Shape-Datei erfolgt
Abb. 1: Beispiel einer ungesättigten Modellierung einer Versickerungsfläche mit IfmLake dann automatisch.

12. 12 Produkte
MONERIS Professionelle Programmierung
des Nährstoffeintragsmodells
Stefanie Kübler, Annett Wetzig & Franziska Neumann IGB, Leibniz-Institut
für Gewässerökologie und Binnenfischerei Berlin
MONERIS (Modelling of Nutrients in River ware erfolgt durch die DHI-WASY GmbH • Diagramme und Tabellen zur Visuali-
Systems) ist ein semi-empirisches, konzep- im Auftrag des Forschungsverbundes sierung der Modellergebnisse sowie
tionelles Nährstoffeintragsmodell zur e. V. Berlin. MONERIS wird hierbei in zum Vergleich der Auswirkung von
Durchführung von regionalen, nationalen drei Varianten zur Version 3.0 weiter Managementalternativen.
und internationalen Studien zur Wasser- entwickelt: • Monatliche Disaggregation der jährli-
chen Ergebnisse
• Kosten-Nutzen-Analyse von Manage-
mentalternativen.
Darüber hinaus bietet MONERIS 3.0
• Führung des Anwenders durch das
Programm
Die moderne menügestützte Nutzer-
oberfläche mit einer kontextsensitiven
Hilfe und umfangreichen Tooltips leitet
den Anwender durch den Modellablauf.
• Modularisierung des Rechenkerns
Der Rechenkern ist in mehrere aus-
tauschbare Module aufgeteilt. So kann
das IGB Modelländerungen selbständig
im Programmcode vornehmen und
testen.
• Integration der Zielwertkonzentration
Die Zielwertkonzentration ist nun be-
quem durch die Hauptanwendung be-
rechenbar.
2. MONERIS mit Kopplung an
ArcGIS bzw. WISYS / Integration
in die Elbe Expert Toolbox (EET)
ArcGIS-basierte Pre-Processing-Werkzeuge
unterstützen den Aufbau der MONERIS-
Abb. 1: MONERIS qualität auf Flussgebietsebene. Es wurde 1. MONERIS Hauptanwendung Eingangsdatenbank. Sie automatisieren
Hauptanwendung:
Ergebnisdarstellung über am IGB unter langjähriger Federführung Die Hauptanwendung von MONERIS setzt einen Großteil der Arbeitsschritte, die
Diagramme von Dr. H. Behrendt (†) als EXCEL-basier- die Modellgrundlagen des IGB komplett beim Einrichten eines MONERIS-Projektes
te VBA-Version für drei Ziele entwickelt: um und erfordert keine zusätzliche GIS- erforderlich sind wie
• Identifizierung der diffusen und punktu- Software. MONERIS 3.0 integriert alle • Verschneidung von Vektor- und Raster-
ellen Quellen und Eintragspfade von Möglichkeiten der VBA-Version zur Steue- daten mit den MONERIS-Analyse-
Nährstoffen auf Analysegebietsebene rung und Auswertung eines Modelllaufs gebieten
(kleinste im Modell verwendete Berech- wie • Unterstützung bei der Generierung des
nungseinheit) • Zusammenstellung unterschiedlicher Abflussbaumes
• Analyse des Transports und der Reten- Handlungsoptionen und deren Zuwei- • Haupt- und Nebenlauf-Definition und
tion von Nährstoffen in Flusssystemen sung an die einzelnen MONERIS-Ana- Berechnung
• Bereitstellung eines Untersuchungs- lysegebiete als Managementalternativen
rahmens für Managementalternativen. • Rechenläufe für Einzeljahre oder be- Die im Rahmen des BMBF-Projektes
stimmte hydrologische Bedingungen GLOWA ELBE III erfolgte Kopplung an
Die professionelle Programmierung von (langjährige Mittelwerte, trockene oder WISYS, und die Integration in die EET wird
MONERIS zu einer stabil laufenden Soft- feuchte Bedingungen) weiterhin gepflegt. Somit läuft die MONE-

13. Produkte 13
RIS Hauptanwendung im Modellverbund
der EET und kann
• die Modellergebnisse vorgelagerter Mo-
delle nutzen
• eigene Modellergebnisse an nachgela-
gerte Modelle weitergeben sowie
• die umfangreichen Visualisierungsmög-
lichkeiten der EET zur Ergebnisdarstel-
lung nutzen.
3. MONERIS mit Kopplung an
den PRESTO-CATCH Viewer
Zur Darstellung der Berechnungsergeb-
nisse mit dem kürzlich fertig gestellten
PRESTO-CATCH Viewer des IGB steht ein
Export der Berechnungsergebnisse in das
Datenbankformat des PRESTO-CATCH
Viewers zur Verfügung.
Zudem: Gemeinsame Datenba-
sis in Gebieten unterschiedli-
cher Datenhoheiten
Zum Aufbau einer gemeinsamen Daten- hoheiten wird eine webbasierte Lösung legten Nutzerkonzept hochladen bzw. ver- Abb. 2: MONERIS
integriert in die EET:
bank in Gebieten unterschiedlicher Daten- entwickelt, um Daten nach einem festge- ändern zu können. Maßnahmendefinition
Lösung
Neuer Service für das satellitenge-
G-WaLe stützte Wasserstandsmesssystem:
Messkampagnen und Analysen
Philipp Bluszcz
Die DHI-WASY GmbH hat das BMBF-For- hohen Preise ist die Messnetzdichte dieser • Hohe Flexibilität: Nur die momentan
schungsprojekt G-WaLe (Schnelle Daten- Pegelstationen gering. tatsächlich benötigte Anzahl der Mess-
übermittlung für ein GNSS gestütztes einheiten muss installiert werden
Wasserstandsmesssystem im Katastro- DHI-WASY und etamax space bieten Ihnen • Hohe Datengenauigkeit (< 5 cm)
phenfall) zusammen mit der Firma etamax in Kooperation das Messsystem für die
space GmbH erfolgreich abgeschlossen Überwachung von Hochwasser im Moni- Zunächst bieten wir das Wasserstands-
(vgl. DHI-WASY Aktuell 1/2010). Daraus ist toring- und im Katastrophenfall an. messsystem als Dienstleistungsservice an.
für unsere Kunden ein neuer Service Unser Team erstellt für Sie ein Grund-
erwachsen. Die Vorteile des Systems G-WaLe konzept zur Erfassung der Daten im ge-
• Mobiles System, welches einfach und wünschten Einzugsgebiet. Anschließend
Für die Echtzeitberechnung von Überflu- schnell dort installiert werden kann, wo werden mobile, mit einem GNSS-
tungsflächen und -tiefen und für die es benötigt wird, auch in Regionen mit Empfänger (Global Navigation Satellite
Hochwasservorhersage ist die genaue geringer technischer Infrastruktur System), Batterie sowie Speicher- und
Erfassung der Pegelwasserstände eine • Hohe zeitliche und räumliche Auflösung Kommunikationseinheit ausgerüstete
grundlegende Voraussetzung. Standard- der gemessenen Wasserstände Messstellen von uns konfiguriert und im
mäßig erfolgt die Messung der Hoch- • Autark arbeitende Einheiten, nur mi- Einsatzgebiet ausgebracht (siehe Abbil-
wasserpegel an stationären Anlagen. nimaler Instandhaltungsaufwand not- dung 1). Die vertikale Position der Mess-
Aufgrund ihrer Komplexität und der relativ wendig stellen liefert Informationen über die

14. 14 Lösung
Abb. 1: Systemkom- Dynamik des Wasserspiegels. Die gemes-
ponenten des Service-
angebots zur Wasser- senen Daten werden über GSM-Mo-
standsmessung mit bilfunknetze an einen Server übermittelt.
mobilen Messstellen
Dort werden die Daten gefiltert, aufberei-
tet an die Hochwasserechtzeit-Software
HWMobil (auf Basis von ESRI ArcGIS) über-
geben, analysiert und als Überflutungser-
gebnisse für den Nutzer zur Verfügung
gestellt. Alternativ können sie direkt an
den Nutzer übermittelt werden.
Der neue Service zur Einrichtung und zum
Aufbau eines Messsystems mit mobilen
Messstellen steht Ihnen ab sofort zur Ver-
fügung. Wir freuen uns auf Ihre Anfragen:
h t t p : / / w w w. d h i - w a s y. d e / F o r s c h u n g /
GWALE.aspx
MIKE 11 Neue Kontrollfunktion „Tabulated 2D“
Christian Pohl & Hans-Ulrich Otto
Die DHI-WASY freut sich, Ihnen die neu Variiert die Steuerung über die Jah- (1999, 2005, 2007), welche insbesondere
entwickelte Funktion „Tabulated 2D“ bei resgrenzen hinaus, sind die Zeitangaben entlang der großen schweizerischen
den Kontrollstrukturen (Control Struc- entsprechend der Jahreszahlen korrekt ein- Mittellandflüsse und Alpenrandseen zu
tures) vorstellen zu können. zugeben. außerordentlichen Schäden führten. Die
Abb. 1: Eingabedialog – Hinter dem Namen „Tabulated 2D“ ver-
Details – „Tabulated 2D“
– Control Strategies
birgt sich eine Kontrollmöglichkeit für
Abflusssteuerungsstrukturen (Discharge
Control Structures) [sowie die bekannten
Optionen: Unterströmtes/Überströmtes/
Radial-Tor (Underflow/Overflow/Radial
Gate) und Schleusenformel (Sluice
Formula)] mit der in Abhängigkeit von Zeit
und Wasserstand der Durchfluss gesteuert
werden kann. Die Eingabe erfolgt mit Hilfe
komfortabler Eingabmasken (vgl.
Abbildung 1). Hierbei werden die jahres-
zeitlichen Variationen und Kontroll- Die oben beschriebene Kontrollfunktion Analyse der Hochwasser zeigte, dass der
wasserstände in der Zielmatrix dem wurde für die Bedürfnisse des Bundes- Regulierung der einzelnen Alpenrandseen
gewünschten Durchfluss zugeordnet. Die amtes für Umwelt (BAFU) in der Schweiz (Jurarandseen, Vierwaldstättersee, Zürich-
Anzahl der Spalten und Zeilen ist nicht entwickelt, um die Seeausflusssteuerung see) und insbesondere auch deren
begrenzt und kann mittels „Kopieren/ anhand der Linienreglemente im hydrody- Koordination eine entscheidende Rolle
Einfügen“ gefüllt werden. Für Simulatio- namischen Modell abbilden zu können. zukommt. Primär geht es darum, das
nen über mehrere Jahre steht Ihnen die Das BAFU erstellt und betreibt ein hydro- Retentionsvolumen der Seen zu nutzen
Option „Jährliche Variation“ (yearly varia- dynamisches 1D-Modell (MIKE 11), mit und den Ausfluss so zu steuern, dass die
tion) zur Verfügung. Bei Aktivierung wird welchem Grundlagen erarbeitet werden, Hochwasserspitzen in den unterliegenden
die Matrix als jährlich wiederkehrender um die Seeregulierungen im Hochwasser- Flussläufen gemindert werden können.
Zyklus betrachtet (Schaltjahre werden ereignis aufeinander abstimmen zu kön-
berücksichtigt) und die Jahreszahl im nen. Dies steht im Zusammenhang mit Bei vielen schweizerischen Seen ist eine
Datum (Time of the year) vernachlässigt. der Analyse der jüngsten Hochwasser Steuerung nach Linienreglement üblich.

15. Lösung 15
ziente und flexible Integration der Linien- Abb. 2: Wehr Port – Blick
vom Unterwasser mit dem
reglemente im hydrodynamischen Modell Bielersee im Hintergrund
(MIKE 11). (Foto: Amt für Wasser und
Abfall, Kanton Bern)
Erfahren Sie mehr darüber, wie die MIKE
by DHI-Produkte Sie bei der ganzheit-
lichen Bearbeitung Ihrer Fragestellungen
unterstützen können. Unsere Experten ste-
hen Ihnen hierfür unter mikebydhi.de@dhi-
group.com jederzeit sehr gern zur
Verfügung!
Die Linienreglemente geben den See- Abb. 3: Jahreszeitliche
Gliederung der Steuerung
ausfluss anhand des Datums und des am Regulierwehr Port
Wasserstandes vor. So zum Beispiel erfolgt
auch die Regulierung des Bielersees nach
Linienreglement, wie nachfolgend abge-
bildet:
Der gleiche Wasserstand löst in Abhängig-
keit des kalendarischen Auftretens einen
anderen Zielabfluss am Wehr aus (vgl.
Abbildung 3).
Die neue Kontrollfunktion „Tabulated 2D“
ermöglicht eine benutzerfreundliche, effi-
Nachrichten 15
FEFLOW auf der MODFLOW Hinweis auf Blog
& More 2011 an der Colorado In Ergänzung zu unserer letzten
Ausgabe der DHI-WASY-Aktuell 2/2011
School of Mines „Produkte und Lösungen für den
Katastrophenschutz“ möchten wir Sie
auf unseren Katastrophenschutz-Blog
Volker Clausnitzer http://katastrophenschutz.blogspot.com
hinweisen.
Das DHI Groundwater Modelling Centre der modernen Visualisierung in der
zeigte FEFLOW-Präsenz auf der traditionel- Grundwassermodellierung. Insbesondere
len MODFLOW & More Grundwasser- die Möglichkeit, FEFLOW in einer Vor- 3. Internationale
tagung vom 5. – 8.
Juni 2011 in Gol-
FEFLOW-Anwen-
den (Colorado, der-Konferenz
USA). Die Reso-
nanz auf unseren
2012 in Berlin
Vortrag zur FEF-
Vom 3. bis 7. September 2012 laden
LOW-TRNSYS Mo-
wir zur 3. Internationalen FEFLOW-
dellkopplung für
Anwender-Konferenz nach Berlin. In
unterirdische Wär-
bewährtem Format werden sich
mespeicherung
Grundwassermodellierer zu drei Tagen
verdeutlicht, das Abb. 1: Douglas Graham (links), Julia Mayer und Dr. Volker Clausnitzer präsentieren
die ab FEFLOW 6.1 verfügbare stereoskopische 3D-Visualisierung Kongress mit Vorträgen aus Theorie
auch außerhalb
und Praxis sowie zwei Tagen Schulung
Europas wachsende Interesse an geother- schau auf die kommende Version interak-
zu speziellen Themen zusammenfin-
mischen Anwendungen. Rege Diskussio- tiv stereoskopisch auszuprobieren, erwies
den. www.feflow.info/feflow2012.html
nen erzeugte auch unser Beitrag zur Rolle sich als echter Publikumsmagnet.