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

1. 4/12
Editorial
WASY Aktuell: 18 Jahre ein
MIKE by DHI
Spiegel für erfolgreiche Arbeit
Stefan Kaden
Geschäftsführer DHI-WASY GmbH
Mit diesem Editorial verabschiede ich mich
Release 2012
von den Lesern der DHI-WASY Aktuell. Ich
werde Anfang 2013 mit meinem 65.
Geburtstag in den Ruhestand treten. Dann
übernimmt Herr Simon Henneberg eigen-
verantwortlich die Geschäftsführung.
Die WASY Aktuell gibt es nun seit 18 Jahren!
Sie war und ist ein Spiegel der langjährig
erfolgreichen Arbeit der WASY / DHI-WASY
GmbH und der hervorragenden Zusam-
menarbeit mit Projektpartnern und Auf-
traggebern. Ihnen und natürlich auch unse-
ren Mitarbeitern ganz herzlichen Dank!
Fortsetzung auf Seite 2
Inhalt
Release 2012
Neuerungen bei MIKE by DHI Software 1
Offshore-Windparks
Consulting für Planung, Bau und Betrieb
von Offshore-Anlagen 4
WAMSIM-Planer
Berechnung dynamischer Belastungen auf
Vertäuungssysteme infolge von Wellen-
bewegungen 6
„Perspektive Lebendige
Unterems”– Wasserbauliche Analysen
zur Lösung des Schlickproblems in der Ems 7 Christian Pohl
Havel-Spreegebiet
Untersuchung der Klimaauswirkungen
mit 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 Aufbau
tung 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 in
Langzeitsimulation im Einzugsgebiet des
Berliner Wasserwerks Friedrichshagen 12 alle Neuigkeiten eingehen. Wir freuen uns Einzugsgebieten
jedoch auf Ihren Anruf oder Ihre E-Mail, • Erstellen von Gerinnequerschnitten aus
Probenahme in der um Ihnen persönlich die neuen Funktio- Höhenmodellen
Ha Long Bay, Vietnam 15 nalitäten vorzustellen. • Laterales Einfangen von Knoten
EvaSim abgeschlossen • Automatisches Verbinden von Oberflä-
Methoden zur Steuerung von Verkehr cheninfrastruktur mit dem Kanalnetz
bei hochwasserbedingter Evakuierung
stehen jetzt zur Verfügung 16 Städtisches Wasser • Erweiterte automatisierte Beschriftungs-
funktionen.
Neue Messgeräte MIKE URBAN – die Komplettlösung für
zur Überwachung der Wasserqualität
bei DHI 17 urbanes Wasser Das Abgrenzen von Einzugsgebieten auf
MIKE URBAN in der Version 2012 bietet Basis eines digitalen Geländemodells erhöht
Nachrichten 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 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. 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 Ihre
Die Welt der Wasserressourcen neu Parallelisierung und Leistungssteigerung Investition in MIKE Software und Mo-
gestalten der Hydrodynamik (HD) Lösung ist nun dellierungskompetenz auch in Zukunft
Die Version 2012 bietet signifikante neue ebenfalls für den AD Bereich verfügbar. bezahlt macht.
Entwicklungen und Werkzeuge im Bereich
der Wasserressourcen. Die MIKE by DHI Version 2012 setzt die
Grundwasser und poröse Tradition der ständigen Verbesserung von
Die 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 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 Wetterdaten
http://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. 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 den
zu 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 dem
mentablagerungen. Dadurch können Ausbau der Offshore-
bereits im Vorfeld die Auswirkungen abge- Windenergie in Deutsch-
schätzt werden und ggf. durch Anpassung land wieder neuen
des Bauablaufs negative Effekte minimiert Schwung verleihen und so
werden. helfen, die ehrgeizigen
Ziele des Erneuerbaren
Außerdem bietet DHI-WASY morphodyna- Energien Gesetzes (EEG)
mische Studien für unterschiedliche zeit- doch noch umzusetzen.
liche und räumliche Skalen an: Es werden
kurz- bis langfristige Entwicklungen – von
Minuten bis Jahrzehnten – untersucht, DHI Projekt Reference List
sowie lokale bis globale Veränderungen – Offshore Renewables: http://
www.dhigroup.com/Publica
von 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 mit
Als Basis der morphodynamischen Studien WiTuS
werden Seevermessungen, geologische
und Baugrunduntersuchungen genutzt.
Zudem kann mit dem In-House-Tool
„WiTuS” die zeitliche Entwicklung von
Kolken an Tragstrukturen in Abhängigkeit
der Umweltbedingungen prognostiziert
werden (Abbildung 4).
Habitatmodellierung
Ökologische Belange spielen bei der
Planung von Offshore-Windparks ebenfalls
eine entscheidende Rolle. Erfahrungen aus
einer Vielzahl von Projekten in Nord-
europa (z. B. Windpark Anholt) sind bei
DHI dafür genutzt worden, um ein inte-
griertes Umweltmodellierungskonzept zu
entwickeln. Es verbindet hydrodynami-
sche Modelle durch statistische Verfahren Abb. 5: Auftreten von Schweinswalen in lokalen Upwelling-Gebieten bei Horns Rev

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 bewährten
Abb. 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. Consulting 7
Strömung und Dämpfung des Objekts. Als weitere Modellebenen in den WAMSIM-
Ergebnis werden die Kräfte und Momente Planner integriert. So können individuelle
im Schwerpunkt des Schiffes wiedergege- Fendersysteme abgebildet werden. Auch
ben und auf die Vertäuung als Kräfte die Berechnung der Vertäuung von
umgelagert. Die Qualitätssicherung der schwimmenden Einheiten untereinander,
Modellsoftware wurde durch die Verifi- wie es beispielsweise bei dem Betanken
zierung mit umfangreichen physikalischen von Ship-to-Ship oder nebeneinander lie-
Modellergebnissen und Naturmessungen genden Schiffen vorkommt, ist möglich.
sichergestellt.
WAMSIM wurde bereits in aktuellen und
Der WAMSIM-Planner stellt derzeit eine praxisnahen Projekten (im Hafen von
solide Plattform für weitere Optimie- Brisbane, Bremerhaven und Brunsbüttel) dass auch unter hohen hydraulischen Abb. 3: Ergebnisdatei
von WAMSIM mit allen
rungen der Vertäukonzepte dar. Die klare, genutzt und zeigte sehr gute Ergebnisse in Belastungen eine Sicherung der Schiffe sechs Freiheitsgraden
benutzerfreundliche Oberflächenstruktur der Anwendung. Die gemachten Erfah- möglich ist, ohne die wirtschaftlichen eines Schiffes
ist 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 der
erfassen zu können, werden zudem auch Vertäukonzepte erzielt werden kann, so
„Perspektive Lebendige Unterems”
Wasserbauliche Analysen zur Lösung des Schlickproblems
in der Ems
Monika Donner, Florian Ladage & Oliver Stoschek
Im Forschungsvorhaben „Perspektive le- Renaturierung. Vorrangiges Ziel des Pro- validiert (Abbildung 1). Für die Kalibrierung
bendige Ems“ werden Perspektiven für ein jektes ist es, geeignete Sanierungsmaß- und Validierung wurden seitens des
umsetzungsnahes Konzept zur Renaturie- nahmen zu finden, um das Sauerstoff- und NLWKN Aurich, der BAW Hamburg und
rung der Unterems als Impuls für eine Schlickproblem in der Unterems zu lösen. des WSA Emden gemessene Zeitreihen an
nachhaltige Entwicklung der Region acht Messstationen bereitgestellt. Über zu-
untersucht und deren Wirkung sowie Um- Neben den Teilprojekten Kommunikation, sätzliche Daten zur Korngrößenverteilung
setzungsmöglichkeiten aufgezeigt. Hinter- Visualisierung und Naturschutz werden im an der Gewässersohle (bereitgestellt seitens
grund des seitens der DBU (Deutsche Teilprojekt Wasserbau seitens DHI-WASY der BAW Hamburg und des NLWKN
Bundesstiftung Umwelt) und der Nieder- die Aspekte der Hydro- und Sediment- Aurich) konnten die empirischen Parameter
sächsischen 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 neuer
bearbeitet wird, ist der dringende Sanie- schen Modelles wurden die Strömungs-, halbempirischer Ansatz von Ha Nguyen
rungsbedarf 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 einer
mehreren g/l sind die Sauerstoffwerte in Gitter in der Ebene und eine Sigma- wasserbaulichen Beratergruppe, die aus
den Sommermonaten so niedrig, dass das Schichtung über die Wassertiefe. Das fachlichen Experten, Behördenvertretern
Emsästuar seine Funktion als Fischlebens- Emsmodell wurde mit Strömungs-, Was- und Umweltverbänden bestand, folgende
raum 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 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. Consulting 9
Havel-Spreegebiet
Untersuchung von Klimaauswirkungen mit WBalMo
Michael Kaltofen, Fabian Müller & Martina Schramm
Im niederschlagsarmen, stark anthropogen Im Modell WBalMo Havel-Spree wird die
geprägten Gebiet der Havel, einem rechten Bewirtschaftung der Flussgebiete so -
Nebenfluss der Elbe, hat die Wasserbe- wohl hinsichtlich der Bereitstellung von
wirtschaftung 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 ihrer
des Hauptzuflusses der Havel, ist zum Lage – vorgenommen. Mit einer Vielzahl
Beispiel durch den vormals sehr aktiven frei definierter Algorithmen werden
Braunkohletagebau 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-Modell
WAS beauftragte die Bundesanstalt für ten meteorologischen Größen werden EGMO-D erzeugt.
Gewässerkunde Koblenz eine Modellie- durch stochastische Autoregressions- • Die summarischen Auswirkungen der zu
rung 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 sowie
Klimawandels 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 für
Havelgebiet erfolgen seit vielen Jahren Der Modellverbund im Havel-Spree- Gewässerkunde Szenarien definiert und in
erfolgreich 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 nun
schaftungsmodell der Länder Berlin, Weiterentwicklungen von Modellen die Ergebnisse vor und werden derzeit in
Brandenburg und Sachsen darstellt. (Abbildung 1): einem Abschlussbericht zusammengefasst.

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. Consulting 11
Abb. 2: Vergleich von beobachteten (blau durchgezogen) und simulierten (rot gestrichelt) monatlichen Abflüssen in
m3/s am Pegel Zittau 5 / Mandau
nach derselben Methodik wie in den Die Daten zur Wassernutzung wurden für
Flussgebieten Spree und Schwarze Elster. den deutschen und tschechischen Teil des
Grundlage für das Bewirtschaftungs- Einzugsgebietes der Neiße von der DHI-
modell bilden Daten zur Wassernutzung, WASY GmbH und für den polnischen Teil
zur Bergbauentwicklung und zum natür- vom IMGW recherchiert. Nach Sichtung
lichen 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 nur
net. Zur stochastischen Simulation wurde Wassernutzer, z. B. Wasserwerke, Kläran-
mit Hilfe der Software SIKO/SIMO ein lagen, Industriebetriebe, Landwirtschaft
Simulationsmodell 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. Im
SESIM für das Spree- und Schwarze-Elster- Modell berücksichtigt werden auch die
Gebiet 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 des
sche Teilgebiete für je 100 Realisierungen Bergbaus sowie die Möglichkeit, über die
von 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 Lausitzer
wurden Zeitreihen des natürlichen und zur Schwarzen Elster überzuleiten. im Sächsischen Landesamt für Umwelt, Neiße
Dargebotes als Abflusszeitreihen für ins- Landwirtschaft und Geologie. Das erstellte
gesamt 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 die
mit 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 Lausitzer
2 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 für
Bei der N-A-Simulation mit MIKE NAM Einfluss eines sich ändernden Klimas wird die Lausitzer Neiße lieferten wegen des
wurde 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 unzureichende
sachten 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 Beauftragung
polnischer Seite lagen diesbezüglich leider Auftraggeber für die Entwicklung eines im Herbst 2011 die Aussichten für eine
keine Daten vor. Modells zur Hochwasservorhersage für erfolgreiche Modellentwicklung gut.

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. Consulting 13
halt durch Nitrifikation und Denitrifikation und zu einem Schadstofftransportmodell
im Abstrombereich auf Restkonzentra- erweitert wurde. Die Modellkalibrierung
tionen 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 es
Pilotanlage in den vergangenen Jahren auf folgende Besonderheiten/Probleme:
100 bis 200 m Länge ist die Errichtung der
kompletten BIOXWAND auf 800 m Länge • Die Ammoniumbelastung ist bereits
2012/2013 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 Messungen
WAND. in unterschiedlicher räumlicher Dichte.
• Die Quelle der Ammoniumbelastung
Die 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 der
für 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. stellen
tamination zu simulieren. Ziel ist es, die gung südlich der Rieselfelder definiert.
langfristige Ausbreitung der Konzentra- • Die Schadstoffausbreitung ist sehr lang- Ausgehend von dem kalibrierten Modell
tionsfahne 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) der
Als Bearbeitungsgrundlage diente das von im Abstrom nicht erkennbar ist. BIOXWAND auf 800 m Länge Mitte
der DHI-WASY GmbH für die BWB entwi- • Die komplexen Abbauprozesse der 2013
ckelte prognosefähige Ständig Verfügbare BIOXWAND sind im Rahmen des groß- • Konstanter Ammoniumeintrag von der
Grundwassermodell (SVM) WW Fried- räumigen Grundwassermodells nicht Schadstoffquelle (Konzentrationsrand-
richshagen (DHI-WASY, 2010a), das ent- modellierbar. Die Reinigungswirkung bedingung) und
sprechend der Aufgabenstellung im der BIOXWAND wurde mit einer Ab- • Betrieb aller Brunnen der B-Galerie (mit
Bereich 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 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 den
Brunnengalerien sowie im
Mischwasser der Galerien

15. Forschung & Entwicklung 15
BMBF Verbundforschungsprojekt RAME
Probenahme in der Ha Long Bay
Arne Hammrich & Anika Scholl
Im 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 in
Quang Ninh (Nordvietnam) untersucht Es ist derzeit noch nicht klar, welchen
und Empfehlungen für einen umwelt- Umfang die durch den Bergbau verursach-
freundlicheren Betrieb bzw. Rückbau ten Umweltgefährdungen haben und ob
gegeben werden. es in der Ha Long Bucht saisonale
Schwankungen in der Belastung durch
Die angrenzende Ha Long Bucht hat sich Schwermetalle gibt. DHI-WASY entwickelt
durch einzigartige Kalksteinformationen numerische Modelle, um die Ausbreitung
zu einer Tourismusregion für in- und aus- von Metallen bzw. deren Verbleib im
ländische Gäste entwickelt. Seit 1994 ist Küstenbereich zu berechnen. So können
die Region von der UNESCO als Welt- z. B. kritische Einleitungen in der Region
naturerbe 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 ausgewählten
schen Auswirkungen verbunden. Bei der Standorten wurden Wasser- und Sedi-
Förderung, Verarbeitung bzw. durch die mentproben in der Ha Long Bucht und
offenen 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 Bay
diffuse 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 Modell
tragen zu einem vermehrten Eintrag von Schwermetall-, Sauerstoff-, BOD, TOC-
der Ha Long Bay mit
Schwebstoffen in die Bucht bei. Hierdurch und Schwebstoffgehalte. MIKE 21 FM
werden 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 Organismen
absterben.
Neben den Belastungen, die sich aus der Das diesem Bericht zu-
reinen Bedeckung durch Schwebstoffe grundeliegende Vorhaben
wird mit Mitteln des
ergeben, kann auch die Belastung durch Bundesministeriums für
Schwermetalle steigen. Je nach Qualität Bildung und Forschung
unter dem Förderkenn-
enthält die geförderte Kohle natürlicher- zeichen 02WB1250VG
weise mehr oder weniger hohe Konzen- gefördert. Die Verantwor-
tung für den Inhalt dieser
trationen an Schwermetallen. Die Schwer- Veröffentlichung liegt bei
metalle können in die Nahrungskette den Autoren.