Hydrodynamische Modellkopplungen Kanalnetzmodell mit 2-D-Oberflächenmodell
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Auftraggeber: |
Prof. Patt & Partner |
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Leistungen: |
Studie |
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Leistungszeitraum: |
2007 |
Im Bereich einer Pumpstation sind während eines Starkregenereignisses im Jahr 2006 Schäden durch Überflutungen aufgetreten. Die Schäden während des Ereignisses wurden zum Einen durch den Ausfall der Pumpstation während des Ereignisses ausgelöst. Zum anderen war das Ereignis statistisch als außergewöhnliches Katastrophenereignis einzuordnen, wodurch eine Ableitung im Kanal auch mit Überlastungen verbunden war. Das nahe gelegene Gewässer ist nachweislich infolge des Ereignisses nicht ausgeufert. Die hydraulischen Überlastungen wurden dahingehend analysiert, ob die Überflutungen durch den ordnungsgemäßen Betrieb der Pumpstation verhindert oder zumindest verringert worden wären. Insbesondere das oberirdische Fließen der aus dem Kanalnetz ausgetretenen Wassermengen spielt bei der Fragestellung nach betroffenen Gebieten eine große Rolle.
Zur Beantwortung der Fragestellungen wurde ein vollständig instationäres gekoppeltes Modell, bestehend aus einem Kanalnetzmodell sowie einem Oberflächenabflussmodell erstellt. Verwendet wurde das Programm MIKE FLOOD des Danish Hydraulic Institute (DHI) mit den Programmkomponenten MOUSE (Kanalabfluss) und MIKE 21 (Oberflächenabfluss). Das Oberflächenabflussmodell benötigt als Eingangsdaten naturgemäß Informationen bzgl. der Topographie. Ein digitales Geländehöhenmodell (DGM) war für den relevanten Bereich nicht verfügbar, das Höhenmodell der Oberfläche wurde daher über die Schachtdeckelhöhen des Kanalnetzes generiert. Abb. 2 zeigt, dass diese Information in Bereichen mit großer Kanalnetzdichte sehr gut nachgebildet werden konnte. In Bereichen mit wenigen oder ganz ohne Schächte ist das so generierte DGM nicht korrekt. Diese Bereiche standen jedoch ohnehin nicht im Fokus des Interesses. In das Modell für den oberflächigen Abfluss konnte auch die vorhandene Bebauung integriert werden, da entsprechende Katasterdaten digital vorlagen. Die leitenden Strukturen der sich einstellenden Fließwege auf der Oberfläche konnten so detailliert berücksichtigt werden. Besondere Details wie Bordsteine ggf. mit Absenkungen oder tiefer gelegene Garagenabfahrten könnten über eine Detailvermessung integriert werden - sind hier jedoch nicht berücksichtigt worden.
Die Kopplung beider Modelle zu einem synchron arbeitenden Gesamtmodell erfolgt über die Schachtdeckelöffnungen als hydraulischen Verbindungspunkten zwischen Kanalnetz- und Oberflächenabflussmodell. Das Koppelmodell arbeitet vollständig instationär, Überstau aus dem Netz fließt dem Oberflächengefälle nach ab und kann an anderen Stellen über die Schachtdeckel wieder dem Kanalnetz zufließen.
Als Ergebnis der Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass es auch bei Betrieb aller vorhandener Pumpen der Pumpstation zu Überflutungen durch Überstau des Netzes gekommen wäre. Der Ausfall einer Pumpe beeinflusst allerdings die Überschwemmungen im Hinblick auf die räumliche Ausdehnung und die sich einstellenden Wassertiefen deutlich. Überstau- und Überflutungsnachweis sind für den gegenwärtigen Zustand erfüllt. Die Nachrechnung mit dem Koppelmodell zeigt jedoch deutlich die Stellen in der Örtlichkeit auf, welche durch Überstauwassermengen aus dem Kanalnetz im besonderen Maße gefährdet sind.
