Darstellung von Flusskanälen, Überschwemmungsgebieten und Rohrnetzen (Weg)

Aktualisiert am 10. November 2021

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Dieses Dokument ist Teil der Hochwassermodellierungsnormen für Flusssysteme. Es gibt 4 weitere Dokumente, die dieses Thema behandeln. Lesen Sie alle Dokumente, um sicherzustellen, dass Sie über die Informationen verfügen, die Sie zum Starten Ihres Modellierungsprojekts benötigen.

Dieser Leitfaden gibt einen Überblick darüber, wie Sie die wichtigsten Pfadmerkmale darstellen sollten. Die Informationen sind nicht softwarespezifisch, daher sollten Sie auch das Handbuch der von Ihnen gewählten Software lesen.

Beim Ansatz „Quelle, Weg, Rezeptor“ (SPR) ist die Wegkomponente der Weg, den Wasser von der Quelle zu den Rezeptoren nimmt.

Bei einem Flussmodell handelt es sich um einen Flusskanal und zugehörige Strukturen, die Kanäle und Überschwemmungsgebiete umgehen. In einem städtischen Entwässerungsmodell sind dies das Rohrnetz und alle Oberflächenströmungspfade, die aktiviert werden, wenn das Rohrnetz überlastet wird.

Ein Flusskanal ist die Topographie, durch die ein Fluss unter normalen Bedingungen fließt. Es kann natürlich sein oder kanalisierte Abschnitte oder Umgehungskanäle umfassen.

Flusskanäle und Rohrnetze werden typischerweise eindimensional (1D) modelliert und benötigen Querschnitts- und Netzwerkdaten. Normalerweise würden Sie dies in eine topografische Vermessung einbeziehen. Sie sollten vorhandene hydraulische Modelle nicht verwenden, ohne weitere Vermessungsdaten zu sammeln.

Sie müssen sich für eine geeignete Modellauflösung entscheiden, bevor Sie die topografischen Vermessungsanforderungen festlegen. Dies gilt, wenn Sie modellieren:

Bei 1D-Modellen ist die Auflösung der Querschnitts- oder Rohrknotenabstand.

Eine Erhöhung der Auflösung kann die Darstellung eines Wasseroberflächenprofils verbessern. Gröbere Abstände berücksichtigen nicht die Variabilität des realen Wasseroberflächenprofils.

Sie sollten den Rohrknotenabstand unter Berücksichtigung der Anforderungen an die Anzahl der Rohre festlegen. Weitere Informationen hierzu finden Sie in der Anleitung zu Zeitschritten und Parametern. Eine Besichtigung des Untersuchungsgebiets vor Ort zur Identifizierung von Strukturen und Kanalmerkmalen kann dabei helfen, den Rohrknotenabstand zu bestimmen.

Der Fluvial Design Guide (FDG) gibt an, dass der Kanalquerschnittsabstand wie folgt sein sollte:

Darin heißt es außerdem, dass der Abstand im Allgemeinen wie folgt sein muss:

Die Scottish Environment Protection Agency (SEPA) (2016) empfiehlt, folgende Abschnitte zu platzieren:

In einheitlich gestalteten Kanälen können Sie möglicherweise begrenzte Querschnittserhebungsdaten sammeln. Anschließend sollten Sie Interpolationseinheiten verwenden, um die Courant-Zahl und die Stabilität zu berücksichtigen.

Durch eine Erhöhung der Modellauflösung erhalten Sie detailliertere und möglicherweise genauere Ergebnisse. Aber mehr Datenpunkte erfordern mehr Berechnungen und können die Modelllaufzeiten verlängern. Erhöhte Laufzeiten bei 1D-Modellen sind normalerweise gering und für die Nicht-Echtzeitmodellierung akzeptabel.

Der limitierende Faktor für die Querschnittsauflösung von 1D-Modellen sind die Kosten für die Erhebung topografischer Vermessungsdaten.

Sie sollten die vorgeschlagene Auflösung und die Abschnittspositionen in Ihre Erklärung zur Modellierungsmethode aufnehmen. Dies ermöglicht es Projektmanagern und Kunden, sich auf der Grundlage von Zeit- und Kostenaufwand auf den geeigneten Umfang der topografischen Vermessung zu einigen.

Topografische Untersuchungen zur hydraulischen Modellierung sind Vor-Ort-Messungen von Flussmerkmalen wie Kanälen, Wasserbauwerken und Überschwemmungsgebieten.

Bei der Erfassung topografischer Vermessungsdaten sollten Sie die LIT18749 befolgen: nationale technische Standardspezifikationen für Vermessungsdienstleistungen. Sie sollten die vollständige Spezifikation lesen, bevor Sie die Umfrage in Auftrag geben.

Bei der Durchführung einer Vermessung sollte der Vermesser Folgendes tun:

Es wird empfohlen, dass Sie Umfrageergebnisse in einem gebrauchsfertigen Format für hydraulische Modelle bereitstellen. Zu den Kanalmodellen gehören:

Diese sollten Sie in die entsprechende Software importieren und mit den Vermessungszeichnungen vergleichen.

Sie sollten die Namenskonvention der Modellknoten überprüfen. Einzelne Software schränkt die Benennungsoptionen ein, aber die allgemeine Konvention besteht darin, eine Flusskennung gefolgt von einer Modellstation (Entfernung stromaufwärts von der flussabwärts gelegenen Grenze des Modells) einzubeziehen.

TRENT_01000 würde sich beispielsweise auf einen Knoten am Fluss Trent beziehen, 1.000 Meter flussaufwärts der flussabwärts gelegenen Grenze. Für größere Modelle benötigen Sie möglicherweise eine Reichweitennummer.

Mithilfe geeigneter Namenskonventionen können Sie feststellen, ob die Umfrage die gesamte Länge der Umfrage abdeckt. Die technische Mindestanforderung für die Modellierung (MTRM) LIT:18686 besagt, dass Sie geografische Referenzen zu Modellknoten angeben sollten.

Sie sollten die Förderdiagramme für jeden Querschnitt überprüfen, der zur Darstellung des Kanals verwendet wird.

Die Förderung wird bei einem gegebenen Wasserstand berechnet, indem der Querschnitt in eine Reihe vertikaler Abschnitte aufgeteilt und der Beitrag jedes einzelnen addiert wird.

Sie können diese Abschnitte mithilfe von Flood Modeller- und InfoWorks-ICM-Panel-Markern definieren. HEC-RAS ermöglicht einen ähnlichen Ansatz unter Verwendung von Bankstationen.

Wenn Sie keine Markierungen oder falsche Markierungen platzieren, kann sich der benetzte Umfang über einen kurzen Wasserstandsbereich ohne Flächenvergrößerung vergrößern, was die Förderung verringert. Dies kann zu unrealistischen oder mathematisch instabilen Modellergebnissen führen.

Daten von Vermessungsunternehmen enthalten häufig Panelmarkierungen, Sie möchten diese jedoch möglicherweise auf der Grundlage der resultierenden Beförderungsdiagramme überarbeiten.

1D-Modelle können interpolierte Abschnitte enthalten, um Berechnungspunkte hinzuzufügen, die die Modellstabilität verbessern können. Diese stellen die interpolierten Kanaleigenschaften zwischen den stromaufwärts und stromabwärts vermessenen Querschnitten dar. Die Verwendung von Interpolationen ist eine Standardmodellierungstechnik und deren verhältnismäßige Verwendung ist kein automatischer Indikator für ein leistungsschwaches oder schlecht konstruiertes Modell.

Seien Sie vorsichtig, wenn Sie automatische Interpolationen verwenden, bei denen sich die Kanalform zwischen den Vermessungsquerschnitten erheblich ändert. Die Interpolation dürfte nicht realistisch sein. In diesem Fall können Sie ein interpoliertes Profil extrahieren und manuell ändern, damit es den Ort besser darstellt. Platzieren Sie interpolierte Abschnitte ausreichend, sodass sie den aktuellen Anzahlanforderungen expliziter Modelle entsprechen.

Wasserbauwerke sind Merkmale im Kanal, die nicht durch offene Kanalabschnitte dargestellt werden und die Förderung beeinträchtigen können. Wasserbauwerke werden in der Regel von Menschenhand geschaffen und können Folgendes umfassen:

Diese Standards geben einen Überblick über die wichtigsten Überlegungen für jeden Strukturtyp. Sie decken nicht die Methode zur Darstellung jedes Strukturtyps und die zugehörigen Modellierungskoeffizienten ab. Sie sollten die Handbücher für Ihre Software als Grundlage für Ihre Modellierungsentscheidungen verwenden.

Die in diesem Leitfaden besprochenen Strukturen sind eine nicht erschöpfende Liste derjenigen, die in Flusssystemen vorkommen. Weitere mögliche Strukturen können sein:

Für diese Strukturen sollten Sie softwarespezifische Anleitungen befolgen.

Brücken und Durchlässe verfügen über eine ähnliche hydraulische Steuerung. Brücken haben im Vergleich zu ihrer stromabwärtigen Länge normalerweise eine größere Öffnung als ein Durchlass. Zu Modellierungszwecken wird ein Bauwerk häufig als Brücke klassifiziert, wenn das Verhältnis seiner stromabwärtigen Länge zur Höhe seiner Öffnung weniger als 5 beträgt.

Zufluss ist an Brücken und Durchlässen wichtig. Zufluss wird von der FDG als „der maximale Anstieg der Wasseroberflächenhöhe über den Wert definiert, der bestehen würde, wenn die Struktur nicht vorhanden wäre“. Besonders wichtig ist dies bei Überschwemmungen, wenn dieser erhöhte Pegel zu Abflüssen außerhalb des Ufers führen kann. Abbildung 7.22 im FDG veranschaulicht den Zustrom. Aflux ist etwas anderes als Kopfverlust.

Eine Brücke verringert typischerweise die für den Fluss verfügbare Fläche. Da der Durchfluss (für eine bestimmte Zeit) durch die Brücke konstant ist, bedeutet eine verringerte Fläche, dass die Geschwindigkeit durch die Struktur zunehmen muss. Dadurch würde eine Strömungsbeschleunigung entstehen. Um diese Beschleunigung voranzutreiben, vergrößert sich die Wasseroberfläche vor der Brücke, um den notwendigen Druckgradienten bereitzustellen. Dies führt zu einer stromlinienförmigen Krümmung, da sich die Strömung in der Struktur zusammenzieht.

Sie müssen wichtige Strukturmerkmale darstellen, die sich auf den Zufluss in Ihrem Modell auswirken. Dazu gehören:

Bei der Angabe der Querschnittsbreite von Brückenelementen ist Vorsicht geboten. Dies kann Kontraktions- und Expansionsverluste beeinflussen und es ist nicht immer sinnvoll, dass diese mit der Breite des Querschnitts unmittelbar stromaufwärts übereinstimmen. Dies ist besonders wichtig, wenn der stromaufwärtige Abschnitt mit erweiterten Querschnitten modelliert wird.

In manchen Modellierungssoftwareprogrammen können Sie festlegen, dass bei Überladung von Brücken auf eine Öffnungsströmungsgleichung umgeschaltet werden soll. Dabei wird davon ausgegangen, dass die gesamte Förderhöhe stromaufwärts über die Brücke in kinetische Energie umgewandelt wird. Dies ist eine gute Annahme für Bauwerke ohne Überdeckung oder Umgehung im 1D-Bereich, beispielsweise bei Bauwerken mit hohen Kopfwänden. Wo Bauwerke innerhalb des 1D-Modells umgangen oder überragt werden (z. B. eine kleine Fußgängerbrücke), wird ein Teil der flussaufwärts gelegenen Fallhöhe diese umgehenden Strömungen antreiben. In diesen Fällen wird die Öffnungsoption nicht empfohlen.

Es ist möglicherweise nicht notwendig, alle Brücken innerhalb einer Studienreichweite darzustellen. Dies hängt vom Maßstab des Modells und den Projektanforderungen ab. Beispielsweise haben kleine Fußgängerbrücken in ländlichen Gebieten wahrscheinlich keinen wesentlichen Einfluss auf die Wasserhydraulik und können bei einer großen Überschwemmung weggespült werden. Dies liegt daran, dass sie oft überragt oder umgangen werden. Sie können diese von der topografischen Vermessung und dem hydraulischen Modell ausschließen, müssen sie jedoch in Ihrem Modellbericht erfassen.

Die Dükerhydraulik ähnelt der Brückenhydraulik. Sie können den Durchfluss durch diese entweder als einlass- oder auslassgesteuert klassifizieren. Bei der Einlasssteuerung wird der Durchfluss durch die Öffnungseigenschaften gesteuert, und Änderungen stromabwärts des Einlasses haben keinen Einfluss auf die Füllstände stromaufwärts. Wenn der Durchfluss auslassgesteuert ist, wird er entweder durch die Eigenschaften des stromabwärts gelegenen Kanals oder des Dükerrohrs bestimmt.

Bei Durchlässen müssen Sie außerdem Folgendes berücksichtigen:

Wehre sind Stauwerke innerhalb eines Wasserlaufs, über die Wasser fließen und den Wasserstand flussaufwärts erhöhen kann. Sie können:

Zu den gängigen Wehrarten im Vereinigten Königreich gehören:

Nur Krümelwehre haben definierte Abmessungen. Sie haben ein dreieckiges Profil mit einer 1:2 geneigten Vorderseite und einer 1:5 Rückseite. Weitere Informationen zu diesen Dimensionen finden Sie im Flood Modeller-Hilfeleitfaden.

Es gibt viele andere, weniger verbreitete Wehrtypen, die nicht immer in Standardmodelleinheiten dargestellt werden.

Bei freier Strömung weisen Wehre vor dem Bauwerk eine unterkritische Strömung auf. Dies ändert sich über der Struktur in den überkritischen Zustand und stromabwärts wieder in den unterkritischen Zustand. Dies bedeutet, dass Änderungen des Wasserstands flussabwärts keine Auswirkungen auf den Wasserstand flussaufwärts haben. Sie können also den Durchfluss über das Wehr berechnen, indem Sie den Wasserstand flussaufwärts messen. Lesen Sie mehr dazu in der technischen Version dieser Standards.

Bei hoher Strömung oder sehr hohem stromabwärts gelegenem Wasser verschwindet der Zustand der freien Strömung, da das Wasser steigt und keine überkritische Strömung mehr auftritt. In diesen Situationen wird das Wehr als versenkt beschrieben und die Füllstände stromaufwärts werden durch die Bedingungen stromabwärts beeinflusst.

Es ist wichtig, die richtige Modelleinheit für den Wehrtyp auszuwählen, den Sie modellieren, aber möglicherweise sind Sie durch die Software eingeschränkt. Sie müssen die Gleichungen für die Freiströmungsbedingung recherchieren und die relevanten Modelleinheiten replizieren. Sie sollten Umgehungsströmungsrouten in Ihrem Modell darstellen.

Schleusentore können an verschiedenen Bauwerken in Flusskanälen vorhanden sein, beispielsweise an Mühlengebäuden, Hochwasserschutzanlagen, Fischpassagen oder Umgehungskanälen. Zu den verschiedenen Arten von Toren gehören:

Weitere Informationen zu Tortypen finden Sie im FDG.

Hydraulikanlagen über und unter einem Tor ähneln Wehren und Durchlässen. Um Tore zu modellieren, benötigen Sie:

Wenn die Tore automatisiert sind, benötigen Sie außerdem logische Regeln. Wenn Sie logische Regeln verwenden, zeigt das Modell möglicherweise ein schwankendes Verhalten und spiegelt nicht die tatsächlichen Schleusenbewegungen wider. Dies ist eine schnelle Änderung der Schleusenposition, die durch die logischen Regeln verursacht wird.

Wenn beispielsweise der Wasserstand steigt, kann sich ein Schleusentor absenken. Mit dem Absinken sinkt der Wasserspiegel und es kommt zu einem sofortigen Anstieg des Pegels flussaufwärts. Dies kann ein Kreisprozess sein und führt zu schnellen Schwingungen. Um dies zu verhindern, können Sie in logischen Regeln eine „tote Zone“ verwenden, in der bei einer bestimmten Änderung der Ebenen keine Bewegung stattfindet.

Sie können die logische Regel auch basierend auf einem Modellknoten definieren, der leicht von der Schleuse entfernt ist.

Pumpstationen steuern die Wasserbewegung in vielen Tieflandsystemen und Flüssen durch Wasserentnahmen oder Wasserüberleitungen.

Wie eine Pumpstation dargestellt wird, hängt von der gewählten Modellierungssoftware ab. Bevor Sie beginnen, sollten Sie Folgendes berücksichtigen:

Betriebsvorschriften können beim Ein- und Ausschalten der Pumpen zu schnellen Schwingungen führen. Dies ähnelt dem, was bei Schleusentoren geschieht.

An Wasserläufen befinden sich häufig Stauseen, die der Wasserversorgung, der Stromerzeugung oder dem Hochwasserschutz dienen. Der Wasserstand in einem Stausee wird durch Auslassbauwerke gesteuert und muss daher korrekt dargestellt werden.

Abhängig von der Art der Steckdosenstrukturen können Sie diese wie folgt darstellen:

Beim Modellieren von Stauseen sollten Sie den Ausgangswasserstand im Modell überprüfen. Wenn es unterhalb des Abflussniveaus liegt, kann das Reservoir einen Teil der zuströmenden Ganglinie speichern, bevor es abfließt. Wenn der Wasserstand auf den Auslasspegel eingestellt ist, wird davon ausgegangen, dass der Behälter zu Beginn des Modelllaufs voll ist. Sie sollten diese Überlegungen in Ihrer Erklärung zur hydraulischen Modellierungsmethode dokumentieren.

Sie können die Abmessungen des Speichers entweder mit Speichereinheiten oder mit Querschnitten darstellen, manchmal basierend auf Bathymetriedaten. Die Abmessungen des Speichers unterhalb des Reservoirauslassniveaus sind nicht immer wichtig. Wird dieser Speicher bereits zu Beginn der Modellsimulation genutzt, haben die Abmessungen unter der Wasseroberfläche keinen Einfluss auf die Hochwasserganglinie. Dies liegt daran, dass die Höhe und die Abmessungen des Abflusses dies steuern.

Möglicherweise benötigen Sie hydraulische Modelle für Arbeiten zur Sicherheit von Stauseen, wie im Reservoirs Act 1975 und im Flood and Water Management Act 2010 beschrieben. Sie müssen den Stauseen und seine Ausflüsse und Überläufe modellieren, um eine Reihe von Überschwemmungsereignissen darzustellen, einschließlich der wahrscheinlichen maximale Überschwemmung (PMF). Hydrologische Analysen zur Reservoiranalyse werden üblicherweise unter Verwendung der Hochwasserstudienberichtsmethodik durchgeführt.

In den meisten 1D-Programmen müssen Sie eine Einheit einschließen, um ein Überragen der Struktur zu ermöglichen. Wenn Sie es nicht darstellen, geht die Software davon aus, dass der einzige verfügbare Strömungsweg durch die Strukturöffnungen führt. Dadurch kann die Wirkung des Bauwerks bei Überschwemmungen deutlich verstärkt werden.

Brücken- oder Dükerdeckebenen werden normalerweise in die topografische Vermessung einbezogen und Sie sollten sie unter Verwendung eines geeigneten Koeffizienten als Überlaufwehr oder Überlaufeinheit einbeziehen. Die Überlaufbreite sollte nicht über die Breite des angrenzenden Kanalabschnitts hinausgehen, um Doppelzählungen zu vermeiden, wenn Sie Flusswege in Überschwemmungsgebieten in 2D darstellen. Sie können Decks auch in 2D darstellen, wenn sie eine ausreichende Downstream-Länge haben (bei Verwendung von TUFLOW ist dies normalerweise der Fall, wenn die Decklänge 3 oder 4 Zellenbreiten überschreitet).

Wenn Durchlässe die Strömung unter großen Böschungen befördern, sollten Sie die Böschungskrone als Kontrolle für die überlaufende Strömung darstellen. Liegt die Böschung gegenüber der Dükereinmündung zurück, darf sie nicht in die topografische Vermessung einbezogen werden. In diesem Fall sollten Sie LiDAR-Höhendaten verwenden, um die Gipfelhöhen zu ermitteln.

Ein Rohrnetz ist ein Netz von Bauwerken für Oberflächenwasser, Kanalisation oder Mischwasserentwässerung. Sie befinden sich normalerweise in städtischen Gebieten. Sie können diese als Teil eines kombinierten Fluss- und Kanalisationsmodells in Ihr hydraulisches Modell einbeziehen, wenn das Netzwerk:

Zum Modellieren von Rohrnetzen benötigen Sie:

Diese Daten sind normalerweise in vorhandenen Entwässerungsaufzeichnungen oder -modellen verfügbar. Im Urban Design Guide (2017) (UDG) der Chartered Institution of Water and Environmental Management (CIWEM) heißt es, dass Sie mehr Rohrvermessungsdaten erhalten sollten, wenn Informationen in vorhandenen Datensätzen fehlen.

Sie sollten Schachtuntersuchungen gemäß dem Mustervertragsdokument für Schachtstandortuntersuchungen und die Erstellung von Aufzeichnungskarten (1993) durchführen. Das Sammeln dieser Daten kann Ihnen helfen, die Qualität und den Zustand der Anlage zu verstehen.

Es kann auch dabei helfen, die Details im hydraulischen Modell zu verbessern. Sie sollten die folgenden Ergebnisse in Ihre Schachtuntersuchung einbeziehen:

Möglicherweise benötigen Sie auch topografische Daten, um städtische Entwässerungsnetze zu modellieren. Wenn Sie dies tun, sollten Sie Folgendes angeben:

Weitere Informationen finden Sie im UDG.

Wenn Ihnen die Daten vorliegen, legt das UDG die Anforderung für standardisierte Benennungskonventionen für Rohrnetze fest. Die Konvention sollte robust sein, damit das Modell und seine Bestandteile genau identifiziert werden können.

Das Modell wird wahrscheinlich direkt aus Datensätzen geografischer Informationssysteme (GIS) des Entwässerungsnetzes oder aus vorhandenen Modellen erstellt. Sie sollten die Netzwerkdarstellung eines vorhandenen Modells sorgfältig prüfen, bevor Sie es als Datenquelle verwenden. Sie sollten die Konnektivität für alle modellierten Reichweiten überprüfen.

Alle beitragenden Einzugsgebiete sollten an einen Knoten und dann an eine Ausflussstruktur angeschlossen sein. Die UDG beschreibt, wie Netzwerkdaten aufgrund fehlender Rohrlängen und -größen unvollständig sein können. Wenn Sie unvollständige Daten haben, sollten Sie:

Ein Backfall ist ein Schritt zwischen den eingehenden und ausgehenden Rohrumkehrebenen an einem Knoten. Diese treten häufig in steilen Einzugsgebieten auf oder dort, wo ein kleiner Zweig des Netzes in einen Hauptkanalisationskanal mündet.

Typische Kanalisationskonstruktionen haben Zu- und Ableitungen auf gleicher Höhe, um Turbulenzen zu vermeiden und eine einfache Wartung zu ermöglichen. Führen Sie eine Sensibilitätsprüfung durch, wenn Rückfälle vorliegen. Sie können Rückfälle mit einer einfachen Abfrage der stromabwärts gelegenen Sohlenebene des eingehenden Rohrs im Vergleich zur stromaufwärts gelegenen Sohlenebene des ausgehenden Rohrs identifizieren.

Typischerweise werden nur öffentliche Abwasserkanäle modelliert, obwohl dies auch auf die angeschlossene Autobahnentwässerung ausgeweitet werden kann. In den meisten Fällen werden Hausanschlüsse nicht berücksichtigt. Der UDG-Benutzerhinweis 15 beschreibt, wie Speicherkompensationen zu Schächten hinzugefügt werden können, um das Speichervolumen nicht modellierter Rohre zu berücksichtigen.

Rohr- und Verbundrohrnetze bestehen in der Regel aus mehreren Bauwerken. Dadurch werden die Ströme oder Abflüsse entgegen der Schwerkraft zu den Aufbereitungsanlagen gesteuert. Oberflächenwasserleitungsnetze sind oft klein, verfügen über eine einfachere Hydraulik und weniger Strukturen als kombinierte Systeme. Dieser Leitfaden ist immer noch relevant und Klappenventile können besonders wichtig sein. Einige der typischen Strukturen werden hier detailliert beschrieben.

Der Durchfluss wird von einem einzelnen Rohr in ein oder mehrere Rohre umgeleitet. Sie müssen die Höhe der Sohle und die Größe der Überlaufstruktur (Wehr oder Öffnung) kennen.

Anleitungen zur Modellierung von Wehren sind im UDG-Benutzerhinweis 27 und Öffnungen im UDG-Benutzerhinweis 02 enthalten.

Der Fluss wird unter Druck und gegen die Schwerkraft gepumpt. Sie müssen die Pumpenrate, die Einschaltstufen und die Ausschaltstufen kennen.

Leitlinien zur Modellierung von Pumpstationen und ihren Steigleitungen sind im UDG enthalten.

Die Öffnungen können je nach automatischen oder betrieblichen Regeln variieren. Sie müssen die Scheitelhöhe, die Öffnungshöhe und die Öffnungsbreite kennen.

Der Fluss wird vorübergehend im Netzwerk gehalten. Sie müssen das Speichervolumen und die Umkehrstufen kennen.

Die Nebenleistungen bei WWTW sind sehr komplex. Oftmals endet ein Rohrmodell am Zulauf zum Bauwerk. Dies wird üblicherweise als Wehr und Ausfluss dargestellt.

Eine Überschwemmungsebene ist ein an Flusskanäle angrenzendes Landgebiet, das sich vom Ufer bis zum Fuß der umschließenden Talseiten erstreckt. Überschwemmungsgebiete werden bei hohen Abflüssen überschwemmt.

Sobald der Wasserstand über die Höhe der Kanalufer, Überflutungsbauwerke oder Rohrnetze hinaus ansteigt, kann Wasser in Überschwemmungsgebiete gelangen.

Wenn Sie 1D-Modelle verwenden, kann die Auenauflösung entweder:

Ausführlichere Informationen zu 1D-Modellierungsoptionen finden Sie in diesem Leitfaden.

Wenn Sie 2D-Modelle verwenden, wird die Auflösung durch die Raster- oder Netzauflösung bestimmt.

Eine Studie des Flood Risk Management Research Consortium (FRMRC) aus dem Jahr 2008 untersuchte die Auswirkungen der 2D-Festnetzauflösung auf Überschwemmungsvorhersagen. Es basierte auf einer Fallstudie in London, bei der die TUFLOW-Software mit 2-Meter-, 10-m- und 50-m-Rasterauflösungen verwendet wurde.

Die Studie ergab, dass die vorhergesagten Spitzenwerte bei allen getesteten Auflösungen vergleichbar waren und dass der Zeitpunkt der Überschwemmung bei den 2-m- und 10-m-Modellen vergleichbar war.

Bei Verwendung eines 50-m-Rasters wurde die Überschwemmungszeit geändert. Diese Unsicherheit wurde jedoch als geringer eingeschätzt als die Unsicherheit in den Zuflussgrenzen der Modelle. Die Geschwindigkeitsergebnisse zeigten deutlich größere Unterschiede zwischen den Auflösungen.

Die Studie wurde in den Standards for Modelling and Flood Forecasting in Large Estuaries (2015) (SMFFLE) beschrieben und lieferte Qualitätswerte für verschiedene Rasterauflösungen.

Die Qualitätsbewertungen können Ihnen als Orientierungshilfe dienen, wenn Sie Gebiete mit hohem Überschwemmungsrisiko in städtischen Gebieten modellieren.

Allerdings kam das FRMRC zu dem Schluss, dass Vorsicht geboten ist, da die Ergebnisse der Studie nicht verallgemeinert werden können. Dies liegt daran, dass die Ergebnisse je nach Folgendem variieren:

Laut SEPA (2016) ist eine bewährte Faustregel, dass ein Hauptflusspfad nur mit mindestens 3 oder 4 Gitterzellen gut dargestellt werden kann. Bei der Bestimmung der Modellauflösung sollten Sie wahrscheinliche Strömungsrouten und deren Größe berücksichtigen.

Eine Studie des Australian Rainfall Runoff Project 15 (ARRP) kam zu ähnlichen Ergebnissen wie die FRMRC-Studie. Dabei wurde Folgendes festgestellt:

Der UDG 2017 Code of Practice enthält auch typische Anforderungen an Elementgrößen, wenn ein flexibler Netzansatz zur Modellierung von 2D-Domänen verwendet wird

Die UDG stellt Werte für den Detaillierungsgrad dar, der für die Definition eines Modells erforderlich ist, als entweder:

Die Auflösung von 2D-Domänen in Ihrem Modell sollte ein Gleichgewicht zwischen dem erforderlichen Detaillierungsgrad und der Modelllaufzeit und Ausgabegröße sein.

Beispielsweise können große Modelle auf eine größere Rasterauflösung beschränkt sein. Dies kann für Hochwasserkartierungszwecke geeignet sein. Wenn Ihr Projekt jedoch detailliertere Ausgaben benötigt, müssen Sie das Modell möglicherweise zuschneiden und eine feinere Auflösung verwenden.

Sie sollten diese Entscheidungen in der Erklärung zur hydraulischen Modellierungsmethode darlegen. Der Kunde muss möglicherweise in der Projektumfangsphase weitere Sensitivitätstests in den Projektumfängen festlegen, wenn er der Meinung ist, dass gröbere Auflösungen erforderlich sind.

In den meisten Fällen wird die Geometrie Ihrer Überschwemmungsgebiete durch Fernerkundungsdaten wie LiDAR ermittelt.

Die Nutzung von Fernerkundungsdaten ist für die meisten Modelle eine Notwendigkeit. Dies liegt an der ausgedehnten Beschaffenheit des Überschwemmungsgebiets, die eine Erhebung topografischer Vermessungen im gesamten Gebiet undurchführbar macht.

Die am häufigsten verwendeten Optionen für Fernerkundungsdaten:

Andere Optionen sind möglicherweise kommerziell erhältlich, einschließlich unbemannter Fahrzeugvermessungen und Photogrammetrie.

Fernerkundungsdaten sind normalerweise in verschiedenen Auflösungen sowie im gefilterten und ungefilterten Format verfügbar.

Gefilterte Fernerkundungsdaten werden normalerweise als digitales Geländemodell (DTM) bezeichnet. DTMs geben Bodenniveaus an. Ungefilterte Datensätze, digitale Oberflächenmodelle (DSMs), umfassen Höhen anderer Merkmale wie Gebäudedächer und Vegetation.

Für 2D-Modelldomänen sollten Sie in fast allen Fällen gefilterte Daten verwenden.

Die von Ihnen gewählte Auflösung hängt von der Komplexität des Überschwemmungsgebiets und dem Maßstab des Modells ab. Beispielsweise bietet die Verwendung eines Bodenmodells mit einer feineren Auflösung als das endgültige Modell nur begrenzte Vorteile.

Auch für ein im Wesentlichen flaches, strukturloses Überschwemmungsgebiet hätte ein fein aufgelöstes Bodenmodell nur begrenzte Vorteile.

Möglicherweise müssen Sie Details zu einem Bodenmodell mit gröberer Auflösung hinzufügen, wenn wichtige Merkmale vorhanden sind, die schmaler als die Auflösung sind. Dies wird im Abschnitt „2D-Modellierungsoptionen“ dieses Handbuchs ausführlicher behandelt.

Es kann Situationen geben, in denen Sie lokalisierte topografische Vermessungen erfassen müssen. Zum Beispiel, wenn Sie Höhen von Verteidigungskuppen und Böschungen einbeziehen oder Umgehungsrouten von Messstationen vermessen müssen.

Bei Bedarf sollten Sie die LIT18749 anfordern: Nationale technische Standardspezifikationen für Vermessungsdienstleistungen.

Der AIMS-Datensatz der Umweltbehörde enthält Details zu Hochwasserschutzstandorten und Kammhöhen. Diese sind jedoch nicht so genau und detailliert wie Erhebungen auf Kammhöhe. Es kann auch sinnvoll sein, Scheitelniveaus aus Bestandszeichnungen zu verwenden.

Es gibt verschiedene Methoden zur Darstellung von Überschwemmungsgebieten in hydraulischen Modellen.

Sie können Überschwemmungsgebiete in 1D modellieren mit:

Normalerweise müssen Sie die Geometrie von Überschwemmungsgebieten mithilfe von GIS-Daten digitalisieren. Bei 1D-Modellen werden diese Dateien nicht für Simulationszwecke benötigt, Sie können sie also aus Ihrer endgültigen Modelllieferung herausnehmen. Sie sollten jedoch weiterhin alle Dateien aufbewahren, die zum Generieren von 1D-Auenbemaßungen neben Ihrem Modell verwendet werden.

Es ist wichtig, dass Sie sicherstellen, dass Ihr Modell ausreichend ausgedehnt ist, um alle Fließwege der Überschwemmungsgebiete einzubeziehen. Wenn Wasser an den Rand Ihres Modellbereichs grenzt (ohne begleitende Randbedingung), kann es seine wahre Ausdehnung nicht erreichen. Dies wird als „Glaswandbildung“ bezeichnet und muss in Ihrem Modell vermieden werden.

Sie sollten die Erweiterung von Kanalquerschnitten verwenden, wenn:

1D-Modellierungsannahmen bedeuten, dass der Wasserstand für diesen Zeitschritt über den gesamten Querschnitt hinweg konstant ist. Wenn die Aue vom Kanal getrennt ist und mit unterschiedlichen Wasserständen zu rechnen ist, sollten Sie keine erweiterten Abschnitte nutzen.

Erweiterungen sollten das gesamte Gebiet abdecken, in dem eine Überschwemmung zu erwarten ist. Möglicherweise müssen Sie Anpassungen vornehmen, nachdem Sie erste Modellierungssimulationen durchgeführt haben.

Wenn Sie erweiterte Querschnitte verwenden, können Sie über die Länge des Querschnitts unterschiedliche hydraulische Rauheiten festlegen. Sie können den Abschnitt auch in verschiedene Förderbereiche aufteilen.

Erweiterungen sollen das Überschwemmungsgebiet senkrecht zur Fließrichtung darstellen. Bei Mäandern kann es zu einem geknickten Profil kommen.

Wenn Sie HEC-RAS verwenden, können Sie unterschiedliche Reichweitenlängen für die Überschwemmungsgebiete angeben.

Wenn Sie Flood Modeller verwenden, kann die relative Pfadlänge geändert werden. Sie können Manning-n-Werte von Null auch für erweiterte Abschnitte verwenden, die eine Lagerung ermöglichen, aber eine aktive Beförderung verhindern.

Wenn Wasser in einer Aue nicht aktiv transportiert werden kann und auf der Aue gespeichert wird, können Sie Speicherbereiche oder Speichereinheiten nutzen.

Lagerflächen sind Flächen-, Volumen- oder Höhenkurven, die sich vom tiefsten Punkt nach oben füllen. Sie können verwendet werden, um Folgendes darzustellen:

Die von Ihnen verwendete Kurve sollte den gesamten Bereich abdecken, der voraussichtlich überflutet wird. Möglicherweise müssen Sie Anpassungen vornehmen, nachdem Sie erste Modellsimulationen durchgeführt haben.

Sie müssen die Kurve über seitliche Überlaufeinheiten mit dem Hauptkanal verbinden, um die Strömungsübertragung zwischen den Kanälen zu ermöglichen. Normalerweise benötigen Sie eine 1D-Struktur, damit das Wasser aus dem Bereich abfließen kann, sobald der Füllstand im Kanal ausreichend gesunken ist. Die Verschüttungsmaße sollten alle Bereiche umfassen, in denen Wasser überlaufen kann.

Wenn ein weitläufiges Waschlandsystem vorhanden ist, können Sie mehrere Lagerbereiche nutzen. Diese sollten durch Überlaufeinheiten miteinander verbunden sein.

Sie können einen Parallelkanal verwenden, wenn die Flussaue innerhalb eines definierten Querschnitts fließt. Zum Beispiel in einem Abfluss- oder Bypasskanal neben dem Hauptkanal.

Sie können es über seitliche Überlaufeinheiten mit dem Hauptkanal verbinden, um eine Strömungsübertragung zwischen den Kanälen zu ermöglichen. Wenn der Auenkanal vor dem Überlaufen trocken ist, müssen Sie möglicherweise einen Süßstofffluss einbauen, damit das Modell stabil läuft. Ein Süßstofffluss ist ein kleiner künstlicher Fluss, der auf einen modellierten Kanal aufgetragen wird. Dadurch wird ein Trockenlaufen verhindert und ein Absturz des Modells verhindert. Dies hängt von der von Ihnen verwendeten Software ab.

Gegebenenfalls müssen Sie über die seitliche Ausdehnung des Parallelkanals hinaus weitere Querschnittserweiterungen oder Lagerflächen einplanen. Erweiterungen sollten das gesamte Gebiet abdecken, in dem eine Überschwemmung zu erwarten ist. Möglicherweise müssen Sie Anpassungen vornehmen, nachdem Sie erste Modellsimulationen durchgeführt haben.

Möglicherweise müssen Sie die Umgehung in einem 1D-Modell darstellen. Zum Beispiel, wenn bei extremen Überschwemmungen ein Wehr von einem großen Überschwemmungsweg umgangen wird. In diesem Fall kann eine Überlaufeinheit verwendet werden, um das Überschwemmungsgebiet genauso darzustellen wie ausgedehnte Abschnitte.

Abhängig von der Komplexität des Überschwemmungsgebiets können Strukturen durch Kanäle und Überschwemmungsgebiete umgangen werden, die einer sorgfältigen Schematisierung bedürfen.

Erfahren Sie mehr über das Überlaufen von Wasserbauwerken.

2D-Modelle ermöglichen die Wasserführung über ein Bodenmodell und basieren in der Regel auf LiDAR-Daten. Im Gegensatz zu 1D-Modellen müssen Sie bei der Verwendung von 2D-Modellen keine Strömungsrouten vorab festlegen.

Sie bieten eine deutlich höhere räumliche Auflösung und lösen Gleichungen über ein 2D-Gitter oder Netz im gesamten modellierten Bereich.

Allerdings sollten 2D-Domänen aufgrund der erhöhten Modelllaufzeit nicht standardmäßig verwendet werden.

Bei der Entwicklung eines 2D-Modells ist Folgendes zu berücksichtigen:

Es kann sinnvoll sein, eine gröbere Auflösung zu verwenden, wenn Sie durch manuelle Geometrieänderungen Folgendes hinzufügen können:

Wenn Sie ein festes Gittermodell verwenden, sollten Sie es an der vorherrschenden Strömungsrichtung ausrichten.

2D-Überschwemmungsgebiete umfassen wahrscheinlich Bereiche mit stehendem Wasser, einschließlich Teichen oder Seen.

Fernerkundte Bodenhöhen stellen den Wasserstand zum Zeitpunkt der Datenerfassung dar. Dies kann direkt in das Modell eingelesen werden. Dies wird jedoch als Fläche mit festem Boden behandelt.

Wenn der Wasserkörper groß ist und die Fließwege der Überschwemmungen beeinflussen könnte, können Sie ihn anhand der anfänglichen Wasserstände darstellen. Wenn Sie dies tun, sollten Sie das Bodenniveau manuell absenken und die Tiefe oder den Wasserstand darüber angeben. Dies ermöglicht eine realistischere Darstellung der Hydraulik in Teichen oder Seen als die alleinige Verwendung von DTM-Daten.

Überschwemmungsgebiete können komplexere Wasserelemente wie ein Kanalsystem oder Entwässerungsnetze des Internal Drainage Board (IDB) umfassen.

Sie können diese Features als mit 2D verknüpfte 1D-Kanäle darstellen, wenn:

In vielen Fällen können Sie möglicherweise komplexe Features in 2D darstellen. Wenn Sie sich dafür entscheiden, sollten Sie in Ihrem Bericht etwaige Einschränkungen des Ansatzes berücksichtigen.

Abhängig von der von Ihnen verwendeten Software können Sie möglicherweise 2D2D-verknüpfte Modelle verwenden. Hierbei wird eine 2D-Domäne mit einer Auflösung oder Ausrichtung mit einer anderen mit einer anderen Auflösung oder Ausrichtung verknüpft.

Dies kann ein nützlicher Ansatz sein, wenn ein kleiner Bereich eines großen 2D-Modells detailliertere Ausgaben benötigt. Sie können diesen Ansatz auch neben der 1D2D-Modellierung verwenden.

Wenn Sie InfoWorks-ICM verwenden, können Sie keine verknüpften 2D-Modelldomänen verwenden. Dies liegt daran, dass die Software ein flexibles 2D-Netzmodell verwendet. Allerdings können Netze unterschiedlicher Größe ineinander verschachtelt werden, um bei Bedarf mehr Details zu ermöglichen.

In den meisten Fällen eignet sich der 1D-Modellansatz am besten zur Darstellung von Kanälen, während für Überschwemmungsgebiete ein 2D-Ansatz bevorzugt wird.

Abhängig von der von Ihnen verwendeten Modellierungssoftware verwenden Sie unterschiedliche Methoden, um 1D-Kanäle und 2D-Überschwemmungsgebiete zu verbinden. Das allgemeine Prinzip ist jedoch die Umwandlung von 1D-Wasserständen in 2D-Flüsse an der Grenze zwischen Domänen. Die typischen Ansätze sind in den Abbildungen 8-2 und 8-3 des TUFLOW-Handbuchs dargestellt.

Unabhängig von der von Ihnen verwendeten Software gibt es einige wichtige 1D2D-Modellierungsprinzipien, die Sie befolgen sollten.

Sie sollten 1D2D-Grenzen dort platzieren, wo die Annahme einer Strömung parallel zur Kanalausrichtung nicht mehr gültig ist. Zum Beispiel, wenn Wasser in die Aue gelangt. Typischerweise befinden sich diese auf Uferböschungen oder auf Straßendecks von Durchlässen, wenn Wasser über das Bauwerk läuft.

Es ist wichtig, diese Grenzen richtig zu setzen. Wenn sie sich auf der Kanalseite der Uferoberseite befinden, gibt es einen schmalen Bereich der 2D-Strömung, der zu Instabilitäten führen kann. Wenn Sie die Grenze zu weit in der Überschwemmungsebene platzieren, kann es sein, dass sie die Höhe der Uferkrone im Modell nicht darstellt.

Sie sollten die Breite der 1D-Modelldomänen (an jedem beliebigen Punkt) aus der 2D-Domäne entfernen. Wenn Sie dies nicht tun, wird Ihr Modell die für die Strömung verfügbare Fläche über- oder unterschätzen. Während die 1D2D-Breiten übereinstimmen sollten, bringt es keinen Vorteil, eine Übereinstimmung zu erzielen, die kleiner als die Raster- oder Maschengröße ist.

Alle Knoten im Kanalmodell sollten mit 1D2D-Grenzen einschließlich Interpolationen verbunden sein.

Wenn die Grenze mit einer relativ groben Zellen- oder Maschengröße verknüpft ist, wird die steuernde Scheitelebene möglicherweise nicht gut dargestellt. Möglicherweise müssen auch Geometrieänderungen vorgenommen werden.

Wenn die Grenze auf der Spitze eines Hochwasserschutzes liegt, sollten Sie eine Geometriemodifikation verwenden. Verwenden Sie nach Möglichkeit Informationen aus Vermessungsdaten, um Höhenangaben im Modell zu machen.

In einigen Modellen müssen Sie entscheiden, ob Sie sich auf zuverlässige, aber geografisch spärliche Umfragedaten zu Bankniveaus verlassen möchten. Dies ist vergleichbar mit LiDAR-Daten, die geografisch umfangreicher, aber weniger genau sind.

Anleitungen zur Verknüpfung von Rohrnetzmodellen mit einem 2D-Überschwemmungsgebiet finden Sie im UDG-Benutzerhinweis 40.

Sie können 1D-Schächte mit einer 2D-Oberfläche verknüpfen, indem Sie Folgendes tun:

In einigen Modellen müssen Sie möglicherweise 1D-Einheiten verwenden, um Auenstrukturen zu modellieren, die in die 2D-Domäne eingebettet sind. Dies ist wahrscheinlich dort, wo große Böschungen die Aue kreuzen und darunter kleine Entwässerungsdurchlässe liegen. Sie können diese 1D-Strukturen sowohl vor- als auch nachgelagert mit einer 2D-Domäne verknüpfen.

Bei der Darstellung von Auenstrukturen sollten Sie folgende Punkte beachten:

Die Abbildung zeigt ein schematisches 1D2D-Modell des Flusses Bure in Aylsham, Norfolk. Die Reichweite in diesem Modell umfasst ein 1D-Modell des Hauptkanals mit zahlreichen hydraulischen Strukturen im Kanal. Dies ist über 1D-Spills am linken Ufer mit einem Parallelkanal und einer 2D-Domäne am rechten Ufer verbunden. Dies zeigt die große Bandbreite an Ansätzen, die möglicherweise erforderlich sind.

Beispiel für mehrere Modellierungsansätze am Fluss Bure, Norfolk.

Anfangsbedingungen sind die Startbedingungen, die Ihr Modell für eine instationäre Simulation benötigt. Dabei handelt es sich um Schätzungen der Kanal- oder Rohrnetzbedingungen, die normalerweise für den Beginn Ihrer Simulation erforderlich sind.

Zu den Anfangsbedingungen können (neben anderen Variablen) gehören:

In den meisten Fällen sollten sie den normalen Kanalzustand darstellen. Abhängig von Ihrer Modellierungssoftware müssen Sie möglicherweise eine Schätzung der Kanal-, Rohrnetz- oder strukturellen Anfangsbedingungen einbeziehen. Sie müssen diese einschließen, bevor Sie die Simulation ausführen.

Sie verwenden eine andere Modellierungssoftware, für deren Ausführung keine angegebenen Bedingungen erforderlich sind. Sie können die Anfangsbedingungen für eine kurze Modellreichweite abschätzen, möglicherweise mithilfe der hydraulischen Theorie.

Sie können sie auch generieren, indem Sie eine stationäre Modellsimulation bei geringen Durchflussmengen durchführen und die Ergebnisse verwenden. Da Anfangsbedingungen durch Randbedingungen definiert werden, müssen Sie in einigen Fällen möglicherweise manuelle Änderungen vornehmen. Zum Beispiel, wenn ein Startreservoir oder der Gezeitenwasserstand bekannt ist.

Wenn Sie ein vordefiniertes Niveau verwenden, führt dies zu Instabilitäten in Ihrem Modell (z. B. wird ein Hochwasserniveau zum Zeitpunkt 0 erzwungen). Es kann von Vorteil sein, Ihr Modell eine Aufwärmphase lang laufen zu lassen. Dadurch können die Randbedingungen vor dem Eintreffen einer Überschwemmungswelle langsam auf die gewünschten Bedingungen ansteigen.

Sie können Anfangsbedingungen in der Modelldatei oder in einer separaten Datei speichern, die in die Simulationssteuerung eingelesen wird. Wenn Sie eine separate Datei verwenden, sollten Sie diese zusammen mit dem Modell bereitstellen.

Sie sollten prüfen, ob die Anfangsbedingungen sinnvoll sind. Wenn während der Modellentwicklung Anfangsbedingungen geschaffen wurden, bei denen Instabilität vorlag, können diese über die gesamte Reichweite schwanken. Dies könnte zu anhaltenden Instabilitäten führen oder Spitzenergebnisse beeinflussen. Zum Beispiel, wenn der Wasserstand im Anfangszustand höher ist als der Zustand des Spitzendurchflusses.

Die hydraulische Rauheit ist das Maß für den Widerstand, den Wasser erfährt, wenn es durch Kanäle und über Überschwemmungsgebiete fließt. Bei der hydraulischen Modellierung stellen Rauheitskoeffizienten diesen Strömungswiderstand dar.

Mannings „n“ ist der Rauheitskoeffizient, der typischerweise im Vereinigten Königreich verwendet wird. Die Schätzung eines Rauheitskoeffizienten mithilfe von Mannings „n“ oder einem Äquivalent ist die Hauptschwierigkeit bei hydraulischen Berechnungen nach FDG.

Zu den Faktoren, die die hydraulische Rauheit beeinflussen können, gehören:

Sie müssen die wahrscheinlichen Kanalbedingungen berücksichtigen, die während eines Hochwasserereignisses zu erwarten sind. Die Bedingungen können zwischen den Einzugsgebieten variieren und sollten in der Erklärung zur Modellierungsmethode vereinbart werden.

Wenn die Strömung innerhalb des Kanals bleibt, können folgende Faktoren die hydraulische Rauheit beeinflussen:

Der typische Ansatz, den Sie zur Berechnung der hydraulischen Rauheit in 1D-Modellen verwenden sollten, wurde von Cowan (1956) definiert.

Um Mannings „n“ abzuschätzen, wurden jedem Faktor, der die hydraulische Rauheit beeinflussen kann, Werte zugeordnet:

Anschließend verwendeten sie die folgende Gleichung: Mannings „n“ = (nb+n1+n2+n3+n4) multipliziert mit m

Die Schätzung von Mannings „n“ ist ein subjektiver Prozess. Um Ihnen zu helfen, stellen verschiedene Quellen (Chow 1959, USGS, 1984 und Hicks und Mason, 2016) Fotos von Kanaltypen für einen bestimmten Manning-'n'-Wert zur Verfügung. Diese können dazu beitragen, einen einheitlichen Ansatz über verschiedene Modelle hinweg zu gewährleisten. Beziehen auf:

Sowohl FDG als auch HEC-RAS bieten Richtwerte für typische Manning-n-Werte. Sie liegen beide zwischen einem Minimalwert von 0,025 und einem Maximalwert von 0,0150.

Das Health-Checking-Dienstprogramm des Flood Modellers liefert auch Richtwerte. Dies führt jedoch zu einem Fehler, wenn die „n“-Werte von Manning unter 0,018 oder über 0,100 liegen. Bei Werten unter 0,030 und über 0,060 wird eine Warnung zurückgegeben.

Die Reichweiten können je nach Modell und Modellbauer unterschiedlich sein. Wenn Sie nicht über sehr detaillierte Kalibrierungsdaten verfügen, ist es nicht möglich, einen genauen Wert zu ermitteln. Daher werden bei Modellüberprüfungsprozessen häufig geeignete Bereiche verwendet.

Die FDG stellt eine Tabelle typischer Manning-n-Werte bereit. Dieser reicht von 0,025 (sauberer, gerader Kanal) bis 0,150 (stark bewachsen) für Kanäle und 0,025 (kurzes Gras) bis 0,200 (dichte Bäume) für Überschwemmungsgebiete.

Die typischen Werte des HEC-RAS-Handbuchs weichen an einigen Stellen von denen des FDG ab.

Colebrook-White ist der gebräuchlichste hydraulische Rauheitskoeffizient für die Modellierung von Rohrnetzen. Sie können jedoch auch Mannings „n“ anwenden, das vor allem für Rohre mit großem Durchmesser relevant ist.

Sewers for Adoption 8 besagt, dass die Entwurfsrauheit für Oberflächenwasser und seitliche Abflüsse 0,6 mm und für verunreinigte Abwasserkanäle 1,5 mm betragen sollte. Wenn keine detaillierten Informationen verfügbar sind, können Sie diese Werte angeben. Sie sollten aktualisiert werden, um den Rohrbedingungen Rechnung zu tragen, sofern entsprechende Informationen verfügbar sind. Die Rauheit liegt typischerweise zwischen 0,3 mm für Stahl und 45 mm für Mauerwerksrohre.

Bei der Berechnung der hydraulischen Rauheit für Rohrnetze ist es nicht erforderlich, übermäßig detailliert vorzugehen. Beispiel: Berechnen von Werten mit einer Genauigkeit von 3 Dezimalstellen an Standorten ohne Kalibrierungsdaten.

Aufgrund der erheblichen Unsicherheit bei der Schätzung der Rauheit auf nicht kalibrierten Strecken sollten Ihre Schätzungen proportional sein. Vermeiden Sie hochpräzise Werte ohne ausreichende Begründung. Außerdem können sich schnell ändernde Rauheitswerte zu einer Illusion von Genauigkeit führen.

Ihre 2D-Rauheitsbereiche sollten je nach Landnutzung variieren. Dies wird typischerweise durch OS MasterMap-Datensätze bestimmt.

LIT11327: Computermodellierung zur Bewertung des Hochwasser- und Küstenrisikos stellt fest, dass Referenzquellen für räumlich variierende 2D-Rauheitskoeffizienten fehlen, obwohl einige Softwarehandbücher Empfehlungen geben.

Es wird empfohlen, alle 2D-Modelle für einen „Referenzfall“ mit einem modellweiten Wert von 0,100 auszuführen. Sie sollten die Ergebnisse mit den in Ihren Designläufen verwendeten räumlich variierenden Manning-n-Werten vergleichen.

Projektumfänge spezifizieren diese Anforderung selten. Sie bewerten die Unsicherheit normalerweise mithilfe von Sensitivitätstests. Projektmanager sollten darüber nachdenken, dies zu den Projektumfängen hinzuzufügen. Wenn Ihre Software die Anwendung tiefenabhängiger Rauheitswerte zulässt, wird eine höhere Rauheit für flache Strömungen empfohlen. Dies ist relevant für die direkte Niederschlagsmodellierung.

Ihre Rauheitswerte in 2D-Modellen sollten im Allgemeinen mit der Modellgittergröße zunehmen. Aus diesem Grund ist es nicht angebracht, hier typische Bereiche anzugeben, da diese abhängig von Ihren anderen Modellierungsentscheidungen variieren.

Das FMRC untersuchte 2008 die Auswirkung der Verwendung hydraulischer Rauheit im Subgittermaßstab (in groben Gittermodellen) auf Überschwemmungsvorhersagen. Es wurde auch in SMFFLE referenziert.

Bei der Untersuchung wurde eine Fallstudie zu einem dicht urbanisierten Londoner Überschwemmungsgebiet verwendet. TUFLOW-2D-Modelle wurden mit numerischen Rastern von 2 m, 10 m und 50 m simuliert. Mannings „n“-Werte wurden in Zellzentren zugewiesen in:

Die Studie berechnete Gesamtdiskrepanzindikatoren basierend auf den Ankunftszeiten im gesamten Überschwemmungsgebiet. Sie wurden mit den Ergebnissen der 10-m- und 50-m-Modelle mit den Ergebnissen des Benchmark-2-m-Modells verglichen. Es wurde eine optimierte Form für f(p) ermittelt (Hinweis: nicht in der Begleitdokumentation angegeben). Es wurde festgestellt, dass die vorgeschlagene Parametrisierungstechnik die Ergebnisse im Vergleich zu einer einfacheren Methode verbessert, bei der die Rauheit abhängig vom Landbedeckungstyp in den Zellzentren zugewiesen wurde. Die Verbesserung betrug beim 10-m-Modell typischerweise eine Größenordnung. Beim 50-m-Modell wurde eine erhebliche Verbesserung beobachtet, die jedoch weniger konsistent war als beim 10-m-Modell.

Sie sollten überlegen, ob Standard-Wehrkoeffizienten in Modellierungssoftware für 1D-Strukturen angemessen sind. Standardwerte können für formelle Wehre geeignet sein, müssen jedoch möglicherweise für weniger effiziente Strukturen wie Felswehre angepasst werden.

Software-Standardeinstellungen gehen normalerweise davon aus, dass die Einheit eine In-Channel-Struktur darstellt. Sie benötigen außerdem Überlauf- und Wehreinheiten in 1D-Modellen, um den Fluss zu modellieren:

Diese stellen wahrscheinlich weniger effiziente Strömungswege dar als In-Channel-Strukturen. Es gibt nur begrenzte hydraulische Literatur zur Auswahl der Koeffizienten für diese Strukturen. Dies bedeutet, dass es auf die Erfahrung des Modellierers mit Anpassungen an den Kalibrierungsdaten oder anekdotischen Beweisen ankommt.

Flood Modeller und InfoWorks-ICM verwendeten in der Vergangenheit einen Standard-Überlaufwert von 1,7. Das Flood Modeller-Handbuch beschreibt dies als geeignet für ein horizontales Scheitelwehr mit runder Nase.

Flood Modeller hat kürzlich den Standard-Überlaufwert auf 1,2 geändert. Damit soll die Verwendung der Überlaufeinheit für viele Bauwerke anerkannt werden, die wenig Ähnlichkeit mit einem runden Wehr haben.

Wenn das Wehr oder der Überlauf weniger effizient ist, heißt es im Flood Modeller-Handbuch, dass der Wert des Wehrkoeffizienten (Cd) verringert werden sollte.

Darin heißt es außerdem:

Genaue Leitlinien zur Auswahl der Cd-Werte für gepflegte Grasböschungen liegen nicht vor, obwohl aktuelle bewährte Verfahren Werte im Bereich von 0,8 bis 1,2 vorschlagen

Wenn die Verschüttung beispielsweise zur Modellierung der Strömung über stark bewachsenem Naturboden verwendet wird, was weniger effizient ist als eine Überschwemmungsbank, können niedrigere Werte anwendbar sein

In diesem Szenario sollten Sie die Software-Standardeinstellungen ändern und die übernommenen Werte begründen. Sie sollten nach Möglichkeit kalibriert werden. Möglicherweise werden Sie auch aufgefordert, einen Sensitivitätstest für diese Koeffizienten durchzuführen.

Flussabwärtsgrenzen sind Modellierungskomponenten, die es Wasser ermöglichen, sowohl 1D- als auch 2D-Modelldomänen zu verlassen.

Um flussabwärts gelegene Grenzen in hydraulischen Modellen in Modellierungssoftware darzustellen, können Sie Folgendes verwenden:

Welche flussabwärts gelegene Grenze Sie wählen, hängt von den Ihnen vorliegenden Daten, der Lage der Grenze und den örtlichen Merkmalen ab.

Wenn Sie unsichere Daten verwenden, sollte Ihre Grenze einen ausreichenden Abstand von Ihrem bzw. Ihren Interessengebieten haben. Dies wird dazu beitragen, die Auswirkungen Ihrer Annahmen zu negieren.

Die Grenze der Stufenganglinie wird manchmal auch als Pegel-Zeit-Grenze oder als Höhenunterschied-Zeit-Grenze (HT) bezeichnet. Es handelt sich um eine Stufenganglinie des Wasserstandes im Zeitverlauf.

Sie können es dort verwenden, wo der Wasserlauf in eine Rückstauumgebung mündet, wie zum Beispiel:

Sie können eine Stufenhydrographiegrenze verwenden, um aufgezeichnete Pegelstände darzustellen, wenn Sie sie für ein beobachtetes Überschwemmungsereignis verwenden.

Bei Gezeiten müssen Sie entscheiden, ob der Spitzenabfluss des Modells mit der Flut zusammenfallen soll. Dies ist Teil eines gemeinsamen Wahrscheinlichkeitsproblems und was Sie vorschlagen, sollte in Ihrer Erklärung zur hydraulischen Modellierungsmethode dargelegt werden.

Die Flussgangliniengrenze wird manchmal als Fließzeit- oder QT-Grenze bezeichnet. Es handelt sich um eine Ganglinie der Strömung im Verhältnis zur Zeit. Sie können es verwenden, wenn aufgezeichnete Pegeldaten verfügbar sind und das Modell auf ein bestimmtes Hochwasserereignis kalibriert ist. Es wird nicht zur Modellierung von Entwurfsüberschwemmungsereignissen verwendet.

Bei einer normalen Tiefengrenze handelt es sich um eine Grenzart, die automatisch eine Fließhöhenbeziehung basierend auf der Neigung des Grunds oder der Wasseroberfläche generiert. Die Beziehung wird mithilfe der Manning-Gleichung „n“ berechnet. Dies ist oft die einzige verfügbare Option, wenn die Reichweite des Modells nicht an einem Pegel, Zusammenfluss oder Gezeitenauslass endet.

Die Grenze auf Durchflussebene wird manchmal als Bewertungskurve, QH- oder HQ-Grenze bezeichnet. Diese Grenze verwendet ebenfalls eine Flussebenenbeziehung, ist jedoch im Gegensatz zur normalen Tiefengrenze benutzerdefiniert. Die Informationen für diese Grenzen können aus Bewertungskurven von Messstationen stammen oder aus vorhandenen Modellen extrahiert werden.

Sie sollten die Platzierung der flussabwärts gelegenen Grenze sorgfältig abwägen. Nach Angaben der FDG sollte die Grenze so weit vom Untersuchungsort entfernt sein, dass sie die dortigen Ergebnisse nicht beeinträchtigt.

Möglicherweise können Sie die Grenze näher anordnen, um eine umfassende topografische Vermessung zu vermeiden, wenn sie hydraulisch vom interessierenden Standort getrennt ist. Zum Beispiel, wenn es sich stromabwärts eines großen Wehrs befindet.

Eine sorgfältige Platzierung kann die Auswirkungen der Unsicherheit an der Grenze zunichte machen. Zur einfachen Kontrolle sollte der Abstand zwischen dem interessierenden Standort und der Grenze die Rückstaulänge (L) überschreiten. Sie können dies mit der folgenden Formel abschätzen: Rückstaulänge = 0,7 multipliziert mit Tiefe dividiert durch Gefälle (m/m)

Wenn die Grenze innerhalb einer 2D-Domäne liegt, sollten Sie eine ausreichend lange Grenze bereitstellen, um alle vom Modell ausgehenden Strömungspfade einzuschließen. Dadurch wird eine Glaswandbildung verhindert.

Möglicherweise haben Sie keine Wahl, wo eine Grenze platziert werden soll – zum Beispiel, wenn das Modell durch eine Flutklappe entlädt. Bewerten Sie alle Annahmen, die Sie bei der Modellierung der Downstream-Grenze treffen, durch Sensitivitätstests.

Um eine Kopie eines Dokuments, auf das in diesem Leitfaden verwiesen wird, oder eine Kopie der vollständigen PDF-Version dieses Leitfadens und des auf Microsoft Excel basierenden Fluvial Model Assessment Tools anzufordern, senden Sie eine E-Mail an [email protected].

Geben Sie die Referenznummer des benötigten Dokuments an, zum Beispiel LIT11327.