Modellstudien - IST-Zustand
Wesentlichste Grundlage von prognostischen Modellstudien
ist die Validierung des Modells
anhand des IST-Zustandes. Diese
Basiskonfiguration gibt den aktuellen Zustand
des Gewässers
wieder. Eingangsgrößen für
die Simulation sind die aktuellen
meteorolgischen Randbedingungen,
die aktuelle Bathymetrie und
die Zu- und Abflussmengen.
Als Ergebnis der Simulation erhält man Strömungsfelder,
welche anhand der durchgeführten
Messungen punktuell überprüft/validiert
werden. Abweichungen zwischen
den Messungen und der Modellierung
weisen im Wesentlichen
auf fehlerhafte Eingangsdaten
hin. Basierend auf der aktuellen
Bathymetrie,
der meteorologischen Daten
(mobile Wetterstation) und
der Zufluss-/ Abflussmengen
zum Zeitpunkt der Feldmessung
werden die Strömungen in den
Teichen reproduziert.
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Oberflächenströmungsfeld
bei Westwind und einer Zufluss-/Abflussmenge
von 1m³/s |
Neben
der Modellierung des IST-Zustands
wurde die Strömungsverteilung
für eine in den Sommermonaten charakteristische
Dükeröffnung berechnet.
Hierfür wurden die Aufzeichnungen
der täglichen Zuflussmengen der letzten 10 Jahre untersucht.
Für den Zeitraum Juni bis September ergibt die statistische
Auswertung eine mittlere Zuflussmenge
von 1.6 m ³/s (20
Kämme).
Abbildung: mittlere tägliche Zuflussmenge
am Düker
berechnet aus Protokolldaten von
1996 - 2006
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Die Modellierung der Oberflächengeschwindigkeit für eine
Durchflussmenge von 1.6 m³/s (20 Kämme) zeigt deutlich
die sehr geringen Strömungsgeschwindigkeiten
im Bereich des Schwimmbads. In
dem Bereich sind die Verweilzeiten
für
das Badewasser besonders hoch.
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Abbildung: Strömungsberechnung
bei geringem Windeintrag und
einer in den Sommermonaten mittleren
Zuflussmenge
von 1.6 m³/s
(20 Kämme) |
Zur Optimierung der Strömungssituation im Krähenteich
wurden 2 verschiedene Maßnahmen
untersucht. Eine
kurzzeitige Erhöhung
der Zuflussmenge über den Düker
ändert das Strömungsregime im Schwimmbad
und verringert durch kürzere Austauschraten
die Verweildauer. Analysiert wurden
die Änderungen für eine Maximalzufuhr
von 7.1 m³/s.
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Abbildung: Strömungsberechnung
bei geringem Windeintrag und
maximaler Öffnung des Dükers
7.1 m³/s
(100 Kämme) |
Da aufgrund geringer Niederschläge in den Sommermonaten nur begrenzte
Mengen an Wasser für das Durchspülen
der Teiche zur Verfügung steht
ist eine genauere Untersuchung
der notwendigen Öffnungsdauer
von großer Bedeutung.
In den nachfolgenden Modellstudien
wird neben der genaueren Untersuchung
des Spülstoßszenarios
eine bautechnische Maßnahme zur Strömungslenkung näher
analysiert.
Modellstudien
Zur Untersuchung der strömungsbeeinflussenden
Maßnahmen wurden mehrere
Modellstudien durchgeführt.
In diesen Szenarien wurde
der Windeinfluss für die
Berechnung der Strömungsfelder
nicht berücksichtigt. Dies
entspricht einer angenommenen
Sommersituation, bei der
eine begünstigende
Durchmischung durch den Wind
nicht vorausgesetzt werden
kann.
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Abbildung: aktuellen
Bathymetrie des Krähenteiches
ohne strömungslenkende
Maßnahme |
Abbildung: aktuellen
Bathymetrie des Krähenteiches
mit strömungslenkende
Maßnahme |
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Abbildung: berechnetes
Strömungsfeld bei maximalem Zulauf
(7 m³/s) |
Abbildung: berechnetes
Strömungsfeld
bei maximalem Zulauf (7 m³/s)
mit strömungslenkender Maßnahme
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Basierend auf den berechneten
dreidimensionalen Strömungsfeldern
wurden - zur Bestimmung der Aufenthaltszeiten
in den einzelnen Wasserkörpern -
mehrere Tracerrechnungen durchgeführt.
Hierbei wurden im Modell einzelne Wasserkörper mit Tracern farblich markiert.
Durch die zeitliche Aufzeichnung
des dreidimensionalen
Wegs
jedes
einzelnen
Tracers durch das Gewässer lassen sich Ausbreitungsprozesse analysieren. |
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Abbildung oben: Tracerberechnung
ohne Strömungslenkung (Zeitschritt=15 Minuten)
Abbildung unten: vertikale Tracerverteilung
im Krähenteich und Schwimmbad (Zeitschritt=15 Minuten) |
Abbildung oben: Tracerberechnung
mit Strömungslenkung (Zeitschritt=15 Minuten)
Abbildung unten: vertikale Tracerverteilung
im Krähenteich und Schwimmbad
(Zeitschritt=15 Minuten)
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Die
statistische Auswertung
der Ausbreitungswolke der Tracer
liefert die Aufenthaltszeiten
innerhalb der einzelnen Wasserkörper. Für den gesamten
Krähenteich
wurden 136300 Tracer über alle
Schichten verteilt. Im Bereich
des Schwimmbads wurden durch
die kleinere räumliche Ausdehnung
und geringere Wassertiefe 28100
Tracer injiziert. |
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Abbildung: Auswertung
der Tracerrechnung ohne Strömungslenkung. |
Abbildung: Auswertung der Tracerrechnung
mit Strömungslenkung. |
Neben der Bestimmung der Verweildauer im Schwimmbad ergibt die
Auswertung
aller Tracerstrecken die Verweilzeiten
für den Krähenteich.
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Abbildung: Verweildauer
im Krähenteich ohne Strömungslenkung |
Abbildung: Verweildauer im Krähenteich
mit Strömungslenkung |
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