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INTERREG III A

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.

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

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.

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.

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.

 

Abbildung: aktuellen Bathymetrie des Krähenteiches ohne strömungslenkende Maßnahme
Abbildung: aktuellen Bathymetrie des Krähenteiches mit strömungslenkende Maßnahme


Abbildung: berechnetes Strömungsfeld bei maximalem Zulauf (7 m³/s)

Abbildung: berechnetes Strömungsfeld bei maximalem Zulauf (7 m³/s) mit strömungslenkender Maßnahme

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.

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)

 

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.

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.

 

Abbildung: Verweildauer im Krähenteich ohne Strömungslenkung Abbildung: Verweildauer im Krähenteich mit Strömungslenkung

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