Kanalnetzberechnung

Historische Entwicklung der Verfahren zur Kanalnetzberechnung

• Zeitbeiwertverfahren:
  Hier ging es zunächst nur um eine geeignete Dimensionierung der Rohrduchmesser. Grundlage ist dabei eine Regenspendelinie einer vorgegebenen jährlichen Auftrittshäufigkeit oder Wiederkehrzeit von Regenspenden aufsteigender Dauer. Dabei ist an jedem Ort des Kanalnetzes genau diejenige Spende maßgeblich, deren Dauer der Fließzeit entspricht. Die Ergebnisse sind unabhängig zu sehen von der Tiefenlage des Kanalnetzes. Deswegen ist dieses Verfahren völlig ungeeignet für Überflutungsnachweise sowie auch für Beckendimensionierungen.
  
  
• Konstanter Abflussbeiwert oder auch Summenlinienverfahren:
  Beckendimensionierungen möglich aber keine Überstaunachweise. Der Abflussbeiwert hängt bei diesem Verfahren nicht von der Regendauer ab, im Gegensatz zum Verfahren mit dem
  
  
• Veränderlichen Abflussbeiwert (Pecher):
  Mit diesen Verfahren werden komplette Abflussganglinien durchgerechnet , so daß auch damit auch begrenzte Beckendimensionierungen möglich sind.
  
  
• Oberflächenabflussmodell:
  Beckendimensionierungen und beschränkte Einstau- und Überstaunachweise sind hiermit möglich. Alle bisher genannten Verfahren sind zeitasymmetrisch. Individualkonzepte sind damit nicht sinnvoll und wirtschaftlich anwendbar, da bei zeitasymmetrischen Verfahren Rückstausituationen mehr oder weniger unrealistisch abgebildet werden. Über geeignete Kalibrierungen wird versucht Verfahrens- und Datenungenauigkeiten gegenläufig zu gestalten. Sie soll verhindern, dass sich die Fehler in den Ergebnissen potenzieren.
  
  
• Zeitsymmetrische Kanalnetzberechnung und Oberflächenabflussberechnung:
  Der Unterschied zur zeitasymmentrischen Berechnung besteht darin, dass das Kanalnetz in der zeitlichen Reihenfolge nicht von oben nach unten oder umgekehrt (z.B. Energielinienberechnungim Oberflächenabflussmodell oder Abflussbeiwertverfahren) berechnet wird, sondern zu jedem Zeitpunkt komplett. Bei vorzeitigem Abbruch der Kanalnetzberechnung ist das komplette Netz gleichmäßig komplett durchgerechnet bis zum Simulationszeitpunkt des Abbruchs. Im Falle einer zeitasymmetrischen Kanalnetzberechnung, auch genannt hydrologische Verfahren, ist nur der obere Teil des Netzes komplett gerechnet, dieser Teil jedoch über den komplett angesetzten Simulationszeitraum. Würde man einen Film drehen, der die Belastung des Netzes zu jedem Zeitpunkt darstellt, so würde man im Falle eines zeitsymmetrischen Verfahrens nicht erkennen, ob dieser vorwärts- oder rückwärts läuft, im anderen Falle natürlich sofort, da sich beim Rückwärtslaufen ja erst die unteren Netzteile füllen würden und zuletzt die oberen. Zeitsymmetrische Verfahren zeichnen sich selbstverständlich durch eine höhere Genauigkeit aus, da alle Netzzustände gleichzeitig überblickt werden können. Der neue Netzzustand ergibt sich unter sehr feiner zeitlicher Auflösung aus dem alten Zustand durch elementare mathematische Lösung eines Anfangs- Randwertproblems, formuliert über die Einhaltung der Volumen-, Energie- und Impulsbilanz. Diese zeitsymmetrischen Verfahren sind im Gegensatz zu den zeitasymmetrischen Verfahren sehr rechenzeitintensiv. Aus diesem Grunde werden in den letzten Jahren hier neue Wege bestritten, die die neuen Mehrkernprozessoren (symmetrisches Multiprozessing) sowie verteilte Berechnungen auf mehreren Rechnern (Massiv Paralleles Rechnen) ins Spiel bringen. Vorreiter war hier die Firma tandler.com mit der Entwicklung des Komplexen Parallelschrittverfahrens (CPM) innerhalb der Kanalnetberechnung KANAL++ Hydraulik, in dem die Rechenzeiten so drastisch verkürzt werden konnten, dass es nunmehr möglich ist, Serien- und Langzeitsimulationen mit individuellen Gebietsdaten so durchzuführen, dass für Nachweiszwecke sowohl die Belange des Gewässerschutzes, als auch die Belange der Überflutungssicherheit gleichzeitig berücksichtigt und geprüft werden können. Es zeigt sich anhand vieler durchgeführter praktischer Untersuchungen, dass Kalibrierungen nur noch dafür notwendig sind, zu grobe oder auch ungenaue Daten im Modell anhand konkreter Messungen zu korrigieren. Dieser Aufwand für die Kalibrierung wird sich erheblich reduzieren, wenn zunehmend genaue und individuelle Daten in die Modelle einfließen (Ungleiche Beregnung, Bodenaufbau, Oberflächencharakteristik), wie die langjährige Erfahrung zeigt. Für die langjährige Prognose des Systemverhaltens ist die Individualisierung der Daten nicht unbedingt notwendig , um eine erwartungstreue sichere Abschätzung für die langjährigen Belastungs- bzw. Überflutungswahrscheinlichkeiten zu erhalten. Dies ist unter Erhöhung der Sicherheiten z.B der Fall, wenn man das Einzugsgebiet nur mit einem großflächigen Gebietsregen anstatt mit einem Netz von Niederschlagsstationen beregnen lässt. Die dadurch erreichten Sicherheiten verteilen sich dann jedoch gleichmäßiger, als wenn man versucht, diese durch ein mit deterministischen Fehlern behaftetes Verfahren – wie sie durch die Zeitasymmetrie zustande kommen – zu erlangen. Dies geht letztlich zu Lasten der Kosten oder der Sicherheit.
  
• GeoCPM: Beides steht in keinem Verhältnis zu den Kosten des Einsatzes des Complexen Parallelschrittverfahrens (CPM) , welches zwischenzeitlich auch in eine gleichzeitige Berechnung der Oberfläche (GeoCPM) Eingang gefunden hat, welche bidirektional mit an die Kanalnetzberechnung gekoppelt werden kann. Der Abflussprozess im Kanal wird damit in seiner Abbildungsgenauigkeit ebenfalls wieder näher an die Realität herangeführt. Eine weiterer Schritt in Richtung einer umfassenden Überflutungsprüfung bzw eines Überflutungsnachweises ist damit getan. Die derzeitige Grenze des informationstechnisch Machbaren beim Überflutungsnachweis ist damit jedenfalls erreicht.
  
  

Diese Entwicklung der Kanalnetzberechnung spiegelt sich in den von uns angebotenen Programmen wieder.

Die Kanalnetzberechnungsverfahren bilden die Grundlage für die Erstellung eines Generalentwässerungsplans (GEP) oder auch Masterplanes für das entsprechende Kanalnetze und seiner verbundenen Gewässer.

Der Generalentwässerungsplan wird als Nachweis für gesetzliche Anforderungen der Abwasserbeseitigung, als Planungsgrundlage für neue Kanalnetze sowie als Sanierungskonzept für bestehende Kanalnetze verwendet.

Erstmals ist es nunmehr möglich Ist- und Planungszustände innerhalb einer Projektdatei zu verwalten und per Mausklick zwischen beiden Zuständen hin- und herzuschalten.. Zugleich genügt in Zukunft ein Modell für die beiden teilweise gegenläufigen Schutzziele, für den Gewässerschutz einerseits sowie den Überflutungsschutz andererseits.