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Bayerische Forschungsstiftung - GeoCPM

GeoCPM: Geowissenschaftliche Simulation aller städtischen Abflussvorgänge mit dem Komplexen Parallelschrittverfahren CPM (Complex Parallelstep Method)

Überflutungsnachweis

Mit dem F&E Projekt GeoCPM soll der Bedeutung präziserer Abschätzungen von Überflutungssicherheiten im Bereich der Urbanhydrologie Rechnung getragen werden. Nach jahrelanger Pionierarbeit der Antragsteller beim Einsatz von Multiprozessor-Technologien in der Kanalnetzberechnung, ist es ihr Ziel diese in den Dienst eines quantitativen Überflutungsnachweises in städtischen Einzugsgebieten zu stellen. Dadurch wird die Einbeziehung zunehmend genauerer, multidimensionaler geographischer und meteorologischer Daten zu diesem Zwecke, besser oder überhaupt erst möglich. Dies soll nicht nur wegen des zwingenden Einsatzes von Überflutungsnachweisen aufgrund europäischer DIN-Normen geschehen, sondern vor allem im Rahmen einer notwendigen und sinnvollen Ergänzung praktischer Ingenieurstätigkeit in Zeiten national wie international gestiegener Ansprüche infolge (klimabedingt) gehäufter Überflutungen.

3D - Überfltungsnachweis

Der Hochwasserschutz muss beginnen, lange bevor Flüsse über die Ufer treten. Bereits lange bevor es zu starken Regenfällen kommt, müssen Städte und Gemeinden Maßnahmen ergreifen. Eine wesentliche Aufgabe städtischer Entwässerungssysteme ist die Bereitstellung ausreichender Überflutungssicherheit von privaten, gewerblichen und öffentlichen Bauten und zugeordnetem Eigentum im städtischen Raum. Entwässerungssysteme sind entsprechend den in europäischen und nationalen Normen und Regelwerken definierten akzeptierten Versagenshäufigkeiten für verschiedene Raumnutzungen auszulegen. Um zum einen diese Schutzmaßnahmen besser an die wirklichen Gegebenheiten anpassen und präventiv ergreifen zu können, macht sich dieser Antrag zur Aufgabe, alle städtischen Abflussvorgänge in einer geowissenschaftlichen Simulation mithilfe eines hydrodynamischen Berechnungsverfahrens und Multiprozessortechnologie abbilden zu können.

Überfltungsnachweis

Herkömmliche Verfahren können dies nicht leisten, da Wasser bei Überstau in virtuellen Speichern gehalten, nicht aber wieder der Oberfläche für den weiteren Abfluss zugeführt wird. Diese Restriktion ist bedingt durch die auf vereinfachten hydrologischen Ansätzen wie Linearspeicherkaskaden beruhende Berechnung von Einträgen von der Oberfläche in das Kanalnetz, die neben der flächenhaften Belastung durch Niederschlag keine weiteren punktuellen Quellterme vorsehen und damit nur eine einseitige Kopplung zwischen beiden Abflusssystemen ermöglichen.

Überfltungsnachweis

Die vom Antragsteller tandler.com und den Projektpartnern Pecher&Partner GmbH und der Münchner Universität der Bundeswehr im Forschungsvorhaben angestrebte vollständige bi-direktionale Kopplung zwischen Kanalnetz und Oberfläche gelingt mit hydrodynamischen Berechnungsverfahren für den Oberflächenabfluss. Ein derartiges Verfahren (GeoCPM) berechnet sekundengenau die Veränderung der Wasserstände in räumlich fein diskretisierten Berechnungsgebieten und erlaubt als Systembelastung nicht nur flächenhaft gefallenen Regen, sondern ebenfalls örtlich und zeitlich punktuelle Einspeisung, wie etwa das Herausfließen von Wasser aus Kanalschächten in den Straßenraum oder auf sonstige befestigte und unbefestigte Flächen. Ein sehr detailliertes Modell der realen Oberfläche ist Voraussetzung für derartige Berechnungen. Hierbei werden Eingabedaten verschiedenster Charakteristika benötigt. Zum einen müssen Höheninformationen in ausreichender Dichte vorliegen, was nach neuesten luftgestützten Messverfahren auch im städtischen Raum in der Zukunft gewährleistet werden kann. Oft sind es linienförmige sowie kleinräumige Objekte, die einen großen Einfluss auf den Abfluss des Wassers haben. Darunter fallen etwa Bordsteine, Straßenbegrenzungen und Böschungen. Diese sind durch geeignete Polygone zu repräsentieren, die im hauseigenen geographischen Informationssystem KANAL++ verarbeitet werden können. Um all diese Detailinformationen für ausreichend große Gebiete rechnerisch auch in praktikabler Zeit verarbeiten zu können, ist hierfür die Übertragung der im Hause tandler.com entwickelten Mehrprozessortechnologie auf die Oberflächenberechnung unumgänglich.

GeoCPM Kooperationspartner

  • Pecher & Partner GmbH
  • Ginsterweg 10a
  • 81377 München
  • Universität der Bundeswehr
    München
  • Werner-Heisenberg-Weg 39
  • 85577 Neubiberg
  • Stadtwerke Landshut
  • Christoph-Dörner Str. 9
  • 84028 Landshut
  • Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg
  • Adolf-Braun-Straße 33
  • 90429 Nürnberg