++systems
kanal++
kontakt
impressum
deutsche version

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

  • Veränderlicher Abflussbeiwert (Pecher):

    Mit diesen Verfahren werden komplette Abflussganglinien durchgerechnet , so daß damit auch begrenzte Beckendimensionierungen möglich sind.

  • Oberflächenabflussmodell:

    Beckendimensionierungen und beschränkte Einstau- und Überstaunachweise sind sind. Alle bisher genannten Verfahren sind zeitasymmetrisch. Individualkonzepte sind mit ihnen nicht sinnvoll und wirtschaftlich anwendbar, da diese Verfahren Rückstausituationen mehr oder weniger unrealistisch abgebildet werden. Über geeignete Kalibrierungen wird sehr oft vergeblich versucht Verfahrens- und Datenungenauigkeiten gegenläufig zu gestalten. Dami kann nicht verhindert werden, dass sich Fehler in den Ergebnissen potenzieren. Aus diesen Gründen sind diese zeitasymmetrischen Verfahren aus unserer Sicht auch für Schmutzfrachtmodelle mit rückgestauten Entlastungsbauwerken zu vermeiden.

  • Zeitsymmetrische [3D-] Kanalnetzberechnung:

    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 zu berechnende Netz gleichmäßig komplett durchgerechnet bis zum Zeitpunkt 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. Zum ersten Mal werden direkte Lösungen der Bewegungsgleichung gemäß dem Fundamentalsatz der Algebra ins Spiel gebracht, der die Komplexen Zahlen zur Grundlage hat. Daher der Name "Complexes Parallelschrittverfahren" (CPM). 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 Complexen 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. Zum ersten Mal werden dabei auch die Lagekoordinaten der Haltungen bzw. Knoten sowie der zugeordneten Einzugsgebiete funktionell berücksichtigt. Ein gerader Duchgang am Schacht verursacht dabei weniger Energieverluste als eine Abbiegung von z.B. 90° und diese wiederum weniger als wenn das Medium gezwungen wird, in die entgegengesetzte Richtung (180°) zu fließen. Diese Daten sind heute ohnehin zumeist über die gängigen GIS-Systeme verfügbar (wie z.B. auch in KANAL++ der tandler.com GmbH). Das Modell läuft jedoch vereinfacht auch ohne Koordinaten, wie generell in allen Bereichen des Modells die höhere Datenkomplexität kein "Muß" sondern ein "Kann" darstellt und somit die Anforderung an den Datenumfang herkömmlicher 1D-Verfahren (SWMM...) nicht überschritten wird. 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). Für die langjährige Prognose des Systemverhaltens ist die Individualisierung der Daten nicht unbedingt notwendig , um eine erwartungstreue sichere Abschätzung für die 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 über ein 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, oder von Beidem.

  • GeoCPM: Zeitsymmetrische Oberflächenabflussberechnung
    Beides steht in keinem Verhältnis zu den Kosten des Einsatzes des Complexen Parallelschrittverfahrens (CPM), welches eine gleichzeitige (2D-)Berechnung der Oberfläche (GeoCPM) ermöglicht. Diese ist bidirektional mit an die (3D-)Kanalnetzberechnung gekoppelt. 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.

Kanalnetzberechnung

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

Die Kanalnetzberechnungsverfahren sowie die Berechnung von Oberflächengewässern und Oberflächenabflüssen 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.

KANAL++