Abgeschlossene Abschlussarbeiten
Eine Liste mit Themenvorschläge für Abschlussarbeiten zur Erlangung des Diplom- oder Mastergrades und des Bakkalaureats sowie für Projektarbeiten finden Sie auf der Seite des Instituts.
Folgende Abschlussarbeiten wurden an der Professur für Wasserbau betreut:
Ermittlung der Auswirkungen von geodätischen Ungenauigkeiten auf die hydrodynamisch-numerische Abflussmodellierung
Art der Abschlussarbeit
Diplomarbeit
Autoren
- Oertel, Christopher
Betreuer
- Dipl.-Ing. Tobias Gierra
- Prof. Dr.-Ing. Jürgen Stamm
Weitere Betreuer
Dipl.-Ing. Herbert Brockmann (Bundesanstalt für Gewässerkunde)
Abstract
Für den vielfältigen Einsatz hydrodynamisch-numerischer (HN-) Modelle in den Bereichen der
Wasserwirtschaft und des Wasserbaus wird häufig eine qualitativ hochwertige Geländebeschreibung
vorausgesetzt. Die Umsetzung der Geländebeschreibung erfolgt in der Regel in
Form digitaler Geländemodelle. Damit die Erstellung und Verarbeitung dieser digitalen
Geländemodelle möglichst wirtschaftlich durchgeführt werden kann, sind Kenntnisse über die
für eine HN-Modellierung tatsächlich erforderliche Qualität digitaler Geländemodelle
vonnöten. Zu diesem Zweck werden in dieser Arbeit Abflussberechnungen unter
Zuhilfenahme manipulierter Geländemodelle durchgeführt, die Ergebnisse verglichen und
darauf basierend Aussagen über erforderliche Geländemodellqualitäten formuliert.
Zunächst werden dafür die notwendigen Grundlagen zum Verständnis der vorliegenden Arbeit
beschrieben. Es wird dabei zu gleichen Teilen auf die theoretischen Aspekte der Geodäsie
und Landvermessung als auch auf die Aspekte der Hydrologie und Hydraulik eingegangen.
Zum einen wird der Vorgang zur Erstellung und Verarbeitung der digitalen Geländemodelle
erläutert und zum anderen wird das Prinzip hydrodynamisch-numerischer Modelle sowie den
dahinterliegenden mathematischen Grundgleichungen beschrieben.
In Kapitel 3 wird näher auf das in dieser Arbeit betrachtete Bearbeitungsgebiet und die von
der Bundesanstalt für Gewässerkunde zur Verfügung gestellte Datengrundlage eingegangen.
Hierbei werden sowohl das digitale Geländemodell des Wasserlaufs der Elbe zwischen Klöden
und lserbegka als auch die für dieses Gebiet vorhandenen Orthofotos vorgestellt. Die
verwendeten Wasserspiegelfixierungen und gewässerkundlichen Hauptwerte des Gebietes
werden ebenfalls angegeben. Anschließend wird das zur Verarbeitung der Geodaten
verwendete Geoinformationssystem sowie die für die Abflussmodellierung verwendete
Software vorgestellt.
Der Aufbau der mit dieser Software erstellten hydrodynamisch-numerischen Modelle wird in
Kapitel 4 erläutert. Es werden zwei verschiedene Modelle eingeführt, welche unterschiedliche
Gültigkeitsbereiche aufweisen. Während ein Modell für Strömungssimulationen im
Niedrigwasserbereich eingesetzt wird, findet das andere Modell für Mittel- und
Hochwasserabflüsse Anwendung. Wesentliche Unterschiede sind dabei die feinere
Diskretisierung 1m Niedrigwassermodell und die Einbeziehung der Vorländer im
Hochwassermodell. Beide Modelle erhalten ihre Höheninformationen auf Grundlage eines hochaufgelösten digitalen Geländemodells und werden anhand der Wasserspiegelfixierungen
kalibriert.
Kapitel 5 widmet sich der Erstellung der manipulierten Geländemodelle. Die durch die
Manipulationen hervorgerufenen Veränderungen sollen dabei Ungenauigkeiten während der
Datenerfassung und -verarbeitung nachbilden. Es werden Geländemodelle unterschiedlicher
Datendichte sowie Geländemodelle mit verschiedenen Genauigkeitsniveaus erstellt.
Außerdem werden Modelle mit typischen Datenlücken generiert. Die in Kapitel vier
angefertigten HN-Netze werden dann mit den manipulierten Geländedaten überlagert,
wodurch sie neue Höheninformationen erhalten.
In Kapitel 6 wird untersucht, welche Auswirkungen die Manipulationen letztlich auf die
Geländerepräsentation des HN-Netzes hatten und wie diese sich auf die Abflussberechnungen
auswirken. Die Bewertung der Ergebnisse findet schließlich in Kapitel 7 statt.
Es werden außerdem Aussagen über die erforderliche Geländemodellqualität formuliert.
Wasserwirtschaft und des Wasserbaus wird häufig eine qualitativ hochwertige Geländebeschreibung
vorausgesetzt. Die Umsetzung der Geländebeschreibung erfolgt in der Regel in
Form digitaler Geländemodelle. Damit die Erstellung und Verarbeitung dieser digitalen
Geländemodelle möglichst wirtschaftlich durchgeführt werden kann, sind Kenntnisse über die
für eine HN-Modellierung tatsächlich erforderliche Qualität digitaler Geländemodelle
vonnöten. Zu diesem Zweck werden in dieser Arbeit Abflussberechnungen unter
Zuhilfenahme manipulierter Geländemodelle durchgeführt, die Ergebnisse verglichen und
darauf basierend Aussagen über erforderliche Geländemodellqualitäten formuliert.
Zunächst werden dafür die notwendigen Grundlagen zum Verständnis der vorliegenden Arbeit
beschrieben. Es wird dabei zu gleichen Teilen auf die theoretischen Aspekte der Geodäsie
und Landvermessung als auch auf die Aspekte der Hydrologie und Hydraulik eingegangen.
Zum einen wird der Vorgang zur Erstellung und Verarbeitung der digitalen Geländemodelle
erläutert und zum anderen wird das Prinzip hydrodynamisch-numerischer Modelle sowie den
dahinterliegenden mathematischen Grundgleichungen beschrieben.
In Kapitel 3 wird näher auf das in dieser Arbeit betrachtete Bearbeitungsgebiet und die von
der Bundesanstalt für Gewässerkunde zur Verfügung gestellte Datengrundlage eingegangen.
Hierbei werden sowohl das digitale Geländemodell des Wasserlaufs der Elbe zwischen Klöden
und lserbegka als auch die für dieses Gebiet vorhandenen Orthofotos vorgestellt. Die
verwendeten Wasserspiegelfixierungen und gewässerkundlichen Hauptwerte des Gebietes
werden ebenfalls angegeben. Anschließend wird das zur Verarbeitung der Geodaten
verwendete Geoinformationssystem sowie die für die Abflussmodellierung verwendete
Software vorgestellt.
Der Aufbau der mit dieser Software erstellten hydrodynamisch-numerischen Modelle wird in
Kapitel 4 erläutert. Es werden zwei verschiedene Modelle eingeführt, welche unterschiedliche
Gültigkeitsbereiche aufweisen. Während ein Modell für Strömungssimulationen im
Niedrigwasserbereich eingesetzt wird, findet das andere Modell für Mittel- und
Hochwasserabflüsse Anwendung. Wesentliche Unterschiede sind dabei die feinere
Diskretisierung 1m Niedrigwassermodell und die Einbeziehung der Vorländer im
Hochwassermodell. Beide Modelle erhalten ihre Höheninformationen auf Grundlage eines hochaufgelösten digitalen Geländemodells und werden anhand der Wasserspiegelfixierungen
kalibriert.
Kapitel 5 widmet sich der Erstellung der manipulierten Geländemodelle. Die durch die
Manipulationen hervorgerufenen Veränderungen sollen dabei Ungenauigkeiten während der
Datenerfassung und -verarbeitung nachbilden. Es werden Geländemodelle unterschiedlicher
Datendichte sowie Geländemodelle mit verschiedenen Genauigkeitsniveaus erstellt.
Außerdem werden Modelle mit typischen Datenlücken generiert. Die in Kapitel vier
angefertigten HN-Netze werden dann mit den manipulierten Geländedaten überlagert,
wodurch sie neue Höheninformationen erhalten.
In Kapitel 6 wird untersucht, welche Auswirkungen die Manipulationen letztlich auf die
Geländerepräsentation des HN-Netzes hatten und wie diese sich auf die Abflussberechnungen
auswirken. Die Bewertung der Ergebnisse findet schließlich in Kapitel 7 statt.
Es werden außerdem Aussagen über die erforderliche Geländemodellqualität formuliert.
Zugeordnete Forschungsschwerpunkte
- 1d-, 2d- und 3d-Strömungssimulation
- Hochwasserrisikoanalyse
Schlagwörter
Delft3D FM, 2d-HN-Simulation, Elbe, Hochwasser
Berichtsjahr
2018