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Analyse von Kanalnetzstrukturen zur Dimensionierung von Fließpfadnetzwerken mit eingeschränkter Datenbasis
Art der Abschlussarbeit
Diplomarbeit
Autoren
- Uhlig, Stephan
Betreuer
- Dr.-Ing. Jens Tränckner
- Dr.-Ing. Frank Blumensaat
Abstract
Numerische Modelle werden in zunehmendem Maße zur Bearbeitung siedlungswas- serwirtschaftlicher Aufgaben eingesetzt und finden insbesondere in der Nachweisfüh- rung und der Analyse zukünftiger Planungs- und Bewirtschaftungsstrategien verbrei- tete Anwendung. Wesentlichster Vorteil ist dabei, dass das Verhalten eines Systems unter variierenden Randbedingungen mit vergleichsweise geringem Aufwand nach- gebildet werden kann. Für die Aufstellung eines realitätsnahen Modells sind jedoch umfangreiche Informationen zu der vorliegende Netzstruktur, sowie den Oberflä- cheneigenschaften und klimatischen Bedingungen notwendig. Diese Daten sind aber oft limitiert, vertraulich oder nur in analoger Form verfügbar.rnAus dieser Motivation heraus wird in der aktuellen Arbeit ein Ansatz zur Generierung hydrodynamischer Kanalmodelle auf beschränkter Datenbasis vorgestellt. Die Da- tengrundlage beschränkt sich dabei auf frei verfügbare Quellen, welche u.a. Digitale Höhenmodelle und Straßenkarten umfassen können. Die Untersuchungen bauen auf dem durch Blumensaat et al. (2011) und Maurer et al. (2010) entwickelten Ansatz zur Generierung von Kanalnetzen auf, welcher im Hinblick auf die Abschätzung der Hal- tungsdimensionen in der aktuellen Arbeit weiterentwickelt wurde. Grundidee war da- bei, die Nennweiten der verbauten Haltungen durch eine Generalisierte Extremwert- funktion (GEV) zu beschreiben, deren Funktionsparameter sich über einen funktiona- len Zusammenhang aus Einzugsgebietseigenschaften ableiten lassen. Zu diesem Zweck wurden charakteristische Kennzahlen aus der Kombination von Gebietsgrö- ßen gebildet, welche Aussagen über die Menge an gebildetem Abfluss und das Ab- flusskonzentrationsverhalten beinhalten. Es wurde ein funktionaler Zusammenhang zur Abschätzung der Verteilungsfunktionsparameter auf Basis dieser Gebietskenn- zahlen aufgestellt und dieser anhand einer Reihe von exemplarischen Einzugsgebie- ten verifiziert.rnDie GIS-gestützte Umsetzung (ArcMap) des Ansatzes in zwei Fallbeispielen zeigte, dass die Ermittlung der Gebietskennzahlen unter Verwendung frei verfügbarer Daten möglich ist. Die abgeschätzten Durchmesserverteilungen gaben die realen Gege- benheiten mit zufriedenstellender Genauigkeit wieder. „Carving― (Eintiefung des Höhenmodells entlang von Straßen nach Blumensaat et al. 2011) resultierte in einer deutlich verbesserten Lagegenauigkeit der gebildeten Fließpfadnetzwerke. Die Veri- fizierung der generierten Kanalmodelle erfolgte in einer hydrodynamischen Simulati- on (EPA-SWMM). Die erstellten Modelle waren in der Lage, die realen Gegebenhei- ten eines Systems ohne Sonderbauwerke mit hoher Genauigkeit wiederzugeben. Die Nachbildung komplexer Systeme war jedoch nur begrenzt möglich. Erst durch die manuelle Integration der real vorhandenen Kontrollbauwerke konnten zufriedenstel- lende Simulationsergebnisse erreicht werden.
Schlagwörter
Fließpfadgenerierung, Hydraulisches Kanalmodell, SWMM, ArcMap
Berichtsjahr
2011