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TU Berlin

Inhalt des Dokuments

Hochaufgelöste Simulation von Strömung und Transport in natürlichen und teilversiegelten Einzugsgebieten

Projektleiter
Prof. Dr.-Ing. R. Hinkelmann
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Dipl.-Ing. F. Simons
Projektdauer
1.4.2009 - 31.3.2014
Finanzierung
Grundausstattung

Kurzbeschreibung

Ziel des Projekts ist die Entwicklung von Modellkonzepten zur ganzheitlichen Beschreibung des Wasserhaushalts und daran gekoppelter Prozesse auf teilversiegelten und natürlichen Flächen. Im ersten Schritt soll der Oberflächenabfluss mit Hilfe der zweidimensionalen Flachwassergleichung beschrieben werden. Hochaufgelöste Berechnungsszenarien sollen Aufschluss über die Menge und die Oberfläche des im Gebiet zurückgehaltenen und abfließenden Wassers geben. Dies sind essentielle Informationen für die Berechnung von Versickerung und Verdunstung, welche sowohl im natürlichen als auch im urbanen Wasserhaushalt eine wichtige Rolle spielen: So werden Abflussspitzen nach Starkregenereignissen abgeschwächt und insbesondere im urbanen Bereich sind beide Komponenten essentiell für das Stadtklima. Eine prozessnahe Simulation von Oberflächenabflussbildung und -konzentration erfordert deshalb zumindest eine einfache Berücksichtigung dieser Vorgänge.

Grundlage der Modellentwicklung stellt das am Fachgebiet entwicklete objektorientierte Softwareframework HMS dar. Darauf aufbauend wurde ein robuster numerischer Löser für die Flachwassergleichung entwickelt. Es handelt sich dabei um ein explizites, auf der Finite-Volumen-Methode basierendes Verfahen. Die HLLC Fluss-Approximation und die spezielle Behandlung der Quell- und Senkenterme gewährleisten stabile Berechnungen trotz scharfer Fronten im Berechnungsgebiet, wie sie z.B. beim Trockenfallen/Benetzen oder an Wechselsprüngen auftreten.


Interaktion verschiedener Teilprozesse des Wasserhaushalts am Heumöser Hang
Lupe

In einem zweiten Schritt soll der Transport von Schad- und Schwebstoffen im Modell berücksichtigt werden. Die Menge der eingebrachten Schadstoffe ist insbesondere im urbanen Raum interessant, wenn Regenwasser nach einem Extremereignis Schadstoffe von Straßen in die Kanalisation transportiert. In großen natürlichen Gebieten ist der Transport von Schwebstoffen wichtig für die Stauraumbewirtschaftung des Vorfluters. Hier fehlen bisher genauere Rechenmodelle, die Auskunft über die Menge von Schwebstoffen, die nach einem Regenereigniss in die Gewässer eingetragen werden, geben.

Mit Hilfe der Berechnung realer Beispiele sollen die Modellentwicklungen getestet und verifiziert werden. Die in der DFG-Forschergruppe "Großhang" erhoben Daten zum Heumöser Hang (Österreich) werden für Modellrechnungen in natürlichen Einzugsgebieten herangezogen. Grundlage für die Berechnungen im urbanen Bereich liefern hochauflösende Geländeprofile kleiner Straßenabschnitte und Daten über den Wasserhaushalt auf kleinster Skala, die innhalb eines anderen TU-Projekts erhoben werden.


Zurückgehaltenes Wasser nach Niederschlagsereignis auf urbaner Fläche
Lupe
Abfluss von einer künstlichen Oberflächenstruktur
Lupe

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