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BfG-Veranstaltungen 2/2012

1. 5100 F S p e OS 75 z cO A D EE oO SS 50 z SZ SE Ken u SES 30 T SE 0 D eh gt i e Q d 25 Pt 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100 Abb 5 Entwicklung der normierten Energiekosten Referenzzeitraum 1963 1992 bei zeit licher Ver nderung des Dargebots und Beibehaltung des Status Quo beim Bedarf In Abb 5 sind die nderungen der j hrlichen Energiekosten a als Ganglinien der gleitenden drei igj hrigen Mittelwerte und b als ar thmetische Mittelwerte der j hrlich normierten Energiekosten f r drei verschiedene Zeitr ume Referenz 1963 1992 nahe Zukunft 2021 2050 ferne Zukunft 2071 2100 dargestellt Es ist zu erkennen dass die ausgew hlten m glichen Entwicklungen des Wasserdargebots zu einem Anstieg der Energiekosten in der nahen Zukunft um 20 bis 40 mit Ausnahme der Projektion C20 A1B EHSr2 CCLM 20 Is HBV BEWASYS und in der fernen Zukunft um 40 bis 100 f hren k nnen Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Weitere hier jedoch nicht dargestellte Ergebnisse der Simulationsrechnungen zeigen dass die Zielwasserst nde in den Haltungen Normalstau zu jedem Zeitpunkt erreicht werden k nnen Das bedeutet dass zum einen gen gend Wasser zur Versorgung der Stauhaltungen in denen das Wasserdargebot geringer als der Wasserbedarf ist zur Verf gung steht und zum anderen dass die maximale Kapazit t der Pumpen nicht erreicht wir
2. Da Modellweiterentwicklungen und gemanagte Abfl sse f r Klimaprojektionen noch nicht vorliegen wurde zun chst f r einen Teil des Modellgebietes Flusshavel UHW km 32 54 die Sensitivit t der Gew sserg te auf das Kimawandelsignal der mittleren Modellkette ECHAMS r3 REMOS 7 Testdaten f r 5 km Rasterzelle Potsdam mit den unver nderten Abfl ssen ermittelt Abb 7 Bsp Jahr 2003 Referenz Wetter in ferne Zukunft projiziert 2070 2100 Modellkette EH HE ENG cn FA GA in FA FA GA Wu FA FA Hu FA GA FA GA FA Wu FA on FA Chla GA FA GA FA Wa FA in FA 02 GA M GA FA Zoo Wu FA in FA Si GA M GA FA in FA Wu FA NO3 GA FA GA FA in FA Wu FA WT andere Min n Max Abb 7 QSim Modellergebnisse f r das Jahr 2003 mit Referenzdaten bzw in die ferne Zukunft projiziertem Wetter y Skala UHW km 32 54 oberer unterer Modellrand WT Wassertemperatur C Chl a Chlorophyll a ug l O2 Sauerstoff mg l Zoo Rota torien quivalente Ind l Si gel Silizium mg l NO3 Nitrat N mg l gel PO4 gel stes Phospat P mg l gel PO 2 UHW km GA FA 30 12 2002 29 01 2003 25 02 2003 30 03 2003 29 04 2003 29 05 2003 25 06 2003 25 07 2003 27 08 2003 26 09 2003 26 10 2003 25 11 2003 25 12 2003 50 12 2002 29 01 2003 25 02 2003 50 03 2003 29 04 2003 29 05 2003 25 06 2003 25 07 2003 27 05 2003 26 09 2003 26 10 2003
3. Abbildung 5 zeigt die auf diese Weise s mulierten vielj hrig gemittelten monatlichen Aus tauschmengen zwischen der Osthaltung des MLK und dem Grundwasser im Dr mlinggebiet f r verschiedene mittlere Kanalwasserst nde Je h her der Wasserstand im Kanal ist desto eher kommt es zu einer Speisung des Dr mlings und somit zu einem Abstrom von Kanalwas ser Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 mittlere monatliche Austauschmengen zwischen der Osthaltung des MLK und dem Grundwasser im Dr mlinggebiet f r 1951 2004 e 0 80 Speisung der MLK O durch Dr mling c 0 60 e S 0 40 0 20 E e 0 00 z S 0 20 7 a 0 40 0 60 Speisung des Dr mlings durch MLK O lt 0 80 Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Zeit in Monaten e Wst MLKO 56 00 m NN Wst MLKO 56 05 m NN a Wst MLKO 56 1m NN lt Wst MLKO 56 2 m NN Abb 5 S mulierte vielj hrig gemittelte monatliche Austauschmengen zwischen der Osthaltung des MLK und dem Grundwasser des Dr mlinggebiets f r verschie dene mittlere Kanalwasserst nde 4 Zusammenfassung und Ausblick Kanal und Flussstauhaltungen m ssen bewirtschaftet werden um s e jederzeit einsatzbereit zu halten Die Quantifizierung der Interaktion mit ihrer Umwelt spielt dabei eine wichtige Rolle Zun chst ist es wichtig sich der Gr enordnungen der einzelnen Komponenten be wusst zu werden um auf dieser Bas s zu e
4. Abflusssimulation Basis detaillierter wasserwirtschaftlicher Bilanzen Gem KADEN et al 2005 sind solcherart entwickelte stochastische Planungs und Bewirt schaftungsmodelle wie vielf ltige weitere bei LOUCKS amp VAN BEEK 2005 zu finden charakterisiert durch gt schematische Darstellung des Gew ssernetzes in einem Flussgebiet durch Bilanzpro file mit Angabe der Flie richtung Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 gt lage und mengengerechte Ber cksichtigung der Wassernutzungen durch Zuordnung zu den Bilanzprofilen gt Einbeziehung von Feuchtgebieten als Wassernutzer beschrieben durch entspre chende Wasserhaushaltsmodelle gt Einbeziehung von Speichern 5 Zusammenfassung und Ausblick Solche Modelle auf der Basis der detaillierten Oberfl chenwasserbilanzierung stellen dem nach au erordentlich flexible Planungsinstrumente f r Flussgebiete mit komplexer Bewirt schaftung dar die z B durch eine Vielzahl von Nutzern mit evtl monatsabh ngigem Bedarf Talsperrensysteme berleitungen Bedarfsdeckungsschwierigkeiten usw gekennzeichnet sind Sie berwinden u a die h ufig m der klassischen Wasserwirtschaft vorgenommene Stationarit tsannahme Au erdem sind durch die dynamischen Elemente z B auch Grund wassernutzungsprobleme und Wasserbeschaffenheitsprobleme n den betrachteten Einzugs gebieten einbeziehbar Dazu bedarf es jeweils einer aufgaben und prob
5. ER EE Tt 1 J 2 c E DECHE min k k Unn tige Entlastungen werden durch fiktive Kosten c f r den Durchfluss u reduziert Das Optimalsteuerungsproblem wird online mit einem angepassten numerischen Verfahren gel st Als L sung der Optimalsteuerungsaufgabe werden optimale Durchflussverl ufe f r die Pumpwerke und Entlastungsanlagen ber einen Zeithorizont von 48 Stunden erhalten Diese Durchflussverl ufe werden anschlie end unter Ber cksichtigung von Mindestlaufzeiten m Maschineneinsatzpl ne d h Laufzeiten und Anzahl der einzusetzenden Aggregate umge setzt 5 Modell pr diktive Regelung Abweichungen des Prozessverlaufs von den vorhergesagten optimalen Zeitverl ufen bedingt vor allem durch Abweichungen der nicht steuerbaren Eingangsgr en Schleusungen Wind last von den Vorhersagen aber auch durch Modellungenauigkeiten und Messfehler machen nach einer gewissen Zeit eine Aktualisierung der optimalen Steuerung erforderlich Daher wird ein Verfahren der Modell pr diktiven Regelung eingesetzt siehe z B RAWLINGS amp MAYNE 2009 Dabei wird nur der Anfangsabschnitt der berechneten optimalen Steuerung angewandt anschlie end erfolgt eine Neuberechnung ausgehend vom aktuellen Zustand und mit korrigierten Prognosen der nicht steuerbaren Eingangsgr en Der Optimierungshorizont wird dabei sukzessive verschoben siehe Abb 4 F r die Modell pr diktive Regelung wird eine Abtastzeit von 2 Stunden gew hlt Bundesans
6. Hierbei wurde auch der neuen Gesetzeslage z B Umweltinformationsgesetz Rechnung getragen in dem in einem ffentlich anw hlbaren Bereich bestimmte Informationen zur Ver f gung gestellt werden Die haltungsbezogenen Stammdaten werden einmalig und dann nur bei nderungen die Betriebs und Bewirtschaftungsdaten der Kan le sowie deren Anlagen werden von den Be triebszentralen t glich automatisch an UWA bergeben Alle gew sserkundlichen Daten Messdaten Stammdaten der Gew sser und Pegel werden aus PEGELONLINE WSV be zogen UWA dient dem Bewirtschaftungsmodell BEWASYS Rhein Oder als Datenlieferant Umgekehrt k nnen Ergebnisse aus den Simulationsrechnungen in UWA implementiert wer den Der ffentliche Bereich von UWA enth lt allgemeine Informationen Eine sp tere Anbindung externer Beteiligter Landwirtschaft Kraftwerke etc ist m glich Fachlich zentrale Haupteinheiten stellen die Kanal bzw Flussstauhaltungen dar Jede Hal tung besitzt ihre spezifischen Informationen zu Entnahmen z B durch Landwirtschaft In dustrie Kraftwerke Wasserwerke zu Einleitungen z B von Kl ranlagen zu oberirdischen und unterirdischen Zufl ssen zu Entlastungen regelbare Zuleitungen zu kreuzenden Vorflu tern wie Fl sse oder B che zur Verdunstung zu Mindestdurchfl ssen und zur regionalen Seite 9 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 10 Wasserbewirtschaftung So tr tt z B in d
7. am 12 13 Oktober in Hannover In Veranstaltungen 2 2012 Hrsg Bundesanstalt f r Gew s serkunde S 27 35 NILSON E J BEERSMA C PERRIN M CARAMBIA P KRAHE O DE KEIZER K G RGEN 2010 Overview of available data and processing procedures In G rgen K Beersma J Brahmer G Buiteveld H Carambia M de Keizer O Krahe P Nil son E Lammersen R Perron C amp D Volken 2010 Assessment of climate change impacts on discharge in the Rhine River Basin Results of the Rhein Blick2050 Project CHR Report No I 23 pp 19 50 Download http www chr khr org files CHR_I 23 pdf letzter Zugriff 24 01 2012 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 PREU P J IHRINGER 2012 BEWASYS Entwicklung einer Methodik zur Bilanzierung von Kanal und Flussstauhaltungen Kolloquium berregionale Wasserbewirtschaf tung Entwicklung und Einsatz eines Informationssystems und verschiedener Mo delle am 12 13 Oktober in Hannover In Veranstaltungen 2 2012 Hrsg Bundesan stalt f r Gew sserkunde S 36 41 Kontakt Dr Anna Dorothea Ebner von Eschenbach Bundesanstalt f r Gew sserkunde Am Mainzer Tor 1 56068 Koblenz Tel 0261 1306 5187 Fax 0261 1306 5280 E Mail EbnerVonEschenbach bafg de Seite 53 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 54 Von einfachen wasserwirtschaftlichen Summen b lanzen zu detaillierten Instrumentarien d
8. weise Somit war sichergestellt dass alle Anforderungen im Test ber cksichtigt wurden mees Auswahlmend Testfall Sequenz Test Szenario Baumansicht Suchen cy Gell Testbibkothek Stand 20101022 Drucken 2b Testfall Sequenz Dr Ordner Testfallsequenzen Abfragen und Dabenexpoi os Ordner Testfallsequenzen Abfragen de E Ordner Testfallsequenzen Bedienung Fachanwende Newer Ordn H os Ordner Testfallsequenzen Bildschirminhalt drucke E Bearbeiten 4 Ordner Testfallsequenzen Bundeswasserstra er Se Ordner Testfalsequenzen In Karte messen X L schen ss Testfall Sequenz Fl che messen Ei Kopieren de Testfall Sequenz L nge messen m S 5 Ordner Testfalsequenzen Informationen zu E Ausf hren 3 Ordner Testfalsequenzen Karte drucken 8 Manuell 4 Ordner Testfalsequenzen Kartenausschnitt i Scheduler zx Ordner Testfallseguenzen Objekte in Karte z 4 Ordner Testfalsequenzen Objekte in Karte s 5 Ordner Testfallsequenzen Tabellen oder Det 2 Ordner Testfallseauenzen Themen w hlen ul Ri EE BER a Dokumentenlink Abb 3 Auszug aus TestOffice Alle Anforderungen wurden mittels TestOffice in Testschritten beschrieben und diese zu Testfallsequenzen zusammen gefasst Bei der Abnahme wurden alle Testfallsequenzen abgearbeitet und die Erf llung der Anforderung dokumentiert Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 201
9. 2 2012 Seite 31 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 32 3 2 Zwischengebietszufl sse Soweit vorhanden sollten Gebietszufl sse aus Messdaten ggf in Kombination mit Wasser haushaltsmodellen des nat rlichen Dargebots ermittelt werden Dies ist jedoch h ufig nicht gegeben bzw nicht mit angemessenem Aufwand erreichbar Insbesondere wenn die Genau igkeitsanspr che aufgrund relativ geringerer Bedeutung nicht so hoch sind reichen ggf auch sehr einfache Regionalisierungsans tze etwa eine einzugsgebietsfl chenproportionale Extra polation f r Zwischengebiete aus In BEWASYS Rhein Oder wurden solche Ans tze z B f r die Ber cksichtigung verschie dener Zwischengebiete zwischen Pegel D sseldorf km 744 2 und Ruhrort km 780 8 am Rhein aber z B auch f r die Ermittlung von Zwischengebietszufl ssen in die Haltung Bran denburg Bahnitz aus dem unbeobachteten Gebiet rund um den Beetzsee auf Bas s beobachte ter benachbarter Einzugsgebiete angewendet 3 3 Interaktion mit dem Grundwasser Grundlegend f r die Ermittlung von Austauschmengen zwischen Grundwasser und Oberfl chengew sser ist zun chst die Frage nach der Abdichtung der Stauhaltung bzw ihrer Kan le gegen ber dem Grundwasserk rper Bei sehr guter Dichtung und ggf ohnehin anderen ber w egenden Komponenten der Wasserbilanz kann auf die Ermittlung des Austausches mit dem Grundwasser verzichtet werden bzw kann der Genauigkeitsansp
10. Abb 4 zeitlich mehr oder weniger befristete Temperaturschichtungen auf in deren Folge sich deutliche Stoffgradienten in der Wassers ule ausbilden Abbildung 5 11 mem 12 12 mm 13 13 rn 14 ENT 15 m 16 16 mu 17 17m 18 18 19 19 20 20 05721 21 272 22 pn 23 2 m 24 24 rn A 735 rn Ae 2 pn 27 77 mm 20 TIEFE I 1705 20 16 0 20 16 07 2010 15 08 2110 14 09 3010 Abb 4 Temperaturschichtung im Schwielowsee PHv km 16 m Jahr 2010 Mit der Temperaturschichtung gehen vertikale Gradienten im Sauerstoff und Chlorophyll a einher Abb 5 Sauerstoffmangel ber Grund beg nstigt die P Freisetzung aus dem Sedi ment Um diese Zusammenh nge besser zu verstehen und schlie lich im Modell abbilden zu k nnen werden in Kooperation mit dem BMBF Projekt NITROLIMIT 2011 2012 Untersu chungen an der Havel durchgef hrt In Berliner Gew ssern f hren neben langfristigen Trends die ausgepr gten Saisonalit ten verschiedener G teparameter und deren Taktung mit Abfluss durch L ngsgradienten und durch Tiefengradienten zu einem ausgesprochen komplexen und anthropogen stark gepr gten Gew ssernetz Ein Systemverst ndnis kann deshalb ohne modelltechnische Werkzeuge nicht erreicht werden Auch um m gliche zuk nftig zu erwartende nderungen durch Klimawan del und unterschiedliche Bewirtschaftungsoptionen auf die Gew sserg te absch tzen zu k n nen scheint die Verwendung eines prozessorientierten Gew sserg temodells gebo
11. WSD West Minden WSD Mitte und Magdeburg Rothensee WSD Ost Hier kommen aufgrund der regionalen Spezifika unterschiedliche wasserwirtschaftliche Fernwirksysteme zur An Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 wendung F r die ganzheitliche und berregionale Bewirtschaftung der Bundeswasserstra en zwischen Rhein und Oder war es notwendig die Vielzahl von Betriebsdaten zusammenzufas sen Die technische und wasserwirtschaftliche Auswertung dieser Daten erfolgte bisher auf unterschiedlichen Auswertungsplattformen als Insell sung vor Ort und ist nun direkt aus tauschbar Zum wirtschaftlichen Einsatz der Ressource Wasser ist es einerseits erforderlich die jeweili ge Bewirtschaftungslamelle in engen Grenzen zu halten andererseits ist der Betrieb der Pumpwerke zu optimieren Zur Wasserbewirtschaftung werden sowohl aktuelle Wasser standsdaten als auch aktuelle Informationen ber Pump Schleusungs und Entlastungswas sermengen abgerufen Weitere Daten zur Anlagenverf gbarkeit zu Bewirtschaftungsvorga ben Elektroenergiepreisen Pump und Entlastungsauftr gen sowie Windvorhersagen werden ebenfalls vorgehalten Mit den verf gbaren Daten wird auf der Basis einer rechnergest tzten Bilanzierung ein Vorschlag ber den wirtschaftlichen Einsatz der Pumpen ermittelt Das Kanalsystem der Bundeswasserstra en zwischen Rhein und Oder hat bei Aneinanderrei hung aller Haltungen eine Gesamtl nge von ca 1 300 km Von West n
12. dell berechnet jeden Zeitschritt 2x einmal nur alle statischen St rgr en beachtend anschlie Bend ein zweites Mal unter Ber cksichtigung der Steuerwerkzeuge Pumpen Entlastungen In Abb 3 st das Flussdiagramm um die entsprechende Schleife Prognose erweitert Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Zeitschritt IT Bilanzierung der Talsperren und Gew sser Bilanzierung der Kanal und Flussstauhaltungen Abb 3 Flussdiagramm des Rechenablaufs von BEWASYS mit Prognose Um den Anwender die Steuerung zu erleichtern werden in der API zu jedem Zeitschritt nach berechneter Prognose zus tzlich zu dem s ch einstellenden Systemzustand Wasserst nde Abfl sse f r jede Haltung Defizit Reserve oder berschusswassermengen ermittelt alle Gr en werden in m s ausgewiesen und sind somit frei vom Rechenzeitschritt Defizit be deutet dass sich in der Haltung ohne Ma nahmen ein Wasserstand unterhalb BW unterer Betriebswasserstand einstellen w rde Reserve bedeutet dass der Wasserstand zwischen BWgy und BWo liegen w rde also freies Wasser zur Bewirtschaftung bereitsteht berschuss hei t dass Wasser entlastet werden muss Der Anwender setzt daf r in der API geeignete Regeln um die Pumpen und Entlastungen f r die entsprechenden F lle zu steuern Dabei k nnen Wassermengen auch ber mehrere Haltungen Gew sser weitergereicht werden Sind die Wasserreserven im System ausreichend die Pumpen
13. entspre chend Arbeitsschritte 3 und 4 dar Dieses Dargebot bildet die Eingangsgr e f r das Bewirt schaftungsmodell In Abb 3 ist zu erkennen dass als Randzufl sse blauer Pfeil f r das Be wirtschaftungsmodell die Tageswertreihen der Pegel D sseldorf Rhein Hattingen Ruhr Lippstadt Lippe und zus tzlich die Reihen der Ruhrort Rhein Pegel Rees Rhein und Haltern Lippe zur Ermittlung der Zwischengebietszufl sse gr ner Pfeil im Zeitraum von 1963 bis 2100 ben tigt werden Seite 46 Sen ZEG ber Pegel Haltern ZEG ber Pegel Lippstadt Lippe i PR SEE EN EA PEE E TEANN PER ZEG ber Met 1 i Flaesheim Datteln dee deer PE Ahsen V RES Pegel i Dorsten A ZEG ber Pegel Haltern Rees Friedrichsfeld H nxe Y V Hamm Z E E GE DHK e i Gelsenkirchen Vanne Eickel Meiderich n Ce ZEG ber Pegel R h rort SE Nessie hi Pegel Hattingen Pegel D sseldorf Abb 3 Hydrologische Zeitreihen und Aufteilung der meteorologischen Teilgebiete des Was serhaushaltsmodells HBV auf die Haltungen des Kanalsystems 4 2 Annahmen zur Ver nderung des Wasserbedarfs F r Untersuchungen zuk nftiger Zust nde mit einem Bewirtschaftungsmodell ist es neben der Beschreibung der Entwicklung des Dargebots notwendig Annahmen zur Ver nderung des Wasserbedarfs zu postulieren Der Hauptnutzer der Kan le ist die Binnenschifffahrt deren Wasserbedarf
14. sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 78 3 1 2 Prognosen Die Art von Prognosen h ngt vom jeweiligen Einsatzzweck ab Im Falle einer reinen Nieder schlag Abfluss Modellierung liegt es nahe erwartete Niederschl ge bereitzustellen Der prin zipielle Ablauf ist mit der Schnittstelle zur Daten bernahme aus 3 1 1 vergleichbar 3 1 3 Simulation F r die Simulation muss ein vorkonfigurierter Datensatz vorliegen nderungen am Daten satz sind zwar jederzeit ber die graphische Benutzungsoberfl che von TALSIM NG m g lich jedoch wird hier unterschieden in Produktionsdatensatz der f r den scharfen Betrieb eingesetzt wird und quasi beliebig vielen Ableitungen bzw Varianten davon Grunds tzlich braucht es f r eine Simulation keine Eingabe eines Anwenders Es ist aber prinzipiell m glich bestimmte Parameter freizugeben die vor Simulationsbeginn gesetzt werden m ssen Diese editierbaren Parameter werden Hot Spots genannt So l sst sich auch ein extrem kompliziertes System auf eine einfache Eingabe von wenigen Werten reduzieren ohne Gefahr zu laufen durch Fehleingaben unerw nschte Effekte zu erzielen 3 1 4 Postprocessing Das Postprocessing bernimmt wiederum der TaskServer Die Zusammenstellung der wich tigsten Ergebnisse das Exportieren von Ergebnisganglinien m andere Formate oder eine gra phische Darstellung der Handlungsempfehlungen geh ren zu diesem Schritt 3 1 5 Datentransfer zur ck zu einem Leitsystem Wen
15. und Entlastungsvorschl ge ver bessert werden 7 Zusammenfassung und Ausblick Die Aufgabe einer operationellen Wasserbewirtschaftung besteht n der Gew hrleistung der geforderten Wasserst nde unter Minimierung der Energiekosten f r den Pumpbetrieb Auf bauend auf den Arbeiten zur Wasserbewirtschaftung der BZ Minden wurde f r die BZ Ro thensee eine Software zur modellbasierten optimierten Wasserbewirtschaftung entwickelt und s mulativ getestet Dabei wird die Wasserbewirtschaftungsaufgabe unter Nutzung eines ver einfachten Prozessmodells als Optimalsteuerungsproblem formuliert und online gel st Die Einbeziehung von Messwerten und Prognosen erm glicht die Anpassung an den aktuellen Systemzustand in Form einer Modell pr diktiven Regelung Das Verfahren wurde gegen ber dem Entwicklungsstand der BZ Minden in einigen Punkten erweitert gt Die Verf gbarkeit eines ID HN Modells des Gesamtsystems erm glicht zum einen die Validierung des Prozessmodells und zum anderen detaillierte simulat ve Unter suchungen des Systemverhaltens mit dem ID HN Modell als Realit tsersatz gt Durch die Verfeinerung der Orts und Zeitdiskretisierung des Prozessmodells ist eine h here Prognoseg te zu erwarten gt Bedingt durch die Anbindung des Rothenseer Verbindungskanals und der Schleuse sowie des PW Niegripp an die Elbe ergibt sich eine Struktur nderung im Modell n Abh ngigkeit vom Pegelstand der Elbe Die damit ver nderten Anlagenverf gb
16. 10 dichte Wmd eme Zukunft 1272 13 87675 222993 296895 gt bis 10 Sauerstoffge Referenz 10 18 8 85 7 82 5 80 3 44 5 bis 5 9 89 9 00 7 32 5 39 3 24 3 bis 10 Inassertemn Referenz 11 11 11 82 17 80 20 14 26 61 10 13 21 13 07 19 66 22 23 29 97 Bei Modellrechnungen f r gr ere Modellgebiete bei denen die Verweilzeit im System ins gesamt gr er ist Flie zeit bei MQ Flusshavel ca 4 Tage Stauhaltung Brandenburg ca 50 Tage von Charlottenburg ber PHv bis Brandenburg ist damit zu rechnen dass sich klima bedingte Ver nderungen potenziell st rker auspr gen Die prinzipielle Temperatursensitivit t wurde hier f r einen Abschnitt des Modellgebietes gezeigt Von Modellierungen an der Elbe ist bekannt dass die Gew sserg te sensitiv auf Abfluss nderungen reagiert Bei niedrigen Abfl ssen verschieben sich Phytoplanktonmaxima stromauf und werden ausgepr gter QUIEL et al 2010 Erste Sensitivit tsstudien mit modifizierten Abfl ssen f r das Modellgebiet Flusshavel zei gen dass G teparameter sensitiv auf Ver nderungen sehr niedriger Abfl sse reagieren w h rend die Sensitivit t bei hohen Abfl ssen gering ist Die Auswirkungen von Temperatur und Abflussver nderungen auf das Phytoplankton und den Sauerstoffhaushalt k nnten sich also im Sommer bei niedrigeren Abfl ssen gegenseitig verst rken Durch das Abflussmanagement ist im Raum Berlin unabh ngig vom Klimawandel eher mit einer langfristig
17. 15205 Seas ze ame ANEI Fe en a 25 E 212 BEPFRTMMERERMRMmMmmmmmmmmmmEmEm m m m m m m m m m Em Em Im m Em mm Em EEE Em EEE Be SCHE Bereich der Salzlaststeuerung ET E i i i S E Gei STE ara ie Ze d E ee We e 7 Eis DNOS e e Seu er v1 Abb 2 TALSIM NG Modellstruktur zur Salzlaststeuerung von Werra und Weser Seite 75 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 76 3 Operationeller Einsatz Am Ende einer Planungsphase steht ein positiver Ausgang der Planung vorausgesetzt dessen Realisierung Handelt es sich um betriebliche Aspekte so besteht mindestens ein Teil der praktischen Realisierung darin den Planungsinhalt in die t gliche Praxis zu berf hren bertragen auf den wasserwirtschaftlichen Betrieb bedeutet das mit den ermittelten Regeln zur Bewirtschaftung in Abh ngigkeit der aktuellen Situation Entscheidungen zu treffen die u a ein ffnen bzw Schlie en von Organen etc zur Folge haben k nnen und reale Wasser str me ausl sen Sind die Regeln dabei komplex oder sind die Entscheidungen sehr oft zu treffen bedient man sich EDV technischer Mittel Beinhaltet das Werkzeug welches f r die Planung verwendet wurde alle erforderlichen Einzelheiten und kann mit aktuellen Daten gef ttert werden und ist zudem in der Lage in einem fortlaufenden Modus zu laufen ist der Weg zum operationellen Einsatz nicht mehr weit 3 1 Operationeller Einsatz mit TALSIM NG Soll TALSIM NG m
18. 2 Systemskizze vom Westdeutschen Kanalsystem und dessen Wasserbewirtschaftung Die festgelegten Priorit ten 1 bis 4 sowie die Reihenfolge der Speisung durch Pumpwerke a bis d oder Freigef lleleitungen bei auftretenden Defiziten wurden in einem iterativen zeit intensiven Verfahren festgelegt N here Informationen hierzu sind bei EBNER VON ESCHEN BACH ct al 2011 zu finden 3 Konzept zur Durchf hrung von Szenarienrechnungen Die Szenarienrechnungen mit dem Bewirtschaftungsmodell BEWASYS West als Teilbau stein von BEWASYS Rhein Oder im Rahmen der Klimafolgenforschung erfolgten entspre chend der nachfolgend dargestellten Vorgehensweise 1 Plausibilisierung des Bewirtschaftungsmodells BEWASYS West anhand von Beob achtungsdaten a Plausibilisierung des Modells im Zeitraum von 1996 bis 2005 und Festlegung einer Bas sbewirtschaftungsvariante zur Steuerung von Pump und Entlastungs anlagen Die Ergebnisse dieses Arbeitsschrittes werden hier nicht vorgestellt da auf die Literatur verwiesen werden kann siehe u a in EBNER VON ESCHENBACH etal 2011 b Anpassung der Eingangsdaten des Bewirtschaftungsmodells f r die Validierung der Klima Kontrolll ufe C20 d h Erweiterung des Untersuchungszeitraumes auf die Jahre von 1963 bis 2005 Ermittlung des Wasserdargebots in t glicher Aufl sung Aggregierung des Wasserbedarfs zu Monatswerten c Durchf hrung von Simulationen mit angepassten Eingangsdaten 1b und Ver gleich der Ergebn
19. 25 11 2003 25 12 2003 Wie auch die Kennwerte der Verteilungen der Gew sserg tegr en f r die Modelljahre 2000 2008 zeigen wird die Temperatursensitivit t weniger n den mittleren Wertebereichen son dern vielmehr bei den Extrema deutlich Tabelle 1 Die bisherigen Modellergebnisse lassen eine Steigerung des Algenwachstums bei Spitzen werten erwarten Dabei sind wegen der verschiedenen Temperaturoptima der modellierten drei Algengruppen Kieselalgen Gr nalgen Blaualgen Verschiebungen der Zusammenset zung des Phytoplanktons zu erwarten hier nicht gezeigt Die modellierten Maxima des Zoo Seite 97 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 planktons sind bei h heren Wassertemperaturen eher geringer ausgepr gt Die Sauerstoffkon zentrationen liegen bei h heren Wassertemperaturen vgl Abb 6 insgesamt leicht niedriger was teilweise auf die geringere physikalische L slichkeit des Sauerstoffs bei h heren Tempe raturen zur ckgef hrt werden kann Tabelle 1 Temperatursensitivit t bei Gew sserg temodellierung f r Flusshavel Jahre 2000 2008 erste vorl u fige Modellergebnisse unter Verwendung von ECHAMS r3 REMOS 7 Modellkette Eezugs Mittelwert GO Perzentil 75 Ferzentil 90 Perzentil Maximum Ver nderung 02 25 P 0210 P4 02 Min ferne Zukunft Chlorophyll a Referenz 36 21 26 49 51 40 36 94 274 94 Referenz 25 89 24 39 61 36 119 91 221 88 1402 26 92145 236553 296445 883180
20. 4 Darstellung des Kanalsystems in UWA In dieser werden die verschiedenen Fachthemen mit Hilfe unterschiedlicher Symbole ange zeigt Die Fachthemen k nnen als einzelne Layer zugeschaltet werden So wird die Darstel lung bersichtlicher Abb 5 WSV berregionale Wasserbewirtschaftung Mozilla Firefox Datei Bearbeiten Ansicht Chronik Lesezeichen Extras Hilfe X ie A EE hips ang uewatest wsv de UEWA index html Gd kb z A Meistbesuchte Seiten EN Aktuelle Nachrichten 5 Google Ecosia 5 Portal WA_test O we berregionale Wasserbewirts H Legende Ereignisorte schaftung Haltung gesamt Messstelle HG as sa WSD West sei d P Z Systemskizze Abmelden Einleiter Entnehmer Oberirdischer Zufluss sonstige selektiert Wasserverteilanlagen A Pumpwerk A weh A Entlastung Auslass sonstige A selektiert Schleusungsanlagen Schleuse EI Hebewerk EI aert Hebewerk sonstige selektiert 201m Koordinaten DHDN GKS Druck 3239552 5730763 Copyr ight 2010 Fertig bai Abb 5 Anzeige der verschiedenen Fachthemen mit Legende Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 4 2 Darstellung der Schleusungsanlagen in WA Durch das Anklicken der Symbole f r Schleusen k nnen verschiedene Daten zu den einzel nen Schleusungsanlagen angezeigt werden Abb 6 Neben den allgemeinen Daten wie Na me Anzahl der Schleus
21. A Portal WA_test SEI EES P weg berregionale Wasserbewirts z aS i berregionale Wasserpoawi SS aftuna F rderanlage alx WSV de e Objektnummer Anzahl 1 Funktionen Abmelden ass Name Kapazit t m s 4 a J Hintergrundthemen Anlagentyp v F rder Fallh he 6 2 erteilanlage aa olx e it Objekt 2214110002 gg rage F Wasserverteilanlage v Volumenberechnungsart wie bergeben k Ge DEK E reignisorte 71 78 Mlwasserverteilanlagen Schleusungsanlage We p Pumpwerk gt F rderanlagen stunge Energiepreise Verf gbarkeiten Speisungen F 01 F rderh he 6 2 akt Preis schleusungsanlagen e P 01 F rderh he 6 2 akt Preis 0 36 es Speisung anlegen gt P 02 F rderh he 6 2 akt Preis 0 36 EillYlBundeswasserstra en P 03 F rderh he 6 2 akt Preis 0 36 Datum Betriebszeit von Betriebszeit bis Anzahl aktiver Aggregate volumen m 09 10 2011 1 111 600 00 Details 08 10 2011 1 345 600 00 07 10 2011 1 165 600 00 02 08 2011 1 73 920 00 20 06 2011 1 41 040 00 Speichern Abbrechen Legende Weitere Objekte Koordinaten DHDN GK3 oord nalen Druck L zs 3445352 5767055 Copyright 2010 Fertig 8 Abb 9 Anzeige der Tagesspeisungsmengen der einzelnen F rderanlagen hier Wasserverteil anlage M nster Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 5 Beispiel f r eine verbesserte Zusamme
22. Anpassung wurde u a mit dem N Omega Kriterium gepr ft das Abweichun gen ber den gesamten Verlauf der beobachteten Werte zusammenfasst Um wegen theoreti scher und praktischer Erfordernisse f r jeden Prozesstyp eine einheitliche Verteilungsfunk tion auszuw hlen wurden f r jeden Monat jedes Teilgebiet und jeden Zeitabschnitt des Un tersuchungszeitraumes die G tekriterien ermittelt und statistisch ausgewertet Abbildung 4 zeigt Plots der Mittelwerte Mediane des 25sten und 75sten Perzentils sowie der Minima und Maxima des G tekriteriums Seite 86 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Jan Jan Feb Feb Mrz Mrz Apr Apr Mai Mai Jun Jun Jul Jul Aug Aug Sep Sep Okt Okt Nov Nov Dez Dez LN3 JV LN3 JV LN3 JV LN3 JV LN3 JV ILN3 JV LN3 JV LN3 JV LN3 JV LN3 JV ILN3 JV LN3 JV Abb 4 Statistische Auswertung des N Omega Kriteriums f r die LN3 und die Johnson Verteilung Diese Auswertungen f hrten zur Auswahl der Verteilungstypen Mit den auf dieser Basis transformierten Messwerten wurden die Simulationsbeziehungen entsprechend der zeitlichen und r umlichen Zusammenh nge aufgebaut Die Simulation erzeugt wie erwartet Realisationen der meteorologischen Gr en deren stati stische Parameter Mittelwert und Standardabweichung ausreichend gut mit den beobachteten Gr en bereinstimmen Die Extremwerte nehmen dabei aufgrund der gr eren Reihenl
23. Aufnahme von Abw ssern und K hlw ssern als Schifffahrtsstra e und Badegew sser aber auch zur Gewinnung von Trinkwasser aus Uferfiltrat F r die Gew sser g te stellen die im westlichen Stadtgebiet geh uft auftretenden Mischwassereinleitungen MATZINGER et al 2011 eine besondere Herausforderung dar Seite 91 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 92 Im sp ten Sommer kommt es an Havel und Spree regelm ig zu Blaualgenbl ten Abb 2 gelegentlich treten Sauerstoffdefizite auf die Fischsterben zur Folge haben k nnen Die Sommermonate gehen mit einem knappen Wasserdargebot einher das Nutzungseinschr nkungen zur Folge haben kann BERGFELD et al 2005 FINKE et al 2007 Dem wird mit der Bewirtschaftung der Abfl sse entgegengesteuert Abb 2 Blaualgenbl te an der PHv m Jahr 2009 Aufgrund des Klimawandels werden Ver nderungen im Abfluss und Temperaturregime erwartet die eine Versch rfung der G teproblematik bef rchten lassen LOTZE CAMPEN et al 2009 Zur Versachlichung der oft politisch gef hrten Diskussion zu m glichen Folgen des Klimawandels werden weitere fundierte wissenschaftliche Untersuchungen ben tigt Im Modellgebiet werden typische saisonale Muster von Gew sserg teparametern gefunden Beispielhaft wird dies mit Daten f r die Flusshavel UHW km 32 54 oberhalb Branden burg gezeigt Abb 3 Neben stark ausgepr gten Saisonalit ten bei Nitrat Minimum im Som
24. Beispiel Indust rie Landwirtschaft und Wasserversorgung anzunehmen Postuliert wurden f r beide Varian ten die Beibehaltung des Status Quo Das bedeutet dass die tats chlichen Entnahme und R ckleitungsmengen die f r den Zeitraum 199 bis 2005 bekannt sind sich bis 2100 nicht ver ndern Entwicklung Null Die geringe Interaktion des Westdeutschen Kanalsystems mit dem Grundwasser wird ebenso als station r angesehen F r die monet re Bewertung beider Variantenrechnungen wurde ebenso von der Beibehal tung des Status Quo ausgegangen Das bedeutet dass sich die heutigen Preise f r die Bereit stellung der Energie f r die zu verrichtende elektrische Arbeit der Pumpwerke ber den ge samten Zeitraum nicht ver ndern 5 Ergebnisse der Szenarienrechnungen 5 1 M gliche Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserbewirtschaftung Die Lippe dient zur Speisung des Westdeutschen Kanalsystems und hat daher eine tragende Rolle in der Wasserbewirtschaftung Aufgrund ihrer hohen Bedeutung wurden entsprechend des Schrittes 2 des konzeptionellen Vorgehens die beobachteten t glichen Abfl sse am Pegel Lippstadt Lippe mit denen verglichen die auf der Bas s beobachteter meteorologischer Daten mit dem Wasserhaushaltsmodell HBV m Zeitraum 1963 bis 1995 simuliert wurden Dieser Vergleich st in Abb 4 links dargestellt Es ist zu erkennen dass die beobachteten Abfl sse BEO in den Monaten von Februar bis Mai durch das Modell SIM Lippstad
25. HEINZMANN 2011 Impact based management of combined sewer overflows In troduction to a flexible planning instrument In bluefacts 2011 S 30 37 http www wvgw de dyn_pdf bluefacts2011 letzter Zugriff 26 01 2012 MUDELSEE M D CHIRILA T DEUTSCHL NDER C D RING J HAERTER S HAGEMANN H HOFFMANN D JACOB P KRAHE G LOHMANN C MOSELEY E NILSON O PANFEROV T RATH B TINZ 2010 Climate Model Bias Correction und die Deutsche Anpassungsstrategie Mitteilungen Deutsche Meteorologische Gesellschaft 03 2010 S 2 7 http www dmg ev de gesellschaft publikationen pdf dmg mitteilungen 2010_3 pdf letzter Zugriff 26 01 2012 QUIEL K A BECKER V KIRCHESCH A SCH L H FISCHER 2010 Influence of global change on phytoplankton and nutrient cycling in the Elbe River Regional Environ mental Change DOI 10 1007 s10113 010 0152 2 Seite 99 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 SCH L A R EIDNER M B HME V KIRCHESCH 2006 Einfluss der Buhnenfelder auf die Wasserbeschaffenheit der Mittleren Elbe In Pusch M und Fischer H Hrsg 2006 Stoffdynam k und Habitatstruktur in der Elbe Konzepte f r die nachhaltige Entwicklung einer Flusslandschaft Wei ensee Verlag Berlin ISBN 3 89998 011 5 S 243 263 Kontakt Dr Annette Becker Bundesanstalt f r Gew sserkunde Am Mainzer Tor 1 56068 Koblenz Tel 0261 1306 5520 Fax 0261 1306 5333 E Mail bec
26. Hydrol Amst 300 100 113 do1 10 1016 J jhydro1 2004 06 003 WURBS R A 2005b Fundamentals of water availability modeling with WRAP Technical Report TR 283 Texas Water Resources Institute College Station Kontakt Prof Dr rer nat habil Uwe Gr newald Brandenburgische Technische Universit t Cottbus Lehrstuhl Hydrologie und Wasserwirtschaft PF 101344 03013 Cottbus Tel 0355 694234 Fax 0355 694235 E Mail Uwe Gruenewald tu cottbus de Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 BEWASYS Edertalsperre Aufbau eines Bewirtschaftungsmodells der Edertalsperre f r den operationellen Betrieb Jochen Hohenrainer Jiri Cemus Anna Dorothea Ebner von Eschenbach Patr ck Preu und Kathar na Richter 1 Einleitung In Deutschland befinden sich zwei Talsperren im Bundeseigentum Beide liegen im westhes s schen Berg und Senkenland und werden vom Wasser und Schifffahrtsamt WSA Hann M nden im Gesch ftsbereich der Wasser und Schifffahrtsdirektion WSD Mitte betreut Abb 1 Die gr ere und bedeutendere der beiden die Edertalsperre besitzt einen Stauraum von 199 3 Mio m und staut die Eder auf eine Seefl che von 11 5 km Das Stauvolumen der kleineren Talsperre im Nachbareinzugsgebiet an der Diemel betr gt ca ein Zehntel des Vo lumens der Edertalsperre 19 9 Mio m Der aufgestaute See hat eine Fl che von ca 1 7 km Die Zweckbestimmung der Talsperren liegt heute auf folgenden Schw
27. Kanalnetze West und Mitte in das Kanalnetz Ost bergeleitet werden Durch einen weiteren Ausbau von WA beispielsweise durch Erh hung der Frequenz der Daten bermittlung aus den Betriebszentralen an WA k nnte die Bewirtschaftung in den BZ noch aktueller und transparenter dargestellt werden Kontakt Meike Cropp Wasser und Schifffahrtsamt Duisburg Meiderich Fernsteuerzentrale Wasserversorgung Datteln Kanalweg 19 45711 Datteln Tel 02363 5683 410 Fax 02363 55709 E Mail meike cropp wsv bund de Interaktion des Kanalsystems mit der Umwelt Modellierung des Wasserhaushalts als Rand bedingung f r ein Bewirtschaftungsmodell Thomas Maurer und Anna Dorothea Ebner von Eschenbach 1 Einleitung Das einzugsgebiets bergreifende Kanalsystem von Rhein bis Oder verbindet die Flussgebiete Rhein Ems Weser Elbe und Oder Es hat eine Gesamtl nge von ca 1300 km besteht aus 25 Haltungen einschlie lich vier Scheitelhaltungen zwei Schiffshebewerken sowie 84 Schleu sen zur berwindung von H henunterschieden Die Speisung mit oder Entlastung von Was ser wird durch 30 Pumpwerke und Wehre an 30 Standorten realisiert Das System setzt sich zu etwa 50 aus Kanalstauhaltungen zu 20 aus Flussstauhaltungen und zu 30 aus frei flie enden Gew ssern zusammen Die Ost West Verbindung ist dabei von k nstlich erstell ten Kanal und Flussstauhaltungen dominiert Abb 1 die jedoch mit der Umwelt ber Zu und Abfl sse interagie
28. Schnittstellen Nach einem Import wird eine SNMP Nachricht an das Monitoringsystem geschickt und dort ausgewertet Bei Fehlern und dem Ausbleiben zeitgesteuerter SNMP Nachrichten erfolgt die Information an die Administration 3 4 Qualit tssicherung QS Die Qualit tssicherung in Projekten besitzt eine gro e Bedeutung Neben der Projektkultur der beteiligten Personen M ngel anzusprechen und eigene Fehler einzugestehen muss si chergestellt werden dass alle Anforderungen w hrend der Planung Erstellung Pflichtenheft und der Programmierung umgesetzt werden Innerhalb des Projektes UWA betrug der Auf wand f r die QS ca 15 vom Gesamtbudget Alle Anforderungen waren nummeriert und in einer Matrix gelistet Bereits im Pflichtenheft wurde jeder Anforderung in der Matrix die entsprechende Textstelle m Pflichtenheft zuge wiesen Neben der Pr fung der Dokumente Datenmodell Pflichtenheft Handb cher wurde der Source Code gestestet und umfangreiche Funktionstests durchgef hrt F r die Funktionstests kam die Software TestOffice zum Einsatz Innerhalb TestOffice wurden alle Anforderungen innerhalb von Testschritten beschrieben und die Testschritte zu Testfallsequenzen zusam mengefasst Die Testfallsequenzen entsprechen durchf hrbaren Arbeitsschritten und wurden den einzelnen Mitgliedern der Projektgruppe des Auftraggebers zugewiesen Diese f hrten die Testf lle aus und dokumentierten im TestOffice die korrekte oder inkorrekte Funktions
29. an Pr fungen sind m Einzelfall festzulegen und werden in sogenannten Aufgaben Tasks definiert Diese Tasks liest der TaskServer aus und setzt sie um Dahinter steckt eine Art Skriptsprache die beschreibt was genau umzusetzen ist Diese Tasks sind in Dateien abgelegt und werden f r den speziellen Fall konfiguriert Pr fungen k nnen in unterschiedlichen Tiefen stattfinden gt Pr fung 1 Ordnung Basispr fung einer Zeitreihe in sich selbst Min Maxwerte erlaubte Gradienten gt Pr fung 2 Ordnung Erweiterte Pr fung mit abgeleiteten Werten Korrelation zu anderen Messwerten hydrologische Pr fungen gt Pr fung 3 Ordnung Einsatz von Modellierungstechniken Regelbaum mit bertragungsfunktionen Neuronale Netze zur Bestimmung von Ersatzwerten Pr fung l Ordnung Min Max Gradienten Funktionale Beziehung Pr fung Il Ordnung Output Sensorwerte A Pr fung Ill Ordnung Sensorwerte B k Zustandsgruppe C Sensorwerte C s J Sensorwerte D Abb 4 Datenpr fung unterschiedlicher Tiefe Zustandsgruppe B Beliebige Kombinationsm glichkeiten mit und ohne bertragungsfunktionen Es wird sofort klar dass im Falle einer Pr fung 2 oder 3 Ordnung der Schwerpunkt der Ar beit in der Bereitstellung der Pr fungsregeln liegt Die Ergebnisse der Pr fung k nnen wie alle sonstigen Prozessschritte auch in Berichtsform z B als PDF abgelegt werden Seite 77 Bundesanstalt f r Gew
30. des Winters sind Wiesenbr terfl chen nahe des Altm hlsee zu berfluten Im Sp twinter m ssen wir ein k nstliches Hochwasser im Brombach unterhalb des Brombachsees ablaufen lassen W hrend der Brutzeit im Naturschutzgebiet Vogelinsel sollte der Wasserspiegel im Altm hlsee nur geringf gig schwanken um nicht die Nester zu berfluten Wasserkraftnutzung Wir haben drei k nftig sechs eigene Kraftwerke Ein m glichst gro er Teil der Was serabgabe aus den Fr nkischen Seen soll durch die Turbinen unserer Wasserkraftwer ke laufen Energetisch nur teilweise nutzbare gro e Wasserabgaben aus den Talsper ren sollen deshalb m glichst gering gehalten werden Ein gro es Gaskraftwerk in N rnberg und das Atomkraftwerk Grafenrheinfeld bei Schweinfurt entnehmen der Rednitz bzw dem Main gro e Mengen K hlwasser Ins besondere in sommerlichen und herbstlichen Niedrigwasserzeiten sollen wir f r eine ausreichende Wasserf hrung in diesen Fl ssen sorgen In der Rothsee Vorsperre wird im Fr hjahr das Gel nder einer Behindertenrampe montiert und im Herbst w eder ausgebaut Daf r st zweimal im Jahr der Wasserspie gel abzusenken Bei Bauma nahmen in den Speichern zum Beispiel Uferschutzma nahmen dem Einbau von Sliprampen der Erneuerung von Stegen etc ist der Wasserspiegel zu senken Auch bei Bauma nahmen Dritter in den Fl ssen unterhalb der Talsperren reduzieren wir nach M glichkeit die Wasserabgabe aus den Talsperren oder fahr
31. durch BEWASYS abgebildeten Kanalsystem gekoppelt und m ssen entsprechend mehr oder weni ger aufwendig abgebildet werden Unterschieden werden k nnen reine Zuflussgebiete denen das Kanalsystem als Vorfluter dient und deren Zufluss unabh ngig von der Bewirtschaftung des Kanalsystems ermittelt werden kann Andere Gebiete stehen in einem mehr oder weniger intensiven Austausch entsprechend situationsbezogener Bewirtschaftungsregeln gesteuerte Entnahmen oder Zugaben oder aufgrund nat rlicher physikalischer Kopplung z B Kanal wasserstand und Grundwasserstand Schlie lich gibt es auch Gebiete die entweder gar nicht mit dem Kanalsystem interagieren oder lediglich als Vorfluter f r Abgaben aus dem Kanal system dienen ohne dass s e auf Letzteres zur ckwirken Niederschlag Verdunstung Niederschlag Verdunstung Abwasser Brauch Einleitu ngen fe K hlwasser eu Entnah men B i Zu und Abfl sse i durch TUULT scnieusung TT a III Pumpen Abb 2 Schema der Interaktion des Kanalsystems mit der Umwelt Idealerweise werden alle Kopplungen mit der Umwelt auf Bas s umfassender Messdaten und kalibrierter Modelle f r die entsprechenden Randsysteme abgeleitet Dies ist jedoch praktisch nicht m glich Vereinfachungen m ssen getroffen werden Seite 29 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 30 In der Dokumentation von BEWASYS Rhein Oder wird detailliert dargelegt wie die ver sc
32. f r die Bundeswasserstra en des Pro jektes 17 von Berlin bis zur Schleuse S lfeld Bundesanstalt f r Gew sserkunde Bericht BfG 1357 im Auftrag des WNA Magdeburg und des WNA Berlin Kontakt Dr Thomas Maurer Bundesanstalt f r Gew sserkunde Am Mainzer Tor 1 56068 Koblenz Tel 0261 1306 5242 Fax 0261 1306 5671 E Mail thomas maurer bafg de Seite 35 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 36 BEWASYS Entwicklung einer Methodik zur Bilanzierung von Kanal und Flussstauhaltungen Patrick Preu und J rgen Ihringer 1 Einleitung Durch Landnutzungs nderungen Ausbauma nahmen und anthropogene sowie klimatische Einfl sse unterliegen Wasserdargebot und Wasserbedarf wasserwirtschaftlicher Systeme einem st ndigen Wandel Um die gesamte wasserwirtschaftliche Situation beliebiger Gew s ser und Kanalsysteme zu erfassen und L sungsm glichkeiten zur Deckung des zuk nftigen Bedarfs aufzuzeigen wurde am Institut f r Wasser und Gew sserentwicklung das Programm paket BEWASYS zur langfristig optimalen Bewirtschaftung von komplexen wasserwirt schaftlichen Systemen entwickelt F r den Einsatz wurde BEWASYS so konzipiert dass es dem Anwender als Entscheidungs hilfe sowohl f r einen optimalen Betrieb zur Planung aber auch zur Beweissicherung dienen kann Hierbei k nnen Auswirkungen von wasserwirtschaftlichen Ma nahmen z B Betriebs regeln oder System nderungen simuliert und die
33. in t glichen Schleusungszahlen ausgedr ckt werden kann Zwei m gliche Ver nderungen im mengenm Bigen G tertransport auf den Kan len wurden f r diese Variantenrechnungen angenommen 1 In einer ersten Variante wird die Beibehaltung des Status Quo postuliert Das bedeu tet dass das mittlere Verkehrsaufkommen von 1991 bis 2010 unver ndert auf den Zeitraum bis 2100 bertragen wird Entwicklung Null Hierf r wurden in einem ersten Schritt die vorliegenden t glichen Schleusungszahlen von 1991 bis 2010 zu monatlichen Mittelwerten aggregiert was zur Folge hat dass sich die f r die Tages werte charakteristische Variabilit t verringert Die Schleusungswassermengen die sich aus den t glichen Schleusungszahlen und der zu berwindenden Hubh he ermit teln lassen haben mengenm ig den gr ten Anteil an der Wasserbilanz einer Hal tung und bestimmen daher n defizit ren Haltungen den Bedarf an Speisungs resp Pump wasser Es zeigte sich dass bereits die Aggregierung der t glichen Schleu sungszahlen zu Monatswerten zu einer starken Mittelung bei den Pumpwassermen gen f hrte F r weitergehende Betrachtungen sind f r die Schleusungszahlen h here zeitliche Aufl sungen zu w hlen Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 47 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 48 2 In einer zweiten Variante wurde die verkehrliche Entwicklung erh ht Grundannah me war
34. nge zu Abb 5 wie auch die Vielfalt der Aufeinanderfolge von hohen und niedrigen Prozesswer ten Jahressumme pot Verdunstung mm led Is Blel e g boj Idee oje oojaa q ejje jg e ejoo Rt ej ejo e Pej ejj e bjej 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 TG OMW HYRAS e MW SIKO SIMO OMAX HYRAS MAX SIKO SIMO OMIN HYRAS MIN SIKO SIMO Abb 5 Statistischer Vergleich der Jahressummen der potenziellen Verdunstung f r alle Teil gebiete des Untersuchungsgebietes zwischen Simulation SIKO SIMO und Messung HYRAS Seite 87 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Hydrologische Simulation mit EGMO D Neben der Bestimmung der hydrografischen Parameter f r jedes Teilgebiet stand die Ermitt lung geeigneter Modellparameter mit PEST m Vordergrund Nach erster Pr fung der vor handenen Daten wurde die Kal brierung und Validierung der Modellparameter mit PEST f r die Teilgebiete begonnen f r die zuverl ssige lange Reihen vorlagen anthropogen relativ unbeeinflusst bzw mit der M glichkeit der einfachen Bereinigung um Nutzungseinfl sse F r andere Gebiete ist zu pr fen ob nur eine bertragung der Parameter von hydrologisch gleichartigen Teilgebieten m glich ist Daf r war zu zeigen dass prinzipiell eine bertragung der Parameter erfolgreich sein kann Die folgende Abbildung zeigt das Ergebnis der Optimierun
35. river River Research and Applications 26 572 588 BERGFELD T STRUBE V KIRCHESCH 2005 Auswirkungen des globalen Wandels auf die Gew sserg te im Berliner Gew ssernetz In Wechsung F Becker A Gr fe P Hrsg Konzepte f r die nachhaltige Entwicklung einer Flusslandschaft Wei ensee Verlag Berlin S 357 368 FINKE W S KRAUSE R OPPERMANN J KL SSENDORF MEDIGER 2007 Wasserwirt schaftliche Verh ltnisse des Projektes 17 f r den Bereich des WNA Berlin Bundes anstalt f r Gew sserkunde Bericht BfG 1560 5 Fassung 107 S Anhang KIRCHESCH V A SCH L 1999 Das Gew sserg temodell QSim Ein Instrument zur Si mulation und Prognose des Stoffhaushalts und der Planktondynamik von Flie gew s sern Hydrologie und Wasserbewirtschaftung Jg 43 Heft 6 S 302 309 KRAHE P E NILSON M CARAMBIA T MAURER L TOMASSINI K B LOW D JACOB H MOSER 2009 Wirkungsabsch tzung von Unsicherheiten der Klimamodellierung in Abflussprojektionen Auswertung eines Multimodell Ensembles im Rheingebiet Hydrologie und Wasserbewirtschaftung Jg 53 Heft 5 S 316 331 LOTZE CAMPEN H L CLAUSSEN A DOSCH S NOLEPPA J ROCK J SCHULER G UCKERT 2009 Klimawandel und Kulturlandschaft Berlin PIK Report No 113 http www pik potsdam de research publications pikreports files pr113 letzter Zugriff 26 01 2012 MATZINGER A M RIECHEL P ROUAULT S O PETERSEN E PAWLOWSKY REUSING B
36. s251 N SMF1 49 ER58 i a 2452082652630 5 ER48 ER57 ERS6SMB3 eR ea i A 5283 SMB2 ER 09318328335 ER45 Ce ER41 ER39 ER Epos a w J J Y SEB ses SEB3 SEB2 ap er Ee b K 7 ER5 ER52 SMUT A d SERS8 L SEBAS ERA3 ER42 u ER51 ER50 un Tee ai ER28 Elam E Su sp 3 ER3S SS enD T URRIA kt x A ee ea een ee SIND VAKT eu Les SS 3 JTEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEEEEEEE EEE EEE EEE EN A me OG er SS E gie am sion Emer S388393401 K tat Hoher Detaillierungsgrad der or mrm jm sors e saos p E EKR A LATT 5 Talsperren und Staubecken SE e a ga AND VKu2 ER22 K oo ER ERBR33 Lo ss ESEL H p E aa PA cz a GC se en ER2 RIA sat ZA ER20 ER15 Taga one er i ten ERS oi 5588575 e G GC WS SLM3 Suz su ER16 e E80 TMAU a Lee ei mmm WEN a Ee TER S Se ES E TRUR sun THEI orl S Ki VS a rv rv s S R10 Ee d l E31 E30 o s p kl Fe On BN Zi TE el U11 fe A S A spov B E10 en TOP ks enn ei TARE ER 6 E EE ERER 5 m EEEEBEEEEEEBEEEEEEEEEEEEEERBEEEEEEEEEEEEEN BEEEBEEEBEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEN nu RERRRERRERSRRRRERRRee R RRRRRSRRUERRRRCRSIRRRRRRRRRRRRRRRSRRRRRRRRRRRRRERRRLRRRRRRURR De Abb 1 Systemlogik des TALSIM NG Modells der Rur Seit den 1890er Jahren werden m Grenzgebiet von Hessen und Th ringen entlang der Werra hochwertige Kalirohsalze aus zwei bereinanderliegenden Kal ilagerst tten gewonnen Das Werk Werra ist ein Z
37. voraussichtlich noch in 2011 in den Wirkbetrieb gehen 6 Zusammenfassung und Ausblick Die Entwicklung einer berregionalen Informationsplattform zur optimierten Wasserbewirt schaftung des Kanalsystems zwischen Rhein und Oder ist ein erster Schritt zu einer ber greifenden optimierten Wasserbewirtschaftung des bestehenden Kanalsystems Mit dem zeitgleich durch die BfG entwickelten Rechenmodell BEWASYS Rhein Oder zur Darstellung von m glichen Szenarien f r die Wasserbewirtschaftung m Untersuchungsraum zwischen Rhein und Oder k nnen nun Ver nderungen am System simuliert werden deren Ergebnisse eine weitere Optimierung im Hinblick auf die zu treffenden Entscheidungen dar stellen Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Somit wird erstmals eine gesamtheitliche Bilanzierung und Bewirtschaftung der Haltungen zwischen Rhein und Oder erm glicht und damit der Umgang mit der Ressource Wasser und der Betrieb des Kanalsystems wirtschaftlich optimiert Die Wasserbewirtschaftung der Was ser und Schifffahrtsdirektionen West Mitte und Ost st damit f r die Zukunft bestens aufge stellt Literatur EBNER VON ESCHENBACH A D M CARAMBIA J HOHENRAINER E NILSON K RICHTER 2012 M gliche Auswirkungen des Klimawandels und ver nderter Anspr che der Nutzer auf die Bewirtschaftung des Westdeutschen Kanalsystems Kolloquium berregionale Wasserbewirtschaftung Entwicklung und Einsatz e
38. 0 ERA Interim SE WETTREG2006 An NCAR NC P ee KLIWAS I nl Klima Wasser Schifffahrt Abb 1 KLIWAS Modellkette f r das Rheineinzugsgebiet Aus der Vielzahl der Klimamodelle die ein Gesamtbild der europ ischen Kl mafolgenfor schung zeigen werden f r die hier geplanten Untersuchungen aufgrund des konzeptionellen Charakters dieses Beitrages nur die eingerahmten Modelle verwendet Die Kl mal ufe wur den jedoch so gew hlt dass eine repr sentative Teilbandbreite m glicher klimatischer Ent wicklungen abgebildet wird Eine Besonderheit stellt das Element CHR OBS dar Dieses Element entspricht dem meteorologischen Beobachtungsdatensatz der zur Kalibrierung des Wasserhaushaltsmodells HBV verwendet wurde Das Bewirtschaftungsmodell BEWASYS Rhein Oder wurde f r das Untersuchungsgebiet der Bundeswasserstra en zwischen den Fl ssen Rhein und Oder aufgebaut parametrisiert und plausibilisiert Das Modell besteht aus einzelnen regionalbezogenen Bausteinen die sowohl im Zusammenschluss als auch separat angewendet werden k nnen Da das aus den Klimal ufen resultierende Wasserdargebot als Eingangsgr e f r das Bewirt schaftungsmodell gegenw rtig nicht fl chendeckend f r das gesamte Untersuchungsgebiet der Kanal und Flussstauhaltungen von Rhein b s Oder vorliegt konnten die Analysen nur f r einen Teilbereich durchgef hrt werden Als Pilotgebiet wurde der Bereich des Westdeutschen Kanalsystems gew hlt Aufgrund der reg
39. 0 1 2011 2 2011 3 2011 4 2011 5 2011 1 2012 Praxisorientierte und vielseitig nutzbare Fernerkundungseins tze an der Elbe Die Bedeutung von Baggergutrichtlinien f r das Sedimentmanagement in Flussgebieten und f r den Meeresschutz Anwendungen der weltweiten Sammlung von Abflussdaten des Global Runoff Data Centre GRDC Feststoffhaushalt und Sedimentbewirtschaftung anthropogene Steuerung nat rlicher Prozesse Erfahrungen zur Niedrigwasserbewirtschaftung Gew sserkundliche Untersuchungen f r verkehrliche und wasserwirtschaftliche Planungen an Bundeswasserstra en Wasserstands und Abflussvorhersagen im Elbegebiet Niederschlag Abfluss Modellierung zur Verl ngerung des Vorhersagezeitraumes operationeller Wasserstands und Abflussvorhersagen Radiologische Untersuchungen an Bundeswasserstra en als Teil der radiologischen Umwelt berwachung Messkonzepte und Modellierung in der Gew ssermorphologie H henmessungen mit GPS Status quo und Entwicklungstendenzen R hricht an Bundeswasserstra en im norddeutschen Raum Neue Wege der Schadstoffbek mpfung Ultraschall in der Hydrometrie neue Technik neuer Nutzen Effektive und qualit tsgesicherte Abwicklung von Sediment Baggergutuntersuchungen in der WSV Saisonale Vorhersagesysteme in Meteorologie und Hydrologie Umweltaspekte des Einsatzes von industriell hergestellten Wasserbausteinen in Bundeswasserstra en Wasserbewirtschaftung und Niedrigwasser Wasserst
40. 160 E Janresminwerte u 383 HHW 146 27 04 1970 Z 150 HW 146 Hauptzahlen 140 7 p 38 1 Reihe 1951 2007 130 EREI 0 as oberes Stauziel 1104 MW 109 100 37 7 MNW 91 90 unteres i 37 5 Stauziel NW 78 373 3 Des E NNW 49 Okt 1911 4 37 1 g De E N ke 36 9 8 H Ou Hd Gd Ia PNP 0 367 53 EE ESP SPSPTPE FNESHSE Abb 4 Pegel Schwerin Werderbr cke Jahresmaxwerte 1951 bis 2007 WSA Lauenburg Seite 109 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 F r beide Speicher werden in der Anstauperiode von Oktober bis Apr l auf der Grundlage eines GRM Modells monatsvariable Stauziele vorgegeben die einerseits eine m glichst voll st ndige Speicherf llung im April anstreben andererseits eine berschreitung des Stauzieles aufgrund der begrenzten Abf hrungskapazit ten mit hoher Wahrscheinlichkeit ausschlie en Die Abgabeperiode von Mai bis September muss unter der Ma gabe gestaltet werden dass das untere Stauziel bis Ende September nicht unterschritten wird Mecklenburger Oberseen Wasserstandsganglinien Ist 2010 2011 und GRM Berechnungen f r 2010 2011 Pegel Waren Monate Oktober bis April W cm 230 4 T 10a nass 230 Hochwasserschutzraum normal 210 210 190 190 170 170 Abgaben Ist 2 76 m s Ist 5 26 m s Ist 7 09 m s Ist 7 7 wis Ist 10 3 m s Ist 3 04 m s Ist 264 m s 150 150 1 10 01 11 01 12 01 01 2011 01 02 01 03 01 04 30 04 2010 2011 T 10 a nas
41. 2 Insgesamt wurden 2465 Testschritte aufgestellt Die Testabdeckung lag bei 98 Somit wur den 98 aller Anforderungen getestet Die fehlenden 2 konnten nicht getestet werden da hier noch Nachlieferungen ausstanden Diese Tests erfolgten nach der Gesamtabnahme Das Testergebnis war hervorragend Es gab keine hinderlichen Fehler Klasse 1 10 schwere Fehler Klasse 2 und 14 leichte Fehler Klasse 3 3 5 Schnittstellen Datenfl sse Die generische Schnittstelle erlaubt den Export aller persistenten Daten aus UWA mittels Webservice Dieser Webservice ist zugangsgesch tzt und kann als Datenquelle f r alle weite ren Datendienste von WA an externe Applikationen dienen Diese generische Schnittstelle ist bereits jetzt die Grundlage f r implementierte Dateischnittstellen und kann leicht f r neue Dateiformate genutzt werden Alle Importe laufen ebenfalls ber die generische Schnittstelle Liefert eine Datenquelle die Daten nicht konform dem Webservice z B gesonderte Dateiformate dann wird eine gekap selte Dateischnittstelle implementiert die diese Daten aufbereitet und dem Webservice zum Import liefert Folgende implementierte Schnittstellen bestehen derzeit gt Pegeldaten f r WA SOAP Webservice Ka PEGEL ONLINE gt Anzeige Pegeldaten Visualisierungswebservice gt Schleusungs und Pumpdaten Dateischnittstelle AS WSV de gt Karten WebMapService WMS 4 WSV gt charakteristische Zeitreihen z B Verdunst
42. 2011 Dieser Beitrag stellt die IT fachlichen Ziele sowie deren IT Umsetzung vor 2 Zielsetzungen Neben den fachlichen Anforderungen an die zu erstellende Applikation wurden umfangrei che IT Ziele f r die Realisierung von WA festgelegt Diese Ziele lassen sich wie folgt zu sammenfassen l Webanwendung f r alle Nutzer zur Information Alle Nutzer WSV intern Oberbeh rden externe Dritte ffentlichkeit m ssen ber eine Web Anwendung die Informationen erhalten Die Erstellung einer installierba ren Clientversion ist nicht vorgesehen Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 2 Webanwendung f r Fachnutzer zur Dateneingabe und Analyse Alle Fachnutzer Betriebszentralen greifen ebenfalls ber eine Webanwendung auf UWA zu Dateneingaben und Analysen m ssen ber die Webanwendung erfolgen 3 Modularer Aufbau leicht erweiterbar Alle IT Teilsysteme Datenbank Gesch ftslogik Webseite Schnittstellen sowie fachliche Module Karte Datenanalyse Monitoring etc sind als einzelne Module aufzubauen Die Schnittstellen zwischen den Modulen sind so zu gestalten dass ein Austausch von Modulen m glich ist 4 Generische Schnittstelle zur Anbindung weiterer IT Systeme auf der Basis Service orientierter Architekturen SOA Alle Datenbankattribute m ssen ber eine generische Schnittstelle als Webservice abgefragt werden k nnen Diese generische Schnittstelle stellt die Basis f r sp tere Datendienste nach
43. 23 00 9 50 17 412 00 2 Speichern Abbrechen Legende Weitere Objekte Koordinaten DHDN GK3 Druck 20 km 3501665 5787207 Copyright 2010 https www uewatest wsv de UEWA index html 8 Abb 6 Anzeige der Stammdaten der einzelnen Schleusenkammern hier Schleusengruppe M nster gt WSV berregionale Wasserbewirtschaftung Mozilla Firefox Datei Bearbeiten Ansicht Chronik Lesezeichen Extras Hilfe C A CA https www uewatest wsv de UEWA index html Tr L Googe A L Meistbesuchte Seiten Aktuelle Nachrichten A Google Ecosia A Portal wA_test weg berregionale Wasserbewirts zs Schleusungsanlage X i berregion ale Nummer untere Haltung v WSV de Objektnummer obere Haltung v Funktionen Name Km Abmelden Themen Wasserstra e v Rechtswert L z i ungsanlage EE E 3 Hintergrundthemen Anlagentyp v Hochwert i 2 9 Fachthemen mit Objektnummer 31141100011 lNereionisorte Betreiber v Lagesystem v Sr DEK lWasserverteilaniagen Schleusen F rderanlagen Dokumente Schleusungen E Schleuse EC Hatungen ar Schleusen oder Hebewerke 3 Plschteusungsanlagen Datum v Schleusungen YVerlustwasser m Durchfluss m is zahl der Sparbecken 4 VlBundeswasserstra en 09 10 2011 16 256 000 00 2 96 A Details 09 10 2011 o 0 00 0 00 P U O L 09 10 2011 0 0 00 0 00 03 10 2011 15 240 000 00 2 75 03 10 2011 0 0 00 0 00 05 10 2011 7 121 884 00 1 41 07 10 2011 15
44. 288 000 00 3 33 07 10 2011 0 0 00 0 00 07 10 2011 7 121 884 00 1 41 SS Speichern Abbrechen LS Legende S Weitere Objekte s Koordinaten DHDN GK3 Druck 20 km 3501665 5797207 Copyright 2010 Fertig bai Abb 7 Anzeige der Tagesdaten der einzelnen Schleusenkammern hier Schleusengruppe M nster Seite 23 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 24 4 3 Darstellung der Wasserverteilanlagen in WA hnlich wie bei den Schleusen ist auch die Abfrage f r die Wasserverteilanlagen aufgebaut Im ersten Schritt werden nach Anklicken des Symbols einer Wasserverteilanlage auf der Sys temskizze die allgemeinen Daten wie Name Anzahl der zur Wasserverteilanlage geh rigen F rderanlagen Kapazit t F rder Fallh he und Anlagentyp angezeigt Abb 8 Dar ber hinaus k nnen nach Anklicken einer F rderanlage neben den aktuellen Energieprei sen und den Verf gbarkeiten auch das von dieser F rderanlage gef rderte Volumen Spei sungen f r jeden Tag abgefragt werden Abb 9 gt WSV berregionale Wasserbewirtschaftung Mozilla Firefox Datei Bearbeiten Ansicht Chronik Lesezeichen Extras Hilfe O v er A OEE hips www uewatest wsv de UEWA index html by X S x Google P 2 Meistbesuchte Seiten NI Aktuelle Nachrichten A Google Ecosia I Portal UA Test Wey berregionale Wasserbewirts r gt j berregionale Wasserhawirtechaftuma Wasserverteilanlage a
45. BfG 0919 Untersuchun gen zur Bewirtschaftung der Wasserressourcen der M ritz Elde und St rwasserstra e vom Januar 1996 Fragen zum ersten Teil abgearbeitet wurden FINKE et al 1996 und mit diesem Sachstand derzeit ruhen stellte sich die Datenrecherche f r den zweiten Teil insbesondere durch die Umstrukturierung in der Landwirtschaft als sehr aufw ndig dar F r die Erstellung eines Grobmodells f r die Herausarbeitung von Steuerungsempfehlungen wurde im ersten Schritt eine L ngsschnittbilanzierung erstellt Hierzu wurde das Gew ssernetz mit seinem Eigendargebot aufbereitet die Entnahmen erfasst und zugeordnet die Speichervolumen der einzelnen Stauhaltungen ermittelt und das Modell anhand der Daten insbesondere auch der Abflussmessungen aus dem Jahr 2009 geeicht Nachfolgend wurden die Entnahmemengen nachbilanziert und diese Werte f r das kritische Jahr bezogen auf die Jahresreihe 1996 2009 ermittelt Seite 111 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 4 Zusammenfassung und Ausblick Die Anspr che an die Bewirtschaftung der M ritz Elde Wasserstra e spiegeln jedes Extre mum n den klimatischen Bedingungen des jeweiligen Jahres so wider dass n trockenen Jahren der Mangel in nassen Jahren der berschuss bestm glich ber die entsprechende Gestaltung der Speicherabgaben und die Haltungssteuerung zu regeln ist Um dies unter Be achtung der Nutzungsanspr che vieler zu optimieren wurden grundle
46. Bundesanstalt f r Gew sserkunde e FR Bundesanstalt f r IT Dienstleistungen ei WSV de Wasser und Schifffahrtsverwaltung des Bundes 2 2012 Veranstaltungen berregionale Wasserbewirtschaftung Entwick lung und Einsatz eines Informationssystems und verschiedener Modelle Kolloquium am 12 13 Oktober 2011 n Hannover FR Bundesministerium f r Verkehr Bau Koblenz Apr l 2012 und Stadtentwicklung Impressum Herausgeber Bundesanstalt f r Gew sserkunde Am Mainzer Tor 1 Postfach 20 02 53 56002 Koblenz Tel 0261 1306 0 Fax 0261 1306 5302 e mail posteingang bafg de Internet http www bafg de Druck Druckerei des BMVBS Bonn ISSN 1866 220X DOI 10 5675 BfG_Veranst_2012 2 Zitiervorschlag Bundesanstalt f r Gew sserkunde Hrsg berregionale Wasserbewirtschaftung Entwicklung und Einsatz eines Informationssystems und verschiedener Modelle Kollo quium am 12 13 Oktober 2011 in Hannover Veranstaltungen 2 2012 Koblenz April 2012 124 S DOI 10 5675 BfG_Veranst 2012 2 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Inhaltsverzeichnis berregionale Wasserbewirtschaftung Entwicklung und Einsatz eines Informationssystems und verschiedener Modelle 0 2uu 80 22 mr run 5 WA Vorstellung der berregionalen Datenbank zur Wasserbewirtschaftung des Kanalsystems zwischen Rhein und Oder Ee E EE 6 WSV Webanwendung f r die Kanal und Flussstauhalt
47. E R J 1992 Numerical methods for conservation laws Birkh user Verlag LINKE H E ARNOLD H PUTA 1998 Optimierte Wasserbewirtschaftung des Mittelland kanals und des Elbe Seitenkanals Abschlussbericht Technische Universit t Ilmenau RAWLINGS J B D Q MAYNE 2009 Model Predictive Control Theory and Design Nob Hill SIEBERT W H W WITTE 1995 Gutachten ber Mittellandkanal Osthaltung Bemes sungswasserst nde Entlastungskapazit ten HN Modell Untersuchungen Bundesan stalt f r wasserbau Auftraggeber WSD Mitte Auftragsnr 31 6311 WAGENPFEIL J E ARNOLD O SAWODNY 2010 Modeling and optimized water manage ment of inland waterway systems In IEEE Conference on Control Applications CCA Yokohama Japan Kontakt Dr Ing Eckhard Arnold Dr Ing Peter Schmitt Heiderich Universit t Stuttgart Institut f r Systemdynamik Bundesanstalt f r Wasserbau Pfaffenwaldring 9 70569 Stuttgart Ku maulstr 17 76187 Karlsruhe Tel 0711 685 65928 Tel 0721 9726 2600 Fax 0711 685 66371 Fax 0721 9726 5555 E Mail eckhard arnold isys uni stuttgart de E Mail peter schmitt heiderich baw de In der Reihe BIG Veranstaltungen sind bisher u a erschienen 1 2005 2 2005 3 2005 4 2005 5 2005 1 2006 2 2006 3 2006 4 2006 5 2006 1 2007 2 2007 1 2008 2 2008 3 2008 4 2008 5 2008 6 2008 1 2009 2 2009 3 2009 4 2009 5 2009 6 2009 7 2009 1 2010 2 2010 3 2010 4 2010 5 201
48. EE Vorhersage Dateisystem 7 Tage Abgabevarianten Yy y Abgaben Vorhersage Editor visualisieren a Datenexport Abb 4 Ablaufdiagramm BEWASYS Edertalsperre Zus tzlich zu den Zufl ssen wird das vom N A Modell simulierte Schneewasser quivalent als Volumenganglinie in das Betriebsmodell eingelesen Dies ist notwendig da die Gr e des Hochwasserschutzraumes der Talsperre im Winter von der im Einzugsgebiet vorhandenen Schneedecke abh ngig ist Der gew hnliche Hochwasserr ckhalteraum wird dabei um ein Drittel der im Gebiet in Form von Schnee gespeicherten Wassermenge erweitert was auch in der Grundvariante 1 der Talsperrenabgabe s Abschnitt 2 2 ber cksichtigt wird Unterhalb der Talsperre befindet sich ein Ausgleichsbecken das gleichzeitig als Unterbecken f r zwei Pumpspeicherkraftwerke 2 Oberbecken der E ON Wasserkraft GmbH dient Da sich die Inhalte der drei E ON Becken im Tagesgang ndern k nnen werden diese zur korrekten B1 lanzierung der Talsperre ebenfalls ber cksichtigt Im operationellen Betrieb ergibt sich f r das Vorhersagesystem der Edertalsperre folgender Ablauf 1 Abruf aller ben tigten Beobachtungs und Vorhersagedaten Wasserst nde Abfl sse Beckeninhalte Niederschlag und Temperatur Seite 65 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 66 2 Start N A Modell f r den Beobachtungs und Vor
49. Einleitung Die Langfristuntersuchungen zu den Auswirkungen von verschiedenen Dargebots und Be wirtschaftungsvarianten auf das Kanalsystem von Rhein bis Oder wurden mit dem hierf r entwickelten Bewirtschaftungsmodell BEWASYS Rhein Oder durchgef hrt Auf die Methodik des zugrunde liegenden Modellsystems BEWASYS sowie auf die ben tig ten Eingangsdaten wird in diesem Beitrag nicht detailliert eingegangen da beide Punkte in den vorangegangenen Ausf hrungen von PREUR amp IHRINGER 2012 siehe S 36ff sowie MAURER 2012 siehe S 27ff vorgestellt wurden F r dar ber hinausgehende Informationen wird auf EBNER VON ESCHENBACH et al 2011 verwiesen In diesem Beitrag werden das Konzept zur Durchf hrung der Variantenrechnungen mit dem Bewirtschaftungsmodell BEWASYS Rhein Oder unter Ber cksichtigung ausgew hlter Ab fluss und Nutzungsszenarien im 21 Jahrhundert pr sentiert und die Simulationsergebnisse diskutiert Die Analysen sind eingebettet in das Ressortforschungsprogramm KLIWAS des sen Ziele darin bestehen die Folgen des Klimawandels f r Wasserstra en und Schifffahrt zu erforschen und entsprechende Anpassungsstrategien zu entwickeln www kliwas de Im Ergebnis des Forschungsprogramms wird entsprechend der Projektphilosophie Multi Modell Ansatz u a eine Vielzahl m glicher zuk nftiger Entwicklungen des Wasserdarge bots f r die Flussgebiete oder deren Teilbereiche von Rhein Elbe Donau und Oder vorlie gen Das Wasserdarg
50. Einzugsgebiet EG 1443 km liegen Messungen f r die Pegel Schmittlotheim Eder EG 1202 km und Herzhausen lItter EG 68 km vor Die Zwischengebietszufl sse unterhalb der Pegel sowie die brigen Talsperrenzufl sse werden vom N A Modell simuliert In Abb 5 oben links sind der Gesamttalsperrenzufluss und die Abgabe am Pegel Affoldern exemplarisch f r eine Niedrigwasserperiode im April Mai 2011 dargestellt Die vertikale Linie markiert den fiktiven Vorhersagezeitpunkt am 3 Mai um 5 Uhr Es wird nochmals darauf hingewiesen dass dabei sowohl im Beobachtungs als auch im Vorhersagezeitraum Beobachtungsdaten und nicht Vorhersagen den Modellinput bilden Aus der Abbildung ist ersichtlich dass obwohl das Stauziel nicht erreicht ist die Abgabe meist ber dem Mindest abfluss von 6 m s liegt was auf eine gezielte Niedrigwasseraufh hung hinweist Aufgrund des im Vergleich zur Abgabe geringeren Talsperrenzuflusses sinkt der Talsperrenwasser stand Dies wird von BEWASYS prinzipiell korrekt simuliert Abb 5 oben rechts wobei eine insgesamt leichte Untersch tzung der Wasserst nde durch das Modell ersichtlich ist Das kann einerseits in Ungenauigkeiten bei der Simulation der Zwischengebietszufl sse und der Ermittlung des exakten Niederschlags auf sowie der Verdunstung von der Seeoberfl che be gr ndet sein Andererseits k nnen auch Unsicherheiten bei den Wasserstands Abfluss W Q Beziehungen der Pegel Schmittlotheim Herzhausen und Affolde
51. Ergebnisse werden diese hier nicht dargestellt Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 45 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 4 Durchf hrung von Variantenrechnungen zu Klima und Nutzungsszenarien a Aufbereitung der meteorologischen und hydrologischen Daten aus den ausge w hlten Kl mal ufen als Eingangsgr en f r das Bewirtschaftungsmodell f r den Zeitraum 2001 bis 2100 Die Aufbereitung der Daten ist in Abschnitt 4 1 be schrieben b Aufbereitung der Daten f r einen ver nderten Wasserbedarf siehe Abschnitt 4 2 c Durchf hrung von S mulationsl ufen und Auswertung der Ergebnisse mit Bezug auf die Resultate von Punkt 3 o nderung des Wasserdargebots im 21 Jahrhundert Simulationen mit dem Bewirtschaftungsmodell unter Verwendung der Abflussszenarien aus der Modellkette AIB GCM RCM Biaskorrektur HBV BEWASYS Die Ergebnisse sind in Abschnitt 5 1 dargestellt o nderung des Dargebots und des Bedarfs im 21 Jahrhundert Simulationen mit dem Bewirtschaftungsmodell unter Verwendung der Abflussszenarien aus der Modellkette A 1B GCM RCM Biaskorrektur HBV BEWASYS Die Ergebnisse sind in Abschnitt 5 2 dargestellt 4 Eingangsdaten f r das Bewirtschaftungsmodell 4 1 Wasserdargebot aus den Klimal ufen Das verf gbare oberirdische Wasserdargebot wird ber meteorologische und hydrologische Tageswertreihen beschrieben Aus der Modellkette Kontrollze
52. Folgen auf z B Wasserst nde Abfl sse und Defizite im System aufgezeigt werden Aktuell kommt BEWASYS bei der berregio nalen Wasserbewirtschaftung Rhein Oder bei der Bewirtschaftung der Edertalsperre und bei der Wassermengenbewirtschaftung im Einzugsgebiet der Ruhr zum Einsatz 2 Modell berblick Das Modellsystem BEWASYS wurde bis zum Jahr 2003 von Dr Ing Thomas Brudy Zippelius im Rahmen seiner Dissertation BRUDY ZIPPELIUS 2003 am Karlsruher Institut f r Technologie KIT konzipiert entwickelt und angewandt Es bietet die M glichkeit definier te wasserwirtschaftliche Bausteine beliebig anzulegen und miteinander zu verkn pfen Dabei k nnen Kanalstauhaltungen Flussstauhaltungen Gew sser und Speicher eingef gt werden Verbindungsm glichkeiten sind Anschl sse Pumpen Wehre Freileitungen Schleusen und berleitungen Zus tzlichen k nnen an Knoten Zufl sse und Entnahmen angesetzt werden als konstanter Wert als Zeitreihe oder n Abh ngigkeit F r spezielle F lle hat der Anwender die M glichkeit ber eine offene Programmierschnittstelle APT in den Modellablauf ein zugreifen etwa wenn berregional bewirtschaftet werden soll Um eine ausreichende Genau igkeit zu gew hrleisten kann BEWASYS wahlweise im Tages oder Stundenzeitschritt be trieben werden Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Verdunstung Niederschlag HW Entlastung HW Entlastung Schleusungswasser Entn
53. IM1 und zum anderen auf der Basis von mit dem HBV generierten und korrigierten Abflussreihen SIM2 erzeugt wurden dargestellt Es ist zu erkennen dass die geringf gige bis leichte Untersch tzung der Beobachtungen in den Monaten November 11 bis Mai 05 zu einem leichten R ckgang und die bersch tzung in den Monaten Juni 06 bis Oktober 10 zu einem Anstieg der simulierten Entnahmenmengen f hrt Das bedeutet dass die in den Monaten Juni bis Oktober simulierten Entnahmen aus der Lippe SIM2 zwangsl ufig zu einer Verringerung der Energiekosten im Vergleich zu SIM1 bei Betrachtung des Gesamtsystems f hren Somit entstehen bereits hier Unterschiede in den Energiekosten zwischen Beobachtungen und Simulationen Abflussregime am Pegel Lippstadt im Zeitraum Simulation t glicher Entnahmen aus der Lippe 1975 bis 1989 mit dem Bewirtschaftungsmodell von 1975 bis 1989 N On Abfluss m s gt CH o Iw E 15 a D E C m BEO Lippstadt SIM Lippstadt ohne Korrektur SIM Lippstadt mit Korrektur Wu Mai September November Dezember Zeit Mon SIM2 SIM1 SIM2 Abb 4 Vergleich der beobachteten BEO und mit dem Modell HBV s mulierten Abfl sse SIM am Pegel Lippstadt Lippe links Vergleich der simulierten t glichen Entnah memengen aus der Lippe in den Monaten 11 bis 05 und 06 bis 10 SIMI Simulation auf der Basis von beobachten Abfl ssen und beobachteter Meteorologie SIM 2 Si mulati
54. N ESCHENBACH A D J HOHENRAINER S KRAUSE R OPPERMANN K RICH TER H J THEIS 2011 BEWASYS Rhein Oder Tageswertmodell zur Simulation der Wasserbewirtschaftung der Bundeswasserstra en zwischen Rhein und Oder Bundesanstalt f r Gew sserkunde Bericht BfG 1730 HOHENRAINER J J CEMUS A D EBNER VON ESCHENBACH P PREU K RICHTER 2012 BEWASYS Edertalsperre Aufbau eines Bewirtschaftungsmodells der Edertalsperre f r den operationellen Betrieb Kolloquium berregionale Wasserbewirtschaftung Entwicklung und Einsatz eines Informationssystems und verschiedener Modelle am 12 13 Oktober in Hannover In Veranstaltungen 2 2012 Hrsg Bundesanstalt f r Gew sserkunde S 61 71 PREUR P J IHRINGER W FINKE 2007 Wasserbewirtschaftung von Bundeswasserstra en Modellanforderungen und Umsetzung Forum f r Hydrologie und Wasserbewirt schaftung Heft 20 07 Band 1 S 157 168 ISBN 978 3 940173 04 1 Kontakt Patrick Preu Karlsruher Institut f r Technologie KIT Kaiserstra e 12 76131 Karlsruhe Tel 49 721 608 47692 Fax 49 721 608 45651 E Mail preuss kit edu Seite 41 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 42 M gliche Auswirkungen des Klimawandels und ver nderter Anspr che der Nutzer auf die Bewirtschaftung des Westdeutschen Kanalsystems Anna Dorothea Ebner von Eschenbach Mar a Caramba Jochen Hohenrainer Enno Nilson und Katharina Richter 1
55. O 2001 Benutzerhandbuch zu SIKO SIMO Version 3 1 Programm zur stocha stischen Simulation WASY Gesellschaft f r wasserwirtschaftliche Planung und Sy stemforschung mbH Dresden WASY 2000 ArcGRM Havel 2 Etappe Entwicklung des Abflusssimulationsmodells WASY GmbH im Auftrag des Landesumweltamtes Brandenburgs WASY 2001 ArcGRM Dosse J glitz WASY GmbH im Auftrag des Landesumweltamtes Brandenburgs Kontakt Dr Ing Michael Kaltofen DHI WASY GmbH Niederlassung Dresden Comeniusstr 109 01309 Dresden Tel 0351 3143 8311 Fax 0351 3161 612 E Mail M Kaltofen dhi wasy de Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Berliner Gew sser Modellierung des Einflusses von Bewirtschaftung und Kl mawandel auf die Gew sserg te Erste Modellrechnungen zur Temperatursensitivit t staugeregelter Gew sser Annette Becker Paulin Hardenbicker und Helmut Fischer Problemstellung Das Modellgebiet der Berliner Gew sser umfasst ein komplexes Wasserstra ennetz Abb 1 das durch Stauregulierung niedrige Flie geschwindigkeiten und hohe N hrstofffrachten ge pr gt wird Borgsdorf Stauhaltung Wokersdorf ewe Ruo F rsten walde GT Aadeeg Aere 8 e Fluss oo Da Neue M hle wielowsee Abb 1 Modellgebiet Berliner Gew sser gelb hinterlegt Potsdamer Havel PHv Im dicht besiedelten Berliner Raum werden Wasserstra en und Flussseen zu vielen Zwecken genutzt etwa zur
56. Pegel Bona forth Die beobachteten Spitzen haben ihren Ursprung m glicherweise in lokalen Nieder schlagsereignissen in ungemessenen Zwischeneinzugsgebieten wodurch eine Abbildung durch benachbarte Referenzpegel nur bedingt m glich ist Als Ursache kommen aber auch Steuerungseinfl sse von oberhalb gelegenen Stauhaltungen in Frage Betrachtet man die Ab weichungen der Simulationen von der Beobachtung ber alle Pegel so wird deutlich dass die Differenzen unsystematisch und teilweise auch sehr gering sind Diese Tatsache kann als Hinweis darauf dienen dass wie oben bereits diskutiert Unsicherheiten bei den W Q Beziehungen der Abflusspegel sowie bei der Absch tzung der Abfl sse aus ungemessenen Gebieten ma geblich f r die Differenzen verantwortlich sind und dass das Betriebsmodell die Abfl sse grunds tzlich plausibel simuliert 4 Abgaberechnungen Die Funktionalit t des Betriebsmodells zur Simulation unterschiedlicher Talsperrenabgaben wird nachfolgend exemplarisch f r eine quas operationelle Situation w hrend einer Niedrig wasserperiode dargestellt Dabei bilden bis zum Vorhersagezeitpunkt Beobachtungsdaten und anschlie end im Vorhersagezeitraum Abflussvorhersagen den Modellinput Der Vorhersage zeitpunkt ist f r den 3 Mai 2011 um 5 00 Uhr festgelegt In Abb 6 sind die Auswirkungen von vier unterschiedlichen Abgabevarianten auf den zuk nftigen Talsperrenwasserstand so wie den Abfluss am Pegel Hann M nden Weser grafisch dar
57. W sterwit UW Zerben 35 37 2 a 325 330 335 340 345 EHK km km J P Tangermuende 20 GA N gt 32 3 32 2 CH Q cbm s 30 Hoehe m NN 32 1 dh Schleuse Parey 345 350 355 360 365 370 375 EHK km km 25 335 340 345 350 355 360 365 370 375 380 385 Elbe km km Abb 2 1D HN Modelle im Revier der BZR Mit den Berechnungsergebnissen der HN Modelle k nnen die vereinfachten Prozessmodelle validiert werden Zudem k nnen die HN Modelle in Abb 2 als Realit tsersatz genutzt wer den um das Verhalten der wasserwirtschaftlichen Optimierung realistisch zu testen Dazu werden die HN Modelle zusammen mit der Optimierungsrechnung gemeinsam unter Matlab Simulink betrieben Eine angeschlossene Datenbank bildet die f r die Wasserbewirtschaftung wesentlichen Funktionalit ten des Prozessleitsystems ab Dies wird als Simulation des ge schlossenen Regel Kreises bezeichnet 3 2 Vereinfachtes Prozessmodell Grundlage f r eine modellbasierte Vorhersage und Optimierung des Prozessverhaltens ist ein mathematisches Modell des Kanalsystems das einerseits die zeitliche und r umliche Ver n derung der Wasserst nde in Abh ngigkeit vom Einsatz der Pumpwerke und Entlastungsanla gen sowie des Schleusenbetriebs ber einen gro en Arbeitsbereich und einen Zeithorizont von mehreren Tagen hinreichend genau beschreibt und andererseits f r die Anwendung nu merischer Optimierungsverfahren unter Echtzeitbedin
58. WA und von UWA an externe Systeme dar 5 Monitoring der automatisierten technischen Abl ufe z B Datenimport Alle technischen Vorg nge s nd zu berwachen Die Systemzust nde m ssen an das im DLZ IT eingesetzte zentrale Monitoringsystem nagios bermittelt werden Die weitere Verarbeitung der Systemzust nde und eine m gliche Benachrichtigung bei auftretenden Problemen bernimmt das zentrale Monitoringsystem 6 Sichere Verwaltung der Daten Alle Daten sowie die Applikationskonfigurationen sind nach einem abgestimmten Sicherungskonzept dauerhaft zu speichern Dies geh rt zu den normalen Betriebsauf gaben wird aber oftmals untersch tzt bzw ist dies der Fachseite nicht transparent 3 Technische Umsetzung Die technische Umsetzung erfolgt nach europaweiter Ausschreibung durch den Auftragneh mer Fichtner IT Consult Im Weiteren wird auf deren interne Arbeitsweise nicht eingegangen Die weiteren Erl uterungen stellen die technische Umsetzung w hrend des Projektverlaufes zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer dar 3 1 Systementwicklung Im Projekt wurde eine inkrementelle Vorgehensweise zur Systemerstellung gew hlt Bereits die Erstellung des Pflichtenheftes sowie die Erstellung des Systems erfolgten in kleinen Schritten Der erste Prototyp zeigte bereits den technischen Durchstich ausgew hlter Funk tionen Der erweiterte Prototyp umfasste ca 80 aller Funktionen Mit der Version 1 0 wird der Pilotbetrieb durchgef hrt Alle T
59. WASYS Tag der Hydrologie 2011 n Wien Forum f r Hydrologie und Wasserbewirtschaftung Heft 30 11 S 186 192 EBNER VON ESCHENBACH A D J HOHENRAINER S KRAUSE R OPPERMANN K RICH TER H J THEIS 2011 BEWASYS Rhein Oder Tageswertmodell zur Simulation der Wasserbewirtschaftung der Bundeswasserstra en zwischen Rhein und Oder Bundesanstalt f r Gew sserkunde Bericht BfG 1730 LOUCKS D P E VAN BEEK 2005 Water resources systems planning and management An introduction to methods models and applications Studies and Reports m Hydrology UNESCO PUBLISHING PREUR P J IHRINGER W FINKE 2007 Wasserbewirtschaftung von Bundeswasserstra en Modellanforderungen und Umsetzung Forum f r Hydrologie und Wasserbewirt schaftung Heft 20 07 Band 1 S 157 168 ISBN 978 3 940173 04 1 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 PREU P J IHRINGER 2012 BEWASYS Entwicklung einer Methodik zur Bilanzierung von Kanal und Flussstauhaltungen Kolloquium berregionale Wasserbewirtschaf tung Entwicklung und Einsatz eines Informationssystems und verschiedener Mo delle am 12 13 Oktober in Hannover In Veranstaltungen 2 2012 Hrsg Bundesan stalt f r Gew sserkunde S 36 41 RICHTER K 2003 Ermittlung des Wasserdargebotes und der Grundwasserneubildung f r das Einzugsgebiet des Elbe Havel Kanals Teilbericht Anlage 1 zum Bericht Was serbewirtschaftungsmodell auf Tageswertbasis
60. ach Ost gesehen be steht es im Wesentlichen aus folgenden Wasserstra en Rhein Herne Kanal Haltung der Ruhr Wesel Datteln Kanal Datteln Hamm Kanal Teilen des Dortmund Ems Kanals Mit tellandkanal Elbe Seitenkanal Elbe Havel Kanal Untere Havel Wasserstra e UHW Ha velkanal Havel Oder Wasserstra e Spree Oder Wasserstra e SOW und dem Teltowkanal Dazu kommen noch Stichkan le insbesondere im Bereich der WSD Mitte In Abb 1 sind diese Wasserstra en sowie die Zust ndigkeitsbereiche der WSDen grafisch dargestellt Das System besteht zu ber 50 aus Kanalstrecken zu ca 20 aus staugeregelten Flussstrecken und zu 30 aus Flie gew ssern insbesondere im Bereich der WSD Ost Kurze frei flie Bende Flussstrecken befinden sich im Modellgebiet nur in der UHW der SOW und der Ruhr EBNER VON ESCHENBACH et al 2011 WSD Ost WSD Mitte Elbe Seitenk Mittellandk Mittellandk Untere Westhaltung Mittellandk Osthaltung Pa i Scheitelhalt ng sel e 2 Elbe Minden Havel K Dortrmurid Magdeburg Rothensee Ems K Weser Wesel Datteln K Datteln TE Rhein Datteln qJerne K Hamm K wn uhr Flussstauhaltung W Wasserstra e WSD West Mittellandk Scheitelhaltung Kanalhaltung K Kanal Zust ndigkeit der WSD Mitte Wasser und Schifffahrtsdirektion Mitte Betriebszentrale Abb 1 Bundeswasserstra en zwischen Rhein und Oder Seite 7 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltung
61. achteter Rand und Seitenzufl sse sowie der tats chlichen Talsperrenabgabe im Beobachtungs und Vorhersagezeitraum VZP Vorhersagezeitpunkt Da es im operationellen Betrieb nicht m glich ist s mtliche Unsicherheiten zu eliminieren wird der simulierte Wasserstand zum Vorhersagezeitpunkt VZP an die Beobachtung ange passt um einen m glichst realistischen Ausgangszustand f r die Vorhersage zu erreichen Abb 5 oben rechts Die Validierung der simulierten Wellentransformation in den Flie strecken unterhalb der Talsperre Eder Fulda erfolgt unter Ber cksichtigung der tats chl chen Talsperrenabgabe am Pegel Affoldern Eder der beobachteten Randzufl sse an den Pe geln Grebenau Fulda und Letzter Heller Werra sowie der Zwischengebietszufl sse zur Eder und Fulda Die messtechnisch nicht erfassten Gebiete werden dabei ber Referenzpegel und bertragungsfaktoren abgesch tzt Ein Vergleich der Simulationen mit den entsprechenden Pegelmessungen erlaubt Aussagen zur Simulationsg te des Betriebsmodells Aus Abb 5 Mitte und unten wird deutlich dass es teilweise Abweichungen zwischen Simulation und Beobachtung gibt die f r die einzelnen Pegel auch systematisch sein k nnen z B allgemei Seite 67 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 68 ne bersch tzung am Pegel Fritzlar Untersch tzung am Pegel Gunthershausen Zudem werden einzelne Abflussspitzen vom Modell nicht exakt wiedergegeben z B
62. ahme Gew sser Schleusungswasser Spaltwasser zuflu Spaltwasser Scheitelhaltung GW Austausch Pumpwassermenge Pumpwassermenge L Abb 1 Kanalstauhaltung mit Belastungsgr en In Abb 1 ist ein Beispiel f r ein Systemelement dargestellt eine Kanalstauhaltung Scheitel haltung Neben St rgr en wie Niederschlag Verdunstung Versickerung Zufl sse und Entnahmen gehen in die Modellrechnung noch die Werte zur Parametrisierung der Haltung ein Wasserstand Volumen Beziehung Oberfl che L nge Startwert Grenzwasserst nde Schleusen Pumpen Wehre F r einen genaueren Einblick in die M glichkeiten und Grenzen des Modells sei auf die Lite ratur im Anschluss verwiesen folgend werden die Weiterentwicklungen am Modellkern und der Benutzerschnittstelle ausgel st durch die aktuellen Projekte aufgezeigt Verwiesen sei auch auf die Beitr ge von EBNER VON ESCHENBACH et al 2012 siehe S 42ff und HOHEN RAINER et al 2012 siehe S 61ff 3 Weiterentwicklung Nach der Fertigstellung im Jahr 2003 haben sich durch neue Fragestellungen auch neue An forderungen an das Bewirtschaftungsmodell BEWAYS ergeben Im Wesentlichen wurden drei Schwerpunkte vorangetrieben die offene Programmierschnittstelle APD eine Zeit schrittprognose und die konsequente Trennung von Modellkern und Benutzerschnittstelle grafische Oberfl che 3 1 Offene Programmierschnittstelle APD BEWASYS bietet stan
63. andsinformationsdienste der BfG f r die Bundeswasserstra en Sediment Contact Tests Reference conditions control sediments toxicity thresholds Sedimentologische Prozesse Analyse Beschreibung Modellierung Ingenieurvermessung im Bauwesen der Wasser und Schifffahrtsverwaltung Verfahren der kotoxikologischen Risiko Bewertung in der Umweltsicherung Softwarel sungen f r ein integriertes Hochwassermanagement Aspekte des Schadstoffmonitorings an Schwebstoffen und Sedimenten in der aquatischen Umwelt Flusssysteme in Raum und Zeit Ber cksichtigung verkehrs und bautechnischer Emissionen und Immissionen in Umweltvertr glichkeits pr fungen Pathogene Vibrionen in der marinen Umwelt Riskobewertung stofflicher Belastungen Screeningverfahren zur Erfassung endokriner Wirkungen in der aquatischen Umwelt Erfassung und Bewertung des hydromorphologischen Zustands in Wasserstra en Umweltauswirkungen von Wasserinjektionsbaggerungen Zeitgem e Erfassung und Bereitstellung von Geobasisdaten f r die WSV EurAqua Symposium Impact of climate change on water resources 200 years hydrology in Europe a European perspective in a changing world Schadstoffdynamik in Flussgebieten Ursachen Wirkungen und Konsequenzen stofflicher Ver nderungen in Raum und Zeit Partikul re Stoffstr me in Flusseinzugsgebieten
64. arkei ten und Anlagenparameter werden in die optimierte Wasserbewirtschaftung einbezo gen gt Nicht direkt messbare Aufleitungen und Verluste werden durch eine Erweiterung der Zustandssch tzung identifiziert und k nnen als Erg nzung zur online Messung von Aufleitungen n das Prognosemodell einbezogen werden gt Weitere spezifische Anforderungen wie die berleitung einer Mindestwassermenge in Untere Havel Wasserstra e werden in die Optimalsteuerungsaufgabe einbezogen Im Verlauf der weiteren Projektbearbeitung soll der wirtschaftliche Nutzen durch eine ver gleichende Langzeitsimulation quantifiziert sowie eine koordinierte Wasserbewirtschaftung der BZ Minden und Rothensee simulativ untersucht werden Die Anbindung der optimierten Wasserbewirtschaftung an die Leittechnik der BZ Rothensee und die Inbetriebnahme ist f r 2012 vorgesehen Seite 121 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 122 Literatur ARNOLD E H LINKE W SIEBERT 1999 Ein Modell pr diktives Regelungsverfahren zur optimierten Wasserbewirtschaftung des Mittellandkanals und des Elbe Seitenkanals In at Automatisierungstechnik 47 9 S 399 407 FINKE W S KRAUSE A HAUNSCHILD 2004 Istzustandsanalyse der wasserwirtschaftli chen Verh ltnisse des Kanalsystems zwischen Rhein und Oder Auftraggeber Was ser und Schifffahrtsdirektionen West Mitte und Ost Bundesanstalt f r Gew sser kunde Bericht BfG 1427 LEVEQU
65. azu notwendigen Steuerentscheidungen muss in Abh ngigkeit vom aktuellen Zu stand von vorhergesagten Einflussgr en Schleusungswassermengen Windlast und von der i d R zeitvarianten Elektroenergietarifstruktur der Pumpwerke erfolgen Die richtige Erfassung kritischer Prozesssituationen wie z B der starken Schr gstellung des Wasserspie gels in langen Stauhaltungen infolge starken Windes muss im operationellen Betrieb gew hr leistet sein Die Software muss an das Leitstellensystem der Betriebszentrale angebunden sein ber eine Datenschnittstelle werden Messwerte Anlagendaten und Optimierungsergebnisse ausge tauscht Die Wasserbewirtschaftung wird im halbautomatischen Betrieb ausgef hrt d h die berechneten Pump und Entlastungsauftr ge werden dem Bedienpersonal als Entscheidungs vorschl ge zur Verf gung gestellt Der Bediener kann in seine endg ltige Steuerentscheidung zus tzliche Informationen einbeziehen Durch die zyklische Arbeitsweise werden von den Vorgaben abweichende Steuerentscheidungen ber cksichtigt Ein L sungsansatz f r eine optimierte Wasserbewirtschaftung der Kan le im Revier der Be triebszentrale Minden BZM wurde in Zusammenarbeit mit der TU Ilmenau LINKE et al 1998 ARNOLD et al 1998 entwickelt und wird mit Erfolg in der BZM betrieben Aufbauend auf den dort entwickelten Ans tzen soll die wasserwirtschaftliche Optimierung f r die Be triebszentrale Rothensee BZR entwickelt und vor Ort implementier
66. b ros SYDRO ging die Weiterentwicklung von der universi t ren Einrichtung zu einem Ingenieurb ro ber mit der Konsequenz dass reale Projekte und Probleme aus der Praxis den Fortgang von TALSIM immer mehr pr gten Mit der Zunahme an kombinierten Aufgabenstellungen zu Hydrologie und Wasserg te wurde der Programm umfang um die Abbildung des Stofftransportes vergr ert Mit der Erweiterung um leistungs f hige Pre und Postprocessing Tools und dem Einsatz von Webtechnologie kamen auch der Mehrbenutzereinsatz die r umliche Unabh ngigkeit zwischen den Kernkomponenten zur Benutzungsoberfl che und der operationelle Einsatz in konkreten Projekten zum Einsatz Seit 2009 folgte deshalb konsequenterweise der Schritt zur n chsten Generation des Pro gramms was sich auch im Namen wiederfindet denn TALSIM NG bedeutet TALSIM Next Generation Nachfolgend soll anhand von Beispielen gezeigt werden welche unterschiedlichen Aspekte Details und Aufgaben bearbeitet werden 2 TALSIM NG als Instrument zur Planung In der Planungsphase kommt es h ufig darauf an ausgehend von einem Ist Zustand unter schiedliche Varianten abzuleiten diese zu simulieren und aus den Ergebnissen die entspre chenden Schl sse zu ziehen Dabei verlangen die Aufgabenstellungen unterschiedliche De tailsch rfe die es erforderlich macht das Programm in verschiedenen Skalen arbeiten zu lassen Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 2 1 Wasserwirt
67. baut und erm glicht die Kombination ver schiedener linienhafter Elemente Kanal und Flusstauhaltungen Talsperren frei flie ende Gew sser die durch punktf rmige Elemente z B Schleusenstandorte Ein und Ausleitun gen weiter spezifiziert werden k nnen Die zeitliche Diskretisierung betr gt m vorliegenden Fall eine Stunde Die Systemskizze in Abb 2 veranschaulicht die im Betriebsmodell einge setzten Modellbausteine die nachfolgend kurz erl utert werden Weiterf hrende Informatio nen zu BEWASYS finden sich im Beitrag von PREU amp IHRINGER 2012 s S 36ff sowie in EBNER VON ESCHENBACH ct al 2011 Seite 62 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Legende Flussstauhaltung lt lt frei flie ende Strecken Randzufluss Staupunkt Knotenpunkt Zwischengebietszufluss Steuerpegel Validierpegel Talsperre Zuflussbilanzierung f r Edertalsperre Zufl sse Niederschlag und Verd l Affoldern Abb 2 Systemskizze Betriebsmodell Edertalsperre Die Edertalsperre selbst wird im Modellsystem unter anderem durch Wasserstands Ober fl chen Volumen Beziehungen jahreszeitlich variierende Stauziele und Abgaberegeln charakterisiert Zudem wird eine Wasserstands Abfluss Beziehung f r den unkontrollierten Talsperren berlauf vorgegeben Die Wellentransformation in den Flie gew ssern unterhalb der Talsperre Eder und Fulda wird durch lineare Doppelspeicherkaskaden beschrieben Entlan
68. buch der Wasserwirtschaft 8 Auflage Verlag Paul Parey Berlin S 1123 1163 KADEN S M SCHRAMM M REDETZKY 2004 ArcGRM interactive simulation system for water resources planning and management in river basins In Xi R Z Gu W Z Seiler K P eds Research basins and hydrological planning Taylor amp Francis London pp 185 192 Seite 59 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 60 KADEN S M SCHRAMM M REDETZKY 2005 Gro r umige Wasserbewirtschaftungsmo delle als Instrumentarium f r das Flussgebietsmanagement In Wechsung F Be cker A Gr fe P Auswirkungen des globalen Wandels auf Wasser Umwelt und Gesellschaft im Elbegebiet Konzepte f r die nachhaltige Entwicklung einer Fluss landschaft Band 6 Wei ensee Verlag Berlin S 223 233 KOCH H U GR NEWALD 2009 A comparison of modelling systems for the development and revision of water resources management plans Water Resources Management 2009 23 1403 1422 LOUCKS D P E VAN BEEK 2005 Water Resources Systems Planning and Management UNESCO 680 S SCHRAMM M 1995 Die Bewirtschaftungsmodelle LBM und GRM und ihre Anwendung auf das Spreeeinzugsgebiet In Wasserbewirtschaftung an Bundeswasserstra en Mitteilung Nr 8 der Bundesanstalt f r Gew sserkunde Koblenz S 7 19 WURBS R A 2005a Modeling rivers reservoir system management water allocation and supply reliability J
69. ch Im Verlauf der Simula tion werden simulierte Werte mit den Zeitstempeln der S mulationszeit in den entsprechen den Tabellen f r Pegelmesswerte Schleusungen Pump und Entlastungsauftr ge etc abge legt Ein Matlab Script generiert zu den Startzeitpunkten der Wasserbewirtschaftungsrech nung die Eingabedaten startet die Wasserbewirtschaftungsrechnung und bernimmt nach deren Abschluss die optimierten Anlagenauftr ge in die Datenbank Das Simulink Modell berechnet daraus die zu realisierenden Durchfl sse der Pumpstationen und Entlastungsanla gen f r den folgenden Abschnitt des Simulationshorizonts x10 Wasservolumen MLK O x 10 Wasservolumen MLK O 1 98 1 98 Fan wen a da ar RAW ZEN A 4 lea fag Yda S A u T nn ST vet I wech OO D EI EE PTE Sa eh d GC Du d xy j l I F f J Sch Kei D a Kei A J 1 92 E t ohne Zufluss ohne Zufluss mit Zufluss ohne Prognose ze mit Zufluss mit Prognose Wasservolumen m te Sen Wasservolumen DR Ke La 1 88 mit Zufluss ohne Prognose ss Mit Zufluss mit Prognose wh CO CO D oo gt 1 82 1 82 0 5 10 15 20 0 5 10 18 20 Zeit d Zeit d Abb 5 S mulationsergebnisse Wasservolumen der MLK Osthaltung bei zus tzlichem Zufluss 6 m s links und 11 m s rechts graue Bereiche Grenzwerte des rtlich gemittelten Wasserstands Abbildung 5 zeigt exemplarische Simulati
70. d Die Ergebnisse der Ver nderungen in den Energiekosten repr sentieren eine Teilbandbreite m glicher Entwicklungen des Wasserdargebots 5 2 M gliche Auswirkungen ver nderter Anspr che der Nutzer auf die Wasserbewirtschaftung Die Ergebnisse der Untersuchungen zu den m glichen Auswirkungen ver nderter Anspr che der Nutzer sind in Abb 6 dargestellt Die Art der Darstellung orientiert sich an Abb 5 Die Annahme zur Erh hung des mengenm igen Schiffsverkehrs ist in Abschnitt 4 2 erl utert m gliche Entwicklung der Energiekosten im Westdeutschen Kanalsystem Klimaprojektion C20 A1B_EH5r3_REMO_25_Is_HBV_BEWASYS Erh hung der t glichen Schiffstransporte AnzSchiff 225 200 2 zT 175 e 150 DS e Q c 125 g UU ve E S 2100 A o d HK fl e AnzSchiff S q Ty dr e e S NEE fb 5 Fee T MAAS N VON 50 0 LOA eg E SE AnzSchiffe Status Quo SQ 03 gt gt 25 4 lt 50 75 eem DEEL EE KEE E DEEN DEL ee KEE 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100 Abb 6 Entwicklung der normierten Energiekosten Bezug Status Quo im Referenzzeitraum 1963 1992 bei zeitlicher Ver nderung von Dargebot und Bedarf In Abb 6 ist zu erkennen dass der Anstieg der Anzahl der Schiffstransporte im Referenzzeit raum zu einer Erh hung der Energiekosten um bus zu 75 f hren kann Zur Einordnung der Gr enverh ltnisse der Energiekosten sind in dieser Abbildung zus tzlich die Mittelwerte der nderung der n
71. d wieviele Pumpen jeweils ber das Pumpwerk M nster bzw den Mittellandkanal geschaltet werden m ssten gt analysiert werden welche und wieviele Pumpen andererseits ber den Rhein Herne Kanal geschaltet werden m ssten gt ermittelt werden wie hoch die Pumpkosten ber die Pumpwerke M nster und Minden sind gt ermittelt werden wie hoch die Pumpkosten ber die Pumpwerke am Rhein Herne Kanal sind Seite 25 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 26 Aus den dann erhaltenen Daten wird ersichtlich ob es berregional gesehen wirtschaftlicher ist zur Speisung der Scheitelhaltung des Westdeutschen Kanalsystems ber das Pumpwerk M nster und Minden oder ber den Rhein Herne Kanal zu pumpen Das Bewirtschaftungs konzept kann dann entsprechend angepasst werden 6 Fazit und Ausblick UWA erm glicht nun den unkomplizierten und jederzeit m glichen Datenaustausch unter den Betriebszentralen Alle Betriebszentralen erhalten einen detaillierten Einblick n die Bewirtschaftungssituation der jeweils anderen Betriebszentralen Dadurch ist eine bergreifende Planung und Optimie rung der eigenen Bewirtschaftungsstrategie m glich Au erdem erfolgt die Bewirtschaftung ressourcenschonend und wirtschaftlich In besonderen Bewirtschaftungssituationen wie z B Wassermangel oder Hochwasser kann das Wasser weitr umiger verteilt werden z B bei Trockenheit im Osten k nnte Wasser aus dem Rhein ber die
72. dardm ig eine gewisse Grundfunktionalit t in der Bewirtschaftung des Wasserdargebots mit den m glichen Modellbausteinen und deren Verkn pfungen Es wurde dabei darauf geachtet mit m glichst wenigen einfachen Elementen und Funktionen auszukommen Knoten und Streckenfunktionen Im Grundzustand berechnet BEWASYS autark Steuerung und die daraus resultierenden Systemzust nde der einzelnen Bausteine Wasserst nde Abfl sse Defizite und bersch sse entsprechend der vorgegebenen Rand bedingungen Grenzw sserst nde Die Steuerm glichkeiten des Modells im Grundzustand sind Wehre und Schleusen bersch sse werden entlastet bei Defiziten die Schleusungsvor g nge reduziert Pumpen werden in diesem Zustand nicht variabel gesteuert Seite 37 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 38 Erfordert ein wasserwirtschaftliches System feinere spezielle Steuermethoden z B lokal bedingte Wasser berf hrungen oder eine berregionale Bewirtschaftung so reicht die be wusst einfach gehaltene Grundfunktionalit t von BEWAYS nicht mehr aus F r solche F lle wird unter BEWASYS eine offene Programmierschnittstelle API bereitgestellt Der Benut zer kann mit dieser durch eigene Programmierung entweder in den automatisieren Ablauf eingreifen oder die Steuerung des Systems in der API ganz bernehmen Steuergr en Pum pen und Entlastungen Dieser Modus wird manuelle Steuerung genannt Die offene Prog
73. dass sich aufgrund des Baus von Heizkraftwerken am DHK der Bedarf an regional nicht verf gbarer Kohle und somit die Anzahl der Schiffstransporte erh ht Es wurde von einer Erh hung der t glichen Schiffstransporte von derzeit durch schnittlichen 6 auf 12 18 bzw 24 am Standort Hamm DHK ausgegangen Da die Route der zus tzlich notwendigen Schiffstransporte nicht bekannt ist wurde zus tz lich angenommen dass sich der Verkehr auf RHK und WDK gleichm ig verteilt Ein Grundproblem beinhaltet die Annahme zu verkehrlichen Ver nderungen im mengenm Bigen G tertransport Die Anzahl der t glichen Schiffstransporte h ngt direkt von dem zur Verf gung stehenden Wasser ausgedr ckt als Wasserstand in der Kanal bzw Flussstauhal tung ab Der Wasserstand ist jedoch als Steuergr e m Modell verankert In der Praxis redu ziert sich die Anzahl der Schiffstransporte und somit die Anzahl der Schleusungen wenn der Wasserstand einer Haltung eine kritische niedrige H he erreicht Diese Abh ngigkeit muss bei der Simulation ber cksichtigt werden Ein pragmatischer Ansatz ist die zweimalige Durchf hrung der Simulation In dem Fall dass die Ergebnisse des ersten S mulationslaufes zeigen dass die simulierten Wasserst nde geringer als die unteren Betriebswasserst nde sind muss die Anzahl der Schleusungen in einem zweiten S mulationslauf entsprechend reduziert werden Weiterhin war es notwendig die Ver nderungen des Wasserbedarfs von zum
74. dellierung NM7Q und Gebietspegel diejenigen Ketten ausgew hlt die die Bandbreite des zu erwartenden Kl masignals abbilden Das KLIWAS Projekt 5 02 beschreibt klimabedingte nderungen des Stoffhaushalts und der Planktonentwicklung www kliwas de Vorhaben Projekte Gew sserzustand Binnen Pro jekt 5 02 Algen Mit dem G temodell QSim werden Klimaprojektionen Abfluss und Stoff eintragsszenarien zusammengef hrt um den Einfluss des Klimawandels auf die Gew sserg te zu quantifizieren Schlie lich werden Managementoptionen entwickelt und getestet um eventuellen negativen Tendenzen entgegenzusteuern Die Klimaprojektionen und zuk nftigen Gew sserg teszenarien werden auch verwendet um die Auswirkung von Bauma nahmen am Gew sser auf den Stoffhaushalt abzusch tzen Modellgebiete sind neben den hier behandel ten Berliner Gew ssern auch Rhein und Elbe Das Projekt steht mit anderen aktuell laufenden Forschungsprojekten im Modellgebiet Berlin im Austausch insbesondere besteht eine Zusammenarbeit mit dem BMBF Projekt NITRO LIMIT www nitrolimit de Abbilden des Klimawandels im G temodell Bei der Gew sserg temodellierung wird neben Wetterstationsdaten ein kompletter Datensatz zur Belegung aller Modellr nder Zeitreihen von Abfl ssen und G teparametern einschlie lich Wassertemperaturen N hrstoffen und Plankton ben tigt Nur ein kleiner Teil der ben tigten Daten kann von vorgeschalteten Modellen bereitgestellt werd
75. den Zwangsweise durchgef hrte Updates gibt es nicht Eine sp tere Ska lierbarkeit verbunden mit mehrfachen Installationen ist nicht eingeschr nkt Nat rlich bestehen auch Nachteile OSS bedeutet nicht lizenzfreie Software Insbesondere bei einer Verzahnung von OSS mit Closed Software muss beachtet werden ob dies die OSS Lizenz zul sst Eine Vielzahl von OSS Lizenzen z B GNU GPLv3 www gnu org licenses gpl 3 0 html legen eine Vererbung der OSS Lizenz fest Wird diese OSS mit anderer Software als Gesamtsoftware genutzt bertr gt sich die OSS Lizenz auf die Gesamtsoftware 3 3 berwachung Jede Applikation und die f r den Betrieb genutzte Infrastruktur Server Router Netze m s sen technisch berwacht werden um kritische Systemzust nde festzustellen und vor einem Systemausfall beheben zu k nnen Aufgetretene Fehler m ssen schnell an die verantwortli chen Betreuer gemeldet werden Im DLZ IT besteht bereits eine solche berwachung Seite 15 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 16 Im Rahmen der UWA Entwicklung wurden neben der Hardware auch technische Abl ufe aus UWA an das zentrale Monitoringsystem angeschlossen Die bermittlung des Systemzustan des erfolgt mit dem Simple Network Management Protokoll SNMP Dies betrifft alle zeit gesteuerten Prozesse bernahme der Messstellen aus PEGELONLINE Import der Betriebs und Bewirtschaftungsdaten Berechnung der Haltungsbilanzen sowie die
76. der Pilotbetrieb Der Auftragnehmer Fichtner IT Consult wird mit der dauerhaf ten Pflege des IT Systems beauftragt F r die Einf hrung bei den Betriebszentralen liegt ein Entwurf eines Service Level Agreements SLA vor Dieses SLA regelt den Betrieb von UWA beim DLZ IT Der Abschluss des SLA soll mit dem Einf hrungserlass erfolgen Nach Einf hrung von WA durch die WSV wird die Webseite www uewa wsv de im Inter net freigeschaltet Im Laufe der Nutzung sind weitere Optimierungen vorstellbar So kann die Kartendarstellung verfeinert sowie mit weiteren Kartenhintergr nden angereichert werden Eine h here Daten aktualisierungsrate sowie weitere Umweltdaten Wind und Niederschl ge k nnen die Be wirtschaftung weiter optimieren Eine sp tere Kopplung mit Bewirtschaftungsmodellen zum Rechnen von Steuerungsszenari en ist technisch vorstellbar Literatur WSD Mitte 2005 Projektauftrag zur Entwicklung einer Informationsplattform zur berre gionalen Wasserbewirtschaftung des Kanalsystems zwischen Rhein und Oder Europ ische Union EU 2009 Eckpunkte einer nationalen E Governmentstrategie Anlage l Ministererkl rung von Malm zum eGovernment vom 18 Nov 2009 unter http www cio bund de SharedDocs Publikationen DE Bundesbeauftragte fuer Informationstechnik IT_Rat_Beschluesse beschluss_53_2010 anlage 1 download od _blob publicationFile letzter Zugriff 02 02 2012 Kontakt Dietmar Mothes Bundesanstalt f r IT Dienstl
77. des Bedarfes jedoch maximal 6 m s ge pumpt werden F r den Fall dass die Abfl sse in der Lippe am Wehr in Hamm unterhalb des geforderten Mindestdurchflusses von 10 m s liegen wird Wasser aus der Scheitelhaltung in die Lippe geleitet Sinnbildlich dargestellt ist die Niedrigwasseraufh hung der Lippe durch den hell blauen Pfeil in Abb 2 Zus tzlich sind die Pumpwerke mit einem gekr mmten Pfeil abgebil det der gleichzeitig auch die Pumprichtung symbolisiert Die eingekreisten Zahlen 1 bis 4 entsprechen der Priorit t der Haltungen Je niedriger die Zahl desto h her ist die Priorit t Die Buchstaben von a bis d stellen die Reihenfolge der Speisungen dar Im Fall eines Defizits f r die Scheitelhaltung bedeutet das beispielhaft dass diese zuerst mit Wasser aus der Lippe Buchstabe a gespeist wird danach ber das Pumpwerk M nster Buchstabe b und ber die Pumpwerksketten am RHK mit Entnahme aus Rhein und Ruhr Buchstabe c und abschlie Bend ber die Pumpwerkskette am WDK mit Entnahme aus Rhein Buchstabe d M nster IQ D Anschluss an BEWASYS Mitte Qnin 10 m ls woe A Flaesheim Datteln e Hamm aa 4 Eigenbedarf ansen Dorsten H nxe S Friedrichsfeld Z X Lu Pumpwerkskette WDK d a Eigenbedarf FIRE 3 g Gelsenkirchen Vanne Micke Duisburg Oberhausen Meiderich d g Rhein Herne Kanal RHK Gre H S Pumpwerkskette RHK c u HW Sperrtor 1 A Ruhr 1 Abb
78. die eine gew nschte System nderung nach sich ziehen Profilaufweitungen Pump werke etc Auch Fehlbedienungen Verlassen des zul ssigen Aussagebereiches Programm abst rze k nnen erw nscht sein zeigen diese doch die Grenzen der Modelle auf All dies trifft auf operationelle Modelle nicht zu diese m ssen entweder Abl ufe in Echtzeit steuern oder Vorhersagen liefern die Grundlage weiterer Entscheidungen sind Damit sind die oben erw hnten Modellans tze nicht zwangsl ufig geeignet im operationellen Betrieb genutzt zu werden Modelle im operationellen Betrieb werden durch folgende Forderungen definiert Seite 113 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 114 Robustheit d h die L sung ist stabil und zeigt kein chaotisches Verhalten 2 Prozessverhalten ist hinreichend genau abgebildet Prozessverhalten ist hinreichend einfach beschrieben damit die Gleichungen ge eignet sind f r Optimierungsalgorithmen 4 Echtzeitf hig bzw Schnelligkeit Die L sungen m ssen innerhalb des geforder ten Zeittaktes erhalten werden Die Aufgabe eines operationellen Modells f r eine optimierte Wasserbewirtschaftung ist die Gew hrleistung der geforderten Wasserst nde beim Betrieb der staugeregelten Wasserstra Ben Dies erfolgt bei Kan len blicherweise unter der Ma gabe die Wasserstra e wirtschaft lich zu betreiben d h die Energiekosten f r den Pumpbetrieb sind zu minimieren Die Ablei tung der d
79. e Dekade Monat konzipiert Meteorologische Eingangsgr en s nd Niederschlag und potenzielle Verdunstung nach Turc Ivanov Es wurde schon f r die Ab flusssimulation in der Spree der Havel und deren Zufl sse Rhin Nuthe Buckau Dosse J glitz angewendet u a WASY 2000 2001 F r die Anwendung des EGMO D wird das zu modellierende Einzugsgebiet in drei hydrogra fische Einheiten unterteilt grundwassernahe Fl chen Niederungsfl chen grundwasserferne Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Fl chen Hochfl chen und Wasserfl chen F r diese hydrografischen Einheiten gelten je weils unterschiedliche vertikale Modellstrukturen mit ihren spezifischen Parametern Au er dem k nnen auch sogenannte Fremdabflussfl chen ber cksichtigt werden die z B durch gro e Unterschiede zwischen ober und unterirdischen Einzugsgebieten oder durch bergbau lich bedingte Absenktrichter im Gebiet entstehen Die Ver nderung dieser hydrologischen Eigenschaften kann durch den zeitlich definierten Wechsel der diesbez glichen Parameter ber cksichtigt werden ohne dass die Simulation unterbrochen wird Die Anwendung dieser Parameters tze erfolgt im EGMO D zyklisch f r jede Realisation des Untersuchungszeitrau mes Die stochastischen meteorologischen Daten sind entsprechend gleichartig strukturiert Der Zeitpunkt der Wechsel der Parameters tze innerhalb einer Realisation h ngt von den Bewirtschaftungsregeln z B der Flutung de
80. e G tedatens tze vorliegen jeweils mit Klima modifizierten Eingaben entsprechend einer Kette und eines Zeitraumes model liert Verteilung Promill 0 100 200 300 400 500 DUU OO 500 S00 100 19g1 2010 Referenzzeitraum 7071 72100 ferne Zukunft Verteilung der Modellwerte f r ferne Zukunft EL iai Verteilung der echten Messwerte Jan 03 Feb Ui Apr03 Jun 03 Jul 03 Sep 03 Okt 03 Dez0 AU es auf ferne Zukunft transformierte ZU Si T 15 B S 10 DSP i i gt Jahr 2003 y E 0 echte Messwer 5 te 10 Abb 6 Oben Verteilung der Lufttemperaturen im G te Referenzzeitraum und ferner Zukunft Echam5_ r3 Remo5 7 f r die Station Potsdam Modellwerte 5 km Rasterzellenwerte in Anlehnung an das bei der bias Korrektur von Klimaprojektionsdaten gebr uchliche quantile mapping vgl MUDELSEE et al 2010 Seite 96 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 unten Ergebnis aus der bertragung der Verteilung aus dem G te Referenzzeitraum 1981 2010 n die ferne Zukunft auf das Jahr 2003 angewandt Erste Modellergebnisse Bei der Modellierung zuk nftiger Abfl sse sollen die zu erwartenden Management Einfl sse aus dem Modell WBalMo ber cksichtigt werden denn eine Modellierung mit dem nat rli cherweise zu erwartenden Wasserdargebot w re wegen der starken anthropogenen berpr gung der Abflussverh ltnisse h chstens von akademischem Interesse
81. e in Grundvariante 1 wohingegen sich die Unter schiede mit zunehmender Vorhersagel nge vergr ern Bei diesem Vergleich muss jedoch ber cksichtigt werden dass die tats chliche Talsperrenabgabe auf einer t glich aktualisierten Kenntnis der hydrologischen Situation im Gebiet basiert Demgegen ber beruht die in Grund variante 1 vorgeschlagene Abgabe auf Abflussvorhersagen deren G te erfahrungsgem mit zunehmender Vorhersagel nge abnimmt Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Talsperrenabgabe N O1 VZP 3 5 11 5 00 h Beo Abgabe N O Affoldern Beo O1 nach Betriebsregel ech O Abfluss m s Mindestabgabe 6 mis Abfluss Zufluss 29 4 11 1 9 11 3 5 11 5 5 11 75 11 9 5 11 Wasserstand Edertalsperre Stauziel _ l L EEN Abfluss Zufluss Wasserstand Beo Mindestabgabe 6 mis nach Betriebsregel VZP 3 5 11 5 00 h Beo Abgabe po poo 21 4 11 29 4 11 1 5 11 3 5 11 5 5 11 75 11 9 5 11 Abfluss Pegel Hann M nden Weser Hann M Beo O O Beo Abgabe OO EE _ Ziel Wst 120 cm i nach Betriebsregel Abfluss m s Wu CH Hann M Sim Mindestabgabe 6 mis VZP 3 5 11 5 00 h Abfluss Zufluss 27 4 11 29 4 11 1 9 11 3 5 11 5 5 11 7 9 11 9 5 11 Abb 6 S mulationsrechnungen mit vier unterschiedlichen Abgabevar ianten unter Ber cksichtigung vorhergesagter Rand und Seitenzuf
82. ebot stellt einen Teil der Eingangsgr en f r das Bewirtschaftungsmo dell dar Die Bandbreite m glicher zuk nftiger Ver nderungen des Wasserdargebots resultiert aus der Verkettung von verschiedenen globalen GCM und regionalen RCM Klimamodellen mit Wasserhaushaltsmodellen Die resultierenden Modellketten sind beispielhaft f r das Flussge biet des Rheins in Abb 1 aufgelistet Die zum gegenw rtigen Zeitpunkt bereits bearbeiteten Elemente der Modellkette sind hellblau eingef rbt Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Emissions Globales Regionales Bias Regionale Betroffene szenarios Klima Klima eg korrektur Hydrologie Sektoren extrem A2 ARPEGE AR4 AR4 adin Linear Scaling _ LARSIM Ge Advanced Pa NS SME HBV134 Scaling 1 xnm mittel A1B Advanced ES AR4 Scaling 2 mu b HBVO aerer Binnenschiff Advanced H SEH moderat Scaling 3 ku a ee j CU HIRHAM Quantile H SE mapping ae b kees Verladende R ENS F Wirtschaft 2 grad Delta Change Ss b GR5J HSR o H CEMAGREF E1 ENS RACMO ENS MOS H L MIUB H MOHY 4 RCP s RCA Ger b CEMAGREF 3 8 5 Wim MORD erer PREVAH rn FEEREEREEBEnEn H IAC Kontroll IPSL a CRES aa G C20 SE SE HYRAS DWD BfG ERA40 bfo ECMWF STAR2
83. eilschritte wurden mit Zwischenreviews bewertet Zu jedem Teilschritt gab es notwendige nderungen Diese konnten ohne gravierende Verz ge rungen oder Mehrkosten umgesetzt werden Als Entwicklungsumgebung wurde eclipse eingesetzt Dies wurde zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer abgestimmt da der Auftragnehmer zur Lieferung des Codes verpflichtet war Als Programmiersprache wurde Java genutzt Viele Webfunktionen basieren auf Java Script Seite 13 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Die generische Webservice Schnittstelle wurde via axis SOAP Engine f r Webservices realisiert Um die Modularit t der Gesch ftslogik zur Datenbank sicherzustellen wurde HIBERNATE zur Speicherung von Objekten in Datenbanken genutzt Die verschiedenen Applikationseinheiten wurden strikt getrennt voneinander aufgebaut Der Anwendunsgsserver beinhaltet dabei die Verwaltung der verschiedenen Pr sentationen Daten quellen die Gesch ftslogik sowie die Persistenz Schicht die das Schreiben und Lesen der Daten aus der Datenbank bernimmt Die Haltung der Fachdaten bernimmt eine Oracle Datenbank Webseite GUI Webservices Dateischnittstelle Datenquellen Pr sentation Anwendungs server Gesch ftslogik Persistenz Schicht Datenhaltung Abb 1 Schichtenaufbau der technischen Einheiten von W A 3 2 Einsatz von Open Source Software OSS Der Einsatz von Open Source Software ist Ziel der Bundesregierung u
84. eistungen im Gesch ftsbereich des BMVBS DLZ IT Am Ehrenberg 8 98693 Ilmenau Tel 03677 669 2220 Fax 03677 669 3333 E Mail dietmar mothes dlIz it bvbs bund de Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Nutzen der mter bergreifenden Datenbank f r die t gliche Arbeit in den Betriebszentralen Meike Cropp 1 Einleitung Mit der berregionalen Informationsplattform zur optimierten Wasserbewirtschaftung des Kanalsystems zwischen Rhein und Oder WA sollte ein Instrument geschaffen werden das die drei Betriebszentralen in Datteln Minden und Magdeburg bei ihrer t glichen Arbeit un terst tzt In diesem Beitrag soll dargestellt werden wie die t gliche Arbeit in den Betriebs zentralen bisher verlief und wie sie durch WA zuk nftig optimiert werden kann Erl utert wird dies an der Zusammenarbeit der Betriebszentralen Datteln und Minden 2 Vorstellung des Kanalsystems mit dem Schwerpunkt Westdeutsches Kanalnetz Das Kanalsystem zwischen Rhein und Oder ist in der folgenden Abbildung dargestellt Die weiteren Erl uterungen werden sich auf das in dem roten Rechteck befindliche Gebiet das Westdeutsche Kanalnetz mit Anschluss an den Mittellandkanal MLK beschr nken pe kel Q q Elbe L beck Kanal Obere Havel Wstr M ritz Elde Wstr rtmund Ems K DEK Weser Havel K HvK gt n Wasserstr NG son N e Teltow K TeK Roth
85. en 2 2012 Seite 8 Zwei Schiffshebewerke und 84 Schleusen erm glichen das berwinden der H henunter schiede auf den Hauptstrecken Zur Speisung der 27 Haltungen werden 30 Pumpwerke be trieben FINKE et al 2004 3 Zielsetzung Die Bundeswasserstra en zwischen Rhein und Oder bilden einzugsgebiets bergreifend ein wasserwirtschaftliches System das nach einheitlichen Grunds tzen und Regeln mit den fol genden Zielen bewirtschaftet und gesteuert werden soll FINKE et al 2004 1 Gew hrleistung von Sicherheit und Leichtigkeit f r den Schiffsverkehr und 2 nachhaltige und energetisch optimierte Bewirtschaftung der Wasserressourcen Vor diesem Hintergrund wurde das zentrale Informationssystem UWA ehemalige Bezeich nung UWA Info errichtet welches die wasserwirtschaftlichen Aufgaben vor Ort unterst tzt und durch Datenimporte aus den Betriebszentralen in die Lage versetzt wird das Gesamtsy stem mit den jeweiligen wasserwirtschaftlichen Ma nahmen zwischen Rhein und Oder dar zustellen Diese Konstellation soll eine Entscheidungshilfe liefern um in Absprache mit den Nachbarbetriebsstellen ein Tageskonzept f r die Bewirtschaftung besonders in Trockenzeiten oder w hrend besonderer Betriebszust nde aufstellen zu k nnen Der Datenaustausch soll untereinander erfolgen um in allen Betriebszentralen die gleiche Sicht auf das System zu erm glichen Auf diese Weise kann in gemeinsamer Absprache eine optimierte Tagesbewirt schaftung al
86. en Da es ein erhebliches Artefaktpotenzial birgt diese fehlenden Zeitreihen f r projizierte Modelljahre zu rekonstruie ren sie m ssen logisch koh rent sein wird eine andere Strategie gew hlt Ausgegangen wird von realen Jahren f r die m glichst komplette Eingangsdaten zur G te modellierung vorliegen Diese werden in den Zusammenhang einer 30 j hrigen Klimaperiode gemessener Klimawerte 1981 2010 G te Referenzzeitraum gestellt Aus den KLIWAS Modellketten werden f r die nahe 2021 2050 und ferne Zukunft 2071 2100 jeweils zwei Projektionen ausgew hlt die die Bandbreite des zu erwartenden Klimasignals bez glich Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 95 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 des Kennwertes NMQ7 repr sentieren Zus tzlich wird eine mittlere Modellkette Emissi onsszenario AlB Globalmodell ECHAMS r3 Regionalmodell REMOS 7 von allen Projek ten verwendet um eine bessere Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu gew hrleisten Eine bertragung des Klimawandelsignals auf die reellen G tejahre erfolgt indem die Wer teverteilungen der klimasensitiven Gr en Globalstrahlung Lufttemperatur relative Feuch te Bew lkung Niederschlag Wind und Abfluss des G te Referenzzeitraumes jeweils denen des Projektionszeitraumes einer Modellkette gleichgesetzt werden Abb 6 Schlie lich wer den die Jahre aus dem Referenzzeitraum f r die komplett
87. en Erh hung der sommerlichen Niedrigwasserabfl sse zu rechnen FINKE et al 2007 Das Ergebnis der derzeit laufenden Modellierung der gemanagten Abfl sse unter Klimawandelbedingungen wird zeigen ob im Raum Berlin in der Zukunft in Summe cher niedrigere oder h here Niedrigwasserabfl sse zu erwarten sind Bis Ende 2013 werden f r das Modellgebiet Berlin mit den hier dargestellten Techniken Modellierungen der Gew sserg te f r die Bandbreite des zu erwartende Klimasignals unter Ber cksichtigung des Abflussmanagements durchgef hrt Die Ergebnisse werden zeigen rein hypothetisch Verringerung des Abflusses im Sommer Erh hung im Winter wie vielerorts auf grund des Klimawandels erwartet nderung prozentual in Anlehnung an durch Klimawandel ver n derte Abfl sse n Mosel Seite 98 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 ob gemanagte Abfl sse und andere Nutzungs nderungen die durch Klimawandel erwarteten Temperatureffekte auf die Gew sserg te insgesamt eher kompensieren oder verst rken und wie die Bandbreite der zu erwartenden Gew sserg te nderungen modellhaft abgesch tzt wird Literatur BECKER A T BERGFELD 2006 Bericht zu den BfG Bereisungen der Potsdamer Havel im Jahr 2005 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Bericht BfG 1486 75 S BECKER A V KIRCHESCH H BAUMERT H FISCHER A SCH L 2010 Modelling the effects of thermal stratification on the oxygen budget of an impounded
88. en diese bis auf die Mindestabgabe zur ck F r das Einsetzen des Personenschiffs in den Altm hlsee im Fr hjahr bzw zur Ent nahme des Schiffes im Sp therbst ist ein Mindestwasserstand im See notwendig Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Abb 3 Rothsee mit Main Donau Kanal im Vordergrund Hajo Dietz Fotografie N rnberg Luftbild ei Ga f KS Abb 4 Brombachsee mit den Vorsperren Kleiner Brombachsee und Igelsbachsee Hajo Dietz Fotografie N rnberg Luftbild Seite 105 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Einsatz von Wasserbewirtschaftungsmodellen gt Die berleitung Donau Main ber das Fr nkische Seenland wird ohne Modelle ge steuert gt Die Bundesanstalt f r Gew sserkunde war vom damaligen Talsperren Neubauamt N rnberg beauftragt ein Abflussvorhersagemodell f r die Altm hl beim Einlauf n den Altm hlsee zu entwickeln Herr Dr Wilke hat dieses Projekt Anfang Mitte der 1990er Jahre bearbeitet Trotz einigem Aufwand ist das Vorhaben nach mehreren Jahren durchwachsener Entwicklung m Sand verlaufen Einen Abschlussbericht oder ein fertiges Gutachten gibt es nicht Das Modell wurde im praktischen Betrieb getestet Brauchbare Ergebnisse konnten nicht erzielt werden gt Die berleitung Donau Main wird nach unserer Betriebsvorschrift und der Dienstan weisung gesteuert gt Unersetzbar sind dabei Erfahrung und Fingerspitzengef hl der B
89. enkammern Hubh he L nge Breite Verlustwasser je Kammerf l lung und Anzahl der jeweils vorhandenen Sparbecken k nnen auch f r jeden Tag z B die An zahl der Schleusungen und das hierbei verbrauchte Verlustwasser abgefragt werden Abb 7 gt WSV berregionale Wasserbewirtschaftung Mozilla Firefox Datei Bearbeiten Ansicht Chronik Lesezeichen Extras Hilfe a C A COA https www uewatest wsv de UEW index html ir L Meistbesuchte Seiten Si Aktuelle Nachrichten A Google Ecosia A Portal WA_test f wSY berregionale Wasserbewirts EF Schleusungsanlage j Gel AS j berregionale Nummer untere Haltung v WSV de Objektnummer obere Haltung v Funktionen Name Km E Abmelden Themen Wasserstra e v Rechtswert L a a J Hintergrundthemen Anlagentyp v Hochwert ungsanlage aa DI x 9 Fachthemen nit Objektnummer 31141100011 EC lEreignisorte Betreiber v Lagesystem v Er DEK lwasserverteilanlagen Schleusen F rderanlagen Dokumente Schleusungen yp Schleuse Hattungen ar Schleusen oder Hebewerke 3 zahl der Sparbecken 4 Plschteusungsanlagen Nummer Objektnummer Name Anlagentyp Fall Hubh he L nge m Breite m verlustwasser m Anzahl der Sparbe P Bundeswasserstra en 25 31141100011 M nster WEST Schleuse 6 20 190 00 12 56 16 000 00 1 Details 26 31141100012 M nster OST Schleuse 6 20 165 00 9 50 8 000 00 1 d W O L 27 31141100013 Munster H Schleuse 6 20 2
90. enseg Magdeburg WSD O Nuthe u De De Lippe lt lt bg Q E es e Datteln Hamm K Spree EE WSD Mitte WSD Ost tc Diemel lt Eder HI Werra I S Z g 4 Schleuse Wasserstra en andere Gew sser IT Schiffshebewerk EEE Fluss ge Flie gew sser KAN LE Talsperre WSD West Sep Flussstauhaltungen Modellgrenzen der Teilsysteme Zust ndigkeitsbereich Scheitelhaltung Abb 1 Wasserstra en zwischen Rhein und Oder Seite 19 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 20 VM MM V RHEIN 3 Bisherige t gliche Zusammenarbeit der Betriebszentralen Datteln und Minden Die bisherige Zusammenarbeit stellt sich so dar dass t glich am Morgen verschiedene Daten telefonisch bermittelt werden Die Betriebszentrale BZ Datteln bermittelt folgende Daten an die BZ Minden gt die Schleusungsmengen in m der Schleusengruppe M nster vom Vortag gt die Pumpmengen in m des Pumpwerks M nster vom Vortrag gt die Entlastungsmengen in m des Entlastungsbauwerks Fuestrup vom Vortag gt das Tagesmittel in m s der Einspeisung von Lippewasser in das Westdeutsche Kanalnetz in Hamm Au erdem werden nachstehende Daten von der BZ Minden an die BZ Datteln weitergegeben die Pumpmengen in m des Pumpwerks Minden die Entlastungsmengen in m ber die Kanalturbine Minden die Entlastungsmengen in m ber die Pumpen im Pumpwerk Minden der Wass
91. er Wasserbewirtschaftung f r komplexe wasserwirt schaftliche Systeme Uwe Gr newald 1 Einleitung Wasserwirtschaftliche Bilanzen basieren wie Bilanzen allgemein auf der Gegen berstel lung von mindestens zwei Gr en Ein einfacher Fall einer solchen w re demnach die Ge gen berstellung von bisher bestehenden Nutzungen an einem bestimmten Flie gew sserquer schnitt zum dort vorhandenen Wasserdargebot Auf dieser Grundlage lie e s ch z B einfach feststellen ob eine dar ber hinausgehende weitere Nutzung m glich ist oder nicht Je intensi ver die Wassernutzungen in einer Region sind desto detaillierter m ssen die wasserwirt schaftlichen Bilanzbetrachtungen durchgef hrt werden Die anzuwendende Bilanzmethode richtet sich vor allem nach der Aufgabenstellung und dem Vorhandensein der erforderlichen Daten Tabelle 1 zeigt eine bersicht ber gebr uchliche Bilanzmethoden die damit ver kn pften Bilanzarten sowie die Anforderungen an die Datenbasis und an den Bearbeitungs aufwand Grunds tzlich sollten die Bilanzen f r Flusseinzugsgebiete erstellt werden Die Bilanzpunkte werden unter den Gesichtspunkten der Gegen berstellung von Wasserbedarf und Wasserdargebot eventuell auch Wasserverlusten an bestimmten Bilanz oder Nutzungs profilen fixiert Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Tabelle 1 bersicht ber gebr uchliche Wassermengenbilanzmethoden ver ndert nach BOTH et al 1982 Bilan
92. er WSD West zus tzlich der Sonderfall auf dass von der frei flie enden Lippe Wasser in die Scheitelhaltung eingespeist bzw der Abfluss in der Lippe am Wehr Hamm in Niedrigwasserzeiten mit Kanalwasser aufgeh ht werden kann Mit Hilfe dieser Daten werden die Wasserbilanzen dieser Haltung ermittelt Die Haltungen sind durch Schleusen bzw Hebewerke verbunden welche wiederum Pump werke und Wehre enthalten k nnen F r jede dieser Merkmale werden in UWA die tagesaktuellen Kenndaten gehalten MEYER amp MOTHES 2008 Mit Hilfe aller oben genannten Daten werden die Wasserbilanzen der Hal tungen ermittelt und dargestellt Mit WA ist ein berregionaler Informationsaustausch ge w hrleistet und die Zusammenarbeit der Betriebszentralen wird weiter optimiert Pegel geh ren jeweils zu einem Gew sser und einer 1 Haltung k nnen auch direkt an Schleuse Hebe Werk liegen Kann mehrere enthalten Kann mehrere anhalten En EEE Kann rem Kann mehrere E Entnahmen enthalten enthalten I eg E Einleitungen Eigenschaften en E Entlastungen D Freiwasser nur WSD West E Mindestdurchfl sse z EE vnnnnnnnnnnnnRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRR RER RRRRRR RER RER RRRR P E Haltungsbilanzen Abb 3 Auszug aus dem Datenmodell von WA mit Darstellung der wichtigsten Tabellen und ihren Beziehungen zueinander MEYER amp MOTHES 2008 besitzt eine Die UWA befindet sich derzeit im Probebetrieb und wird
93. erpunkten gt Niedrigwasseraufh hung der Oberweser zur Unterst tzung der gewerblichen Schiff fahrt gt Hochwasserschutz f r die untere Eder die Fulda die Weser und die Diemel gt Stromerzeugung durch Wasserkraftanlagen Hinzu kommen weitere Nutzeranspr che die bei der urspr nglichen Konzipierung der Tal sperren zwar noch keine Rolle gespielt haben mittlerweile aber auch Ber cksichtigung fin den Dazu geh ren die Berufs und Sportfischerei der Wassersport sowie weitere Aktivit ten die mit dem Tourismus in Verbindung stehen Aufgrund der unterschiedlichen zum Teil auch konkurrierenden Anspr che der verschiedenen Nutzer ist es notwendig bei der Abgabenpla nung verschiedenste Rahmenbedingungen zu beachten Zur Unterst tzung der Entschei dungsfindung bei der Festlegung der Talsperrenabgabe im operationellen Betrieb wurde da her die Bundesanstalt f r Gew sserkunde BfG vom WSA Hann M nden mit Untersu chungen zur nachhaltigen Bewirtschaftung und Steuerung der Edertalsperre beauftragt Seite 61 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 3 Legende Pegel Gew sser C Einzugsgebiete H he m NN o cu N E 50 100 2 EI E 100 150 bh EEE 150 200 E27 200 250 C 250 300 300 350 1 350 400 400 450 E 450 500 EEE 500 600 1 BEE 600 700 1 E on 800 A U s00 200 Abb 1 Untersuchungsgebiet Diese Untersuchungen gliedern sich in drei Schr
94. erstand des Pegels Recke der Cl Wert in mg l in Bramsche Dortmund Ems Kanal DEK TN d Bergesh vede UI IE WE sc RL emm mmm 8 Rm SN u Bramsche Fuestrup WA zf FE Al Datteln Hamm K H Diemel Be e Eben Herne Kanal amm WSD Mitte em E al Ruhr Eder Werra Fulda WSD West Abb 2 Wasserstra en des Westdeutschen Kanalnetzes mit Darstellung der f r die BZ Minden und Datteln relevanten Ereignisorte Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Diese Daten werden f r die t gliche Bewirtschaftungsplanung der jeweiligen BZ ben tigt Dadurch kann vermieden werden dass die beiden BZ in dem von beiden BZ bewirtschafteten Bereich zwischen M nster und Bergesh vede gegeneinander arbeiten So kann eine optimier te Wasserbewirtschaftung sichergestellt werden Dar ber hinaus werden besondere Ereignisse die einen gemeinsam bewirtschafteten Bereich betreffen wie z B gt starker Winddruck auf den Kanal und dadurch stark erh hte oder abgesenkte Pegel st nde in einzelnen Haltungsbereichen gt Starkregenereignisse auf den Kanal und dadurch drohende erh hte Pegelst nde gt Bauwerksausf lle oder Besch digungen die eine Beeintr chtigung der Wasserbewirt schaftung nach sich ziehen Beispiel Dammbruch an der Hase im vergangenen Jahr telefonisch an die benachbarte Betriebszentrale gemeldet und ein gemeinsames Vorgehen abgestimmt Jede Bewirtschaftungszen
95. etrachtenden Zeitabschnitte aufgestellt werden gt Mit den sich ergebenden stochastischen meteorologischen Reihen werden nat rliche Durchfl sse mit dem N A Modell EGMO D erzeugt gt Die summarischen Auswirkungen der zu definierenden Szenarien der Wasserbewirt schaftung und des Wasserbedarfs sowie des Klimawandels auf den Wasserhaushalt des Havel Spree Gebietes werden mit den WBalMo Havel Spree bewertet F r die hydrologische und die meteorologische Simulation wurden das prinzipielle Vorgehen und ausgew hlte Ergebnisse dargestellt Die f r beide Teile des Modellverbundes erreichte S mulationsg te bildet eine gute Grundlage f r die Anwendung der Wasserbewirtschaftungs modelle WBalMo Havel Spree Daf r sind Szenarien der Wasserbewirtschaftung und des Wasserbedarfs unter Nutzung von Untersuchungsergebnissen der L nder Sachsen Branden burg und Berlin der Vattenfall Europe Mining AG sowie des BMBF Projekts GLOWA Elbe zu erstellen Die bisherige fachlich fokussierte Zusammenarbeit mit der Bundesanstalt f r Gew sserkunde bietet daf r eine gute Grundlage Literatur GLOS E 1984 Die Einzugsgebietsmodellversion EGMO D f r Durchflussberechnungen in Dekaden bis Monatsschritten Teilbericht zu LAUTERBACH D u a ASU Spree l Ausbaustufe Forschungsbericht Institut f r Wasserwirtschaft Berlin PEST 2010 Model Independent Parameter Estimation and Uncertainty Analys s Water mark Numerical Computing Version 12 SIKO SIM
96. etriebsleitung Ange sichts der Abh ngigkeit vom Wettergeschehen und dessen Unw gbarkeit manchmal auch etwas Gl ck gt Derzeit erstellt die Universit t M nchen ein Modell zur Vorhersage der Auswirkun gen des Klimawandels auf den Wasserbedarf und das Wasserdargebot im Bereich der berleitung Trotz erheblichem Aufwand sind die bisherigen Erkenntnisse angesichts ihrer Unsch rfe eher ern chternd gt Fazit Die modellgest tzte Steuerung sehr komplexer Systeme erscheint immer noch sehr problematisch F r den Betrieb der berleitung Donau Main im Fr nkischen Seenland gibt es f r die Steuerung von Hand nach unserer Erkenntnis derzeit noch keine Alternative In knapp 20 Jahren Betrieb sind wir damit gut gefahren Kontakt Thomas Liepold Wasserwirtschaftsamt Ansbach Seestra e 15 91710 Gunzenhausen Tel 09831 6777 301 E Mail Thomas Liepold wwa an bayern de Seite 106 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Bewirtschaftung der M ritz Elde Wasserstra e und der St rwasserstra e S lke Schreier 1 Einleitung Die M ritz Elde Wasserstra e mit den Mecklenburger Oberseen und dem Schweriner See hat mit einem Gesamteinzugsgebiet von 2887 km f r die Landwirtschaft den Tourismus den Naturschutz die Energiegewinnung und die Schifffahrt in Mecklenburg Vorpommern nicht nur fl chenm ig einen besonderen Stellenwert Die Mecklenburger Oberseen und der Schweriner See sind Speicherr ume d
97. g der EGMO D Parameter f r einen Pegel der Havel Steinhavel OP Obere Havel Wasserstra e NSE 0 59 NSE 0 61 Abfluss m3 s Niederschlag mm EEE EEE SEE GE EEE Aa I WU LTE aAA A Lk AA an wm TAAA AA WEEN Y YASAY Y Jan 91 Jul 91 Jan 92 Jul 92 Jan 93 Jul 93 Jan 94 Jul 94 Jan 95 Jul 95 Jan 96 Jul 96 Jan 97 Jul 97 Jan 98 Jul 98 Jan 99 Jul 99 Jan 00 Jul 00 Jan 01 Jul 01 Jan 02 Jul 02 Jan 03 Jul 03 Jan 04 Jul 04 Jan 05 Jul 05 Jan 06 Jul 06 we Niederschlag beobachtet bereinigt simuliert Abb 6 Vergleich zwischen beobachteten und simulierten Durchfl ssen nach der Optimierung der EGMO D Parameter mit PEST Die als G tekriterium benutzte Nash Sutcliffe Effizienz zeigt eine gute bereinstimmung zwischen beobachteten und s mulierten Werten sowohl f r den mit PEST kal brierten Zeit raum als auch den Validierungszeitraum der nicht zur Kalibrierung verwendet wurde Auch die Dauerlinie die nicht direkt Gegenstand der Optimierung mit PEST war zeigt eine gute bereinstimmung zwischen beobachtet und simuliert Abb 7 F r die Pr fung der prinzipiellen bertragbarkeit der EGMO D Parameter auf hydrologisch gleichartige Teilgebiete wurden zwei diesem Kriterium gen gende Einzugsgebiete ausge w hlt F r beide wurden mit PEST erfolgreich Systemparameter ermittelt Abbildung 8 zeigt dass auch mit einem f r ein anderes Gebiet optimierten Parametersatz noch fast gleichwertige S mulationser
98. g der Fulda befinden sich mehrere Staustufen Zur Abbildung m glicher Steuerungen der Staustufen ist im Modell eine Flussstauhaltung vorgesehen die prinzipiell durch Stauzie le Gef lle Abfluss und Wasserstands Volumen Beziehungen sowie durch die Translations zeit parametrisiert werden kann Da die ben tigten Informationen zur aktuellen bzw zuk nf tigen Steuerung der Fulda Staustufen noch nicht vorliegen ist die Parametrisierung der Stau haltung in der aktuellen Modellkonfiguration so gew hlt dass keine Abflussverformung durch diese stattfindet Die Wellentransformation in der Fulda wird somit allein durch die linearen Doppelspeicherkaskaden simuliert Sollten zuk nftig die ben tigten Informationen zur Steuerung der Staustufen vorliegen kann die Parametrisierung der Flussstauhaltung ent sprechend angepasst werden Des Weiteren sind im Modell Knotenpunkte an repr sentativen Abflusspegeln zum Einlesen von Rand und Zwischengebietszufl ssen zur Validierung der Simulationen und zur Steuerung der Talsperrenabgabe Pegel Hann M nden Weser ber ck sichtigt 2 2 Festlegung der Talsperrenabgabe Die Abgabe aus der Edertalsperre orientiert sich am Talsperreninhalt sowie am Wasserstand am Pegel Hann M nden Weser Das Stauziel der Talsperre variiert jahreszeitlich wobei der Vollstau zum 1 Mai angestrebt wird um m glichst viel Wasser zur Niedrigwasseraufh hung w hrend der trockeneren Sommermonate zur Verf gung zu haben Abb 3 Die Mi
99. gebnisse erreicht werden k nnen Seite 88 12 0 10 0 8 0 Abfluss m s Abb 7 Abfluss m s beobachtet Kalibrierung simuliert Kalibrierung beobachtet Validierung Dauerlinie Steinhavel OP Obere Havel Wasserstra e Des E 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Quantil E simuliert Validierung Vergleich zwischen den Dauerlinien der beobachteten und simulierten Durchfl sse f r den Kalibrierungs und Validierungszeitraum nach der Optimierung der EGMO D Parameter mit PEST Steinhavel OP Obere Havel Wasserstra e Niederschlag mm Jul 93 Jan 94 Jul 94 Jul 95 Jan 96 Jul 96 Jul 98 Jan 99 Jul 99 Jan 00 Jul 00 Jan 02 Jul 02 Jul 03 Jan 04 Jul 04 Jul 05 Jan 06 Jul 06 Jan 05 Abb 8 Vergleich zwischen beobachteten und s mulierten Durchfl ssen bei der Verwendung bertragener Parameters tze f r EGMO D Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 89 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 90 4 Zusammenfassung und Ausblick F r die Untersuchung der Auswirkungen der Wasserbewirtschaftung und des Klimawandels auf den Wasserhaushalt des Havel Spree Gebietes kommt ein Modellverbund mit folgenden Komponenten zur Anwendung gt F r die stochastische Simulation meteorologischer Gr en wird SIKO SIMO ver wendet mit dem mehrdimensionale Autoregressionsmodelle f r die verschiedenen zu b
100. gende Daten f r eine Bilanzierung erfasst und modelliert Die Ergebnisse der Modellierung sollen Empfehlungen f r die operative Seensteuerung be zogen auf eine Dekade geben und sollten ab Mai 2011 getestet werden Aufgrund der diesj hrigen ppigen Niederschl ge innerhalb der Vegetationsperiode war ein vollst ndiger Testlauf allerdings nicht sinnvoll so dass vermutlich erst 2012 ein Praxistest und damit verbunden auch eine Auswertung zur Funktion des Modells m glich wird Literatur CZESIENSKI H 1971 Die wichtigsten Probleme der M ritz Elde Wasserstra e und der oberen Havel Berlin FINKE W I DORNBLUT K RICHTER 1996 Untersuchungen zur Bewirtschaftung der Was serressourcen der M ritz Elde und St rwasserstra e Bundesanstalt f r Gew sser kunde Bericht BfG 0919 Koblenz Umweltplan GmbH 2010 Managementplan MEW StW im Auftrag des StALU Westmeck lenburg in Schwerin Entwurfsstand 2010 unver ffentlicht Kontakt Silke Schreier Wasser und Schifffahrtsamt Lauenburg Dornhorster Weg 52 21481 Lauenburg Tel 04153 558 330 Fax 04153 558 448 E Mail S lke Schreier wsv bund de Seite 112 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Modell zur operationellen Bewirtschaftung der Kan le und Flussstauhaltungen der Betriebszentrale Magdeburg Rothensee Eckhard Arnold Peter Schmitt Heiderich Jay Wagenpfeil und Oliver Sawodny 1 Einleitung Die Schiffbarkeit gestauter Binnen
101. gestellt In der Grundvariante 1 erfolgt die Abgabe entsprechend der Steuerregel s Abschnitt 2 2 Dies bedeutet im darge stellten Fall eine erh hte Abgabe zur Aufh hung der Wasserst nde am Pegel Hann M nden Aufgrund des geringeren Zuflusses sinkt der Talsperrenwasserstand vgl Grundvariante 2 Abfluss Zufluss Wie in Abb 6 unten ersichtlich ist weichen zum VZP am Pegel Hann M nden S mulation und Beobachtung voneinander ab Als Ursache hierf r kommen die be reits in Kapitel 3 diskutierten Unsicherheiten in Frage Um nun die Talsperrenabgabe nicht durch derartige Ungenauigkeiten zu beeinflussen wird der vorhergesagte Abfluss am Pegel Hann M nden um die Abweichung zum VZP korrigiert Andernfalls w rde im vorliegenden Fall vom Modell eine zu hohe Talsperrenabgabe vorgegeben werden um die gesamte Diffe renz zwischen Simulation und Zielwasserstand zu kompensieren Sowohl n der Grundvariante 2 als auch bei einer manuell festgelegten Abgabe von konstant 6 m s sinkt der Wasserstand in der Talsperre nur leicht bzw bleibt konstant F r den Pegel Hann M nden w rden beide Abgabevarianten sinkende Abfl sse und damit einhergehend eine Verschlechterung der Schiffbarkeit bedeuten In der vierten Variante wurde manuell die beobachtete Ganglinie am Pegel Affoldern als Talsperrenabgabe vorgegeben Hier zeigt sich f r den Talsperrenwasserstand und f r den Pegel Hann M nden besonders zu Beginn der Vorhersage ein recht hnlicher Verlauf wi
102. gt dass dieses Modell geeignet ist f r die Durchf hrung von Szenarienrech nungen f r komplexe wasserwirtschaftlichen Fragestellungen die das Kanalsystem betreffen Die Szenarienrechnungen mit BEWASYS wurden unter Ber cksichtigung des Klimawandels und ver nderter Anspr che der Nutzer durchgef hrt Die Vorgehensweise bei der Durchf h rung dieser Rechnungen wurde detailliert vorgestellt Auch wenn die Untersuchungen aufgrund der vorliegenden Randbedingungen nur anhand des Westdeutschen Kanalsystems vorgestellt wurden ist eine bertragbarkeit des Vorgehens auf das gesamte Gebiet der Kanal und Flussstauhaltungen zwischen Rhein und Oder m glich Das Bewirtschaftungsmodell ist ein Baustein zur Entscheidungsunterst tzung um m gliche zuk nftige Nutzungskonflikte bei Ber cksichtigung des Klimawandels aufzeigen und ggf l sen zu k nnen Literatur EBNER VON ESCHENBACH A D J HOHENRAINER S KRAUSE R OPPERMANN K RICH TER H J THEIS 2011 BEWASYS Rhein Oder Tageswertmodell zur Simulation der Wasserbewirtschaftung der Bundeswasserstra en zwischen Rhein und Oder Bundesanstalt f r Gew sserkunde Bericht BfG 1730 MAURER T A D EBNER VON ESCHENBACH 2012 Interaktion des Kanalsystems mit der Umwelt Modellierung des Wasserhaushalts als Randbedingung f r ein Bewirt schaftungsmodell Kolloquium berregionale Wasserbewirtschaftung Entwick lung und Einsatz eines Informationssystems und verschiedener Modelle
103. gungen geeignet ist Es wird ein strukturtreues Modell auf der Basis der f r die Beschreibung von Flie prozessen in offenen Gerinnen blichen Saint Venant Gleichungen verwendet die auch die Grundlage f r das ID HN Modell bilden Dieses partielle Differentialgleichungssystem beschreibt die Entwicklung von Wasserstand und Durchfluss in Ort und Zeit Die aus dem Betrieb der Pumpwerke Entlastungsanlagen und Schleusen resultierenden Durchfl sse gehen ber den lateralen Zufluss in die Gleichungen ein die Windlast wird ber einen Reibungsterm ber ck sichtigt Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Das vereinfachte Prozessmodell wird durch eine massenkonservative Diskretisierung mit einem Upwind Verfahren nach Godunov erhalten siehe LEVEQUE 1992 Mit relativ gro en Diskretisierungszellen Ortsschrittweite AG gt 6 5 km Zeitschritt At 15 min kann so eine f r die Wasserbewirtschaftung ausreichende Genauigkeit erreicht werden Zur Parametrierung des Prozessmodells werden die Geometriedaten und Hydraulikparameter der Querprofile des ID HN Modells approximiert Die Modellval d erung erfolgt durch ver gleichende S imulationsexperimente In Abb 3 ist beispielhaft der Wasserstand der MLK Osthaltung in Abh ngigkeit von Ort und Zeit dargestellt wobei ein Pumpendurchfluss von 24 m s m PW S lfeld sowie den PW Hohenwarthe und Rothensee in den Nachtstunden angenommenen wird Pegel Hochaufl sendes Modell Pegel Gr
104. h ver ndernden Rahmenbedingungen sowie wegen der Vergleichbarkeit und der m glichen Bewertung von Ergebnissen fr herer Analy sen zur Anwendung kommen Seite 81 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 82 Die f r die wasserwirtschaftliche Modellierung als Eingangsdaten erforderlichen nat rlichen von Nutzungen unbeeinflussten Durchfl sse werden durch das mit dem WBalMo gekoppel te Niederschlag Abflussmodell EGMO D erzeugt Die seinerseits f r das EGMO D ben tig ten meteorologischen Gr en werden durch stochastische Autoregressionsmodelle generiert Die diesbez gliche statistische Analyse und Simulation erfolgt mit der Software SIKO SIMO SIKO SIMO 2001 2 Methodische Grundlagen Voraussetzung f r das Programmsystem WBalMo Havel Spree sind ein stochastisches Simu lationsmodell zur Generierung vielj hriger stochastischer Monatswertreihen verschiedener meteorologischer Gr en sowie ein N A Modell zur Modellierung vielj hriger Reihen des quasinat rlichen Dargebotes Beide Modelle m ssen f r alle Teilgebiete aufgebaut und an gewendet werden Die einzelnen Teile des Modellverbundes Stochastisches Modell N A Modell Bewirtschaftungsmodelle WBalMo Havel Spree sind hinsichtlich ihrer r umlichen und zeitlichen Struktur aufeinander abzustimmen Bewirtschaftungsmodell WBalMo Die Software WBalMo basiert auf der Methodik der detaillierten Oberfl chenwasserbilanz und stellt dem Anwender ein
105. haftungsaufgabe basiert auf einer detaillierten Wasserbilanz der Kanalhaltungen f r den Prognosehorizont in die neben Schleusungs Pump und Ent lastungswassermengen auch Aufleitungen und Verluste eingehen Diese Aufleitungen und Verluste im Folgenden als zus tzliche Zufl sse bezeichnet stellen nicht steuerbare Ein gangsgr en dar deren Prognosen soweit verf gbar im Prozessmodell ber cksichtigt werden k nnen Durch eine Erweiterung der Zustandssch tzung k nnen zus tzliche Zufl sse anhand der Pe gelmesswerte und der Zeitverl ufe der Eingangsgr en identifiziert werden Hierzu werden f r die einzelnen Haltungen rtlich gleichverteilte und im Sch tzhorizont konstante zus tzli che Zufl sse angenommen Seite 119 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Die Zust nde dieses St rmodells werden in die Zustandssch tzung einbezogen und die sich daraus ergebenden Zuflussprognosen in das Prozessmodell des Optimalsteuerungsproblems der Wasserbewirtschaftung 6 Simulationsergebnisse Die optimierte Wasserbewirtschaftung wird mit dem ID HN Modell als Real t tsersatz mm geschlossenen Regelkreis s mulat v getestet Dabei l uft das ID HN Modell unter Matlab Simulink und die Wasserbewirtschaftung wird mittels einer Datenbankschnittstelle an das S mulink Modell angebunden Diese Datenbank bildet einen Teil der f r die Wasserbewirt schaftung wesentlichen Funktionalit ten des Prozessleitsystems na
106. hen Gr en orientieren Abb 2 Insgesamt ergeben sich f r die Simulation von Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 gt Niederschlag gt potenzieller Verdunstung gt Lufttemperatur und gt relativer Luftfeuchte 74 Prozesse die einer statistischen Analyse und simultanen Simulation zu unterziehen waren met Teilgebiete Havel Spree Schwarze Elster Dargebotsmodell met Gr e HASIM Niederschlag Verdunstung HASIM Niederschlag Verdunstung Luftfeuchte Temperatur i N El SESIM Niederschlag Verdunstung SESIM Niederschlag Verdunstung Luftfeuchte Temperatur Flie gew sser 0510 20 30 40 Standgew sser RS E Kilometer Abb 2 Gebietsgliederung f r die meteorologische Simulation mit SIKO SIMO Seite 85 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Aus einer Reihe von Verteilungsfunktionen waren f r die zu s imulierenden Prozesse geeig nete Typen auszuw hlen die mit ausreichender G te eine Transformation in die Standard normalverteilung gew hrleisten Ein Beispiel f r die unterschiedliche Anpassung zweier Ver teilungsfunktionen LN3 und Johnson Verteilung zeigt Abb 3 f r Niederschlagsummen des Februars Prozess ns01 Monat Februar erechnungszeitraum 1951 2006 140 160 Niederschlag mm Abb 3 Anpassung transformierter Normalverteilungen an die empirischen Verteilungen f r den Niederschlag im Februar Die G te der
107. hersagezeitraum Input beobachte te und vorhergesagte meteorologische Gr en Im Ergebnis liegen simulierte Ab fl sse sowie Schneewasser quivalente f r das Einzugsgebiet der Edertalsperre vor 3 Modelllauf WTM ber Beobachtungs und Vorhersagezeitraum zur Ermittlung der Zuflussbilanzierung der Edertalsperre einschl Niederschlag auf und Verdunstung von der Seeoberfl che In Erg nzung dazu erfolgt die Berechnung von Zwischenge bietszufl ssen auf Basis von Referenzpegeln und bertragungsfaktoren Datenl cken werden interpoliert bzw extrapoliert 4 Start Betriebsmodell und Abgaberechnungen Nach Festlegung der ma geblichen Talsperrenabgabe erfolgt der Export aller relevanten Modelldaten zur Beweissiche rung 3 Plausibilisierung Das Betriebsmodell wurde anhand von S mulationen unter Verwendung beobachteter Rand und Seitenzufl sse plausibilisiert Die Plausibilisierung erfolgte zum einen f r die Talsper renbilanzierung und zum anderen f r die Wellentransformation unterhalb der Talsperre bis zum Pegel Hann M nden Weser Bei der Talsperrenbilanzierung wird ber einen l ngeren Zeitraum die Entwicklung des Talsperreninhalts unter Ber cksichtigung der tats chlichen Talsperrenabgabe am Pegel Affoldern Eder und des Gesamtzuflusses zur Talsperre ein schlie lich Niederschlag auf und Verdunstung von der Seeoberfl che betrachtet Der Ge samtzufluss wird messtechnisch nicht komplett erfasst d h vom gesamten oberirdischen
108. hiedenen Randbedingungen bzw Interaktionen f r das Modell konkret abgeleitet werden EBNER VON ESCHENBACH et al 2011 Abschnitt 4 1 Neben der Ermittlung von Nieder schlag und Verdunstung geht es um die Regionalisierung von oberirdischen Zufl ssen nicht messtechnisch erfasster Gebiete einschlie lich der Absch tzung von Zwischengebietszufl s sen aus Daten ober und unterstrom gelegener Pegelstationen Weiterhin wichtig sind je nach Situation Austauschmengen zwischen Kanal und Grundwasser bzw die S ickerwasserverluste bei konstruktiv gedichteten Strecken und nat rlich die Erfassung und Abbildung der anthro pogen bedingten Einleitungen und Entnahmen sowie die Anzahl der t glichen Schleusungs vorg nge Der Anspruch an die Genauigkeit der angewandten Methoden muss sich dabei nach der Rela tion der Gr enordnung unterschiedlicher Randbedingungen richten Der Aufwand zur Er mittlung relativ weniger bedeutenderer Komponenten kann klein gehalten werden Manchmal l sst aber auch die Verf gbarkeit von Daten ohnehin keine andere Wahl Nachfolgend wird anhand einiger Beispiele aus der gegenw rtigen Version des Bewirtschaf tungsmodells illustriert wie die genannten Randbedingungen bzw Interaktionen in einem Modell abgebildet werden k nnen Weitere Einzelheiten k nnen in EBNER VON ESCHENBACH et al 2011 nachgelesen werden 3 1 Niederschlag und Verdunstung Die Darstellung der verschiedenen Zu und Abfl sse der Stauhaltung Mittelland
109. ichtlinie und des Wasserhaus haltsgesetzes gilt es nunmehr einen Bewirtschaftungsplan f r die M ritz Elde und die M ritz Havel Wasserstra e aufzustellen der sowohl die erforderlichen Mindestabfl sse und die Nutzungsanspr che unterhalb der Seen als auch die mit der Aussch pfung des Hochwasser schutzraumes verbundenen Hochwasserrisiken ber cksichtigt 3 Herangehensweise F r die Aufstellung eines Bewirtschaftungsplanes waren neben der Erhebung und Bewertung vorhandener wasserwirtschaftlicher Daten auch Nutzungsdaten insbesondere von der durch die Wende stark ver nderten landwirtschaftlichen Bewirtschaftung der Umlandfl chen und der beabsichtigten Ver nderungen in der Fl chen und damit auch Vorflutnutzung insgesamt zu erheben Dies wurde ber die Einberufung zweier Facharbeitsgruppen Wasserrecht und Hydrolo gie durch das Staatliche Amt f r Landwirtschaft und Umwelt unter Beteiligung der Land wirtschaft der Wasser und Bodenverb nde des Wasser und Schifffahrtsamtes und der Landkreise sichergestellt Die Aufgabe wurde dann nochmals unterteilt in die Rubrik Speicherbewirtschaftung d h Optimierung des jetzt oder auch k nftig verf gbaren Speicherraumes und Grobmodellierung in der M ritz Elde Wasserstra e unterhalb der Seen Fragen des Hochwasserschutzes wurden parallel jedoch getrennt von den vorgenannten Auf gabenstellungen betrachtet W hrend schon im Bericht der Bundesanstalt f r Gew sserkunde
110. ie die Versorgung mit Wasser f r 20 600 ha d h mehr als 70 der Fl che des Landkreises Ludwigslust f r 8 Wasserkraftwerke 17 Schleusen elbw rts und ca 749 ha fischereilich genutzter Teichfl chen in der Lewitz sichern sollen Sep Ban zkow u b ke S ob in N o d 7 t q L Barkow ei 77 A Sarwitz Ch Die Ass r t chin E geg die Neuburg H m d Q g Ss E Ye Ss N Ka Ss Malli indenwirunshier Neu Kali D mitz Abb 1 Lageplan der Staustufen im Bewirtschaftungsgebiet Umweltplan GmbH 2009 Seite 107 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Dieses Wasser muss ber 27 31 gr ere Wehr bzw Entlastungsbauwerke und 57 derzeit aktive kleinere Entnahmebauwerke unmittelbar in der Wasserstra e weitergeleitet bzw aus dieser abgezweigt werden und dann ber eine Vielzahl weiterer Stauanlagen in der Fl che verteilt werden L ngsschnitt der M ritz Elde Wasserstra le mit ihren Seen und der St r Wasserstra le mit Schweriner See HSt 62 35 2 20m Staulamelle NSt 6180 1 65m HSt 37 96 11 25m Staulamelle NSt 37 51 0 80m SP Werder M ndung Schweriner See Schl Banzkow NN 25 00m 27 71 M ndung Elbe M ndung Plauer See Eldedreieck Km 504 11 Schl Garwitz Wehr Malchow Schl Parchim Schl Neuburg SCHL L bz Schl Bobzin Schl Barkow Schl Plau SCHL Neustadt Glewe SP Plau Schl Eldena Schl G ritz Schl Grabow Sch
111. ildung der Talsperrenstruktur und der Staubecken erforderlich Betriebsr u me Hochwasserschutzr ume hydraulische Kapazit ten aller Grund und Betriebsausl sse und Hochwasserentlastungen sowie die hydraulische Kopplung zwischen Obersee und Hauptsee der Rurtalsperre Schwammenauel sind beispielhaft hier zu nennen Da TALSIM NG die M glichkeit bietet auch hydraulische Aspekte zu modellieren sind R ckstauph no mene aus einer Hauptsperre in eine Vorsperre wie dies zwischen Haupt und Obersee der Rurtalsperre Schwammenauel der Fall ist darstellbar Im Unterlauf der Rur ist das Modell dagegen gr ber aufgestellt da hier Aussagen ber das hydrologische Regime notwendig waren aber keine signifikanten Elemente der Abflussregu lierung mehr existieren M glich wird eine solche Abbildung da TALSIM NG bei wasserwirtschaftlich komplexen Elementen wie Talsperren mehrere Ebenen bereith lt W hrend eine Talsperre im Kontext des gesamten wasserwirtschaftlichen Systems als ein Systemelement mit den wesentlichsten Eigenschaften wie Inhalt Wasserstand Zufluss und Abgabe erscheint gibt es dar ber hinaus eine zweite Ebene die quasi einen vertieften Blick in die Anlage selbst und deren Betriebsre geln erlaubt Dort werden s mtliche Regeln hydraulischen Funktionen Eigenschaften des Stauk rpers zur Schichtungsberechnung usw definiert die auch in der Simulation mit einem eigenen S mulationszeitschritt abgearbeitet werden der durchaus deutlich kle
112. in Einzugsgebiet kann die Berechnung des Abflusses an einem Bilanzprofil wie folgt formuliert werden nat rliches Wasserdargebot Abfluss R von der Fl che A m At Summe der Nutzungsverluste Entnahme Qa minus R ckleitung Qr _ m At Bilanzabfluss Qg m At Die Differenz zwischen Wasserentnahmen und Wasserr ckleitungen ist gleich dem Wasser verlust d h dem Wasserverbrauch Differenziert in Entnahme und R ckleitungsmengen sowie in die Summen von berleitun gen und Speichereinfl ssen erweitert sich das Rechenschema folgenderma en Seite 55 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 56 nat rliches Wasserdargebot Abfluss R von der Fl che A m At Summe der Wasserentnahme Q m At Summe der R ckleitung Oe m At Summe Speichereinfluss Qs m At Wassertransfer Qr Ableitungen Zuleitungen m At Bilanzabfluss Qg m At kologisch erforderlicher Mindestabfluss m At noch verf gbares Wasserdargebot m At Wasserdefizite bersch sse und Verteilungsm glichkeiten k nnen auf der Grundlage dieser Summengleichung analysiert werden Wird dem Bilanzabfluss Qg der kologisch erforder liche Mindestabfluss gegen bergestellt l sst sich das noch verf gbare Wasserdargebot bei positiver Beziehung oder erforderliche St tzungs oder Umverteilungsma nahmen wie Wassertransfer oder Speichermanagement f r negative Beziehungen ermitteln Aufgestellt we
113. iner sein kann als der im gesamten System verwendete Zeitschritt 2 2 Prognose der Salzbelastung in Werra und Weser Gro e Teile von Werra und Weser erreichen unter anderem aufgrund der Einleitung von Salzabwasser aus der Kaliproduktion keinen guten Zustand Welche Ziele k nnen unter Be r cksichtigung der Anforderungen der Europ ischen Wasserrahmenrichtlinie f r salzbelastete Gew sser definiert werden und wie lassen sich erreichbare Verbesserungen prognostizieren Seite 73 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 d LEE EEE EEE DD DZ EEE EZ u u u u EEE u u u u Eu u u u u u u u u u u u u u Eu u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u Eu u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u Eu u u u u u u Eu u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u ER80 ER R78 sm B ER76 TI e rr eremsmume T LI 88 Geringerer Detaillierungsgrad ZPG 7 Y ege ER71 zu soosoosoogoao RER Le vele ER7O ER68 ER66 ER65 rh Si z Sea ep 7 SBA3 SBa2 SBA1 ER63 d P Damme enen j A EROT 3 i i EWU1 N Eu Eee u ERERERE2 wun ar N o s177 2 ER ER69 H S195 ER 4 en 5219209205138 a SS de ER64 sp EE 4 SHRB9 E ERER6G Be
114. ines Informati onssystems und verschiedener Modelle am 12 13 Oktober in Hannover In Veran staltungen 2 2012 Hrsg Bundesanstalt f r Gew sserkunde S 42 53 EBNER VON ESCHENBACH A D J HOHENRAINER J IHRINGER P PREU K RICHTER 2011 Modellierung der Bewirtschaftung der Bundeswasserstra en zwischen Rhein und Oder mit dem Tageswertmodell BEWASYS Tag der Hydrologie 24 25 03 2011 in Wien In Forum f r Hydrologie und Wasserbewirtschaftung Heft 30 11 S 186 192 FINKE W S KRAUSE A HAUNSCHILD 2004 Istzustandsanalyse der wasserwirtschaftli chen Verh ltnisse des Kanalsystems zwischen Rhein und Oder Bundesanstalt f r Gew sserkunde Bericht BfG 1427 Koblenz MEYER M D MOTHES 2008 Aufbau eines Systems zur berregionalen Wasserbewirt schaftung f r die WSD West Mitte und Ost Wa Info Trendanalyse von Abfl s sen im Niedrigwasserbereich BfG Kolloquium Wasserbewirtschaftung und Nied rigwasser am 26 27 Mai 2008 in Koblenz In Veranstaltungen 6 2008 Hrsg Bun desanstalt f r Gew sserkunde S 112 115 WSV PEGELONLINE Gew sserkundliches Informationssystem der Wasser und Schiff fahrtsverwaltung des Bundes http www pegelonline wsv de gast start letzter Zugriff 23 01 2012 Kontakt Marcus Meyer Wasser und Schifffahrtsdirektion Mitte Am Waterlooplatz 5 30169 Hannover Tel 0511 9115 3430 Fax 0511 9115 3400 E Mail marcus meyer wsv bund de Seite 11 Bundesanstal
115. inmachnow Teltowkanal bilden den unteren Modellrand des ersten und gleichzeitig den oberen Modellrand des zweiten Abschnittes Das Modell umfasst insge samt 60 Str nge und Knoten sowie ca 360 Flusskilometer Zus tzlich m ssen noch ca 50 Gew ssernutzungen Einleitungen und Entnahmen ber cksichtigt werden Dar ber hinaus wurden die Misch wasser berl ufe des Gebietes in den Systemplan integriert insgesamt ca 200 260 Einleitstellen Im Bereich der Havelseen werden derzeit noch ca 20 Pumpwerke integriert Forschungsprogramm KLIWAS und Projekt 5 02 In dem Forschungsprogramm KLIWAS werden Auswirkungen der Bandbreite zuk nftiger hydrologischer Zust nde auf Schadstoffbelastung kologie konomie und Schifffahrt abge sch tzt und Anpassungsoptionen entwickelt KLIWAS vertritt dabei den sogenannten Multimodellansatz bei dem alle verf gbaren Kli mamodelle verwendet werden um die Bandbreite des zu erwartenden Klimasignals abzu sch tzen Es werden sogenannte Modellketten verwendet die von weltweiten Emissionssze nar en ausgehen und jeweils durch ein globales und ein regionales Klimamodell erg nzt wer den Des Weiteren werden noch Verfahren der Bias Korrektur und Modelle zur Berechnung der regionalen Hydrologie Niederschlag Abfluss Modelle verwendet KRAHE et al 2009 Um die zu erwartende Bandbreite auch mit einer geringen Zahl an Modellketten abbilden zu k nnen werden f r problemorientiert ausgew hlte Kennwerte G temo
116. interaktives S mulationssystem f r die langfristige Bewirtschaf tungs und Rahmenplanung in Flussgebieten zur Verf gung Nach dem Monte Carlo Prinzip arbeitend stellt es einem stochastisch generierten nat rlichen Wasserdargebot die wasserwirt schaftlichen Nutzungen Entnahmen Einleitungen Speicherbewirtschaftung berleitungen im Zeittakt eines Monats mengenm ig gegen ber Durch die Registrierung von interessie renden Systemzust nden w hrend der Simulation lassen sich zugeh rige Wahrscheinlich keitsaussagen treffen z B Defizite m der Wasserbereitstellung Einhaltung von Mindestab fl ssen oder Speicherf llungen Mit Hilfe zielgerichteter Variantenrechnungen werden Aus sagen zur Entwicklung des Wasserhaushalts unter ver nderten Randbedingungen ermittelt In den WBalMo Havel Spree wird die Bewirtschaftung der Flussgebiete sowohl hinsichtlich der Bereitstellung von Zuschusswasser aus Talsperren bzw Speichern und des Bedarfsmana gements als auch der Priorit t von Wassernutzungen unabh ngig von ihrer Lage vorge nommen Mit einer Vielzahl frei definierter Algorithmen werden weitere spezifische Bewirt schaftungsprozesse bis hin zum Feuchtgebietsmanagement oder der dynamischen Bedarfsbe rechnung realisiert N A Modell EGMO D Das Einzugsgebietsmodell EGMO D GLOS 1984 ist ein Mehrkomponentenmodell Grund wasser hypodermischer Abfluss Niederungsfl chen und Direktabfluss und wurde speziell f r l ngere Zeitschritt
117. ionalen Einschr nkung kam der entsprechende spe zifische Modellbaustein BEWASYS West als ein Modellbaustein von BEWASYS Rhein Oder separat zur Anwendung 2 Das Untersuchungsgebiet und seine Bewirtschaftung Das System der westdeutschen Kan le umfasst elf Stauhaltungen die sich auf Rhein Herne Kanal RHK Wesel Datteln Kanal WDK Datteln Hamm Kanal DHK und Dortmund Ems Kanal DEK bis zur Schleuse M nster verteilen In Abb 2 ist das Untersuchungsgebiet schematisch mit Angabe der Schleusungsstandorte dargestellt Eine wichtige Funktion zur Wasserbewirtschaftung des Systems erf llt die Lippe Das Was ser der Lippe wird zur Speisung der Stauhaltungen verwendet in denen das Wasserdargebot geringer als der Wasserbedarf ist Die Einleitungsstelle befindet sich am Wehr in Hamm Seite 43 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 44 siehe auch gr ner Pfeil am DHK in Abb 2 Die Speisung erfolgt im Freigef lle Reicht das Wasser der Lippe zur Befriedigung der Defizite nicht aus wird durch die Pumpwerke an den Schleusungsstufen das Wasser jeweils in die obere Haltung gepumpt Zus tzlicher Wasserbe darf wird durch Entnahmen aus der unteren Ruhr oder aus dem Rhein gedeckt F r den Standort M nster gilt die Einschr nkung dass nur das Schleusungswasser zur ckgepumpt wird wenn der Chloridgehalt am DEK Kilometer 109 5 h her als 250 mg l st Bei geringe ren Salzgehalten kann in M nster entsprechend
118. isse mit den Resultaten von Punkt la Dadurch sind Aussagen zur Sensitivit t des Bewirtschaftungsmodells m glich wird nicht vorgestellt 2 Validierung der Abflusssimulationen aus der Modellkette CHR OBS HBV BEWASYS siehe Abb 1 a Aufbereitung des mit dem Wasserhaushaltsmodell HBV auf der Bas s von me teorologischen Beobachtungsdaten simulierten Wasserdargebots als Randbedin gung f r das Bewirtschaftungsmodell Vergleich des s imulierten Wasserdarge bots mit Beobachtungsdaten siehe Abb 4 links am Beispiel des Pegels Lipp stadt ber den Zeitraum 1975 bis 1989 Die Einschr nkung der zeitlichen Aus wertung liegt in der Verf gbarkeit der Beobachtungsdaten begr ndet b Durchf hrung von S mulationsrechnungen f r den Zeitraum von 1963 bis 1995 und Vergleich dieser Ergebnisse mit den Resultaten der unter Punkt Ic durchge f hrten Rechnungen Der Vergleich ist in Abb 4 rechts in Anlehnung an die Auswertung 2a f r den gleichen Zeitraum dargestellt und wird in Abschnitt 5 1 diskutiert 3 Validierung der Kontrolll ufe der Abflussszenarien aus der Modellkette C20 GCM RCM Biaskorrektur HBV BEWASYS siehe Abb 1 a Aufbereitung der meteorologischen und hydrologischen Daten aus den ausge w hlten Klimakontrolll ufen als Eingangsgr en f r das Bewirtschaftungsmodell f r den Kontrollzeitraum von 1963 bis 2000 b Durchf hrung von Simulationsl ufen und Auswertung der Ergebnisse Aufgrund der Vielzahl der
119. iste modellierungsrelevanter Geobasis und Geofachdaten Modell Plausibilisierung an Zukunftsszenarien hand der Vergangenheit Wasseroberfl che N ET Klimastationen DWD Klimaszenarien Berechnungen Explizit angegebene Ein Messwerte Genehmigungsdaten Bewirtschaf leitungen und Entnahmen tungsszenarien EZG Zufluss Q quasi Pegeldaten lineare Regressi stochastische Simulation ber N Q nat rliches Dargebot on von Referenzpegeln EZG Modelle Klimaszenarien GW Zu und Abstrom Absch tzung mittlerer Aus aufwendigere GW Modelle tauschraten Literatur BRUDY ZIPPELIUS T 2003 Wassermengenbewirtschaftung im Einzugsgebiet der Ruhr Simulation und Echtzeitbetrieb Mitteilungen des Instituts f r Wasserwirtschaft und Kulturtechnik der Universit t Karlsruhe TH Karlsruhe EBNER VON ESCHENBACH A D M CARAMBIA J HOHENRAINER E NILSON K RICHTER 2012 M gliche Auswirkungen des Klimawandels und ver nderter Anspr che der Nutzer auf die Bewirtschaftung des Westdeutschen Kanalsystems Kolloquium berregionale Wasserbewirtschaftung Entwicklung und Einsatz eines Informati onssystems und verschiedener Modelle am 12 13 Oktober in Hannover In Veran staltungen 2 2012 Hrsg Bundesanstalt f r Gew sserkunde S 42 53 EBNER VON ESCHENBACH A D J HOHENRAINER J IHRINGER P PREU K RICHTER 2011 Modellierung der Bewirtschaftung der Bundeswasserstra en zwischen Rhein und Oder mit dem Tageswertmodell BE
120. itraum Emissionsszenario GCM RCM Biaskorrektur stehen f r jeden Klimalauf meteorologische Tageswertreihen f r den Zeitraum von 1951 60 bis 2099 2100 als Eingangsgr en f r das Bewirtschaftungsmodell zur Verf gung entspre chend der Arbeitsschritte 3 und 4 Es handelt sich hierbei um biaskorrigierte Gebietsnieder schl ge bzw potenzielle Verdunstungsh hen von vier meteorologischen Teilgebieten des Wasserhaushaltsmodells HBV die auf die einzelnen Kanalhaltungen entsprechend Abb 4 bezogen wurden F r detaillierte Informationen zur Ermittlung der meteorologischen Zeitrei hen zum Beispiel zum Verfahren der Biaskorrektur zur Ermittlung der potenziellen Verdun stung wird auf NILSON et al 2010 verwiesen Eine weitere r umliche Unterteilung der meteorologischen Teilgebiete f r das Kanalsystem ist nicht notwendig da aufgrund der geringen Oberfl chen der Haltungen beide Gr en Nie derschlag und Verdunstung mengenm ig langj hriger t glicher Mittelwert f r jede Hal tung ist geringer als 0 05 m s nur einen sehr kleinen Teil der Wasserbilanz ausmachen sich im Jahresmittel nur geringf gig voneinander unterscheiden und sich damit n der Bilanz ge genseitig fast aufheben Die klimaprojektionsspezifischen meteorologischen Zeitreihen stellen in KLIWAS die Ein gangsgr en f r die hydrologische Modellierung mit dem Wasserhaushaltsmodell HBV Mo dellkette Kontrollzeitraum Emissionsszenario GCM RCM Biaskorrektur HBV
121. itte 1 Analyse des hydrologischen bzw wasserwirtschaftlichen Systems Die Ergebnisse wurden im Bericht BfG 1408 OPPERMANN amp RICHTER 2004 zusammengefasst 2 Aufbau eines Niederschlag Abfluss Modells N A Modell HBV BfG und eines Wellentransformationsmodells WTM zur Ermittlung des Gesamtzuflusses zur Eder talsperre einschlie lich Niederschlag auf und Verdunstung von der Seeoberfl che u a RICHTER et al 2008 Beide Modelle wurden bereits an das WSA Hann M n den bergeben und befinden s ch im operationellen Betrieb 3 Entwicklung eines Betriebsmodells zur Steuerung der Talsperre m operationellen Betrieb Zu diesem Zweck hat die BfG ihrerseits einen Auftrag an das Institut f r Wasser und Gew sserentwicklung des Karlsruher Instituts f r Technologie KIT mit folgenden Schwerpunkten vergeben A Parametrisierung und Erweiterung des Mo dellsystems BEWASYS und B Entwicklung einer grafischen Benutzeroberfl che zur Steuerung und Visualisierung von Abgabevarianten Der Schritt A ist bereits er folgt die Benutzeroberfl che befindet sich derzeit noch im Aufbau 2 Datenbasis und Methodik 2 1 Das Modellsystem BEWASYS Das Modell BEWASYS wird bereits zur Simulation der Bewirtschaftung der Bundeswasser stra en zwischen Rhein und Oder erfolgreich eingesetzt EBNER VON ESCHENBACH et al 2012 siehe S 42ff Dieses Modellsystem dient als Basis f r das Bewirtschaftungsmodell der Edertalsperre BEWASYS ist modular aufge
122. kanal West im Jahr 2003 in Abb 3 illustriert die relativ geringe Bedeutung der auf Basis von Daten und Methoden des Deutschen Wetterdienstes ermittelten Verdunstung von bzw des Nieder schlags auf die Wasseroberfl che dieser speziellen Stauhaltung Die durch Schleusungen bzw Pumpvorg nge bewegten Wassermengen liegen etwa eine Gr enordnung h her In einem solchen Fall muss kein besonderer Aufwand betrieben werden die Verdunstung und Niederschlagsermittlung zu verbessern Dies ist jedoch nicht generalisierbar Abbildung 4 stellt Wasseroberfl chen Verdunstungs und Niederschlagsh hen aller Stauhaltungen des Kanalsystems von Rhein bis Oder dar Deut lich sind dort einige Haltungen zu erkennen in denen die Austauschmengen ber die Was seroberfl che aufgrund der Aufweitung in nat rliche Gew ssersysteme erheblich zunehmen und damit insbesondere in Trockenzeiten anderweitige Zu und Abfl sse dominieren k nnen In diesen F llen ist der gen gend genauen Ermittlung der meteorologischen Randbe dingungen eine erh hte Aufmerksamkeit zu widmen Wasserbewegung m s Einflussgr en auf die Wasserbilanz der Haltung MLK West im Jahr 2003 Wochenwerte o Pump ab m Pump zu E SchlW ab E SchlW zu m Epot ON S 3 E SG AR SS A E SS SS D Kalenderwoche 2003 Abb 3 Verh ltnis von verschiedenen Zu und Abfl ssen der Stauhaltung Mittellandkanal We
123. ker bafg de Seite 100 Wasser berleitung vom Donau ins Maineinzugsgebiet Thomas Liepold Vorstellung Fr nkisches Seenland berleitung Donau Main gt Der Freistaat Bayern hat zwischen 1970 und 2000 s dlich von N rnberg drei Talsperren gebaut Altm hlsee Brombachsee und Rothsee Aufgaben der Talsperren Niedrigwasseraufh hung der nordbayerischen Fl sse durch die berleitung von Wasser aus dem Donau Einzugsgebiet in das Rhein Main Einzugsgebiet berleitung Donau Main Hochwasserschutz im mittleren Altm hltal durch das Abfangen von Hochwasser der Altm hl im Altm hlsee und Speicherung dieses Hochwassers im Brombachsee Strukturverbesserung durch Schaffung einer attraktiven Naherholungs und Urlaubsre gion Die touristische Nutzung des Fr nkischen Seenlandes steht heute im Vordergrund gegen ber den wasserwirtschaftlichen Zielsetzungen Steuerung Organisation gt Nach der Aufl sung des Talsperren Neubauamts N rnberg im Jahr 2000 ist der Betrieb der berleitung Donau Main beim Wasserwirtschaftsamt Ansbach angesiedelt Die zentrale Betriebsleitung in Gunzenhausen am Altm hlsee berwacht und steuert die Wasser berleitung mit einer Fernwirkanlage der Firma IDS System HIGHLIGHT NT Die Steuerung der Pumpwerke am Main Donau Kanal liegt in den H nden der Wasser und Schifffahrtsverwaltung rtlich zust ndig ist die Betriebszentrale G sselthalm hle Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltu
124. l Hechtsforth Wehr Klein Laasch Schl Lewitz Elbi NN 0 00m i 0 00 17 97 22 74 30 82 34 78 42 72 46 16 50 56 60 75 64 90 72 09 83 33 98 94 103 78 114 04 120 05 121 09 Km Wasser und Schifffahrtsamt Lauenburg Gew sserkunde Abb 2 L ngsschnitt der M ritz Elde Wasserstra e und der St rwasserstra e WSA Lauenburg Allein diese Dimensionen stellen an die zust ndigen Beh rden die Frage nach einer bedarfs gerechten und risikobewussten Verteilung der Ressource Wasser unter Ber cksichtigung der Umweltbelange der gesetzlichen Vorgaben des Wasserhaushaltsgesetzes und der unter schiedlichen Anspr che der Wassernutzer und Anlieger 2 Ausgangssituation Die Mecklenburger Oberseen haben bei Mittelwasser eine Gesamtfl che von rd 203 km Das Niederschlagsgebiet der Oberseen hat eine Gr e von 1230 km wobei neben den Nie derschlagsmengen noch die Zufl sse entlang der rd 305 km langen Uferlinie das Wasserdar gebot beeinflussen Der Hauptzufluss ist die Elde mit einem mittleren Dargebot von 0 8 m s die Abflussregulie rung erfolgt ber das Wehr Mirow bzw den Rohrdurchlass in Bolt in Richtung Havel und dem nat rlichen Abfluss der Elde folgend ber das Wehr Plau und die nachfolgenden 15 Staustufen in Richtung Elbe Seite 108 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Die M ritz als gr ter der 23 Einzelseen hat eine L nge von 29 km und eine maximale Brei te von 13 k
125. l sse nach dem Vorhersagezeitpunkt VZP Seite 69 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 70 5 Zusammenfassung und Ausblick Mit den vorgestellten Ergebnissen konnte gezeigt werden dass das Betriebsmodell f r die Edertalsperre in der Lage ist komplexe Rahmenbedingungen wie beispielsweise jahreszeit lich variierende Stau bzw Abgaberegeln unter Ber cksichtigung beobachteter und vorherge sagter Rand und Zwischengebietszufl sse zu verarbeiten und entsprechend der aktuellen Situation unterschiedliche Abgabevarianten zu simulieren Anhand der Plausibilisierungs rechnungen wurde jedoch auch deutlich dass bestimmte Unsicherheiten z B bei den Was serstands Abfluss Beziehungen oder bei der Ermittlung der Zufl sse aus ungemessenen Ge bieten verbleiben Diese lassen sich jedoch zumindest teilweise ber eine Anpassung von S mulation an die Beobachtung zum Vorhersagezeitpunkt kompensieren Im n chsten Schritt ist die Fertigstellung einer grafischen Oberfl che zur anwenderfreundlichen Bedienbarkeit des Betriebsmodells sowie zur Visualisierung von Ergebnissen notwendig damit der Testbe trieb des Modells beim WSA Hann M nden aufgenommen werden kann Des Weiteren sind auf Wunsch des WSA Hann M nden noch M glichkeiten einer Verl ngerung des Vorhersa gezeitraumes von aktuell sieben Tagen auf bis zu vier Wochen auszuloten um auch m Fall von gr eren Hochwasserereignissen die vollst ndige Abarbeitung vo
126. lembezogenen For mulierung der Zusammenh nge zwischen den Wechselbeziehungen zwischen Grund und Oberfl chenwasser bzw der Wassermengen und der Wasserbeschaffenheitsparameter Inzwischen gibt es weltweit vielf ltige weitere solche leistungsf hige Bewirtschaftungsmo delle zur Bew ltigung vielf ltiger unterschiedlicher Nutzungskonflikte in Gew ssereinzugs gebieten siehe z B LOUCKS amp VAN BEEK 2005 Einen methodischen Vergleich zweier solcher Modellsysteme WRAP WURBS 2005a b und WBalMo KADEN et al 2004 nehmen KOCH amp GR NEWALD 2009 vor An zwei Fallbeispielen demonstrieren s e die Leistungsf higkeit solcher Modelle Sie zeigen aber auch auf wie sorgf ltig sich der Modellanwender mit der konkreten Nutzungs und Konfliktsituation in den Gew ssereinzugsgebieten ausein andersetzen muss Keinesfalls zu empfehlen sind zu starke Vereinfachungen bzw Trivialisie rungen denn diese k nnen dann schnell zu gro en Fehlern in den Modellierungen bzw bei den darauf basierenden Bewirtschaftungsempfehlungen f r die Flusseinzugsgebiete f hren Literatur BOTH W U GR NEWALD M KOZERSKI M SCHRAMM 1982 Studienmaterial f r das postgraduale Studium Oberfl chenwasserbewirtschaftung TU Dresden Ministeri um f r Umweltschutz und Wasserwirtschaft Berlin Ingenieurschule f r Wasserwirt schaft Magdeburg GR NEWALD U 2001 Wasserwirtschaftliche Planungen In Lecher K H P L hr U Zanke Hrsg Taschen
127. lseitig angestrebt werden Die zentrale internetbasierte Datenbank WA liefert einen Gro teil der Eingangsdaten f r BEWASYS Rhein Oder das f r dieses Gebiet entwickelte Bewirtschaftungsmodell mit dem die Auswirkungen unterschiedlicher nutzerspezifischer und klimatologischer Ver nderungen auf die Wasserbewirtschaftung untersucht werden k nnen EBNER VON ESCHENBACH et al 2012 siehe S 42ff 4 Vorgehen In einem ersten Arbeitsschritt wurde eine Istzustandsanalyse erarbeitet um die Bewirtschaf tung des Kanalnetzes zu erfassen Mit der Istzustandsanalyse wurden die Einflussgr en und Randbedingungen auf die Wasserbilanz qualitativ erfasst die Datenverf gbarkeit in der Was ser und Schifffahrtsverwaltung dargestellt und die Schlussfolgerungen zur Behebung von Informationsdefiziten und f r weitere Arbeiten aufgezeigt Auf der Grundlage einer intensiven Daten und Informationsrecherche wurden Arbeitsdateien erarbeitet die auf Stauhaltungen aufgeschl sselte Informationen enthalten Daraus wurden Tabellen der Gew sserdaten der Nutzerdaten und eine wasserwirtschaftliche Grobbilanz abgeleitet sowie eine Systemskizze siehe Abb 2 und L ngsschnitte der Bundeswasserstra Ben aufgestellt Damit war ein berblick ber das Gesamtsystem m glich Im Ergebnis der Analyse ist festzuhalten dass die wasserwirtschaftliche Grobbilanz f r eine Niedrigwassersituation f r das Kanalsystem der Bundeswasserstra en zwischen Rhein und Oder unter Ver
128. ltungen 2 2012 Hrsg Bundesan stalt f r Gew sserkunde S 36 41 RICHTER K R OPPERMANN J ILSE 2008 Ermittlung der Bemessungsabfl sse BHQ1 und BHQ2 nach DIN 19700 f r die Edertalsperre Bundesanstalt f r Gew sserkunde Be richt BfG 1635 kontakt Jochen Hohenrainer Bundesanstalt f r Gew sserkunde Am Mainzer Tor 1 56068 Koblenz Tel 0261 1306 5180 Fax 0261 1306 5280 E Mail hohenrainer bafg de Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Jiri Cemus Wasser und Schifffahrtsamt Hann M nden Kasseler Stra e 5 34346 Hann M nden Tel 05541 952 1320 Fax 05541 952 1400 E Mail Jiri Cemus wsv bund de Seite 71 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 72 Mengen und G tebewirtschaftung mit TALSIM NG n der Planung und im operationellen Betrieb anhand von Beispielen aus der Praxis Hubert Lohr 1 Einleitung Das Simulationsmodell TALSIM entstand als Werkzeug zur Bewirtschaftung von Talsperren und wurde an der TU Darmstadt im Auftrag des Landes NRW in den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts entwickelt Bereits in der Entwicklungsphase kamen diverse Erweiterungen hinzu So wurde ein vollst ndiges Niederschlag Abfluss Modell mit verschiedenen M glich keiten zur Berechnung der Abflussbildung integriert Sowohl das einfache SCS Verfahren als auch die n chtlineare Bodenfeuchtesimulation wurden Bestandteil des Programms Seit der Gr ndung des Ingenieur
129. m Zusammen mit dem Malchower dem Jabelschen dem Fleesen dem K lpin und dem Plauer See haben die Oberseen bei einer derzeitigen Staulamelle von 55 cm ein Speichervolumen von ca 110 Mio m Pegel Waren Jahresmaxwerte 1951 bis 2011 Jahresmi rt Extremwerte 280 ONENE 62 96 HHW 245 00 04 1881 Hauptzahlen z 2607 7 62 76 Reihe 1996 2005 5 S 240 62 56 STEE p oberes 220 62 36 MHW 220 S Stauziel MW 195 200 62 16 180 61 96 eg unteres 160 61 76 Stauziel NW 155 140 61 56 120 61 36 NNW 119 z fter 100 61 16 z E 80 60 96 e E 60 60 76 Bei 5 40 60 56 D 20 60 36 N S PNP 0 60 16 2 N fi n AA O O din a AD 3 ADAD Ah ah ob DM Ah dh cb ci ci dh bi cb DD dh Eh N EE E EE EE EE dl EE EE EE E SEES Abb 3 Pegel Waren Jahresmaxwerte 1951 bis 2011 WSA Lauenburg Der Schweriner See mit 65 4 km Oberfl che beinhaltet bei einer Staulamelle von 45 cm noch ein Speichervolumen von ca 29 Mio m Pegel Schwerin Werderbr cke Jahresmaxwerte 1951 bis 2007 Extremwerte ab 1899 lahresminwerte
130. mer ortho Phosphat Maximum im Sp tsommer Sauerstoff drastischer Abfall und Minimum im Mai und Chlorophyll a Fr hjahrs und Sommerpeak wird auch ein langfristi ger Trend hin zu geringeren N hrstoffkonzentrationen deutlich 20 10 NO N ortho PO P f gt i he I D E lit le RALLY EN f Zeitraum ab d 3o d r i i nm d wn m 1991 i 2 3 5 S I H d H 2 a e e Won wel LL 0 It Won Chla Pe 7 200 Po 3 m Ee A sd i 1 3 H 6 D K IG Mamat Abb 3 Verteilungen der G temesswerte Nitrat mg l ortho P mg l Sauerstoff mg l und Chlorophyll a ug l in Ketzin und Brandenburg im Jahresverlauf Monatsmittel auf x Achse und in verschiedenen Zeitr umen 1991 1994 rot 1995 1999 gelb 2000 2004 gr n 2005 2008 blau Daten LUA Brandenburg Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Im L ngsverlauf der ca 30 km langen Flussseenkette der Potsdamer Havel PHv bilden sich die an der Flusshavel beobachteten saisonalen Muster im Flie verlauf aus Bez glich Chloro phyll a und Sauerstoff sind jedoch Maxima im mittleren Bereich der Flussseen zu beobachten BECKER amp BERGFELD 2006 Der r umlichen Verteilung der G tegr en muss also eine besondere Beachtung geschenkt werden es kann nicht erwartet werden dass sie sich linear verh lt Des Weiteren treten in den Flussseen wie am Beispiel des Schwielowsees im Jahr 2010 ge zeigt
131. ms mit den Arbeitsschritten Modellparametrisierung kalibrierung vali derung sowie plausibilisierung kann in EBNER VON ESCHENBACH et al 2012 siehe S 42ff nachgelesen werden erg nzt um Modellanwendungen f r exemplarische Varianten rechnungen Der vorliegende Beitrag fokussiert im Folgenden zun chst auf die Ermittlung der Interaktion des Kanalsystems mit der Umwelt d h der Ber cksichtigung des nat rlichen Wasserdarge bots und der Effekte anthropogener Wasserbewirtschaftung bei der Formulierung der Rand bedingungen Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 3 Interaktion des Kanalsystems mit der Umwelt Das Kanalsystem ist berwiegend ein k nstliches lin enhaftes Bauwerk dessen Kopplung mit seiner Umwelt unterschiedlich ausgepr gt ist Grunds tzlich k nnen linienhafte und punktuelle Kopplungen unterschieden werden An der Oberfl che kreuzen sich Vorfluter durchschnittener Einzugsgebiete mit der Wasserstra e entweder mit der oder ohne die M g lichkeit des punktuellen Wasseraustausches oder die Wasserstra e dient als Vorfluter Linienhaft kommt es u U zum Austausch mit dem Grundwasserk rper sowie nat rlich ber die gesamte Oberfl che des Kanalsystems mit der Atmosph re Niederschlag und Verdun stung Abbildung 2 stellt die verschiedenen Zu und Abfl sse m das bzw aus dem Kanalsys tem schematisch dar Die Prozesse n den umliegenden Gebieten sind mehr oder weniger intensiv mit dem
132. n bereits angelegt sind um die Programmierung neuer Steuerungen zu beschleunigen Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Zusammenfassend kann gesagt werden dass d e Fortf hrung und Verbesserung des ur spr nglichen Modells gro e Schritte hinsichtlich vielf ltiger Nutzbarkeit von BEWASYS gemacht hat Die erfolgreiche Umsetzung des umfangreichen Modells Rhein Oder hat ge zeigt wozu BEWASYS in der Lage ist Literatur BRUDY ZIPPELIUS T 2003 Wassermengenbewirtschaftung im Einzugsgebiet der Ruhr Simulation und Echtzeitbetrieb Mitteilungen des Instituts f r Wasserwirtschaft und Kulturtechnik der Universit t Karlsruhe TH Karlsruhe EBNER VON ESCHENBACH A D M CARAMBIA J HOHENRAINER E NILSON K RICHTER 2012 M gliche Auswirkungen des Klimawandels und ver nderter Anspr che der Nutzer auf die Bewirtschaftung des Westdeutschen Kanalsystems Kolloquium berregionale Wasserbewirtschaftung Entwicklung und Einsatz eines Informati onssystems und verschiedener Modelle am 12 13 Oktober in Hannover In Veran staltungen 2 2012 Hrsg Bundesanstalt f r Gew sserkunde S 42 53 EBNER VON ESCHENBACH A D J HOHENRAINER J IHRINGER P PREU K RICHTER 2011 Modellierung der Bewirtschaftung der Bundeswasserstra en zwischen Rhein und Oder mit dem Tageswertmodell BEWASYS Tag der Hydrologie 2011 in Wien Forum f r Hydrologie und Wasserbewirtschaftung Heft 30 11 S 186 192 EBNER VO
133. n es erforderlich sein sollte k nnen Daten auch wieder aus Richtung TALSIM NG zu r ck zum Datenlieferanten gelangen Hier gilt in Bezug auf die Schnittstelle Kapitel 3 1 1 3 1 6 Gesamtsteuerung des Ablaufs Die Gesamtsteuerung des Ablaufs bernimmt ein sogenannter JobService Der sowohl event als auch zeitgesteuert operieren kann Der gesamte Prozess ist modular aufgebaut d h es wird im Einzelnen festgelegt welche Teilprozesse ben tigt werden und in welcher Reihen folge diese ablaufen m ssen Somit ist auch denkbar dass nur ein Pre und Postprocessing stattfindet bzw Pre und Postprocessing in einem anderen zeitlichen Takt als Simulationen ablaufen 3 2 Beispiel der Menge und G tebewirtschaftung an der Oleftalsperre Die Oleftalsperre befindet sich n der Nordeifel etwa 40 km s dlich von Aachen nahe der deutsch belgischen Grenze und besitzt einen Stauraum von 19 3 Mio m in einem Einzugs gebiet von 47 4 km Betrieben wird die Stauanlage durch den Wasserverband Eifel Rur WVER Die Aufbereitung der entnommenen Rohwassermengen und der Transport des Trinkwassers zum Endverbraucher obliegt dem Wasserverband Oleftal Als Ziele mit der h chsten Priorit t sind neben dem Hochwasserschutz die Gew hrleistung der Versorgungssicherheit der Wasserversorgung und das Halten des Hypolimnions oberhalb eines kritischen Horizonts unter dem Wasserg teaspekt des nutzbaren Rohwassers zu nennen Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstal
134. n in der Talsperre zu r ckgehaltenen Abflussf llen simulieren zu k nnen Literatur BRAHMER G 2009 Operationelle Wasserhaushaltsmodellierung zur Hochwasservorhersa ge in Hessen Jahresbericht des Hessischen Landesamtes f r Umwelt und Geologie HLUG EBNER VON ESCHENBACH A D M CARAMBIA J HOHENRAINER E NILSON K RICHTER 2012 M gliche Auswirkungen des Klimawandels und ver nderter Anspr che der Nutzer auf die Bewirtschaftung des Westdeutschen Kanalsystems Kolloquium berregionale Wasserbewirtschaftung Entwicklung und Einsatz eines Informati onssystems und verschiedener Modelle am 12 13 Oktober in Hannover In Veran staltungen 2 2012 Hrsg Bundesanstalt f r Gew sserkunde S 42 53 EBNER VON ESCHENBACH A D J HOHENRAINER S KRAUSE R OPPERMANN K RICH TER H J THEIS 2011 BEWASYS Rhein Oder Tageswertmodell zur Simulation der Wasserbewirtschaftung der Bundeswasserstra en zwischen Rhein und Oder Bundesanstalt f r Gew sserkunde Bericht BfG 1730 OPPERMANN R amp K RICHTER 2004 Untersuchung zur Bewirtschaftung der Edertalsperre Bundesanstalt f r Gew sserkunde Bericht BfG 1408 PREU P J IHRINGER 2012 BEWASYS Entwicklung einer Methodik zur Bilanzierung von Kanal und Flussstauhaltungen Kolloquium berregionale Wasserbewirtschaf tung Entwicklung und Einsatz eines Informationssystems und verschiedener Mo delle am 12 13 Oktober in Hannover In Veransta
135. nachl ssigung der realisierten Speisungsma nahmen der WSV negativ ist Werden die Kapazit ten der Pumpwerke und berleitungen ber cksichtigt ist die Bilanz positiv Daraus konnte gefolgert werden dass die Wasserversorgung des Kanalsystems weni ger ein Problem des Wasserdargebotes als der Wasserverteilung und deren Kosten ist FINKE et al 2004 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Aus dem Gebot wirtschaftlichen Handelns war die Einrichtung einer gemeinsam betriebenen berregionalen Informationsplattform zur optimierten Wasserbewirtschaftung des Kanal systems zwischen Rhein und Oder notwendig l Obere Havel z ng O T Elbe Seiten kanal Weser Minden MLK West WSD M MLK Scheitelh Dortmun d Ems K DEK m Wesel Datteln K Datteln Weser nner Datteln H amm K BRA Ruhr S 4 Schleuse Wasserstra en andere Gew sser T D Schiffshebewerk D Fluss Flie gew sser 3 Steuerzentrale KAN LE Abb 2 Systemskizze der Bundeswasserstra en zwischen Rhein und Oder FINKE et al 2004 5 Umsetzung Zur Umsetzung von WA wurden 23 Anwendungsf lle aus Anwendersicht umfassend be schrieben und die ma gebenden Anforderungen festgelegt F r die darzustellenden Systeme wurden allgemeine Funktionen z B Drucken Anmelden Suchen etc spezielle Funktionen z B Einleitungen Entnahmen Energiepreise etc und Zugriffsrechte festgelegt
136. narbeit der Betriebs zentralen durch WA Die Verf gbarkeit von Bewirtschaftungsdaten aus dem gesamten Bewirtschaftungsraum zwischen Rhein und Oder erlaubt nun auch Bewirtschaftungskonzepte ber die Bewirt schaftungsgrenze der einzelnen BZ hinaus aufzustellen Ein Beispiel ist folgende Fragestellung Ist es kosteng nstiger das in der Scheitelhaltung des westdeutschen Kanalsystems ben tigte Wasser ber den Rhein Herne Kanal oder ber das Pumpwerk M nster zu pumpen Hierbei ist zu beachten dass Wasser das einer Haltung entnommen wird dieser zur Beibe haltung des erforderlichen Sollwasserstandes auch wieder zugef hrt werden muss Das hei t dass bei einer Wasserentnahme aus der Haltung M nster Anderten ber das Pump werk M nster durch die BZ Datteln zum Ausgleich des Wasserverlustes in Minden ber das Hauptpumpwerk Minden aus der Weser durch die BZ Minden Wasser in die Haltung ge pumpt werden muss Genauso muss beim Pumpen ber das Pumpwerk Herne Ost die ganze Pumpwerkskette bis zur Ruhr betrieben werden da sonst der Wasserstand in den einzelnen Haltungen nicht gehalten werden kann Scheitelhaltung u Ee eg Si Rhein eu Wiesihaltung m m Minden Bil Anderten t _ f D D zZ D DHK RHK Scheitelhaltung 3 Ruhr Abb 10 Speisungsm glichkeiten f r die Scheitelhaltung des Westdeutschen Kanalsystems F r eine grunds tzliche Betrachtung der oben genannten Fragestellung muss gt analysiert werden welche un
137. nd der EU Die ffent lichen Verwaltungen sollen den Vorteilen der Nutzung offener Spezifikationen besondere Beachtung schenken um Dienste so kosteng nstig wie m glich anbieten zu k nnen EU 2009 Die Bundesregierung hat daf r ein eigenes Kompetenzzentrum Open Source Software beim Bundesverwaltungsamt gegr ndet www oss bund de Bei der Erstellung von WA kam verschiedene Open Source Software OSS zum Einsatz Vor allem der Kartenclient basiert auf OSS Als Framework f r die Karte wurde Mapfish verwendet mapfish org Mapfish bietet komfortable Funktionen f r die Karte und die Sach daten innerhalb von Tabellen Innerhalb von Mapfish werden die Karten mittels OpenLayers angezeigt openlayers org Die Kartenbilder werden auf dem Server mittels des UMN MapServers mapserver org er zeugt Alle diese Produkte sind Open Source Software Seite 14 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 AS j berregionale Wasserbewirtschaftung Ereignisort zix WSV de wm Tabellen Funktionen s SS 3 A L i 22 d Region w hlen sell d D E E 7 7 Bundeswa kl b Themen e m e app ar 3 3 Hintergrundthemen A Ereignisort um x EE OpenStred eem j Name HERRENHAUSEN Z Bund SES N eue O D e kte Typ Messstelle a un SZ d Detailyp Pegel kein Ausblenden d Ire kt an eg en Bundeswasserstra e Le 3 Fachthemen Alles anzeigen Km 87 07 Ereignisorl anal Dem Messstelle Wasse
138. ndestab gabe betr gt 6 m s wobei w hrend der Niedrigwasserperioden eine erh hte Abgabe stattfin det um den Zielwasserstand in Hann M nden von mindestens 120 cm ber Pegelnullpunkt PNP im Schifffahrtsinteresse zu erreichen Durch die Niedrigwasseraufh hung nimmt der Seite 63 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Talsperreninhalt w hrend des Sommers ab wobei das Minimum etwa im Sp therbst erreicht wird Durch die geringere F llung steht dann ein gr erer R ckhalteraum zur Aufnahme winterlicher oft schneeschmelzbeeinflusster Hochwasser zur Verf gung Au ergew hnlicher HW Schutzraum 246 99m H chstes Stauziel 244 97 m Stauziel Sommer p Uberlauf Weitere Eckdaten e Stauraum 199 3 Mio m rn bei Vollstau Ke e H he Staumauer 47 m Stauziel Winter 1 11 bis 15 12 e Fl che Stausee 11 5 km bei Vollstau xy 217 85 m Absenkziel Reserveraum Tiefstes Absenkziel 207 00 m Grundablass Abb 3 Schema Edertalsperre H henangaben bezogen auf PNP Das Betriebsmodell berechnet standardm ig automatisch zwei Grundvar anten der Talsper renabgabe 1 Abgabe nach den vorgegebenen Steuerregeln entsprechend der Wasserst nde in der Talsperre und am Pegel Hann M nden und 2 Abgabe gleich Talsperrenzufluss Durch Vergleich der Varianten 1 und 2 wird der Einfluss der Talsperre bez glich der Wasserverf gbarkeit n den unterhalb liegenden Gew ssern verdeutlicht Zus t
139. ng im Rahmen des 15 Deut schen Talsperrensymposiums DTK Aachen Bezirksregierung K ln 2004 2010 Restsee Inden Quantifizierung der nutzbaren Entnah memengen aus der Rur und Bewertung ihrer Auswirkungen auf das Gew ssersystem der Rur Unver ffentlichtes Gutachten Bezirksregierung K ln RWE Power Runder Tisch Werra 2010 Bilanzierungs und Prognosemodell zur Salzbelastung von Wer ra und Weser Unver ffentlichtes Gutachten www runder tisch werra de Kontakt Dr Ing Hubert Lohr SYDRO Consult GmbH Mathildenplatz 8 64283 Darmstadt Tel 06151 367 367 Fax 06151 367 348 E Mail h lohr sydro de Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Bewirtschaftung des Havel Spree Gebiets mit WBalMo Michael Kaltofen Martina Schramm und Fabian M ller 1 Einleitung Im Rahmen des vom BMVBS gef rderten Forschungsprojekt KLIWAS wird eine Modellie rung des Wasserhaushaltes Wassermenge und Gew sserg te des Elbegebietes unter Be r cksichtigung des Klimawandels durchgef hrt Im niederschlagsarmen stark anthropogen gepr gten Havelgebiet einem rechten Nebenfluss der Elbe hat die Wasserbewirtschaftung eine sehr gro e Bedeutung da einem geringen nat rlichen Wasserdargebot ein hoher Was serbedarf gegen bersteht Der Wasserhaushalt der Spree des Hauptzuflusses der Havel ist zum Beispiel durch den vormals sehr aktiven Braunkohletagebau beeinflusst Vor diesem Hintergrund zeichnen sich z B folgende E
140. ngen 2 2012 Seite 101 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 0LOZ LL SO uoneinbyuoysjysisisgn obejuey4lmu s sapung sap BunzjenuaaspyeyIyas un Jeep Jan Sbejuey ulmulag INZ Jeune ausd a BunpumssalypmuggsjaL 3auuo Aug s seg ne NdA dI NVI oAng ZHW 00T y gt y ms qnH nn mi bersichtskonfiguration Fernwirkanlage Wasserwirtschaftsamt Ansbach zy uu puoy g s y s eg u sneyu zung Huny jsq z g ypeqsuy zJWEeSYLEYPJSHIMI SSEM Abb 1 Seite 102 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Steuerung Vorgaben und Randbedingungen gt Niedrigwasseraufh hung Zielvorgabe ist ein Mindestabfluss in der Regnitz gemessen am Pegel H ttendorf n rdlich von N rnberg Restriktion Bei Unterschreitung eines Mindestabflusses in der Donau bei Kelheim darf aus Altm hl und Donau kein Wasser entnommen werden gt Hochwassersteuerung Vorrangiges Ziel ist es die berflutung landwirtschaftlicher Fl chen im mittleren Altm hltal im Sommer zu vermeiden Bei gro en Hochwassern soll die Spitze gebro chen werden um Sch den in Siedlungsbereichen zu vermeiden oder zu verringern Steuerung nach Pegeln in der Altm hl oberhalb des Altm hlsees der Niederschlags vorhersage und dem verbleibenden Stauraum in Altm hlsee und Brombachsee Regnitz t A i N GEBIE T 17 Pegnitz N rnberg E
141. nsonnnnnensnnnnnnensnnnnnnensnnnnneennnne NI Seite 3 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 4 Inhaltsverzeichnis Berliner Gew sser Modellierung des Einflusses von Bewirtschaftung und Klimawandel auf die Gew sserg te Annette Becker Paulin Hardenbicker und Helmut Fischer ssseossseosssessssossssossssossssossssessssossssesosseo Wasser berleitung vom Donau ins Maineinzugsgebiet Thomas Liepold 2 u222 2 en anal Bewirtschaftung der M ritz Elde Wasserstra e und der St rwasserstra e SRE SCHT ER EE Modell zur operationellen Bewirtschaftung der Kan le und Flussstauhaltungen der Betriebszentrale Magdeburg Rothensee Eckhard Arnold Peter Schmitt Heiderich Jay Wagenpfeil und Oliver Sawodny ecesssossssssssssssssssssssnnse berregionale Wasserbewirtschaftung Entwick lung und Einsatz eines Informationssystems und verschiedener Modelle Das Wasserdargebot in Deutschland ist r umlich und zeitlich unterschiedlich verteilt Die vielf ltigen und zum Teil konkurrierenden Anforderungen des Menschen und der Umwelt an die Ressource Wasser m ssen mit dem nat rlichen Dargebot kontinuierlich in Einklang ge bracht und wirtschaftlich optimiert werden Hierzu kommen Wasserbewirtschaftungsmodelle sowohl im operationellen Betrieb als auch im Rahmen von Langzeitsimulationen zur Anwen dung Voraussetzung daf r ist eine gute Datenbasis sowie ein kontinuierlicher Datenaus tausch Daher sind Informationssy
142. ntscheiden welche Komponenten der Wasserbilanz der Stauhaltungen relevant sind und wie genau sie ermittelt werden m ssen In Zusammen schau mit der gegebenen Datenlage kann dann entschieden werden welchen Aufwand man betreiben muss um eine gew nschte Mindestgenauigkeit der Aussagen zu erreichen oder alternativ um absch tzen zu k nnen welche Aussagegenauigkeit man bei einer gegebenen Datenlage und oder einem betreibbaren Aufwand erwarten kann Zu betrachten sind dabei neben den meteorologischen Randbedingungen Niederschlag Ver dunstung die quasi nat rliche Zufl sse Dargebot Wassereinleitungen und entnahmen sowie die Interaktion mit dem Grundwasser Mit BEWASYS verf gt die BfG erstmals ber ein zusammenh ngendes parametrisiertes und plausibilisiertes Bewirtschaftungsmodell des gesamten Systems der Bundeswasserstra en zwischen Rhein und Oder Verschiedene Fragestellungen k nnen nun damit bearbeitet wer den Gleichwohl sind Weiterentwicklungen und Verfeinerung weiterhin notwendig insbe sondere auch was die Modellierung der Interaktion des Kanalsystems mit der Umwelt an langt Dies gilt insbesondere wenn zuk nftig komplexere Zukunftsszenarien unter Ber ck sichtigung von Klimawandel aber auch m glichen gesellschaftlichen Entwicklungen durch gespielt werden sollen Tabelle 1 listet dazu erforderliche Daten bzw Annahmen Seite 33 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 34 Tabelle 1 L
143. ntwicklungen ab gt Durch die Einleitung von S mpfungswasser in die Spree wurde in den letzten Jahr zehnten das Wasserdargebot im Gebiet unterhalb der Tagebaue k nstlich erh ht Aufgrund der schrittweisen Stilllegung einzelner aktiver Tagebaue in der j ngeren Vergangenheit sind die Simpfungsw sser zur ckgegangen so dass der Wasserhaus halt der Spree deutlich geringer gest tzt wird Im Rahmen der Nachsorge stillgelegter Tagebaue wird Wasser zur Flutung ben tigt Eine m gliche Vergr erung der Abbaufl chen oder die Einstellung des Braun kohletagebaus wird Auswirkungen auf den Wasserhaushalt haben die zu ber cksich tigen sind Die Wasserhaushaltsuntersuchungen m Einzugsgebiet der Havel m ssen daher zus tzlich unter Ber cksichtigung der Wasserbewirtschaftung durchgef hrt werden Untersuchungen zum Wasserhaushalt im Havelgebiet erfolgen seit vielen Jahren erfolgreich mit dem Langfristbewirtschaftungsmodell WBalMo welches zugleich auch die Programmba s s f r das Bewirtschaftungsmodell der L nder Berlin Brandenburg und Sachsen darstellt Das Bewirtschaftungsmodell der L nder setzt sich aus einzelnen WBalMo Bausteinen zu sammen WBalMo Spree Schwarze Elster WBalMo Berlin WBalMo Havel WBalMo je weils f r die Havelnebenfl sse Nuthe Plane Buckau Dosse J glitz Es wird im Folgenden zusammengefasst WBalMo Havel Spree genannt Dieses L ndermodell soll aufgrund seiner Eignung f r langfristige Untersuchungen bei sic
144. obaufl sendes Modell Wasserstand m o Wu Val Wasserstand m Ku Wu Kei 20 E E am en 9 Ort km an en Ort km Zeit h Zeit h Abb 3 S mulationsergebnisse MLK Osthaltung mit ID HN Modell links und Prozessmodell rechts Das Prozessmodell gibt das station re und dynamische Verhalten des ID HN Modells sehr gut wieder jedoch werden hochfrequente Wellen aufgrund der reduzierten zeitlichen und rtlichen Aufl sung ged mpft Eine Kal brierung des vereinfachten Prozessmodells unter Verwendung realer Messdaten ist geplant 4 Bewirtschaftungsaufgabe als Optimalsteuerungsproblem Die Formulierung und L sung der Wasserbewirtschaftungsaufgabe als Optimalsteuerungs problem ist das Kernst ck des angewandten Verfahrens Dabei werden die Anforderungen hinsichtlich der Einhaltung schiffbarer Wasserst nde und der Minimierung der Elektroener giekosten in entsprechende Terme der Zielfunktion und der Beschr nkungen umgesetzt Das vereinfachte Prozessmodell der Haltungen des Kanalsystems ergibt die Zustandsbe schreibung reaf O wh k k k K 1 mit dem Wasserstand und dem Durchfluss in den Diskretisierungszellen als Zustandsgr en x den Durchfl ssen der Pumpwerke und Entlastungsanlagen als steuerbare Eingangsgr en u und den prognostizierten Schleusungswassermengen sowie der Windlast als nicht steuerbare Eingangsgr en z Der Optimierungshorizont erstreckt sich ber die auf den aktuellen Zeit punk
145. ologischen Reihen werden nat rliche Durchfl sse mit dem N A Modell EGMO D erzeugt gt De summarischen Auswirkungen der zu definierenden Szenarien der Wasserbewirt schaftung und des Wasserbedarfs sowie des Klimawandels auf den Wasserhaushalt des Havel Spree Gebietes werden mit den WBalMo Havel Spree bewertet KLIWAS Havel Spree Gebiet A1B Wasserhaushalt Langfristige Wasserbewirtschaftung WBalMo s KLIWAS Bewirtschaftete Durchfl sse Havel Spree Abb 1 Modellverbund zur Untersuchung der Auswirkungen von Klimawandel und Wasserbewirtschaftung auf den Wasserhaushalt des Havel Spree Gebietes Die G te des Modellverbundes h ngt von folgenden Faktoren ab gt G te der Transformation in die Normalverteilung und Auswahl physikalisch und numerisch geeigneter Regressoren f r die Simulation der stochastischen meteorolo gischen Gr en gt G te der Kalibrierung und Validit t der Parameter des N A Modells F r die Einordnung der Ergebnisse der Bewirtschaftungsmodelle sind die Unterschiede zwi schen geplanter und tats chlicher Nutzung der Wasserressourcen zu bewerten indem Ver gleiche gemessener Durchfl sse mit den simulierten f r den Status Quo vorgenommen wer den Stochastische meteorologische Simulation mit SIKO SIMO F r die Simulation wird das Untersuchungsgebiet in 28 Gebiete unterteilt die sich einerseits an der hydrologischen Gebietsgliederung und andererseits an der r umlichen Variabilit t der meteorologisc
146. on auf der Bas s von mit dem HBV generierten und korrigierten Abfl ssen und beobachteter Meteorologie Seite 49 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 50 Im Ergebnis dieser Auswertung werden zwei Dinge deutlich 1 Es empfehlen sich inner j hrliche Betrachtungen von Abfl ssen und Entnahmemengen zur Identifizierung von Unter schieden und f r eine bessere Interpretation der Ergebnisse 2 Der Referenzzustand der den Bezug f r die Bewertung der Auswirkungen von m glichen zuk nftigen Entwicklungen dar stellt sollte nicht auf der Basis von Beobachtungen sondern auf der Grundlage von Simula tionen ermittelt werden Idealerweise sollten Beobachtungen und Simulationen jedoch m g lichst gut bereinstimmen Der Punkt 2 wurde m der weiteren Ergebnisdarstellung ber cksichtigt F r unterschiedliche Dargebotsvarianten die durch die gew hlten Klimaprojektionen abgebildet werden wurden m gliche Entwicklungen der Gesamtenergiekosten f r die zu verrichtende elektrische Arbeit f r den Zeitraum von 1963 bis 2100 unter Beibehaltung des Status Quo f r Wasserbedarf und Energiepreise ermittelt M gliche Entwicklung der Energiekosten im Westdeutschen Kanalsystem 150 C20 A1B_ARP_ALADIN51_25_Is_HBV_BEWASYS C20 A1B_EH5r1_CCLM_20_Is_HBV_BEWASYS 125 C20 A1B_EH5r2_CCLM_20_Is_HBV_BEWASYS 7 C20 A1B_EH5r3_REMO_25_Is_HBV_BEWASYS Ri S T C20 A1B_HADC3Q0_HADRM3Q0_25_Is_HBV_BEWASYS
147. onsergebnisse f r das Wasservolumen der MLK Osthaltung ber einen Simulationshorizont von 24 Tagen Das Szenario ohne Zufluss zeigt den Wasserverlust durch den Schleusenbetrieb Im Ergebnis der Kostenminimierung wird so wenig Wasser wie m glich in die MLK Osthaltung zur ckgepumpt und der mittlere Wasser stand sinkt bis zum Erreichen des unteren Grenzwerts ab Wird nun ein zus tzlicher Zufluss im Bereich des Allerentlasters simuliert der gr er ist als der Wasserverlust durch den Schleusenbetrieb dann steigt der mittlere Wasserstand an Wird dieser Zufluss nicht in die Prognose einbezogen dann wird der obere Grenzwert f r den Wasserstand verletzt da die berechneten Entlastungsmengen nicht ausreichend sind Wird nun der zus tzliche Zufluss identifiziert und in die Prognose einbezogen dann wird der obere Grenzwert f r den Wasser stand zuverl ssig eingehalten Seite 120 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Durch die Erweiterung der Zustandssch tzung mit gleitendem Horizont k nnen zus tzliche verteilte Zufl sse gesch tzt werden Simulationsrechnungen mit durch Messrauschen gest r ten Pegelmessungen zeigten dass gegebenenfalls der Sch tzhorizont zu verl ngern ist siehe WAGENPFEIL et al 2010 Durch die Einbeziehung der gesch tzten Werte in die Prognose und das Optimalsteuerungsproblem der Wasserbewirtschaftung kann sowohl die Einhaltung der Wasserstandsvorgaben als auch die Qualit t der Pump
148. operationellen Betrieb eingesetzt werden so sind je Projekt nat rlich einige Vorarbeiten zu leisten Klar wird dies wenn man sich einen Prozessablauf betrachtet Messwerte 4 Prozessleitsystem Abb 3 Prozessablauf beim operationellen Einsatz 3 1 1 Preprocessing TALSIM NG selbst ist nicht konzipiert Messsensoren abzurufen In der Regel liegen daf r bereits etablierte Werkzeuge vor Der Prozessablauf aus Sicht von TALSIM NG beginnt mit der Schnittstelle zu einem Datenlieferanten Leitsystem Steuerungssoftware etc Die Aus gestaltung der Schnittstelle ist von Fall zu Fall unterschiedlich und bedarf der genauen Ab stimmung Ziel ist es zeitnah die ben tigten Daten bereitzustellen Dabei ist es unerheblich ob die Datenanfrage von Seiten TALSIM NG gestartet wird oder ob Daten zeitgesteuert auf laufen und TALSIM NG reagieren soll Letztendlich stehen aktuelle Messdaten in einem Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 zeitlich definierten oder variablen Rhythmus zur Verf gung Die Schnittstelle ist Teil des Preprocessings welches von einem eigenen Tool in der TALSIM NG Produktfamilie bedient wird dem TaskServer Sind die aktuellen Daten per Schnittstelle ausgelesen liegen diese in der eigenen Zeitreihen verwaltung vor Der n chste Schritt ist die Pr fung der aufgelaufenen Daten Eine Pr fung wird immer dann erforderlich sein wenn ungepr fte Rohdaten eingelesen werden Art und Umfang
149. ordnet werden dies war im statischen alten Editor nicht m glich Intern rechnet das Modell zwar weiterhin in der alten Weise die bergabe wickelt jedoch der neue Systemeditor m Hintergrund ab und der Anwender braucht sich nicht mehr darum zu k mmern Damit in der offenen Programmierschnittstelle API Knoten weiterhin auch nach nachtr glichem Einf gen L schen identifiziert werden k nnen wurde zudem eine eindeutige ID f r alle Elemente und Knoten eingef hrt Dadurch k nnen auch Ergebnisse von ver nderten Systemvarianten miteinander verglichen werden en Ei SystemEditor ee System Istzustand vol E3 Programm Simulati zj Defizitdecku 3 Unges zj Startdatu 01 11 2000 Enddatu 31 10 2005 Zeitschr LTaq v Elemente Flussstauhaltung 30 Ruhr SL Duisburg 30 Ruhr SL Duisburg Kanalsstauhaltung 28 Hamm Mere Kanalsstauhaltung 10 Henrichendorf Muenster Eigenschaften Startwert Kanalsstauhaltung 04 Wanne Eickel Herne st Kanalsstauhaltung 03 Gelsenkirchen Wanne Eickel Level elle Kanalsstauhaltung 02 Oberhausen Gelsenkirchen Lande Kanalsstauhaltung 01 Duisburg Meiderich Kanalsstauhaltung 09 Ahsen Datteln M kere rer Kanalsstauhaltung 08 Flaesheim Ahsen Kanalsstauhaltung 07 Dorsten Flaesheim Translation Kanalsstauhaltung 06 Huerixe Dorsten Kanalsstauhaltung 05 Fried
150. ormierten Jahreskosten f r die nahe und ferne Zukunft aus der Modellkette C20 AlB EHS5r3 REMO 25 Is HBV BEWASYS unter Beibehaltung des Status Quo bei der Ver nderung des Wasserbedarfs dargestellt Es st zu erkennen dass bei einem Anstieg der Schiffstransporte um 12 pro Tag bereits f r den Kontrollzeitraum h here Energiekosten auf treten als f r die ferne Zukunft unter der Annahme einer moderaten Ver nderung der Ab flussverh ltnisse f r den Status Quo simuliert wurden Seite 51 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 52 Vergleicht man die Ergebnisse Abb 6 mit den simulierten Energiekosten f r drei ausge w hlte Klimal ufe ohne C20 A1B ARPEGE ALADINS1 25 1s HBV BEWASYS dem Abb 5 dargestellt sind so ist zu erkennen dass der Kosteneffekt einer Schiffszahlerh hung von 6 bzw 18 Transporten pro Tag im Referenzzeitraum in etwa dem Kosteneffekt der Kli mafolgen in der fernen Zukunft entspricht Die Auswertung weiterer hier nicht dargestellter Simulationsergebnisse zeigt dass auch in diesen Variantenrechnungen die Zielwasserst nde in den Haltungen ber den gesamten Zeit raum gehalten werden k nnen 6 Zusammenfassung Das Bewirtschaftungsmodell BEWASYS Rhein Oder ist ein wertvolles Instrument zur Simu lation der Wasserbewirtschaftung von Kanal und Flussstauhaltungen und gegenw rtig in seinem r umlichen Umfang und seiner zeitlichen Diskretisierung einmalig in Deutschland Es wurde gezei
151. r Tagebauseen und vom verf gbaren Dargebot ab Eine entsprechende R ckkopplung vom WBalMo wird gew hrleistet Die Abflussprozesse werden im EGMO D durch 10 Modellparameter beschrieben Bei der Anwendung im Rahmen von Wasserbewirtschaftungssimulationen erfolgt die Bestimmung der Modellparameter mittels einer anthropogen weitgehend unbeeinflussten Abflussreihe mittlere monatliche Abfl sse und den zeitgleichen meteorologischen Reihen monatliche Gebietsmittel des Niederschlages und der potenziellen Verdunstung Ihre Optimierung er folgt mit dem Softwaresystem PEST PEST 2010 Stochastisches Modell SIKO SIMO Das stochastische Modell SIKO SIKO ein mehrdimensionales Autoregressionsmodell dient zur Generierung vielj hriger synthetischer Monatswertreihen von meteorologischen und hy drologischen Gr en Die Grundlage zur Generierung solcher Daten stellen langj hrige stati stisch repr sentative Reihen der ben tigten Prozessgr en dar F r die Ermittlung der meteorologischen Prozessgr en m ssen zun chst sinnvolle Teilge biete TG definiert werden f r die die jeweiligen monatlichen Gebietsmittelwerte bestimmt werden k nnen Das weitere Vorgehen sieht eine prim rstatistische Auswertung und die Anpassung einer transformierten Normalverteilung an die empirische Verteilung der betreffenden Prozessgr en je Monat und TG vor Nach der Transformation in N 0 1 verteilte Prozesse erfolgt die Sch tzung der Auto bzw Kreuzkorrela
152. rammierschnittstelle bietet dabei einen umfassenden kontrollierten Eingriff in den Programmablauf des Modells Der Berechnungskern reicht zu festgelegten Rechenzu st nden innerhalb des Ablaufs die Ausf hrung an die API weiter um dann mit entsprechend ver nderten Zust nden oder Parametern fortzufahren Abbildung 2 zeigt schematisch und vereinfacht in Form eines Flussdiagramms die Aufrufe der API aus dem Rechenkern Be merkung Es sind nicht alle Aufrufe dargestellt Beispiel Es k nnte innerhalb des Aufrufs APIO am Knoten die Entnahme an einem Kno ten des Systems dynamisch verwaltet werden d h zeitlich und entsprechend der aktuellen Systemzust nde Zeitschritt IT Bilanzierung der Talsperren und Gew sser Bilanzierung der Kanal und Flussstauhaltungen gt API Cleanup Abb 2 Flussdiagramm des Rechenablaufs von BEWASYS mit Aufrufen der offenen Programmierschnittstelle APD 3 2 Prognose Die berregionale Bewirtschaftung und spezielle Bedarfsdeckung nach Priorit ten im Mo dellsystem BEWASYS Rhein Oder hat eine neue Art des Programmablaufs erfordert Die Regeln zur Wasser berleitung waren umfangreich komplex und zustandsabh ngig EBNER VON ESCHENBACH et al 2011 Hierf r wurde BEWASYS um den Rechenmodus manuelle Steuerung erweitert Das Modell berl sst der API die Steuerung bietet daf r zu jedem Zeit schritt eine Prognose der jeweiligen Systemzust nde ohne Steuerung an Das hei t das Mo
153. rden Summenbilanzen f r gr ere Flusseinzugsgebiete Die Bilanzprofile orientieren sich an wassermengenwirtschaftlich kritischen Bilanzprofilen oder beziehen sich nur auf M ndungsprofile von Teil und Nebenflussgebieten Den um Nutzungseinfl sse bereinigten nat rlichen Dargebotswerten in Form von Monatsmittelwerten besonders kriti scher Monate z B des Trockenmonats August mit z B 10 Unterschreitungswahr scheinlichkeit werden die summarischen Nutzungsverluste als Differenz Wasserentnahmen minus R ckleitungen gegen bergestellt 3 L ngsschnittbilanzen L ngsschnittbilanzen unterscheiden sich von den Summenbilanzen vor allem dadurch dass die wasserwirtschaftliche Situation des betrachteten Wasserlaufes von Bilanzprofil zu Bi lanzprofil lagegerecht dargestellt wird Abb 1 L ngsschnittbilanzen beschreiben die Nut zung der regionalen Wasserressourcen zwischen den verschiedenen Bilanzprofilen z B I I in Abb 1 Das Rechenschema entspricht in seiner Grundform dem der Summenbilanz Je doch m ssen in Abh ngigkeit von der Anzahl der Bilanzprofile entlang des Hauptwasserlau fes und der Nebenfl sse die einzelnen Bilanz erungsschritte entsprechend oft wiederholt werden Zus tzlich sind die sich ergebenden Bilanzabfl sse von Bilanzprofilen im Oberlauf oder von Nebenfl ssen zu ber cksichtigen BOTH et al 1982 nat rliches Wasserdargebot zwischen den Bilanzprofilen I und II reduziert um das nat rliche Wa
154. ren die beschrieben werden m ssen LIEBENAU REES SCHERMBECK KESSELER 3 N u u WESEL RUHRORT d HATTINGEN et D SSELDORF Kr Legende N Gew sser h y Pegel 0 25 50 100 Kilometer u LI l 1 Abb 1 Das einzugsgebiets bergreifende Kanalsystem von Rhein bis Oder Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 27 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 28 Das Gebiet ist grob gesehen durch ein von West nach Ost abnehmendes Wasserdargebot cha rakterisiert Rheinabfluss 400 mm a 40 des Niederschlags Elbeabfluss 180 mm a 30 des Niederschlags Entsprechend kann der Wasserbedarf der Haltungen f r Schifffahrt Industrie Landwirtschaft und kologie nicht ohne Weiteres aus dem jeweils lokal bzw jah reszeitlich verf gbaren Wasserdargebot befriedigt werden weshalb eine Bewirtschaftung des Wasserdargebots d h eine Umverteilung in Raum und Zeit erforderlich ist 2 Bewirtschaftungsmodell Die Bewirtschaftung und Steuerung des Systems obliegt der Wasser und Schifffahrtsverwal tung des Bundes WSV Die zust ndigen Betriebszentralen Datteln Minden und Magde burg Rothensee verfolgen dabei das Ziel nach einheitlichen Grunds tzen und Regeln vorzu gehen sowie die Einhaltung der Randbedingungen gt Sicherheit und Leichtigkeit der Schifffahrt gt nachhaltige Bewirtschaftung der Wasserressourcen gt energetische Optimier
155. richsfeld Huerixe I O Beziehung Gew sser RH01 Pg Due Dorf 27500106 Gew sser RH03 Mdg Ruhr 780 1 W V Beziehu Gew sser RH04 Mdg RHK 780 5 ER Gew sser RH05 75080 Ruhrort Betriebswasserstand Gew sser RH06 o WDK Mdg 784 2 Gew sser RHIT o WDK 804 2 ee a Gew sser RH08 Mdg WDK 813 2 Mittlerer Er im Gew sser RH09 Wesel 81400 ge Gew sser LOL P Kesseler 3 LI278579 Oberer DW 25 100 m Gew sser LIO2 ZEG oberh Wehr Hamm Gew sser LIO3 Wehr Hamm LI12490 Gew sser LI04 Speise Lipp unt Hamm Gew sser LIOS Leven LI06530 Niederschlag E P_Hitg01 TA6 GG Gew sser WEOT Pg Porta WE47100100 Eigenschaften Knoten rNat rliche Entnahmen Zufl sse Bee een Abb 4 Der BEWASYS Systemeditor Beispiel Rhein Oder Durch die Programmierung unter Java ergeben sich auch neue M glichkeiten hinsichtlich der Datenstr me Dateiformate Datenbanken Netzwerke Fehlerbehandlung und der Oberfl che vorgefertigte Bibliotheken Diagramme 4 Zusammenfassung und Ausblick Die Fortf hrung des Modells BEWASYS Rhein Oder sowie die Dokumentation der Anwen dung und der M glichkeiten der offenen Programmierschnittstelle sind aktuelle Bearbei tungspunkte im Auftrag der BfG Die API soll ein eigenes Handbuch erhalten so dass auch unerfahrenen Anwender den Einstieg erleichtert bekommen Au erdem soll eine Leerfunk tion f r die API angeboten werden in der bestimmte Strukture
156. rleitungswassermenge kann ab h ngig vom Elbeabfluss Spitzenzufl sse in die UHW von ca 15 m s erreichen Il und Pumpwerk Schleuse S lfeld mit Pegel UW Pegel Haldensleben mi Pese und Wind so 7 a NvK Durchflu me anlage Schleuse oppelschleuse Hohenwarthe mit Pegel OW UW und Pum erk d Pumpwer Wehr Sperrtor J Schiffshebewerk Pegel es N I I Jen Pegel Magdeburg Strombr cke Durchflu messung a egel Magde f Pegel Magdeburg Buckau S Wind Windgeschwindigkeitmessung OW Oberwasser UW Unterwasser Abb 1 Bewirtschaftungsraum der Betriebszentrale Rothensee Das Revier der Betriebszentrale Rothensee grenzt im Westen an die Betriebszentrale Minden mit der der MLK Ost gemeinsam bewirtschaftet wird Die k nftige Wasserbewirtschaftung in Rothensee sollte daher in der Lage sein hier ber die eigenen Reviergrenzen zu blicken um zu pr fen inwieweit die im eigenen Revier aktuell vorliegende Bewirtschaftungsstrategie durch eine mit Minden abgestimmte Bewirtschaftung verbessert werden kann Im Osten grenzt das Revier an die Stauhaltung Bahnitz der UHW deren Niedrigwasserproblematik durch Einleitungen aus dem EHK abgemindert werden kann 3 Modellbildung 3 1 HN Modell Alle Kan le im Bewirtschaftungsraum der BZR geh ren zum Projekt 17 der Verkehrsprojek te Deutsche Einheit deren Arbeiten am EHK zu 70 und am MLK Ost zu 80 abgeschlos sen sind Dies erschwert die Modellbild
157. rn z B aufgrund von Verkrautung eine Rolle spielen Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Wasserstand Wst Edertalsperre Fame 0 TS Zufluss und Abgabe Affoldern N On VZP 3 5 11 5 00 h N O a A O 0 Wasserstand m PNP Abfluss m s VZP 3 5 11 5 00 h 12 4 11 17 4 11 22 4 11 27 4 11 2511 7 5 11 12 4 11 174 11 224 11 27411 2511 7511 TS Zufluss Wst Sim Affoldern Beo Wst Beo Abfluss Pegel Frizlar Eder Abfluss Pegel Gunthershausen Fulda Cu O QI O z D oO On amp O 2 gt NN O N oO oO Abfluss m s Abfluss m s BERN O VZP 3 5 11 5 00 h VZP 3 5 11 5 00 h BE EEE I 17 4 11 22 4 11 274 11 2 5 11 7 5 11 12 4 11 17 4 11 22 4 11 274 11 2 5 11 oO 9 12 4 11 7 3 11 Gunth Beo sz Gunth Sim Fritzlar Beo Fritzlar Sim Abfluss Pegel Hann M nden Weser Abfluss Pegel Bonaforth Fulda v 40 S G i SE l go X 520 2 WO Ziel Wst 120 cm Sum Za I cz VZP 3 5 11 5 00 h EH TTT I 77 De FE ITi TI 12 4 11 17 4 11 22 4 11 274 11 2 5 11 75 11 12 4 11 17 4 11 22 4 11 27 4 11 2 5 11 7 5 11 Bonaf Beo Bonaf Sim Hann M Beo Hann M Sim Abb 5 Beobachtete Beo und s mulierte Sim Ganglinien unter Verwendung beob
158. ruch gering bleiben Andern falls ist die Kenntnis ber die relative Lage der Grundwasseroberfl che zur H henlage des Kanalwasserspiegels m Jahresverlauf entscheidend Eine solche Entscheidung muss f r jeden Kanalabschnitt getroffen werden Daten zur Kanal dichtung und Erkenntnisse ber Selbstdichtungseffekte spielen ebenso eine Rolle wie Kartie rungen der Grundwasserverh ltnisse oder entsprechende Modellrechnungen die sich beide idealer Weise auf langj hrige Aufzeichnungen eines Grundwassermessnetzes st tzen Dies war im vorliegenden Fall jedoch nur be den Abschnitten am Elbe Havel Kanal aufgrund einer fr heren detaillierten numerischen Untersuchungen gegeben RICHTER 2003 Die Ermittlung der Austauschmengen zwischen Kanal und Grundwasser hat f r die rund 80 km lange Osthaltung des MLK zwischen den Schleusen S lfeld im Westen und Rothensee im Osten eine vergleichsweise hohe Bedeutung Die Stauhaltung durchquert an der Landes grenze von Niedersachsen und Sachsen Anhalt das Naturschutzgebiet Dr mling ein Nieder moor Naturraum mit einer Fl che von ca 320 km Der Normalwasserstand des MLK in den nicht gedichteten Strecken entspricht etwa dem mittleren Grundwasserstand des Dr mlings Da jedoch die zeitliche Dynamik von Interesse war andererseits aber zu den Zufl ssen und der Versickerung in diesem Gebiet keine vielj hrigen Messreihen existierten wurde ein Grundwassermodell zur Simulation der monatlichen Austauschmengen verwendet
159. rve Transparenz o Name HERRENH USEN Nummer 45300103 o Visualisierung WASSERST ND ROHDATEN ES w Haltungen Filtern ES IV Schleusur Details ZS Bundesw H Neu anlegen Legende i n h a Ite d Ire kt In Tabelle anzeigen Weitere Objekte bea rbe ite n Druck V Objektauswahl aktiviert rg Abb 2 Kartenclient von WA Als Framework mit umfangreichen Funktionen f r Karte und Tabellen wird Mapfish verwendet Die Karte selbst wird mittels OpenLayers dargestellt und am Server mittels des UMN MapsServers erzeugt Die Open Source Software besitzt im Vergleich zu Closed Software vielf ltige Vorteile OSS kann einfach und unmittelbar genutzt werden Eine Vielzahl von Standards werden bereits unterst tzt da es keine Firmen eigenen Standards als Rahmen bei der Entwicklung gegeben hat Eigene Weiterentwicklungen sind problemlos m glich und flie en zur ck n die Com munity wie auch Weiterentwicklungen aus der Community leicht nachgenutzt werden k n nen Eine Vielzahl von Dienstleistern und Entwicklern k nnen OSS voranbringen Dies er leichtert die Suche nach einem Auftragnehmer Kooperationen mit anderen Partnern aus der ffentlichen Verwaltung und der Privatwirtschaft sind leicht m glich ohne gro en vorheri gen Verwaltungsaufwand und lizenzrechtliche Abstimmungen So wird der Wissenstransfer zwischen den Projekten gef rdert Entwicklungszyklen in der Software k nnen m Projekt selbst bestimmt wer
160. s T 5 a nass normal T 5 atr T 10 att Schweriner See Wasserstandsganglinien Ist 2010 2011 und GRM Berechnungen f r 2010 2011 Pegel Schwerin Werderbr cke Monate Oktober bis April W cm 150 150 T 10a nass 130 130 110 110 90 90 Abgaben lst 1 66 m s Ist 2 24 m s Ist 2 21 s Ist 3 21 Ist 4 77 its Ist 1 63 m s Isti 0 m s 70 70 01 10 01 11 01 12 01 01 2011 01 02 01 03 01 04 30 04 2010 2011 T 10 a nass T 5 a nass normal T 5 atr T 10 a tr Abb 5 Wasserstandsganglinie Mecklenburger Oberseen und GRM Berechnung 2010 2011 LUNG G strow Seite 110 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Bereits ber einen Rezess aus dem Jahr 1789 und nachfolgend 1887 bestand zwischen Preu en und Mecklenburg eine Vereinbarung ber die Abgabemengen in Richtung Havel Die berwachung oblag damals dem Wasserbauamt im Innenministerium in Schwerin und nachfolgend dem Wasserstra enamt dann bis zur Wiedervereinigung der Wasserwirtschafts direktion mittlere Elbe Sude Elde in Magdeburg Mit dem Einigungsvertrag sind die Meck lenburger Oberseen als Teil der M ritz Elde Wasserstra e als Bundeswasserstra en mit ihren dazugeh rigen Steuergliedern im Eigentum des Bundes Offen waren bzw teilweise sind es noch die erforderlichen wasserrechtlichen Regelungen zu den Entnahmebauwerken in den einzelnen Haltungen Im Zuge der Umsetzung der Forderungen der Wasserrahmenr
161. schaft und Bergbau am Beispiel Restsee Inden In einer Machbarkeitsstudie wurde untersucht ob eine Bef llung des Tagebaus Inden nach Beendigung des Kohleabbaus mit Rurwasser m glich ist und wie lange es bei kologisch vertr glicher Entnahme dauern w rde Im Braunkohleplan wurde festgeschrieben dass eine Entnahme von F llwasser aus der Rur nur ohne erhebliche Beeintr chtigung des kosystems der Rur und der angrenzenden Feucht gebiete und nur unter Ber cksichtigung aller direkten und indirekten zugelassenen Entnah men und Einleitungen aus der Rur und aus den von ihr gespeisten Gew ssern erfolgen darf Es wurden Kriterien aufgestellt nach denen eine Bef llung erfolgen soll Dieses Projekt wurde mit dem Flussgebietsmodell TALSIM begonnen und sp ter auf TAL SIM NG fortgesetzt Simuliert wurde das gesamte Einzugsgebiet der Rur bis einschlie lich der M ndung der Wurm mit 2135 km Die besondere Aufgabe war es den unterschiedlichen Detaillierungsgrad abzubilden der sich durch die wasserwirtschaftliche Situation entlang der Rur ergibt Der Abfluss der Rur ist ge pr gt durch die Talsperren des Wasserverbandes Eifel Rur im Oberlauf Das Talsperrenver bundsystem z hlt zu den komplexesten in Deutschland und besteht aus acht Talsperren und zwei Staubecken deren wasserwirtschaftliche Betriebsregeln interagieren bzw direkt gekop pelt sind Damit diese Regeln realit tsnah im Modell gefahren werden k nnen ist eine sehr detaillierte Abb
162. sdaten mit Hilfe der Monte Carlo Methode erzeugt wurden zu verkn pfen um Speicherausbaugr en zu ermitteln Durch die Zufallsexperimente wurden synthetische Datenreihen geliefert die neue Kombinationen von Werten und Auftretensh ufigkeiten enthielten GR NEWALD 2001 Als Ergebnis konnten z B neue Bedingungen f r Niedrigwasser oder Hochwasserperioden berechnet werden die in der kurzen Beobachtungsreihe nicht enthalten waren Diese Metho de erfordert die Bereinigung der Beobachtungsdaten von Wassernutzungseinfl ssen Solche Separationen waren jedoch z B f r die bergbaubeeinflussten Abfl sse der Spree und Schwarzen Elster nicht durchf hrbar Ein Ausweg hierf r wurde mit der indirekten determi nistischen Abflusssimulation gefunden die auf der stochastischen Simulation der urs chli chen Prozesse wie Niederschlag Temperatur Globalstrahlung basiert SCHRAMM 1995 Dies erm glicht schlie lich auch die Einbeziehung von Szenarien globaler Klima nderungen oder nderungen der Landnutzung s Abb 2 bereinigte Abfluss stochastische Simulation Beobachtungsreihen meteorologischer Prozesse T I _Kalibrierun indirekte deterministische direkte stochastische Abflusssimulation durch N A Modellierung n Realisierungen Be l l isi J deterministische Simulation von Nutzungen EES statistische Analyse der Simulationsergebnisse Abb 2 Methodik der stochastischen Planungs und Bewirtschaftungsmodellierung auf der
163. sserdargebot der Einzugsgebiete der Nebenfl sse Abfluss R von der Fl che A Au Ar m At Bilanzabfluss des Oberlaufprofils II Ort m At Als zus tzliche Bilanzelemente sind aber die Bilanzsalden der jeweils oberhalb gelegenen Profile bzw die Bilanzsalden gesondert bilanzierter Nebenwasserl ufe zu ber cksichtigen Nach BOTH et al 1982 ergibt sich im einfachsten Fall folgendes Rechenschema Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 nat rliches Dargebot des Bilanzgebietes Mio m Monat Mio m Monat I Bilanzsaldo des oberhalb liegenden Profils Bilanzsaldo der gesondert bilanzierten Mio m Monat I Nebenwasserl ufe mit Einm ndung in das Bilanzgebiet Mio m Monat Mio m Monat Mio m Monat Mio m Monat Mio m Monat Summe Ableitungen Summe Zuleitungen Summe Speichereinfluss Summe Entnahmen Summe R ckleitungen aus kologischen Gr nden erforderlicher Mindestabfluss Mio m Monat Mio m Monat Bilanzsaldo noch verf gbares Wasserdargebot N Teileinzugsgebiet A Wassernutzung verbrauch Bilanzabfluss Q Wasser entnahme Q re Bilanz oberstromiges Se x GIE profil Einzugsgebiet AN Bilanz profil II Wasser transfer Q Einzugs gebiet A Abb 1 Komponenten der wasserwirtschaftlichen Bilanz eines Einzugsgebietes durchgezogene Linie und zwischen
164. st im Jahr 2003 Tageswerte in m s Duisburg Meiderich Oberhausen mittlere t gliche Verdunstungsverluste und korrigierte Niederschlagsh he bezogen auf die Kanal bzw Flussstauhaltung im Zeitraum 1951 bis 2007 E x S q Wal OO Z eb Q eb n d e Q TH EC E pp CES Dee O c a 5 0 c c E E XOD x xXx Xx N gt S vom o L 86 x s E ez s D S S SS 2 ss SS SS a S S Pe ES Be Kar O O o 3 cc C G U 3 l lt r S I I I S o o oN s U I D v Zz U ee es E be o ce 23 amp zZ o 2 7 A o o DH z oe ER o 30a PD O k Z Q P KS SZ au e a bs E ZS zs a da SS SZ SC zs SS sg eg a sis Z SS A a SS 5 7 Ba e 8 3 3 2 ES e ZS 5 SS Ev Bo 5 SS Sep SR ZS Li SG z3 8 o TAa 252 o o a Ll 2 82 EA g 2 E g e x mo o x ZS SO lt lt 3 E u Sr gt o a ct gt Ze o o uU o 2 gt Ss ca x E l 0 ee oO O E e 5 5 p A O X o el 5 5 x c de 2 SG D A a 2 2 3 0 2 2 2 O S SS GE 5 E E x oe 5 5 m ze 5 o u o S j N 2 2 S SS 2 D S H S Las m Haltungen im Kanalsystem O Verdunstung freier Wasserfl chen B korrigierte Niederschlagsh he O Oberfl che bei NoSt Abb 4 Mittlere t gliche Verdunstungsverluste und mittlere t gliche korrigierte Niederschlags h he der Stauhaltungen des Kanalsystems Rhein Oder von West nach Ost im Zeit raum 1951 bis 2007 in m s Berechnet f r die Verh ltnisse bei Normalstau NoSt Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen
165. st es eine nachhaltige und energetisch optimierte Bewirtschaftung der Wasserres sourcen zur Gew hrleistung von Sicherheit und Leichtigkeit des Schiffsverkehrs sowie zur Sicherung anerkannter gerechtfertigter Nutzeranspr che einschlie lich der kologie zu er reichen Hierzu wurde in gemeinsamer Arbeit von der Bundesanstalt f r Gew sserkunde BfG der Bundesanstalt f r IT Dienstleistungen im Gesch ftsbereich des BMVBS DLZ IT und den drei WSDen West Mitte und Ost die internetbasierte Datenbank WA berregio nale Informationsplattform zur optimierten Wasserbewirtschaftung des Kanalsystems zwi schen Rhein und Oder aufgebaut Die internetbasierte Datenbank dient den internen Nutzern z B Wasser und Schifffahrts verwaltung des Bundes WSV BfG als auch der breiten ffentlichkeit als Informations system Das System unterst tzt die operationelle Arbeit in den Betriebszentralen und stellt einen Gro teil der Eingangsdaten f r das Tageswertmodell BEWASYS Rhein Oder zur Si mulation der berregionalen Bewirtschaftung des Kanalsystems zur Verf gung 2 Ausgangssituation und Untersuchungsgebiet Das Kanalsystem der Bundeswasserstra en zwischen Rhein und Oder wird von den drei WSDen West Sitz in M nster Mitte Sitz in Hannover und Ost Sitz in Magdeburg ver waltet und bewirtschaftet Zur Optimierung der Wasserbewirtschaftung wurde in allen drei Direktionen die Bewirtschaftung in jeweils einer Betriebszentrale geb ndelt Datteln
166. steme von grundlegender Bedeutung F r die ganzheitliche und berregionale Bewirtschaftung der Bundeswasserstra en zwischen Rhein und Oder wurden in gemeinsamer Arbeit der Bundesanstalt f r Gew sserkunde BfG der Bundesanstalt f r IT Dienstleistungen im Gesch ftsbereich des BMVBS DLZ IT und der drei Wasser und Schifffahrtsdirektionen West Mitte und Ost das Bewirtschaftungsmo dell BEWASYS f r Langzeitsimulationen wasserwirtschaftlicher Systeme sowie die internet basierte Datenbank W A Info aufgebaut Beide Projekte werden pr sentiert Weiterhin wer den Bewirtschaftungsmodelle vorgestellt die im Rahmen der Flussgebietsbewirtschaftung oder zur Echtzeitsteuerung von Talsperren zum Einsatz kommen Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 5 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 6 UWA Vorstellung der berregionalen Datenbank zur Wasserbewirtschaftung des Kanalsystems zwischen Rhein und Oder Marcus Meyer 1 Einleitung Die Wasserbewirtschaftung der Kan le zwischen Rhein Weser Elbe und Oder ist durch un terschiedliche nat rliche Gegebenheiten einerseits und unterschiedliche und ver nderliche Nutzeranspr che andererseits gekennzeichnet Die Bewirtschaftung erfolgt mter bergreifend n den Bereichen der Wasser und Schiff fahrtsdirektionen WSDen West Mitte und Ost jeweils durch die Betriebszentralen Datteln Minden und Magdeburg Rothensee Das Ziel i
167. t f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 12 WSV Webanwendung f r die Kanal und Flussstauhaltung zwischen Rhein und Oder Dietmar Mothes 1 Einleitung Bei der Wasserbewirtschaftung der Kan le zwischen Rhein Westdeutsches Kanalnetz WSD West Weser Kanalnetz der WSD Mitte und Elbe Oder Bereich der WSD Ost durch die Betriebszentralen Datteln Minden und Magdeburg besteht insbesondere bei der Bewirtschaf tung der gemeinsamen Haltungen ein intensiver Abstimmungsbedarf Diese Abstimmungen finden bisher vor allem via Telefon statt Da bereits jede Wasserstandsanpassung um 1 cm in der MLK Westhaltung Kosten von ca 500 erzeugt liegt in einer Optimierung der berre gionalen Bewirtschaftung ein zu nutzendes Verbesserungspotenzial WSD Mitte 2005 Am 18 11 2005 erteilte die WSD Mitte stellvertretend f r die WSD West und WSD Ost den Projektauftrag zur Entwicklung einer Informationsplattform zur berregionalen Wasserbe wirtschaftung des Kanalsystems zwischen Rhein und Oder UWA an die heutige Bundesan stalt f r IT Dienstleistungen im Gesch ftsbereich des BMVBS DLZ IT damals Fachstelle IT der WSV Nach Abstimmung und Beginn der Arbeiten gab es folgenden zeitlichen Ablauf gt Projekthandbuch inklusive IT Wibe 19 03 2007 gt Erstellung von Anwendungsf llen 05 11 2008 gt Erstellung eines Lastenheftes 10 03 2009 gt Ausschreibung und Vergabe 28 09 2009 gt Realisierung 26 11 2010 gt Pilotierung 31 12
168. t k folgenden X Zeitschritte Als Kompromiss zwischen einer m glichst langfristigen Betrachtung der Bewirtschaftung einerseits und dem zunehmenden Prognosefehler und Re chenaufwand andererseits wird ein Horizont von 48 Stunden gew hlt Seite 117 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 118 Die n den Pumpwerken und Entlastungsanlagen verf gbaren Aggregate geben Beschr nkun gen der Eingangsgr en vor sc O lt u lt WE Hauptanforderung an die Wasserbewirtschaftung ist die Gew hrleistung schiffbarer Wasser st nde Diese sind f r jede Haltung in Form von Minimal und Maximalwerten zum einen f r den lokalen Wasserstand und zum anderen f r den rtlich gemittelten Wasserstand oder das Wasservolumen vorgegeben S X min u Ss X max Sr lt x v max X v min In bestimmten Situationen beispielsweise bei starker Windlast mit starker Schr gstellung des Wasserspiegels ist es aufgrund der physikalischen Bedingungen u U unm glich diese Bedingungen einzuhalten Daher werden die Wasserstandsvorgaben in Form von weichen Beschr nkungen in das Optimalsteuerungsproblem einbezogen Hauptkomponente der Zielfunktion sind die zu minimierenden Elektroenergiekosten wobei die f r die einzelnen Pumpwerke Durchfluss u ggf unterschiedlichen und zeitabh ngigen Elektroenergiepreise c Hoch bzw Niedertarif sowie leistungsabh ngige Arbeitspreise ber cksichtigt werden a k K 1
169. t ohne Korrek tur leicht untersch tzt und in den brigen Monaten Juni bis Januar stark bersch tzt 35 im September werden Das kann u a damit begr ndet werden dass bei der Kalibrierung und Validierung des hydrologischen Modells HBV die Pegel der Nebenfl sse mit Einzugsgebie ten ab ca 5000 km und die Rheinpegel im Fokus standen Das Einzugsgebiet des Pegels Lippstadt umfasst hingegen lediglich etwa 1400 km Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Das Bewirtschaftungsmodell BEWASYS reagiert sehr sensitiv auf die Niedrigwasserabfl sse in der Lippe Das f hrt dazu dass die Simulation der Wasserbewirtschaftung auf der Basis der mit dem Wasserhaushaltsmodell simulierten Abfl sse zu Unterschieden im Vergleich zum Istzustand 1996 2005 f hrt Zur Verminderung dieser Unterschiede wurden die simu lierten Abfl sse am Pegel Lippstadt mit einem konstanten Faktor korrigiert der sich aus dem Quotienten von Beobachtung und Simulation ergibt Der Verlauf der korrigierten simulierten Ganglinie und die entsprechende bessere mittlere Anpassung an die Beobachtungen ist in Abb 4 links SIM mit Korrektur zu sehen Diese Korrektur f hrt zu einer Verminderung der bersch tzung im September um ca 10 auf 25 der Beobachtungen in der sommerlichen Niedrigwasserperiode von Juni bis Oktober In Abb 4 rechts ist der Vergleich der simulierten Entnahmemengen die zum einen auf der Grundlage von beobachteten Abfl ssen S
170. t werden Hiermit wurde von der BAW das Institut f r Systemdynamik der Universit t Stuttgart Prof Dr Ing O Sawodny beauftragt 2 Revier der BZR und wichtige Randbedingungen Das Bewirtschaftungsgebiet der BZR umfasst d e ca 80 km lange Osthaltung des Mittelland kanales MLK Ost die beiden Stauhaltungen Zerben und Wusterwitz des Elbe Havel Ka nals EHK den Rothenseer Verbindungskanal RVK als Verbindung des MLK Ost zur Elbe sowie den Niegripper und Pareyer Verbindungskanal als Anschluss des EHK an die Elbe s Abb 1 Dem Bewirtschaftungsgebiet zugerechnet wird weiterhin die frei flie ende Elbe zwischen Magdeburg und Parey die abh ngig vom Abfluss und Wasserstand f r die Speisung der Kan le genutzt wird Durch die direkte Anbindung des RVK an die Elbe kom muniziert der Kanal mit dem Elbewasserstand Lediglich bei Niedrigwasser in der Elbe wird der RVK durch den Betrieb der Hafenschleuse von der Elbe getrennt Mit Hilfe eines Pump werkes wird der Wasserstand im RVK dann so reguliert dass die Schiffe mit voller Tauchtie fe verkehren k nnen Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Zum erweiterten Bewirtschaftungsgebiet muss die Untere Havel Wasserstra e UHW hin zugerechnet werden Da die Havel aus ihrem Einzugsgebiet nicht gen gend Wasser bereit stellen kann ist die Flussstauhaltung Bahnitz der UHW mit einer Mindestwasser berleitung von 4 m s aus der Elbe zu versorgen die Gr e dieser be
171. talt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 mm e em em em mm mm em em MM em mm em mm mm mm mm ME mm Im mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm wm A A A KK sch tzhorizont Optimierungshorizont K K Zeit Abb 4 Zeithorizonte der Modell pr diktiven Regelung und Zustandssch tzung 5 1 Zustandssch tzung Im Modell pr diktiven Regler wird die optimale Steuerung mit einer modellbas erten Zu standspr diktion bestimmt Daher muss der aktuelle Systemzustand x am Beginn des Pr diktionshorizonts bekannt sein Da die Zustandsgr en des Prozessmodells insbesondere die Durchfl sse in den Diskretisierungszellen nicht direkt messbar sind muss die Zustandser mittlung auf der Basis der Pegelmessungen und der Zeitverl ufe der Eingangsgr en in den vergangenen Stunden erfolgen Hierzu wird wieder ein Optimalsteuerungsproblem formuliert Unter Ber cksichtigung der Zustandsgleichungen und der bekannten Eingangsgr en ist die Differenz zwischen gemes senen Pegelwerten y und mit dem Modell berechneten Pegelwerten y x im Sinne der kleinsten Fehlerquadrate zu minimieren k 2 3 a 5 gt min k k K Es kommen die gleichen numerischen Verfahren wie zur L sung der Bewirtschaftungsaufga be zum Einsatz jedoch ist der numerische Aufwand wesentlich geringer da die Zustandser mittlung getrennt f r jede einzelne Haltung erfolgen kann 5 2 Zuflussidentifikation Die L sung der Wasserbewirtsc
172. ten Seite 93 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 94 Wasserternp C 02 mgA pH und w aagggegu mos Abb 5 Tiefengradienten im Schwielowsee am 30 06 2010 Links Wassertemperatur Sauer stoff und pH rechts Chlorophyll a nach Algengruppen Moldaenke Chlorophyllsonde Gew sserg temodell QSim Das Gew sserg temodell QSim wird in der BfG seit mehr als 20 Jahren weiterentwickelt und angewandt um den Sauerstoff und N hrstoffhaushalt sowie die Phyto und Zooplankton biomasse in deutschen Wasserstra en abzubilden KIRCHESCH amp SCH L 1999 QSim ist ein deterministisches prozessorientiertes Modell dessen urspr nglicher 1D Ansatz in j ngerer Zeit erg nzt wurde Buhnen SCH L et al 2006 quasi 2D Ansatz zur Modellierung von Tem peraturschichtung BECKER et al 2010 Prozessmodule in QSim werden weiterentwickelt um Prozesse in stauregulierten Gew ssern im Modell besser abbilden zu k nnen Modellaufbau Berliner Gew sser Im Auftrag des Wasserstra en Neubauamtes WNA Berlin wurde das Modell QSim Berlin aufgebaut um ein Instrument zur Wirkungsanalyse m glicher Ausbauma nahmen auf die Gew sserg te bereitzustellen Aus technischen Gr nden wird es in zwei Abschnitte aufge teilt der erste beginnt an den Modellr ndern F rstenwalde Spree Neue M hle Dahme und Borgsdorf Havel Die Wehre Sch nwalde Havelkanal Spandau Havel Charlotten burg Spree und Kle
173. tionsstruktur innerhalb bzw zwischen den betrachte ten Prozessen Im Anschluss k nnen geeignete Gleichungsstrukturen zur Beschreibung der einzelnen Gr en unter Ber cksichtigung ihrer Korrelationsstruktur aufgestellt werden Da bei wird die Reihenfolge der Simulation der einzelnen Prozesse festgelegt Die Generierung der synthetischen Reihen erfolgt mit den f r jeden Monat bestimmten Modellparametern die im Verlauf der Simulation zyklisch monatsweise gewechselt werden 3 Anwendung des Modellverbundes im Havel Spree Gebiet Der Modellverbund m Havel Spree Gebiet besteht entsprechend der Zielsetzung und der gew hlten methodischen Grundlagen aus Neuentwicklungen bzw Weiterentwicklungen von Modellen Abb 1 Seite 83 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 84 gt F r die stochastische Simulation meteorologischer Gr en wird SIKO SIMO ver wendet mit dem mehrdimensionale Autoregressionsmodelle f r die verschiedenen zu betrachtenden Zeitabschnitte aufgestellt werden Referenzzeitraum 1951 2006 Status Quo 1996 2025 nahe Zukunft 2021 2050 und ferne Zukunft 2071 2100 Die f r Zeitabschnitte generierten Werte werden zu kontinuierlichen Realisationen ber den Untersuchungszeitraum bis 2100 verkn pft Als Eingangswerte f r SIKO SIMO kommen Klimaprojektionen verschiedener Kombinationen von Globalen und Regionalisierungsmodellen zur Anwendung gt Mt den sich ergebenden stochastischen meteor
174. trale ist nur auf den eigenen Bereich konzentriert eine berregiona le Bewirtschaftung findet bisher nicht statt Lediglich f r die berlappenden Bereiche hier Haltung DEK M nster bis MLK Anderten werden Absprachen getroffen 4 Abfragem glichkeiten der berregionalen Informationsplattform zur optimierten Wasserbewirtschaftung WA Damit durch UWA den BZ die notwendigen Informationen zur Verf gung gestellt werden k nnen muss jede BZ bestimmte Informationen ihres Bewirtschaftungsbereiches bereitstel len Folgende Daten werden in UWA eingelesen und verarbeitet Abb 3 Pegel Wasserst nde Verdunstung sl H F Versickerung u Wasserentnahmen DZ e Oberirdische Zufl sse Wassereinleitungen A Q Grundwasserzufl sse Elektroenergiepreise I C Verf gbarkeit der Wasserverteilanlage Abb 3 Eingangsdaten f r UWA Speisungswasser essen UWA bietet dann verschiedene Funktionen um die gew nschten Daten abzufragen Im Fol genden werden einige Abfragem glichkeiten dargestellt Seite 21 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 22 4 1 Darstellung des Kanalsystems in UWA Das Kanalsystem wird in UWA in einer einfachen und bersichtlichen Systemskizze darge stellt Abb 4 Systemskizze aus WA Weser eline li Minden T 77 Ems i pe Linde E eg y SE DHK l SET Ruhr l I S Eder l T ER Werra X l wm EE E E l Abb
175. tungen 2 2012 Mit der Erweiterung und Optimierung der Betriebsregeln an der Oleftalsperre war die Not wendigkeit gegeben die komplexen Regeln aus hydrologischer Situation F llstand der Tal sperre und Schichtung im Stauk rper mit Hilfe der TALSIM NG Software berechnen zu lassen und die daraus resultierenden Entscheidungen f r den t glichen Betrieb einfach und verst ndlich darzustellen Der Prozessablauf wie n Kap tel 3 1 erl utert kommt hier zum Einsatz Es g bt allerdings keine R ckf hrung der Ergebnisse m das Leitsystem a S CG X co sl http localhost 7998 talsimserver app showTalsimOpinfoDashBoard ix 0 2 Meistbesuchte Seiten Erste Schritte gt Aktuelle Nachrichten Kostenlose Hotmail Links anpassen Windows Media 7 Windows E Talsim Operations DashBoard P Sydro Services WVER zur ck Talsim Operationeller Betrieb Zur ck zur Einstiegsseite e Simulationsbeginn 14 08 2010 21 00 00 Simulationsende 17 08 2010 21 00 00 Berichte PDF Prognose Hochwasser Prognose dynamisches Hochwassermanagement Prognose Wasserg te Prognose Wasserg te Sommerstagnation Sollabgabe simuliert 0 300 mei Variationen Vergleichen grafisch Vergleich von Variationen KOMMENTAR Simulation 17 08 2010 21 55 Letzter Simulationslauf Anzeigen KOMMENTAR Daten bernahme 12 08 2010 10 00 bernahme der olef zrx Datei aus dem Transferver
176. und Entlastung gen gend leistungs f hig so stellt sich bei passender Steuerung in allen Haltungen immer der Zielwasserstand Normalstau ein K nnen durch die gesetzten Randbedingungen Systemparameter unter Einbeziehung der St rgr en Zufl sse Entnahmen die Ziele nicht erreicht werden so wer den vom Modell entsprechend Defizite oder bersch sse ausgewiesen 3 3 Trennung Modellkern lt gt Anwenderoberfl che Das urspr ngliche Modell BEWASYS 2003 war in 3 Komponenten unter Fortran77 pro grammiert Systemeditor Rechenmodell und Ergebnisausgabe Um die Weiterentwicklung sowohl zu vereinfachen als auch an die aktuellen Gegebenheiten anzupassen Windows wurden der Systemeditor Datenstr me Zeitreihen Eingang und Ausgang und die Modell steuerung neu unter Java aufgesetzt Das Rechenmodell selbst wurde bzgl der Eingangsdaten eingeschr nkt und vereinfacht es werden von nun an nur noch Zeitreihen im Rechenzeit schritt 1d oder 1h akzeptiert es gibt nur ein Datei Format Datenpr fungen Aggregie rung Disaggregierung Formatumwandlungen Fehlerabfragen und Meldungen sind in die bergeordnete Java Steuerung implementiert Seite 39 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 40 Der Editor siehe Abb 4 wurde bei der Neugestaltung grundlegend ver ndert es erfolgt nun nicht mehr eine knotenweise sondern elementweise Betrachtung Elemente k nnen nachtr g lich eingef gt gel scht oder neu ange
177. ung manueller Import Fachadmin Derzeit werden zwei Arten von Daten automatisiert nach WA importiert Dies umfasst die Steuerungsdaten mit den Pumpmengen und der Anzahl der Schleusungen Weiterhin werden die aktuellen Pegeldaten Wasserstand Chlorid Gehalt Wassertemperatur via PEGEL ONLINE nach UWA importiert Der bermittlung der Steuerungsdaten aus den Betriebszentralen der WSV erfolgt derzeit einmal t glich 8 00 Uhr Meldung Der Abruf und die bertragung der Pegeldaten erfolgt mehrmals t glich Kartenhintergrunddaten werden via WebMapService aus der Geodateninfrastruktur der WSV GDI WSV bezogen Hier k nnen leicht weitere Kartendienste z B Luftbilder hinzugezo gen werden Seite 17 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 18 Charakteristische Zeitreihen z B Verdunstungs oder Versickerungsraten die z B zur Berechnung der Wasserbilanzen notwendig sind k nnen vom Fachadministrator manuell importiert werden 4 Zusammenfassung und Ausblick Die IT Erstellung von UWA dauerte nach Projektauftrag ca 5 Jahre Dabei wurde vor allem bei der Erstellung des Lastenheftes und der Anwendungsf lle verbunden mit der Aufnahme des Ist Zustandes sehr sorgf ltig vorgegegangen Nach Ausschreibung wurde innerhalb eines Jahres die Web Applikation erstellt Aufgrund dynamischer Projektdurchf hrung und syste matischer QS konnte ein IT System in hoher Qualit t geschaffen werden Derzeit l uft
178. ung zu gew hrleisten Dieses Ziel kann dauerhaft und objektiv nur mit Unterst tzung durch Simulationsmodelle erreicht werden die es erlauben m gliche Szenarien f r die gegenw rtige und zuk nftige Wasserbewirtschaftung zu untersuchen und daraus Entscheidungshilfen f r die Beurteilung von nderungen des Betriebs der Anlagen des Wasserdargebots der wasserwirtschaftli chen Nutzung abzuleiten Die BfG hat f r das einzugsgebiets bergreifende Kanalsystem von Rhein bis Oder unter Verwendung des Modellsystems BEWASYS Bewirtschaftung wasserwirtschaftlicher Systeme des Karlsruher Institut f r Technologie ein Bewirtschaftungsmodell aufgestellt BEWASYS Rhein Oder BEWASYS bildet ein gegebenes Modellgebiet modular durch Systemelemente mit streckenf rmigem Charakter wie Flie gew sser Talsperren Kanalstau haltungen Flussstauhaltungen und Systemelemente mit punktf rmigem Charakter wie Schleusenstandorte Wehre Entnahmen und Einleitungen ab F r alle diskreten Elemente werden dann t gliche Wasserbilanzen berechnet d h Speicher nderungen 3 Zufl sse 3 Abfl sse Weitere Einzelheiten zu den Grundlagen des Modellsystems bestehend aus Rechenkern und Bedieneroberfl che f r das Pre und Postprocessing werden in PREUR amp IHRINGER 2012 siehe S 36ff und der dort angegebenen weiterf hrenden Literatur erl u tert ber die konkrete Modellaufstellung f r das Kanalsystem von Rhein bis Oder mit Hilfe dieses Modellsyste
179. ung da die Streckenmodelle einer optimierten Was serbewirtschaftung am realen System abgeglichen werden m ssen Messungen sind hier am realen System nicht z elf hrend da die Geometrie der Kan le sich st ndig ndert Daher wurden von der BAW r umlich hochaufl sende 1D HN Streckenmodelle der Kan le erstellt mittlerer Profilabstand 100 m Diese Modelle wurden unter Matlab S imulink zu einem Gesamtmodell zusammengefasst und k nnen zeitgleich mit einem 1ID HN Modell der Elbe betrieben werden das den Elbeabschnitt von Elbe km 333 1 388 2 umfasst Der Zuflussrand Elbe km 333 1 und der Wasserstandsrand bei Elbe km 388 2 liegen f r den Zeitraum April 2002 bis August 2008 als Ganglinie vor und liefern mit dem HN Modell der Elbe f r 6 5 Jahre plausible Wasserstandsrandbedingungen an den Schleusen und Pumpwerken im Revier der BZR Abb 2 Seite 115 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 116 Zeit 09 Aug 2002 09 46 Uhr Betriebszentrale Rothensee Zeitschritt 647 T T 60 Osthaltung MLK P Haldensleben 55 Hoehe m NN Ki CH Q cbm s l I m 280 290 MLK km km E K Zerben UW Hohenwarthe OW Zerbeg Q cbm s 37 7 Rothensee 37 6 Hoehe m NN Niegripp Rogaetz 37 5 CH Q cbm s 8 320 321 322 323 324 325 Ian RVK km km Hoehe m NN 37 4 37 3 dh Schleuse Niegripp 20 terwitz EHK
180. ung zwischen Rhein und Oder Dietmar en 12 Nutzen der mter bergreifenden Datenbank f r die t gliche Arbeit in den Betriebszentralen Meike Cropp abe 19 Interaktion des Kanalsystems mit der Umwelt Modellierung des Wasserhaushalts als Rand bedingung f r ein Bewirtschaftungsmodell Thomas Maurer und Anna Dorothea Ebner von Eschenbach ccssssssssssssssssssssnnnnnnnnnnsssssnnnnsssssssssnnnnnnnne 27 BEWASYS Entwicklung einer Methodik zur Bilanzierung von Kanal und Flussstauhaltungen Patrick Preub und J rsem Ihr ser aaa ee 36 M gliche Auswirkungen des Klimawandels und ver nderter Anspr che der Nutzer auf die Bewirtschaftung des Westdeutschen Kanalsystems Anna Dorothea Ebner von Eschenbach Maria Caramba Jochen Hohenrainer Enno Nilson Und EE EW E EE 42 Von einfachen wasserwirtschaftlichen Summenbilanzen zu detaillierten Instrumentarien der Wasserbewirtschaftung f r komplexe wasserwirtschaftliche Systeme Uwe Grunewald 54 BEWASYS Edertalsperre Aufbau eines Bewirtschaftungsmodells der Edertalsperre f r den operationellen Betrieb Jochen Hohenrainer Jiri Cemus Anna Dorothea Ebner von Eschenbach Patrick Preu Und katharina Richter ee 61 Mengen und G tebewirtschaftung mit TALSIM NG in der Planung und im operationellen Betrieb anhand von Beispielen aus der Praxis Huber Lohr ara 72 Bewirtschaftung des Havel Spree Gebiets mit WBalMo Michael Kaltofen Martina Schramm und Fabian M ller eeeeeseeeoeonneeessonnnnne
181. urde durch den Runden Tisch die Aufstellung eines Prognosemodells auf Basis von TALSIM NG veranlasst F r die Szenarien der Salzbelastung erfolgte die Simulation der Stoffe Chlorid Kalium und Magnesium eine konservative Betrachtung war dabei ausrei chend Im Nachfolgeprojekt kam zus tzlich die komplette Abbildung der Salzlaststeuerung hinzu d h die Abwasserstr me aus der Produktion werden getrennt nach L sungen mit den vorhandenen Pufferbecken an drei Standorten und im Zusammenspiel mit der Abflusssituati on am Referenzpegel zur ckgehalten dosiert eingeleitet oder in den Untergrund verbracht Die unterschiedlichen wasserwirtschaftlichen Komponenten im System erforderten ein gro Bes Spektrum an Simulationsm glichkeiten Der Stofftransport zwischen Abwasseranfall ber Speicherung in den Becken bis hin zur Einleitung in die Werra hat den Charakter einer Schmutzfrachtsimulation die Modellierung der Abraumhalden und deren Umfeld ist als Nie derschlag Abfluss Komponente implementiert im Gew sser spielt die Translation und Re tention und der Stofftransport eine Rolle Die Herausforderung im Projekt ist hier sicherlich die Prozesse der Abflussbildung des Ab wasseranfalls der Abwassereinleitung und des Stofftransportes in Werra und Weser ausrei chend zu erfassen und dabei die Homogenit t des Gesamtmodells beizubehalten Werra und Weser SECHS GE er EE Sur Sha D 308 Sa St Eat ESE Seen SEET GE DAME Stee
182. urop ische Hauptwasser scheide Rhein Donau W R Schleuse Schwabach Zi Pumpe Wieseth Gunzenhausen Wei enburg gt Dietfurt Kelheim Riedenburg C 2 a Treuchtlingen amp Eichst tt A d n lt co D ONA U G Ingolstadt Donauw rth un C e W rnitz Neuburg Abb 2 Schema der berleitung Donau Main Wasserwirtschaftsamt Ansbach Seite 103 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 104 Tourismus Im Sommer sollen die Talsperren m glichst gef llt sein Ein Mindestwasserstand f r den Gro en Brombachsee und den Altm hlsee ist in der Betriebsgenehmigung vorge geben Probleme mit der Personenschifffahrt und Segelbooten sollen damit vermieden werden Restriktion Die Wasserentnahme aus der Altm hl m den Altm hlsee ist erst ab einem Mindestabfluss in der Altm hl zul ssig Abstimmung mit der Wasser und Schifffahrtsverwaltung Unsere Wasserabgabe aus den Talsperren wird mit der Abgabe von Wasser ber sch ssen aus dem Betrieb des Main Donau Kanals in die nordbayerischen Fl sse ab gestimmt Insbesondere Pannen beim Betrieb des Kanals w e dem Ausfall von Spar schleusen oder Pumpen haben gravierende teil sehr kurzfristige Auswirkungen auf den Wasserbedarf der berleitung Naturschutz Jeden Winter muss wenn m glich mindestens ein Hochwasser im Altm hltal unter halb des Altm hlsees ablaufen um den berflutungscharakter des Tales zu erhalten Zum Ende
183. usammenschluss von drei Standorten n Hessen und Th ringen und ge h rt heute der K S KALI GmbH Aus der Produktion fallen Salzl sungen als Abfall an von denen ein Teil bereits seit etwa 100 Jahren in die Werra eingeleitet wird ein anderer Teil wird in den Untergrund versenkt Bereits zu Beginn des 19 Jahrhunderts wurden erste Grenzwerte f r Chlorid und die Gesamth rte festgelegt Seit 1943 gilt ein Grenzwert von 2 500 mg l Chlorid am Pegel Gerstungen Trotz der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Produktionstechnologien und der daraus resultierenden Verringerung der Umweltbelastungen stellen die mit der Kaligewinnung ver bundene Versalzung von Werra und Weser sowie die Versenkung von Salzabwasser in den Untergrund nach wie vor ein Problem dar Auf Initiative der L nder Hessen und Th ringen und des Unternehmens K S AG konstituierte sich deshalb im M rz 2008 der Runde Tisch Gew sserschutz Werra Weser und Kaliproduktion Seite 74 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Eine wichtige Aufgabe des Runden Tisches war die Erarbeitung und Pr fung von L sungs vorschl gen zur Verringerung der Werraversalzung wobei Fragestellungen zur Erreichbar keit kologisch begr ndeter Ziele f r Werra und Weser insbesondere vor dem Hintergrund der Anforderungen der Europ ischen Wasserrahmenrichtlinie zu diskutieren waren Um die Wirkung verschiedener Ma nahmen und Szenarien auf die Gew sser beurteilen zu k nnen w
184. wasserstra en erfordert die zuverl ssige Einhaltung gefor derter Betriebswasserst nde zur Gew hrleistung der Sicherheit und Leichtigkeit des Schiff verkehrs Dieses prim re Ziel der Wasserbewirtschaftung von Kan len und Flussstauhaltun gen konkurriert mit einer Vielzahl von Nutzeranspr chen Hochwasserableitung Mischwas sereinleitungen Entnahmen etc sodass die Kl rung der daraus resultierenden Fragestellun gen unterschiedliche Methoden erfordert Eine wasserwirtschaftliche Grobbilanz bei Niedrigwasser zeigt f r einen Kanal auf inwieweit der Wasserbedarf die zu erwartenden Zufl sse bersteigt Wenn die Wasserbilanz defizit r ist muss diese durch berleitungen und Pumpspeisungen ausgeglichen werden Diese Unter suchungen erfolgen gro r umig und f r lange Zeitr ume wie es beispielsweise von FINKE et al 2004 f r die wasserwirtschaftlichen Verh ltnisse des Kanalsystems zwischen Rhein und Oder aufgezeigt wird Auf einer sehr viel kleineren Zeitskala werden dagegen Hochwasser aufleitungen oder Schwall und Sunkwellen infolge Schleusenbetriebs analysiert SIEBERT amp WITTE 1995 Beide Modelluntersuchungen so unterschiedlich die ma gebenden mathemati schen Gleichungen auch formuliert werden haben gemeinsam dass sie als Simulationswerk zeuge unabh ngig vom tats chlichen Geschehen genutzt werden k nnen Die Modelle dienen dem Verst ndnis der Prozesse und des Systemverhaltens d h ae k nnen Ma nahmen be gr nden
185. x WSV de Funktionen K Objektnummer e Haltung M amp Abmelden Themen Name Betreiber v a J Hintergrundthemen Anlagentyp v Rechtswert rteilanlage EHS WE 9 Fachthemen k Objektnummer 2214110002 EF Ereignisort Km Hochwert jundeswasserstra e DEK Er reignisorte 71 78 u V wasserverteilanlagen Wasserstra e v Lagesystem y 3 Pumpwerk F rderanlagen J Hattungen untere Haltung v F 01 F rderh he 6 2 akt Preis schleusungsanlagen P 01 F rderh he 6 2 akt Preis 0 36 Ss F rderanlagen Dokumente P 02 F rderh he 6 2 akt Preis 0 36 MlBundeswasserstra en 9 P 03 F rderh he 6 2 akt Preis 0 36 Objektnummer Name Anzahl Kapazit t m s F rder Fallh he Anlagentyp pom ails 2214110002 F 01 M nster F 01 1 4 00 6 20 Freiwasser 2214110002 P 01 M nster P 01 1 4 00 6 20 Pumpe 2214110002 P 02 M nster P 02 1 4 00 6 20 Pumpe 2214110002 P 03 M nster P 03 1 4 00 6 20 Pumpe Speichern Abbrechen Legende Weitere Objekte Koordinaten DHDN GK3 Druck 3447294 5774022 Copyright 2010 https www uewatest wsv de UEWA index html 8 Abb 8 Anzeige der Stammdaten der einzelnen F rderanlagen hier Wasserverteilanlage M nster gt WSV berregionale Wasserbewirtschaftung Mozilla Firefox Datei Bearbeiten Ansicht Chronik Lesezeichen Extras Hilfe v CG A COA https www uewatest wsv de UEW index html 2 Meistbesuchte Seiten Aktuelle Nachrichten o Google Ecosia
186. zeichnis Anzeigen d v H gt Fertig Abb 5 Schaubild der Entscheidungsgr en an der Oleftalsperre als Resultat der t glichen Simulation 4 Zusammenfassung und Ausblick Das Programm TALSIM NG ist ein umfangreiches Flussgebietsmodell mit einer Reihe damit verbundener Software die unterschiedliche Einsatzm glichkeiten erlaubt Es besitzt eine vollst ndige Niederschlag Abfluss Komponente mit nichtlinearer Bodenfeuchtemodellie rung die Option zur Simulation des Stofftransportes und verschiedene Ebenen zur Simulation von wasserwirtschaftlichen Regeln und steuerbaren Anlagen wie z B Talsperren Der Einsatzbereich reicht von der einfachen Niederschlag Abfluss Modellierung zur Hoch wasseruntersuchung ber die Modellierung des Stofftransportes in gro en Einzugsgebieten bis zum operationellen Einsatz Verschiedene Beispiele sind m vorliegenden Text genannt die unterschiedliche Schwerpunkte umfassen und Flexibilit t verdeutlichen F r den opera tionellen Einsatz ist der grunds tzliche Ablauf beschrieben Aktuelle Projekte sind die Salzlaststeuerung der K S Kali GmbH sowie Untersuchungen zum Wasserkraftwerk Rurtalsperre mit Schwerpunkt der Kopplung von Wassermenge und Was serg te Seite 79 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 80 Literatur LANGE J H LOHR H POLCZYK 2010 Gekoppelte Bewirtschaftung von Wassermenge und Wasserg te an der Oleftalsperre Ver ffentlichu
187. zlich zu den Grundvarianten k nnen mit dem Betriebsmodell beliebig oft manuell definierte Abgaben vom Anwender vorgegeben und anschlie end die jeweiligen Simulationsergebnisse f r den Talsperreninhalt und die unterstromigen Gebiete mit den Grundvarianten verglichen werden Abb 4 2 3 Eingangsdaten und Modellablauf Beim Start des Betriebsmodells wird zuerst eine Simulationsrechnung ber die letzten 21 Tage bis zum Vorhersagezeitpunkt VZP durchgef hrt Dabei bilden beobachtete Rand und Seitenzufl sse sowie die tats chliche Talsperrenabgabe den Modellinput Abb 4 Diese S mulationsrechnung dient der Aktualisierung von Modellzust nden in BEWASYS um zum VZP ein m glichst realistisches Abbild des tats chlichen Systems zu erhalten Ausgehend Seite 64 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 von diesem Systemzustand werden dann anschlie end die Simulationsrechnungen f r die unterschiedlichen Abgabeszenarien bis zu sieben Tage in die Zukunft gerechnet In diesem Vorhersagezeitraum bilden Abflussvorhersagen die Modelleingangsdaten f r die Rand und Seitenzufl sse Dabei wird u a auf die operationellen Abflussvorhersagen des Hessischen Landesamtes f r Umwelt und Geologie f r das Fuldaeinzugsgebiet zur ckgegriffen vgl BRAHMER 2009 Laufwerk Anwenderrechner Zeitreihen einlesen e BEWASYS Nachf hrung 21 Tage Ist Zustand visualisieren y oO BEWASYS E
188. zmethode bersichtsbilanzen Zeitreihenbilanzen detaillierte wasser wirtschaftliche Bilanzen Bilanzart Summen L ngs Summen L ngs L ngsschnitt Bilanzen Bilanzen schnitt Bilanzen schnitt Bilanzen Bilanzen Anwendungsgebiete Plan ber Wasser Bewirtschaftungspl ne Verbundbewirtschaftung bzw Aufgaben icht irtschaft Ke SE We Bewirtschaftungspl ne f r stellungen liche Ge Wasserwirt n hmi Problemeinzugsgebiete schaftliche gungs Rahmenpl ne Verfahren Dargebot ausgew hlte Werte Beobachtungsreihen stochastisch simulierte lange bereinigtes der Durchfl sse gr er Zeitreihen des Durchflusses 20 Jahre auf Monatswert auf Monatswertbasis basis meist Durchflussmittelwerte von kritischen Monaten mit bestimmter Unterschreitungs wahrscheinlichkeit Eingangsdaten wenig lagerichtig wenig lagerichtig lagerichtig und nutzungsbe detailliert f r Teilein detailliert f r Flussab zogen f r Bilanzprofile im zugsgebiete schnitte Einzugsgebiet Planungs bzw beliebig beliebig beliebig Bil horizont ee bevorzugt in groben Zeit z B in F nfjahresperioden rastern Bearbeitungszeit laufend kurzfristig mittelfristig mittelfristig bis l ngerfristig aufwand 2 Summenbilanz Der einfachste Typ der wasserwirtschaftlichen Bilanz ist die Summenbilanz welche das na t rliche Wasserdargebot mit der Summe der Verluste und Abfl sse an einem Bilanzprofil z B an der M ndung von zwei Fl ssen vergleicht F r e
189. zwei Bilanzprofilen mit Teileinzugsgebieten gestrichelte Linien Einfaches Schema Die L ngsschnittbilanz folgt dem Prinzip Oberlieger vor Unterlieger Eine ver nderte Rangfolge von Nutzern ist in dieser einfachen Form nicht m glich Die Nutzer stehen praktisch im Wettbewerb untereinander und es m ssen Nutzungspriorit ten basierend auf politischen Beschl ssen als Funktion des Wasserdargebotes und zahlrei cher nat rlicher sozialer und konomischer Randbedingungen festgelegt werden LOUCKS amp VAN BEEK 2005 Die Versorgung eines bedeutenden Kraftwerkes mit K hlwasser ist zum Beispiel von gr erer Bedeutung als die Bereitstellung von Bew sserungswasser f r land wirtschaftliche Nutzungen Zur berwindung der Nachteile von einfachen Wasserbilanzen wurde in den letzten Jahrzehnten die Methode der detaillierten wasserwirtschaftlichen Bilanz entwickelt Seite 57 Bundesanstalt f r Gew sserkunde Veranstaltungen 2 2012 Seite 58 4 Detaillierte wasserwirtschaftliche Bilanz F r die Simulation detaillierter wasserwirtschaftlicher Bilanzen wurde schrittweise das heu tige komplexe Modellsystem WBalMO KADEN et al 2005 entwickelt Die Entwicklung dieser Modellanwendung in seiner Ursprungsform reicht bis in die 1980er Jahre zur ck SCHRAMM 1995 Der urspr ngliche Ansatz bestand darin detaillierte wasserwirtschaftliche Bilanzen mit simu lierten stochastischen Abflussreihen die auf der Grundlage von Beobachtung

BfG-Veranstaltungen 2/2012

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