Schmutzfrachtsimulation in der Siedlungsentwässerung - DWA

Arbeitsbericht ES 2.6
weise bestimmt werden, Spitzen und ihr zeitliches Auftreten lassen sich schlechter abbilden. Bei komplexen hydraulischen
Randbedingungen ist ihre Anwendung kritisch zu prüfen.
Der Aufbau hydrologischer Modelle ist insbesondere bei geringer Datenlage mit vergleichsweise wenig Aufwand verbunden
Ablagerungsbildung und Erosion im Kanalnetz werden im Allgemeinen nicht berücksichtigt.
Hydrologisch-hydrodynamische Modelle mit konservativem Stofftransport
Hydrodynamische Kanalnetzmodelle bilden das Kanalnetz weitgehend realitätsgetreu ab. Die hydraulischen Randbedingungen
werden sachgerecht wiedergegeben.
Der Rechenzeitaufwand ist gegenüber hydrologischen Ansätzen höher. Langzeitkontinuumssimulationen können aber
mit hinreichender Genauigkeit durch quasi-kontinuierliche Langzeitseriensimulationen ersetzt werden, wenn alle
maßgebenden Prozesse (hydrologische Prozesse in den Einzugsgebietsflächen, Akkumulation, Trockenwetterdynamik)
einer Kontinuumssimulation entsprechend abgebildet werden.
Liegen Informationen vom Kanalnetz bereits hochaufgelöst vor (Kanalnetzkataster bzw. hydrodynamisches Kanalnetzmodell)
bietet sich der Aufbau eines hydrodynamischen Schmutzfrachtmodells an.
Ablagerungsbildung und Erosion im Kanalnetz werden nicht berücksichtigt.
Bei differenzierter Berücksichtigung von Akkumulation und Abtrag auf der Oberfläche und variabler Trockenwetterbelastung
sind konservative hydrologisch-hydrodynamische Schmutzfrachtmodelle zum gegenwärtigen Zeitpunkt bereits
eine sehr anspruchsvolle Lösung, welche auch komplexe Randbedingungen berücksichtigen kann.
Hydrologisch-hydrodynamische Modelle mit biochemischen Umsatzprozessen
Die Kopplung von Stofftransport und Umsatz im Kanalnetz wird auf wenige Sonderanwendungen beschränkt bleiben
(siehe Abschnitt 3.5.5 Umsatzprozesse im Kanal).
In Fließgewässern ist ihre Anwendung jedoch zwingend erforderlich. Aus dem fortschreitendem Kenntnisstand bei der
Modellierung der Gewässerökologie können sich künftig auch Anforderungen an neue Stoffe/Stoffgruppen urbaner
Schmutzfrachtmodelle ergeben.
Hydrologisch-hydrodynamische Modelle mit detaillierten Sedimenttransport-Modellen
Zusätzlich zu den vorgenannten Vorteilen der hydrologisch-hydrodynamischen Modelle ist mit dieser Modellgruppe
eine detaillierte Beschreibung der Sedimentbildung und Erosion im Kanalnetz möglich. First Flush-Effekte (Spülstoß),
die Wirkung von Rückstau, Kanalnetzreinigung sowie die Auswirkung von Ablagerungen auf den Abfluss etc. lassen
sich damit abbilden. Allerdings sind die Sedimenttransport-Ansätze und ihre Parameter noch Stand der Forschung und
für die ingenieurtechnische Anwendung gegenwärtig nicht handhabbar. Für den Aufbau räumlich differenzierter Ablagerungen
im Netz sind ausreichend lange Kontinuumssimulationen erforderlich. Gleichzeitig sind diese Modelle sehr
rechenzeitintensiv.
Künftige Anwendungen werden vor allem für stark ablagerungsanfällige Netze sowie Eintrag und Wirkung von Sedimenten
in Fließgewässern gesehen.
Langfristig wird ein großes Potenzial durch die Umstellung der Berechnung auf den Transport von Partikeln anstelle
von Schmutzstoff-Parametern gesehen. Durch differenzierte Partikel-Beladung ergeben sich völlig neue Freiheiten in
Hinblick auf die betrachteten Stoffe und Transportpfade.
Unabhängig von der Wahl des Berechnungsansatzes wird die Güte der erzielten Ergebnisse von der sachgerechten
Modellaufstellung und Anwendung maßgeblich beeinflusst.
DWA Juli 2012 20