Was passiert in der Kanalisation?

Barthauer und DHI Wasy haben gemeinsam eine Software-Lösung entwickelt, mit der sich das Kanalnetz abbilden und das Fließverhalten einströmenden Wassers simulieren lässt.

Starkregenereignisse k√∂nnen in bestimmten Situationen Hochwasser oder aber √úberflutungen durch eine √úberlastung des Kanalnetzes verursachen. Vor diesem Hintergrund ist es besonders f√ľr Kommunen wichtig, nicht nur das Kanalnetz selbst zu kennen, sondern auch die Kapazit√§t der Kanalisation ‚Äď besonders im Falle von Starkregen ‚Äď richtig einsch√§tzen zu k√∂nnen. Nur so k√∂nnen fr√ľhzeitig Ma√ünahmen zur Vorbereitung auf au√üergew√∂hnlich starke Belastungen des Kanalnetzes ergriffen und Sch√§den minimiert werden.

Ergebnisbericht der hydrodynamischen Kanalnetzsimulation mit Statistiken (Tabellen und Diagramme). Foto: Barthauer Software GmbH

Ergebnisbericht der hydrodynamischen Kanalnetzsimulation mit Statistiken (Tabellen und Diagramme). Foto: Barthauer Software GmbH

Kombinierte Lösung

Vor diesem Hintergrund haben sich die Barthauer Software GmbH, Entwickler von Software-L√∂sungen f√ľr das Infrastruktur- Management und die Wasserwirtschaft, zusammen mit der DHI Wasy GmbH, Anbieter f√ľr Digitalisierung, Modellierung und Visualisierung von Wassersystemen, bereits 2014 f√ľr die Entwicklung einer gemeinsamen Softwarel√∂sung zur hydrodynamischen Kanalnetzberechnung zusammengeschlossen. Das fertige Produkt BaSYS MIKE wurde 2015 erstmals ver√∂ffentlicht und ist eine Kombination aus dem Netzinformationssystem BaSYS von Barthauer und dem Rechenkern MIKE1D von DHI. W√§hrend BaSYS die vollst√§ndige bautechnische Erfassung des geplanten beziehungsweise bestehenden Kanalnetzes erm√∂glicht sowie √ľber Detailansichten und Tabellen zur Erfassung, Planung und Verwaltung der Stamm- und Hydraulikdaten des Kanalnetzes verf√ľgt, l√§sst sich mit MIKE1D die hydrodynamische Kanalnetzsimulation realisieren. Das hei√üt, Kommunen haben damit nicht nur einen √úberblick √ľber ihr Kanalnetz und den Verlauf der Rohre, sondern auch die M√∂glichkeit, das Flie√üverhalten des in die Kanalisation eindringenden Wassers zu simulieren und m√∂gliche Schwachstellen des Netzes vorzeitig zu identifizieren.

‚ÄěAllgemein richtet sich die Integration des Rechenkerns Mike 1D in die Barthauer Software L√∂sung BaSYS als BaSYS MIKE an all jene Personen, die eine hydrodynamische Kanalnetzberechnung durchf√ľhren m√∂chten‚ÄĚ, erkl√§rt Dr. Florian Winter, Account Manager S√ľddeutschland/Schweiz bei Barthauer Software GmbH. ‚ÄěH√§ufig sind es Ingenieurb√ľros, die diese Leistung f√ľr Kommunen erbringen. Dennoch nutzen ‚Äěgr√∂√üere‚Äú Kommunen, Eigenbetriebe, Abwasserwerke, Stadtwerke aber auch Flugh√§fen unsere Software einschlie√ülich der hydrodynamischen Kanalnetzberechnung.‚ÄĚ Ein Vorteil der L√∂sung sei, dass es keine Schnittstellenproblematik gebe. ‚ÄěSo k√∂nnen auch bestehende in BaSYS erstellte und verwaltete Abwasserkataster als Input f√ľr die hydrodynamische Berechnung verwendet werden‚ÄĚ, so Dr. Winter weiter.

Kanalnetzdimensionierung

Um eine Generalentw√§sserungsplanung durchzuf√ľhren, muss das Kanalnetz zun√§chst im Rahmen der zu untersuchenden Netzvarianten dimensioniert werden. Daf√ľr wurde das sogenannte Zeitbeiwert-Verfahren in die BaSYS Applikationen integriert, das in erster Linie bei zusammenh√§ngenden Gebieten beziehungsweise bei der Neubemessung eines geplanten Entw√§sserungssystems zur Anwendung kommt. Dabei wird das lagem√§√üig verortete und unter Ber√ľcksichtigung der Mindestnennweiten vordimensionierte Kanalnetzmodell im Flie√üzeitverfahren berechnet. Das Gesamtnetz l√§sst sich automatisch sowie mit MIKE1D dimensionieren. Die automatische Dimensionierung kann f√ľr das Gesamtnetz und, alternativ, ausschlie√ülich f√ľr geplante oder hydraulisch √ľberlastete Haltungen durchgef√ľhrt werden. Hydraulisch komplexe Bereiche des Kanalnetzes wie Haltungen mit Gegengef√§lle, Pumpwerke oder Sonderbauwerke der Regenwasserbehandlung werden √ľber die hydrodynamische Kanalnetzsimulation mit MIKE1D dimensioniert und bei Bedarf weiter f√ľr das Zeitbeiwert-Verfahren genutzt.

Hydrodynamische Kanalnetzsimulation

‚ÄěF√ľr die Kanalnetzsimulation wird das Modell zun√§chst √ľber Messdaten sorgf√§ltig kalibriert‚ÄĚ, erkl√§rt Dr. Florian Winter. Das integrierte Niederschlag-Abfluss- Modell bildet dann die Str√∂mungsvorg√§nge von der Abflussbildung innerhalb der Einzugsgebiete bis zu den √úbergabepunkten vom Kanalnetz in die Kl√§ranlage und/ oder die Vorflut real ab. Grundlage f√ľr die hydrodynamische Kanalnetzsimulation sind die sogenannten Saint-Venant-Gleichungen.

Mit der Kennlinienbibliothek, die ebenfalls in BaSYS MIKE enthalten ist, lassen sich zudem Volumen-, Versickerungs-, Pumpen-, Durchfluss- und Drosselkennlinien standardisiert vorgeben.

Hydraulische Modellierung

Simulationsergebnisse: Dynamischer L√§ngsschnitt mit zeitlichem Verlauf der Wasserspiegellage f√ľr die gew√§hlte Haltungsfolge. Foto: Barthauer Software GmbH

Simulationsergebnisse: Dynamischer L√§ngsschnitt mit zeitlichem Verlauf der Wasserspiegellage f√ľr die gew√§hlte Haltungsfolge. Foto: Barthauer Software GmbH

Der zu berechnende Kanalnetzbereich wird nach einmaliger grafischer Wahl der Endhaltungen automatisiert als sogenanntes Hydrauliknetz erzeugt. Die Kanalobjekte des Hydrauliknetzes sind dabei ohne Ver√§nderung der Stammdaten durch hydraulische Ersatzsysteme direkt aus der Datenbank berechenbar. Die Kanalnetzdimensionierung mit dem Zeitbeiwert-Verfahren interpretiert das Hydrauliknetz automatisch als Sch√§chte- Haltungen-Modell, das die Detaillierung von Sonderbauwerken nicht ber√ľcksichtigt. Um die Ergebnisse aus der Kanalnetzdimensionierung und der hydrodynamischen Kanalnetzsimulation zu visualisieren, stehen vordefinierte Datenbankabfragen und Berichte zur Verf√ľgung.

Das BaSYS Dashboard analysiert die Ergebnisse statistisch. Wichtige Kenndaten werden dynamisch √ľber baukastenartig angeordnete Diagramme ausgegeben. Anhand der Rechenl√§ufe der hydrodynamischen Kanalsetzsimulation werden f√ľr die relevanten Kanalobjekte Ganglinien erzeugt und in der Datenbank gespeichert. In BaSYS-Plan werden die Daten √ľber Themenpl√§ne, beispielsweise zu Wasserstand und hydraulischer Auslastung, visualisiert. Die Datenbankabfragen und Berichte, das Dashboard und die Themenpl√§ne sind √ľber standardisierte XML-Dokumente definiert. Diese k√∂nnen dupliziert, im multifunktionalen Editor bearbeitet sowie beliebig importiert und exportiert werden. Der dynamische L√§ngsschnitt entspricht einer Videoanimation zur zeitlichen Entwicklung der Wasserspiegellage in einer gew√§hlten Haltungsfolge. ‚ÄěDieser dient dazu, Entscheidungstr√§gern die Simulationsergebnisse f√ľr kritische Stellen des Kanalnetzes realit√§tsnah visualisieren zu k√∂nnen‚ÄĚ, so Dr. Winter.

www.barthauer.de