Das Unternehmen Rehm Software stellt auf der IFAT sein neues System HYKAS-2D vor, mit dem urbane Sturzfluten simuliert werden können.
Bild oben: Simulation von Wasseraustritt am Schacht. Bild unten: 2D-Simulation von Fließwasser an der Oberfläche. Grafiken: Rehm
Das Programmpaket HYKAS von Rehm Software dient der hydraulischen Be- rechnung von Kanalnetzen. Auf der IFAT in München stellt das Unternehmen aus Berg bei Ravensburg das Programm HYKAS-2D vor, das erstmalig auch die gekoppelte Simulation unterstützt. Das neue Programm stellt gewisserma- ßen die Steuerung für weitere Program- me des Herstellers dar, die für die einzel- nen Simulations- und Analysemethoden zuständig sind. „Man erkennt in klein- räumigen Teilgebieten Effekte, die sonst nicht bedacht werden, etwa in risikobehafteten Bereichen wie Krankenhäusern, Tiefgaragen oder Unterführungen“, sagt Joachim Rehm, Geschäftsführer bei Rehm Software.
Ganzheitliche Simulation
Dieser ganzheitliche Simulationsansatz erweitert Gefährdungsanalysen, die bei Senken, Fließwegen und den relevanten Einzugsgebieten per GIS-Analyse und statischer Volumenbetrachtung gemacht werden. Für letztere reicht eine einfache Dreiecksvermaschung des digitalen Geländemodells aus. Das gesamte Untersuchungsgebiet wird dann entsprechend stark beregnet, die Senken füllen sich über die ermittelten Fließwege mit dem angesetzten Regenwasser, das akkumulierte Abflussvolumen und der Wasserstand in den Senken wird berechnet und grafisch aufbereitet ausgegeben. HYKAS-2D ermöglicht dagegen eine detaillierte Überflutungsberechnung. Das Programm wird dazu in Kombination mit HYKAS (Überflutungsberechnung), Fluss-2D (zweidimensionales Strömungsmodell) und GraPS (Grafiksystem) eingesetzt. Als grafische Plattform fungieren wahlweise AutoCAD oder BricsCAD. Basis ist eine detaillierte Bestandsaufnahme von Kanal und Oberfläche. In HYKAS und GraPS wird das Kanalnetz mit allen Sonderbauwerken definiert (oder zum Beispiel per ISYBAU-XML importiert), in FLUSS-2D die Einzugsgebiete festgelegt, das Berechnungsnetz für die Simulation generiert und mit den Randbedingungen belegt.
Bidirektionale Übergabestellen
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Bei der detaillierten Überflutungsberechnung in HYKAS-2D werden dann im Unterschied zur herkömmlichen Kanalnetz- berechnung nur die Dachflächen an das Entwässerungssystem angeschlossen. Der Oberflächenabfluss wird detailliert in FLUSS-2D simuliert. HYKAS bietet außerdem noch die Möglichkeit, anhand von Regeln für die definierten Sonderbauwerke in die Berechnung steuernd einzugreifen. FLUSS-2D liefert auf Basis eines Digitalen Geländemodells (DGM) beziehungsweise eines darauf aufgebauten Berechnungsnetzes Aussagen über Überflutungsflächen, Wassertiefe, Fließgeschwindigkeiten und Fließrichtung. Dabei werden der Oberflächen Rauhigkeits- und Versickerungsbeiwerte zugeordnet, Randbedingungen sowie Zufluss- Wassermengen definiert. Das DGM wird per Patch- und Paving-Methode für die Simulation aufgearbeitet. Nun berechnet das Programm den Oberflächenabfluss durch die Lösung der tiefengemittelten Flachwassergleichungen (Navier-Stokes-Gleichungen) mit der Finite-Volumen Methode.
So realisiert HYKAS-2D einen integrierten Simulationsansatz. Die Schächte stellen dabei bidirektionale Übergabestellen dar. Bei Überstauereignissen im Kanalsystem geht Wasser über diese Schächte zum Oberflächenabfluss über, bei Aufstau auf der Oberfläche geht Wasser in das Kanalsystem über. Daher nutzt HYKAS-2D Daten aus der zweidimensionalen Oberflächenabflussberechnung (eintretendes Wasser) und aus der hydrodynamischen Kanalnetzberechnung (austretendes Wasser). HYKAS-2D koordiniert hierbei die Berechnungen von HYKAS und FLUSS-2D für jeden einzelnen Zeitschritt und ermöglicht so eine zeitsynchrone Simulation.
„Die Auswertung der Berechnungsergebnisse erfolgt in Themenplänen, die direkt im CAD und per Mausklick durchgeführt werden können“, sagt Joachim Rehm. Wobei viele Varianten zur Verfügung stehen, etwa eine klassische Wassertiefendarstellung, die Schleppspannungs und Geschwindigkeitsverteilung, Energiehöhen, Froudezahl oder Gefahrenzonen.