Einsatzmöglichkeiten einer übergeordneten Steuerung beim automatisierten Betrieb von Staustufenketten
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (4/2022)
Automatisierte Wasserhaushaltsregelungen leisten einen wesentlichen Beitrag zum sicheren Betrieb von Stauanlagen, werden jedoch meist nur lokal eingesetzt. Koordinierende Steuerungssysteme für mehrere hintereinanderliegende Stauanlagen ermöglichen das Erreichen übergeordneter Ziele, wie beispielsweise die Vergleichmäßigung eines unruhigen Abflussgeschehens oder die Umsetzung unterschiedlicher Strategien zur Stromerzeugung. Mit Hilfe umfangreicher Simulationssysteme können übergeordnete Steuerungsmodule für vielfältige und komplexe Aufgabenstellungen erarbeitet sowie das Prozessverständnis vertieft werden.
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Automatisierte Wasserhaushaltsregelungen leisten einen wesentlichen Beitrag zum sicheren Betrieb von Stauanlagen, werden jedoch meist nur lokal eingesetzt. Koordinierende Steuerungssysteme für mehrere hintereinanderliegende Stauanlagen ermöglichen das Erreichen übergeordneter Ziele, wie beispielsweise die Vergleichmäßigung eines unruhigen Abflussgeschehens oder die Umsetzung unterschiedlicher Strategien zur Stromerzeugung. Mit Hilfe umfangreicher Simulationssysteme können übergeordnete Steuerungsmodule für vielfältige und komplexe Aufgabenstellungen erarbeitet sowie das Prozessverständnis vertieft werden.
Staustufenmanagement als Teil des Hochwassermanagements - Modellierung des bayerischen Inns
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Bei staugeregelten Flüssen stellt sich insbesondere nach großen Hochwasserereignissen, wie z. B. dem Hochwasser 2013, die zentrale Frage, ob es durch eine intelligente Steuerung möglich ist, die Stauräume für den Hochwasserrückhalt zu nutzen, um den Hochwasserscheitel zu reduzieren. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass für den Inn ein Potenzial zur Scheitelminderung gegeben ist. Sie verdeutlichen jedoch auch, dass hierzu ein gutes Prozessverständnis zur Wechselwirkung zwischen Betrieb der Staustufen und Strömungsverhalten des Flusses sowie umfangreiche Analysen und Sensitivitätsuntersuchungen zu einer Vielzahl von Parametern und Messwerten erforderlich ist. Nur durch Berücksichtigung der genannten Aspekte in einem komplexen Modell ist es möglich, letztendlich praxisrelevante Steuerungsoptionen für den realen Betrieb zu entwickeln.
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Bei staugeregelten Flüssen stellt sich insbesondere nach großen Hochwasserereignissen, wie z. B. dem Hochwasser 2013, die zentrale Frage, ob es durch eine intelligente Steuerung möglich ist, die Stauräume für den Hochwasserrückhalt zu nutzen, um den Hochwasserscheitel zu reduzieren. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass für den Inn ein Potenzial zur Scheitelminderung gegeben ist. Sie verdeutlichen jedoch auch, dass hierzu ein gutes Prozessverständnis zur Wechselwirkung zwischen Betrieb der Staustufen und Strömungsverhalten des Flusses sowie umfangreiche Analysen und Sensitivitätsuntersuchungen zu einer Vielzahl von Parametern und Messwerten erforderlich ist. Nur durch Berücksichtigung der genannten Aspekte in einem komplexen Modell ist es möglich, letztendlich praxisrelevante Steuerungsoptionen für den realen Betrieb zu entwickeln.
Beckenrampen - Dimensionierung und Stabilität bei Hochwasser
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Es wird eine aus Modellversuchen abgeleitete Methode für die Dimensionierung der Steingrößen von Beckenrampen bei Hochwasser vorgestellt. Der Anwendungsbereich erstreckt sich auf Gefälle zwischen 1 % und 4 % sowie einem mittleren Riegelabstand von größer als 3,25 m. Die Dimensionierungsregeln sind auch für hochbelastete Bauwerke mit spezifischen Abflüssen bis zumindest 25 m³/(s ∙ m) geeignet.
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Es wird eine aus Modellversuchen abgeleitete Methode für die Dimensionierung der Steingrößen von Beckenrampen bei Hochwasser vorgestellt. Der Anwendungsbereich erstreckt sich auf Gefälle zwischen 1 % und 4 % sowie einem mittleren Riegelabstand von größer als 3,25 m. Die Dimensionierungsregeln sind auch für hochbelastete Bauwerke mit spezifischen Abflüssen bis zumindest 25 m³/(s ∙ m) geeignet.
Beckenrampen - Fließtiefenberechnung bei stark überströmten Riegeln
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Es wird eine auf Basis praktischer Erfahrungen abgeleitete Methode für die Berechnung von Fließtiefen auf Beckenrampen bei Hochwasser vorgestellt und mit Ansätzen aus der Literatur verglichen. Der Anwendungsbereich erstreckt sich auf Gefälle zwischen 1 und 4 % sowie einem mittleren Riegelabstand von größer als 3,25 m. Die Fließtiefenberechnung ist gleichzeitig Grundlage für die Dimensionierung der Steingrößen in den Riegeln und Becken , die im folgenden Beitrag erläutert wird.
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Es wird eine auf Basis praktischer Erfahrungen abgeleitete Methode für die Berechnung von Fließtiefen auf Beckenrampen bei Hochwasser vorgestellt und mit Ansätzen aus der Literatur verglichen. Der Anwendungsbereich erstreckt sich auf Gefälle zwischen 1 und 4 % sowie einem mittleren Riegelabstand von größer als 3,25 m. Die Fließtiefenberechnung ist gleichzeitig Grundlage für die Dimensionierung der Steingrößen in den Riegeln und Becken , die im folgenden Beitrag erläutert wird.
Automatisierter Staustufenbetrieb auf Basis lokaler Wasserhaushaltsregelungen
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Der sichere Betrieb von Stauanlagen mit Einhaltung zahlreicher, teils konträrer Anforderungen hinsichtlich Stromerzeugung, Schifffahrt, Hochwasserschutz und ökologischer Aspekte stellt für die Betreiber eine komplexe Aufgabe dar, bei der das Wartenpersonal zunehmend durch automatisierte Wasserhaushaltsregelungen unterstützt wird. Mithilfe einer gekoppelten Simulation von Hydrodynamik und Regelungstechnik können die lokalen Wasserhaushaltsregelungen an zahlreiche Fragestellungen und die speziellen Gegebenheiten jeder einzelnen Stauanlage angepasst werden.
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Der sichere Betrieb von Stauanlagen mit Einhaltung zahlreicher, teils konträrer Anforderungen hinsichtlich Stromerzeugung, Schifffahrt, Hochwasserschutz und ökologischer Aspekte stellt für die Betreiber eine komplexe Aufgabe dar, bei der das Wartenpersonal zunehmend durch automatisierte Wasserhaushaltsregelungen unterstützt wird. Mithilfe einer gekoppelten Simulation von Hydrodynamik und Regelungstechnik können die lokalen Wasserhaushaltsregelungen an zahlreiche Fragestellungen und die speziellen Gegebenheiten jeder einzelnen Stauanlage angepasst werden.
Temperatur als Schlüsselreiz für die Auffindbarkeit von Fischaufstiegsanlagen
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Im Zuge der Beseitigung von Kontinuumsunterbrechungen an Fließgewässern ist das Thema Auffindbarkeit von Fischaufstiegsanlagen ein nach wie vor Aktuelles. Neben der Positionierung wird die Funktionalität des Einstieges in unterschiedlichen Leitfäden primär über die Strömung definiert. Zusätzlich zu Strömungsparametern soll in dieser Publikation, welche einen Teil eines mehrstufigen Forschungsprojektes an Fischaufstiegsanlagen an der Drau abbildet, der Einfluss der Wassertemperatur auf die Auffindbarkeit mittels technischer, fischökologischer und statistischer Methoden untersucht werden.
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Im Zuge der Beseitigung von Kontinuumsunterbrechungen an Fließgewässern ist das Thema Auffindbarkeit von Fischaufstiegsanlagen ein nach wie vor Aktuelles. Neben der Positionierung wird die Funktionalität des Einstieges in unterschiedlichen Leitfäden primär über die Strömung definiert. Zusätzlich zu Strömungsparametern soll in dieser Publikation, welche einen Teil eines mehrstufigen Forschungsprojektes an Fischaufstiegsanlagen an der Drau abbildet, der Einfluss der Wassertemperatur auf die Auffindbarkeit mittels technischer, fischökologischer und statistischer Methoden untersucht werden.
Methoden und Randbedingungen zur Zielerreichung am Beispiel des LIFE-Natur-Projektes Flusserlebnis Isar
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (3/2022)
Im Rahmen des LIFE-Natur-Projektes Flusserlebnis Isar wurden an der Unteren Isar große flussmorphologische Veränderungen durchgeführt, um natürliche Kiesstrukturen wiederherzustellen. Dies erfolgte unter gemeinsamer Leitung der Höheren Naturschutzbehörde der Regierung von Niederbayern und des Wasserwirtschaftsamtes Landshut. Dabei werden sowohl die Ziele der FFH-Richtlinie als auch des Bewirtschaftungsplanes nach WRRL erfüllt. Hauptaspekt waren kiesige Flachwasserzonen und ein neuer Seitenarm für die Isar bei Landau.
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Im Rahmen des LIFE-Natur-Projektes Flusserlebnis Isar wurden an der Unteren Isar große flussmorphologische Veränderungen durchgeführt, um natürliche Kiesstrukturen wiederherzustellen. Dies erfolgte unter gemeinsamer Leitung der Höheren Naturschutzbehörde der Regierung von Niederbayern und des Wasserwirtschaftsamtes Landshut. Dabei werden sowohl die Ziele der FFH-Richtlinie als auch des Bewirtschaftungsplanes nach WRRL erfüllt. Hauptaspekt waren kiesige Flachwasserzonen und ein neuer Seitenarm für die Isar bei Landau.
Umsetzungsbeispiele zum Sedimentmanagement zur ökologischen und morphologischen Zielerreichung
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Eine nahezu 100-jährige Historie von Stauraumspülungen am Isarwehr Oberföhring, München, zeigt deren Effizienz sowie ökologische und morphologische Notwendigkeit. Natürliche Spülungen während Hochwasserereignissen sind mechanischen Räumungen durch Baggerung aus ökologischen und wirtschaftlichen Gründen vorzuziehen. Das Beispiel zeigt außerdem den Umgang mit Konfliktsituationen aufgrund verschiedener Nutzer entlang von Ausleitungsstrecken. Teilspülungen mit begrenzter Stauabsenkung haben sich als Übergangslösung erwiesen, um dem Kühlwasserbedarf von Unterliegern gerecht zu warden.
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Eine nahezu 100-jährige Historie von Stauraumspülungen am Isarwehr Oberföhring, München, zeigt deren Effizienz sowie ökologische und morphologische Notwendigkeit. Natürliche Spülungen während Hochwasserereignissen sind mechanischen Räumungen durch Baggerung aus ökologischen und wirtschaftlichen Gründen vorzuziehen. Das Beispiel zeigt außerdem den Umgang mit Konfliktsituationen aufgrund verschiedener Nutzer entlang von Ausleitungsstrecken. Teilspülungen mit begrenzter Stauabsenkung haben sich als Übergangslösung erwiesen, um dem Kühlwasserbedarf von Unterliegern gerecht zu warden.
Flussmorphologische Zielvorstellungen
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Naturräumliche Gegebenheiten prägen die Morphologie sowie den Wasser- und Feststoffhaushalt unserer Fließgewässer. Wasserbauliche Eingriffe beeinflussen diese Faktoren und infolgedessendas typspezifische Erscheinungsbild. Umso bedeutender sind vor diesem Hintergrund die noch stattfindenden bzw. initiierbaren hydromorphologischen Prozesse. Diese bedingen jedoch Eine flussmorphologische Mindestausstattung. Ziel ist es, nachhaltig wirkende Maßnahmen vorzusehen, die idealerweise eigendynamische Entwicklung ermöglichen und im Nachgang keine oder nur wenig steuernden Eingriffe notwendig machen.
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Naturräumliche Gegebenheiten prägen die Morphologie sowie den Wasser- und Feststoffhaushalt unserer Fließgewässer. Wasserbauliche Eingriffe beeinflussen diese Faktoren und infolgedessendas typspezifische Erscheinungsbild. Umso bedeutender sind vor diesem Hintergrund die noch stattfindenden bzw. initiierbaren hydromorphologischen Prozesse. Diese bedingen jedoch Eine flussmorphologische Mindestausstattung. Ziel ist es, nachhaltig wirkende Maßnahmen vorzusehen, die idealerweise eigendynamische Entwicklung ermöglichen und im Nachgang keine oder nur wenig steuernden Eingriffe notwendig machen.
Sedimentmanagement bei Stauanlagen: Herausforderungen und Lösungen
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Die Veränderung des Feststoffhaushalts durch die Wasserkraftnutzung ist aufgrund physikalischer Zusammenhänge unvermeidlich. Die Wiederherstellung der Feststoffdurchgängigkeit im Sinne einer Annäherung an den Urzustand ist bei erheblich veränderten Wasserkörpern kein adäquates Ziel und auch für die ökologische Funktion des Gewässers als Lebensraum nicht erforderlich. Vielmehr muss ein an die morphologischen Gegebenheiten des Gewässers angepasster Feststoffhaushalt angestrebt werden, der auch die ökologische Funktion des Sediments sicherstellt.
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Die Veränderung des Feststoffhaushalts durch die Wasserkraftnutzung ist aufgrund physikalischer Zusammenhänge unvermeidlich. Die Wiederherstellung der Feststoffdurchgängigkeit im Sinne einer Annäherung an den Urzustand ist bei erheblich veränderten Wasserkörpern kein adäquates Ziel und auch für die ökologische Funktion des Gewässers als Lebensraum nicht erforderlich. Vielmehr muss ein an die morphologischen Gegebenheiten des Gewässers angepasster Feststoffhaushalt angestrebt werden, der auch die ökologische Funktion des Sediments sicherstellt.
