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Entwicklung eines instationären Berechnungsansatzes für Regenhöhen zur Anwendung in der wasserwirtschaftlichen Bemessungspraxis

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[Quelle: https://d-nb.info]

Für die Bewirtschaftung des Wasserdargebots in Form der Wasserversorgung und -entsorgung aber auch für den Hochwasserschutz auf kommunaler Ebene sind verschiedene wasserwirtschaftliche Bauwerke notwendig. Eine wichtige Planungskenngröße für die Bemessung und den Betrieb solcher Bauwerke sind unter anderem Starkregenangaben. Diese Angaben werden auf Basis von beobachteten oder modellierten Niederschlagszeitreihen erstellt. Mittels Extremwertverteilungsfunktionen werden Quantilwerte berechnet, die weiterführend für die Festlegung von Bemessungswerten verwendet werden können. Die klassischen und derzeit angewendeten Verfahren der Extremwertstatistik setzen stationäre Zeitreihen voraus. Dem stehen prognostizierte, klimatische Veränderungen und die bereits beobachtete Zunahme von Starkregenereignissen gegenüber, sodass die stationären Verfahren unter Umständen nicht mehr ohne Weiteres anwendbar sind. Mittels erweiterter statistischer Verfahren können die auch als Instationaritäten bezeichneten, langzeitlichen oder auch abrupten Änderungen in Zeitreihen entsprechend berücksichtigt und modelliert werden. In der vorliegenden Dissertation wird ein instationärer, extremwertstatistischer Ansatz zur Berechnung von Regenhöhen als Planungskenngröße entwickelt. Es erfolgt eine zeitabhängige Berechnung von Quantilwerten, sodass Instationaritäten in den Beobachtungsdaten berücksichtigt werden können. Der entwickelte Berechnungsansatz nutzt regionalisierte Klimaprojektionen zur Modellierung zeitabhängiger Parameter der Verallgemeinerten Extremwertverteilung. Diese Parameter werden für jeden Zeitpunkt über alle Dauerstufen hinweg optimiert. Die anschließend berechneten, instationären Quantilwerte werden in Abhängigkeit ausgewählter Perzentile und einer geplanten Bauwerkslebensdauer in eine zeitunabhängige Planungskenngröße überführt. Der Ansatz wird für 49 Niederschlagsstationen in Nordrhein-Westfalen ausgewertet, wobei eine Detailbetrachtung und -auswertung anhand der Niederschlagsstation Detmold_KA erfolgt. Die Berechnungsergebnisse werden mit Koordinierten Starkniederschlags-Regionalisierungs-Auswertungen (KOSTRA-DWD 2010R) und Starkregenangaben verglichen. Weiterführend wird die Auswirkung der sich verändernden Bemessungsgrößen exemplarisch anhand eines Niederschlags-Abfluss-Modells dargestellt.

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Bücher, Broschüren

Detlef Aigner, Gerhard Bollrich
Handbuch der Hydraulik
Beuth Praxis
für Wasserbau und Wasserwirtschaft
2., Aufl.
2021, 528 S., 17 x 24 cm, Hardcover
Beuth

 

 

Ohne Umwege direkt auf den Punkt: Das "Handbuch der Hydraulik" beinhaltet, was Ingenieurinnen, Wissenschaftlerinnen oder Studentinnen zum Nachschlagen brauchen. Es bietet Fachleuten aus dem Wasserbau sowie der Wasserwirtschaft Berechnungsgrundlagen mit Formelansätzen und Kennwerten - und konzentriert sich dabei auf das Wesentliche. Ausführliche Ableitungen und Erläuterungen finden sich in diesem Buch nicht, es ist ein übersichtliches Nachschlagewerk, das die neuesten Erkenntnisse und Methoden der hydraulischen Berechnungen sowie wichtiges Formelwissen vereint.

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Stahlwasserbauten - Kommentar zu DIN 19704
E&S Zeitlos - Klassiker des Bauingenieurwesens
Klassiker des Bauingenieurwesens
2021, XII, 350 S., 18 Tabellen. 244 mm, Hardcover
Ernst & Sohn

 

 

Das Buch enthält, neben dem Normenkommentar, 32 ausgewählte stahlwasserbautypische Berechnungsbeispiele und ist reich bebildert. Eine wertvolle Ergänzung sind außerdem 12 Sonderbeiträge über die Forschung und Entwicklung im Stahlwasserbau von namhaften Autoren. Der Kommentar zu DIN 19704:1998 "Stahlwasserbauten" enthält Erläuterungen zu den einzelnen Textabschnitten der Norm und Hinweise und Anregungen für die Praxis über die Hintergründe und Zielvorstellungen des Regelwerks. Es enthält gegenüber der früheren Ausgabe (Sept. 1976) eine Reihe wichtiger substantieller Änderungen und neue Regelungen. Dies gilt insbesondere für die neue Form der rechnerischen Nachweise und für die neuen konstruktiven Hinweise. Die ausgewählten Berechnungsbeispiele führen u. a. in die Vorgehensweise beim Sicherheitskonzept, bei den Betriebsfestigkeitsnachweisen, bei Verschleißteilen und bei Kontaktproblemen (z. B. Laufrad und Laufschiene) ein. Ferner konnten Beiträge namhafter Autoren zu Fragen des Stahlwasserbaus in das Buch aufgenommen werden. Das Buch erscheint in der Reihe "E&S Zeitlos" als unveränderter Nachdruck der 1. Auflage von 2000.

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Kurt Lecher
Taschenbuch der Wasserwirtschaft
Grundlagen - Maßnahmen - Planungen
10., Aufl.
2021, xxvii, 1349 S., 465 SW-Abb., 116 Farbabb. 240 mm, Hardcover
Springer

 

 

Das Taschenbuch der Wasserwirtschaft, das bewährte Kompendium des gesamten Grundlagenwissens der Wasserwirtschaft, ist seit 1958 in jetzt neun Auflagen erschienen. Um auch bei Berücksichtigung zahlreicher neuer Erkenntnisse und Entwicklungen den Umfang des Werkes im Rahmen zu halten, sind allle Kapitel gänzlich neu gefasst und gestrafft worden. So ergab sich eine konzentrierte Darstellung alller Fachgebiete der Wasserwirtschaft und des Wasserbaus. Acht Kapitel sind den wasserwirtschaftlichen und wasserbaulichen Grundlagen gewidmet: Physik und Chemie des Wassers; Wasserhaushalt, Gewässer, Hydrometrie; Gewässerökologie; Hydraulik; Boden; Grundwasser; Ingenieurhydrologie; Wasserrecht und Abfallrecht. Sieben weitere Kapitel betreffen die wasserbaulichen Maßnahmen: Gewässerregelung; Be- und Entwässerung; Stau- und Wasserkraftanlagen; Küsteningenieurwesen; Binnenverkehrswasserbau; Wasserversorgung; Abwassertechnik. Schließlich befassen sich vier Kapitel mit den Themen Abfalltechnik; Altlasten; Umgang mit wassergefährdenden Stoffen, wasserwirtschaftlichen Planungen. Das "Taschenbuch der Wasserwirtschaft" ist somit wieder auf neuestem Stand, wendet sich vor allem an die im Beruf stehenden Wasserbau- und Wasserwirtschaftsingenieure sowie an die Studierenden, an die Mitarbeiter der Wasserwirschafts-, Wasser und Schifffahrtsverwaltungen, an Wasserwerke und Abwasserverbände, Stadtbauämter, Bau- und Hafenbehörden, Wasserwirtschafts-, Wasser- und Bodenverbände, Ingenieurbüros und Bauunternehmen, aber ebenso an Geographen, Landvermesser, Geologen, Chemiker, Land- und Forstwirte, Biologen, Limnologen, Ökologen, Landschaftsarchitekten und Umweltschutzbeauftragte, die sich mit Aufgaben und Problemen spezieller Fachgebiete der Wasserwirtschaft vertraut machen möchten.

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Hochwasser-Handbuch
Auswirkungen und Schutz
3., Aufl.
2020, xxii, 715 S., XXII, 715 S. 331 Abb., 34 Abb. in Farbe. 240 mm, Hardcover
Springer

 

 

Die prognostizierten Klimaveränderungen stellen für die Wasserwirtschaft in Bezug auf den Hochwasserschutz, aber auch im Umgang mit trockenen Jahren, eine große Herausforderung dar. Neben den großen, flächendeckenden Überschwemmungen und den damit einhergehenden besonderen Risiken für die eingedeichten Bereiche sind insbesondere die nach Starkregenereignissen plötzlich auftretenden Sturzfluten mit einem hohen Gefährdungspotenzial verbunden. Die Schäden sind bei beiden Hochwasserformen nur dann erfolgreich und dauerhaft zu minimieren, wenn viele Fachgebiete ihr besonderes Wissen in den Planungsprozess des Hochwasserschutzes einbringen. Hierzu zählen unterschiedliche Maßnahmenpakete der Wasserwirtschaft und des Wasserbaus (u. a. die Bereitstellung verlässlicher hydrologischer und hydraulischer Planungsgrößen, der natürliche Wasserrückhalt in den Gewässerauen, unterschiedliche Ausbauvarianten und deren Auswirkungen auf die Abflüsse, technische Rückhaltemaßnahmen, Schutz der genutzten Bereiche durch Deiche, Dämme und Hochwasserschutzmauern und nicht zuletzt die rechtlichen Grundlagen), aber auch der Ablauf und die Koordination unterschiedlicher Maßnahmengruppen vor, während und nach einem vorausgesagten Hochwasserereignis. Hierzu gehören ebenfalls die aktuellen Ausführungen zur Versicherung von Hochwasserschäden. Der erste Zyklus der Hochwasserrisikomanagement-Richtlinie wurde Ende 2015 mit der Erstellung der Hochwasserrisikomanagementpläne abgeschlossen. Allen Aspekten der Hochwasservorsorge wird nunmehr ein sehr hoher Stellenwert eingeräumt. Die Erfahrungen aus diesem Prozess sowie die aktuellen Richtlinien der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) wurden in dieser dritten Auflage berücksichtigt. Insbesondere die Bauvorsorge ist dabei umfassend dargestellt.

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Band 9. Wasserwesen, Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik
Handbuch für Bauingenieure
Technik - Organisation - Wirtschaftlichkeit
3., Aufl.
2020, ix, 317 S., IX, 317 S. 203 Abb., 15 Abb. in Farbe. 254 mm, Hardcover
Springer

 

 

Der Band aus der Reihe Handbuch für Bauingenieure erläutert wichtige grundlegende und aktuelle Inhalte der Fachgebiete, welche sowohl durch die lebensnotwendige Ressource Wasser gekennzeichnet sind, als auch essentielle Auswirkungen auf diese hat. Es werden die Grundlagen als auch die angewandten Disziplinen behandelt. Zu den Grundlagendisziplinen zählen die Hydrologie und die Wasserwirtschaft sowie die technische Hydraulik, während zu den angewandten Disziplinen der Wasserbau, die Siedlungswasserwirtschaft mit den Teilbereichen Wasserversorgung sowie Abwassertechnik und die Abfalltechnik gehören. Der Band ist Teil der Reihe Handbuch für Bauingenieure, die insgesamt sieben Bände umfasst. Dazu gehören die Allgemeine Grundlagen des Bauingenieurwesens; Bauwirtschaft und Baubetrieb; Konstruktiver Ingenieurbau und Hochbau; Geotechnik; Wasserbau, Siedlungswasserwirtschaft, Abfalltechnik; Raumplanung, Stadtentwicklung und Öffentliches Baurecht; Verkehrsplanung sowie Bau und Betrieb von Verkehrsanlagen.

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Forschungsberichte

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Matthias Pahn, Jürgen Schnell, Horst Stopp, Martin Kiesche, Wolfgang Schmidt, Torsten Toepel
Thermisch aktivierte Sandwichschwimmkörper für das Bauen auf dem Wasser. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2981
2016, 118 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das weltweite Bevölkerungswachstum und der steigende Meeresspiegel führen u.a. zu einem Mangel von Bauflächen. Durch den Klimawandel ist der Wohnraum speziell in den Küstengebieten gefährdet. Gegenwärtig werden kostenintensive Hochwasserschutz-Bauwerke umgesetzt, um sich gegen die drohenden Wassermassen zu schützen. Auch werden Maßnahmen zur Landrückgewinnung durchgeführt. Dabei wird, vom Meer abgetragenes Ufermaterial aufwändig wieder an Land transportiert, welches mit der Zeit wieder an das Meer verloren geht. Das Bauen auf dem Wasser bietet eine alternative Maßnahme an um verlorene Bauflächen und Lebensraum zu gewinnen, ohne gegen den steigenden Meeresspiegel anzutreten oder Maßnahmen zur Landrückgewinnung durchführen zu müssen. Bauwerke auf dem Wasser sind von der Versorgung über das Festland abgeschnitten und müssen sich autark versorgen können. Dafür steht das umgebende Wasser als ein enormes Energiereservoir zur Verfügung. Die Erschließung des Energiereservoirs ist durch eine thermisch aktivierte Bauteilschicht möglich. Aus wärmeschutztechnischen Gründen ist es notwendig die thermisch aktivierte Bauteilschicht mit einer Dämmschicht thermisch zu entkoppeln. Für diese Anforderungen sind Bauteile in Sandwichbauweise optimal geeignet. Die Sandwichbauteile bestehen aus einer Tragschale, einer Kerndämmschicht und einer Vorsatzschale. Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, einen Schwimmkörper mit möglicher Innenraumnutzung in Sandwichbauweise mit einer thermisch aktivierten Vorsatzschale aus hochfestem Beton zu entwickeln und zu errichten. Innerhalb des Forschungsprojekts wurden die Einwirkungen auf schwimmende Bauwerke untersucht und Lastannahmen für den Großdemonstrator getroffen. Bei der Bemessung eines schwimmenden Bauwerks sind neben den herkömmlichen Einwirkungen, der ständige Wasserdruck, die dynamische Wellenbelastung und der thermische Eisdruck infolge einer geschlossenen Eisdecke zu beachten. Der Lastfall Schiffs- oder Eisanprall wurde ausgeschlossen, da die Errichtung des schwimmenden Bauwerks auf ei

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Guenther Garbrecht, Joachim Schmidt, Johann Buss
Untergrundhydraulische Berechnungen an Flussdeichen auf bindigen Deckschichten
siehe auch: Buss, Johann. Unterströmung von Deichen. tech.Diss. Braunschweig 1987/92.
1987, 164 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Zur untergrundhydraulischen Bemessung unterströmter Deiche ist die Kenntnis der Potentialverteilung von entscheidender Bedeutung. In bisher veröffentlichten Arbeiten zu diesem Thema werden stark vereinfachende Näherungslösungen behandelt, die eine zutreffende Beschreibung der untergrundhydraulischen Verhältnisse unterströmter Deiche kaum zulassen und zudem nur von zeitunabhängigen (stationären) Systemen ausgehen. In dieser Arbeit werden Berechnungsverfahren zum Teil auf der Grundlage der Finiten-Elemente-Methode für ein- zwei- und dreidimensionale, stationäre und instationäre, gesättigte-ungesättigte Deichsysteme behandelt und Bemessungshilfen entwickelt, die eine problemangepaßte Beurteilung der Untergrundhydraulik unterströmter Deiche ermöglichen. Damit können die erforderlichen Maßnahmen zur Deichsicherung und zur Trockenlegung des Deichhinterlandes durch Entspannungsbrunnen, Abzugs- und Entlastungsgräben, Schöpfwerke und Siele nach Lage und Größe zweckmäßig und sicher bemessen werden. (-y-)

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B. Barczewski, H.P. Koschitzky, H. Kobus
Theoretische und experimentelle Vorstudien zur Frage des Lufteintrags und Lufttransports an Sohlbelüftern in Hochgeschwindigkeitsströmungen
1987, 71 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Einführend wird der Kenntnisstand zur Frage des Lufteintrags an Sohlbelüftern in Hochgeschwindigkeitsströmungen dargelegt. Die wichtigsten Formeln werden dargestellt und kritisch diskutiert. Der Hauptteil des Berichts beschäftigt sich mit Überlegungen zur Physik des Lufteintragsmechanismus. Dafür werden Gedankenmodelle aufgestellt und auf Plausibilität überprüft. Für den Transport der eingemischten Luft unterstrom des Auftreffpunktes wird ein numerisches Modell zusammenfassend dargestellt, in dem der Transportprozeß der Luftblasen in Analogie zum Transport suspendierter Feststoffpartikel in turbulenten Gerinneströmungen behandelt wird. In Hinblick auf eine Weiterführung des Forschungsvorhabens wurden grundlegende Testversuche zur Frage der Einsatzfähigkeit der vorgeschlagenen Meßverfahren durchgeführt. (-y-)

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Zeitschriftenartikel

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Kuhn, Ute
Bewirtschaftungspläne, Maßnahmenprogramme und Hochwasserrisikomanagementpläne 2021 - 2027 für die deutschen Flussgebiete
Wasser und Abfall, 2022

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Hengl, Michael; Stephan, Ursula
Beckenrampen - Dimensionierung und Stabilität bei Hochwasser
Wasserwirtschaft, 2022

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Hengl, Michael; Stephan, Ursula
Beckenrampen - Fließtiefenberechnung bei stark überströmten Riegeln
Wasserwirtschaft, 2022

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Jüpner, Robert; Miegel, Konrad; Barion, Dirk
Fachgemeinschaft Hydrologische Wissenschaft feiert 20. Geburtstag
KW Korrespondenz Wasserwirtschaft, 2022

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Wagner, Falko
Wann ist ein Rechen ein Fischschutzrechen? Die funktionalen Elemente eines Fischschutzsystems
KW Korrespondenz Wasserwirtschaft, 2022

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