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Räumlicher und zeitlicher Transfer von hydrologischen Modellparametern und deren Anwendung in der Klimafolgenforschung

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[Quelle: http://d-nb.info]

In den letzten Jahrzehnten haben Hochwasser weltweit zu verheerenden Schäden geführt. In begrenztem Maße kann der Mensch über Gewässerregulierung in Extremsituationen die Hochwasserscheitel reduzieren. Für diese Maßnahmen bedarf es wasserwirtschaftlicher Anlagen, für deren Bau und Betrieb Vorhersagen bzw. Prognosen von Hochwasserabflüssen benötigt werden. Diese können mittels Niederschlag-Abfluss-Modellen (N-A-Modelle) simuliert werden. Wegen der konzeptionellen Struktur der meisten N-A-Modelle sind die benötigten Modellparameter in der Regel nur durch eine Kalibrierung anhand einer beobachteten Abflussganglinie abzuschätzen. Hieraus ergeben sich 3 Fragestellungen, welche in der Arbeit untersucht wurden: wie können unbeobachtete Gebiete für die keine Abflusszeitreihen vorliegen plausibel parametrisiert werden; ist die Annahme von stationären Modellparametern bei den konzeptionellen Strukturen dieser Modelle ausreichend; welchen Nutzen haben dynamische Modellparameter in der Klimafolgenforschung. Für die Untersuchungen der Fragestellung wurde eine neue transparente One-Step-Methode basierend auf Techniken der Self-Organizing Maps für die Regionalisierung hydrologischer Modellparameter entwickelt (SOM-B). Die Methode gruppiert Einzugsgebiete mit ähnlichen Eigenschaften und ordnet diesen während der Kalibrierung ähnliche Parametersätze zu. Dieselbe Methode wurde anschließend für den zeitlichen Transfer von Modellparametern für die entsprechenden Fragestellungen getestet. Hierfür wurden die Modellparameter mit Klimaindizes gekoppelt. Nach der Validitätsanalyse der dynamischen Modellparameter und deren Einfluss auf verschiedene Abtflusskennwerte, wurde die Methode für die Untersuchung von Änderungssignalen in Extremabflüssen in der Klimafolgenabschätzung angewendet. Das N-A-Modell wurde hierfür anhand von Abflussstatistiken kalibriert. Dieses Vorgehen erlaubt die Verwendung von Klimamodelldaten als Eingangsdaten während der Kalibrierung. Zusätzlich kann das Modell direkt an Extremwertstatistiken trainiert werden. Die Untersuchungen wurden in stündlicher und täglicher Auflösung an verschiedenen mesoskaligen Kopfgebieten des Aller-Leine-Einzugsgebiets in Niedersachsen getestet. In der Untersuchung wurde eine modifizierte Version des HBV-Modells verwendet. Die Regionalisierung mit der SOM-B zeigte im Vergleich zu einer Referenzregionalisierung basierend auf linearen Transferfunktionen lediglich leichte Verbesserungen in der Güte der simulierten Abflüsse. Allerdings ist sie deutlich objektiver und transparenter als vergleichbare Methoden. Die Sensitivität der Methode auf Änderungen in den Einstellungen der SOM-B war marginal. Der zeitliche Transfer der Modellparameter erzielte bessere Simulationsgüten für dieselbe Periode als die Simulationen mit statischen Parametern. Speziell Niedrigwasserabflüsse konnten mit dieser Methode besser abgebildet werden, wobei sich die Simulationen hauptsächlich auf saisonaler Ebene verbesserten. Auch für die Hochwasserspitzen wurden gebietsabhängige Verbesserungen festgestellt, welche auch auf klimatischer Ebene zum Tragen kamen. Weiterhin konnten mit der präsentierten Methode Schwächen in der konzeptionellen Struktur des hydrologischen Modells identifiziert werden. Die Anwendung der dynamischen Modellparameter zur Prognose von zukünftigen Hochwassern weist auf eine Vergrößerung der Unsicherheiten in den Simulationen und schlechtere Validierungsergebnisse hin. Diese können zum Teil auf den Bias in den Eingangsdaten (Klimamodelldaten) zurückgeführt werden, da die Methodik selber erfolgreich getestet wurde. Die aus den Simulationen abgeleiteten Extremwertverteilungen erzielten mit dynamischen Modellparametern bessere Ergebnisse als mit statischen Parametern. Es konnte gezeigt werden, dass die beiden Parametersätze zu unterschiedlichen Änderungssignalen in Spitzenabflüssen führen.

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Bücher, Broschüren

Schwarz - Blau - Grün: 120 Jahre Emschergenossenschaft
Festschrift zum Emscher-Umbau
2020, 140 S., 290 mm, Buchleinen
Verlag Kettler

 

 

Festschrift mit Fachbeiträgen aus 30 Jahren - Renaturierung und Revitalisierung einer Flusslandschaft - Metamorphose vom Industriegebiet zur modernen Metropolregion. Vor 120 Jahren, am 14. Dezember 1899, wurde die Emschergenossenschaft gegründet. Die Geburtsstunde von Deutschlands erstem Wasserwirtschaftsverband war eine Zwangsentscheidung - aber eine, die das Überleben der Region gesichert hat. Um den Abwassermissstand im Revier in den Griff zu bekommen, baute die Emschergenossenschaft in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts das Emscher-System von Grund auf um. Der Fluss als offener Schmutzwasserlauf, eingeengt in ein Korsett aus Beton, hat das Bild der Region im 20. Jahrhundert maßgeblich geprägt und war vielerorts Teil des Stadtbildes. Im Rahmen des Strukturwandels kam schließlich auch der Emscher eine neue Rolle zu. Die Renaturierung und die Revitalisierung der Flusslandschaft wurden zu einem symbolträchtigen Vorhaben und gingen einher mit der Metamorphose des Reviers vom Industriegebiet zu einer modernen Metropolregion. Das Buch versammelt anlässlich des Jubiläums eine Vielzahl von Fachbeiträgen, die über eine Zeitspanne von 30 Jahren entstanden sind. In ihrer Gesamtheit dokumentieren sie die unterschiedlichen Perspektiven auf den Emscher-Umbau und die massiven Anstrengungen, die nötig sind, um ein komplettes Gewässersystem mitten in einem der größten Ballungsräume Europas umzugestalten.

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Beton-Kalender 2020
Beton-Kalender
Schwerpunkte: Wasserbau; Konstruktion und Bemessung
2019, 1244 S., 600 SW-Abb., 200 Tabellen. 210 mm, Hardcover
Ernst & Sohn

 

 

Der neue Beton-Kalender 2020 mit den Schwerpunkten Wasserbau sowie Konstruktion und Bemessung bietet eine solide Arbeitsgrundlage und ein topaktuelles und verlässliches Nachschlagewerk für die fehlerfreie Planung von Betonkonstruktionen. Unter dem Schwerpunktthema Wasserbau behandelt der Beton-Kalender Entwurf und Konstruktion von massiven Wasserbauwerken an Wasserstraßen. Diese werden zum Beispiel zur verkehrswirtschaftlichen Nutzung (Binnenschifffahrt), zur Wasserversorgung, zur Erhaltung der Vorflut für den Abfluss der Niederschläge und Entwässerungszwecke, zur Abwendung von Hochwasser- und Eisgefährdung oder zur Energiegewinnung durch Wasserkraft genutzt. Unter dem Schwerpunktthema Konstruktion und Bemessung versammelt der Beton-Kalender eine Reihe Beiträge zum aktuellen Wissensstand für Entwurf und Bemessung im Konstruktiven Hochbau: Bei der Konstruktion und Bemessung von Stahlbetonbauteilen sind die Verankerungs- und die Bewehrungstechnik wesentliche Bestandteile. Nachdem im April 2019 endlich die europäischen Regeln in Eurocode 2 Teil 4 zur Bemessung der Verankerung von Befestigungen tragender und nichttragender Bauteile veröffentlicht wurde, werden in diesem Buch Erläuterungen zur Anwendung und Hintergrundinformationen gegeben. Die Planung von Maßnahmen zur Baugrundverbesserung sind häufig Bestandteil der Tragwerksplanung und wesentlich für die sichere Errichtung von Bauwerken. Ein Beitrag mit vertieften Erläuterungen und Beispielen zu den zahlreichen Verfahren vermittelt die notwendigen Kenntnisse. Außerdem wird der Standardbeitrag über Beton in neubearbeiteter Fassung vorgelegt. In bewährter Weise wird die Eurocode-Kommentierung in Kurzfassungen für einfache Anwendungsfälle und die schnelle Orientierung fortgeführt: diese Ausgabe enthält die Erläuterungen zu den Einwirkungsnormen DIN EN 1991 und die kommentierte Kurzfassung von DIN EN 1992-1 auf aktuellem Stand.

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Georg Houben, Christoph Treskatis
Regenerierung und Sanierung von Brunnen
Technische und naturwissenschaftliche Grundlagen der Brunnenalterung und möglicher Gegenmaßnahmen
3., Aufl.
2019, 592 S., 231 x 174 mm, Hardcover
Vulkan Verlag

 

 

Brunnen sind auch im 21. Jahrhundert immer noch individuell geplante und von vielfältigen Einflussfaktoren bestimmte Bauwerke. Die Einflüsse des geologischen Standortes, des Ausbaus und des Betriebes sowie der Wartung und Instandhaltung fördern oder mindern die Brunnenalterung in unterschiedlichem Ausmaß oder verstärken sich gegenseitig. Umfassende Kenntnisse zur Brunnenanströmung und zu den chemisch-mikrobiologischen Prozessen der Brunnenalterung sind ebenso unabdingbare Voraussetzung für die Planung und Ausführung von Regenerierungen wie die Frage, ob sich ein solcher Aufwand wirtschaftlich überhaupt lohnt oder ob eher der Neubau eines Brunnens eine zukunftsfähige Option ist. Das Standardwerk für alle Betreiber von Trinkwasserbrunnen sowie in diesem Feld tätige Dienstleistungsunternehmen wurde mit der 3. Auflage von den Autoren Houben und Treskatis vollständig überarbeitet und durch neue Inhalte ergänzt. Das umfassende Lehr- und Handbuch beinhaltet viele Beispiele aus der Praxis und gibt hilfreiche Handlungsempfehlungen für die Wartung, die Regenerierung, die Sanierung und den Rückbau von Brunnen. Zudem findet der Leser eine vollständige Formelsammlung, informative und erklärende Schemazeichnungen, Tabellen und Fotos aus der praktischen Anwendung.

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Klaus-Dieter Selent, Albrecht Grupe
Die Probenahme von Wasser
GWF Edition
Ein Handbuch für die Praxis
2., Aufl.
2018, 350 S., 230 x 167 mm, Hardcover
Vulkan Verlag

 

 

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Michael Vogel
Schädigungsmodell für die Hydroabrasionsbeanspruchung zur probabilistischen Lebensdauerprognose von Betonoberflächen im
Karlsruher Reihe Massivbau, Baustofftechnologie, Materialprüfung, Band 81
Dissertationsschrift
2017, Getr. Zählung, 290 S., graph. Darst. 240 mm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

Wasserbauliche Anlagen unterliegen vielfältigen Einwirkungen. Besonders die mechanische Einwirkung auf Betonoberflächen infolge der mit Feststoffen befrachteten Wasserströmung stellt eine maßgebende Beanspruchung dar. Die Behandlung der Dauerhaftigkeit von Beton bzgl. des Hydroabrasionsverschleißes erfolgte bisher nur ansatzweise. Hinsichtlich der Verschleißprüfverfahren, -kennwerte und Schädigungsmodelle existierten Kenntnislücken, die im Rahmen dieser Arbeit geschlossen wurden.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
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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

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Walter, Bernd; Weber, Gordon; Metz, Johannes
Das neue Verschlusssystem des Hochwassersperrtors Ladenburg
Bautechnik, 2020

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Beiersdorf, Holger
Hochwasserschutz als neues Schwerpunktthema. Änderung des Studiengangs Landschaftsbau und Management an der HS Weihenstephan-Triesdorf
Neue Landschaft, 2020

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Lang, Tobias; Mayer, Sabine; Lehmann, Steffen
Erneuerung des Stahlwasserbaus am Sylvensteinspeicher
Stahlbau, 2020

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Akkermann, Jan; Weiler, Simon
Vulnerabilität von Verkehrswasserbauwerken
Bautechnik, 2020

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Stahr, Michael
Sanierung des historischen Wasserbeckens am Völkerschlachtdenkmal zu Leipzig. Eine denkmalpflegerische Herausforderung
Bausubstanz, 2020

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