Hydrodynamische Modellierung

Bild: Johannes Mitterer

Zur Beschreibung von Sturzflutereignissen ist eine enge Verzahnung von hydrologischen und hydrodynamischen Verfahren notwendig. Mit der Kopplung der hydrodynamischen Modelle mit den hydrologischen Modellen - zum Zwecke der detaillierten Untersuchung von Sturzfluten - wird wissenschaftliches Neuland betreten. Die Modellkopplung soll dazu dienen, Sturzflutereignisse im Kontext spezifischer Einzugsgebietseigenschaften einordnen und verbessert abbilden zu können.

Zwei verschiedene Kopplungsmechanismen werden untersucht.  Bei der internen Kopplung wird ein einfacher hydrologischer Ansatzes (SCS-CN-Wert-Verfahren) direkt in das hydrodynamische Modell eingebunden. Bei der externen Kopplung werden separate Modelle für Hydrologie und Hydrodynamik verwendet, die über eine Schnittstelle gekoppelt sind. Vom hydrologischen Modell werden hierbei die Zuflüsse aus dem Einzugsgebiet sowie die effektiven Niederschläge an das hydrodynamische Modell übergeben. Das hydrodynamische Modell berechnet auf dieser Basis die Wasserstände und Fließgeschwindigkeiten im Stadtgebiet. Zur Eingrenzung des Lösungsraums werden zwei Szenarien A und B betrachtet. Im Szenario A wird von einem durchgängigen Fließgewässernetz, in Szenario B von einem verklausten Zustand ausgegangen. Die Vorbereitung der Berechnung erfordert umfangreiche GIS-Arbeiten. Die Automatisierung dieser Aufgabe wird derzeit angestrebt. Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen sind der Vergleich verschiedener hydrodynamischer Modelle, die Optimierung der Fließformeln für die Anwendung bei Sturzfluten, sowie die genannten Kopplungsmechanismen.

Dabei stehen Fragen zur grundsätzlichen Eignung von Modellen, zu raumzeitlichen Skalierungseffekten der Modellierung, zur Entwicklung geeigneter Schnittstellen zwischen Hydrologie und Hydrodynamik aber auch zu den Möglichkeiten und Grenzen der gekoppelten Szenariensimulation im Vordergrund. Die Bearbeitung dieser komplexen Aufgaben erfordert einen hohen Rechenaufwand, der durch den Einsatz des High Performance Computing begrenzt werden soll.

Bild: Verteilung der Reynolds-Zahlen in einem Untersuchungsgebiet