Bi-Direktionale Kopplung

Für die Bi-Direktionale Kopplung ist eines der zentralen Elemente bei gekoppelten Berechnungen (Oberfläche, Kanalsystem, Gewässerdurchlässe).

HINWEIS:

• Austauschpunkte: Nur an den Schächten kann ein Austausch erfolgen
• Verknüpfung erfolgt von Knoten zu Dreieck, entweder global (automatisch) oder lokal (manuell)
• Unterschiedliche Verlustansätze für den Austritt aus dem Schacht und für die Einläufe

Einstellungen im Oberflächenabflussobjekt - Globale Einstellung

In dem Oberflächenabflussberechnungsobjekt OBO können Sie die Kanalnetzberechnung für eine bi-direktionalen Koppelung mit DYNA aktivieren. Hierbei besteht die Möglichkeit die Knotenverknüpfung global für alle Objekte anzupassen.

Um eine Knotenverknüpfung wählen zu können, ist notwendig sich aktiv zu entscheiden, ob eine gekoppelte Berechnung gewünscht wird oder nicht.

Entweder wird nur die Oberfläche berücksichtigt -> keine (evtl. vorhandene Durchlässe direkt in GeoCPM berechnen)
Hierbei findet keinerei Austausch mit DYNA statt!

oder auch zusätzlich das Kanalnetz -> Hydraulikvariante (inkl. notwendiger Auswahl der Hydraulikvariante für GeoCPM)

Knotenverknüpfung

Einzeldreieck: Es wird nur das Dreieck gewählt, welches über dem Schwerpunkt des Knoten liegt.

Dreiecksfläche [m²]: Es wird eine Anzahl an Dreiecken im Umkreis des Knotenmittelpunkt gewählt, welche die vorgegebenen Wert an m² einhält.

abschnittsverteilt: Entlang der Einlaufenden und Ablaufenden Haltungen werden die Dreiecke dem jeweiligen Knoten zugewiesen. Dabei findet der Austausch dennoch über den Knoten statt und nicht über die Abschnitte.

Manuelle Zuweisung: Es können einzelne Dreicke dem gewählten Knoten zugewiesen werden. Entspricht am ehesten dem Konzept der Straßeneinläufe. Diese Zuweisung kann auch über einen .CSV Import automatisch durchgeführt werden. Wichtig für besondere Geländegegebenheite: z.B. bei Brückenbauwerken.

Schritt-für-Schritt: Manuelle Zuweisung / Dreiecksverknüpfung

HINWEIS:
Bei Verwendung der manuellen Dreieckszuweisung werden diese betroffenen Knoten von der automatischen Knotenverknüpfung ausgeschlossen. Diese Funktion ist z.B. bei Durchlässen (Sohlgleicher Ein- und Auslauf) eine Vorraussetzung!
Alle anderen Knotenverknüpfungen erfolgen über den in den OBOs gewählten Automatismus.
Um den Austausch von Wasser zwischen Kanalnetz und Oberfläche bei einer gekoppelten Berechnung zu unterbinden, ist es erforderlich die Knoten im Knotendialog -> Geometrie -> auf Druckdichter Deckel zu setzen. (Gilt im Speziellen auch für Sonderbauwerke!)

Ein- und Austrittsverluste an den Knoten

Es besteht sowohl die Möglichkeit globale Einstellungen in der Berechnungskonfiguration bezüglich des Ein- und Auslaufverluste für die Koppelung einzustellen. Als auch individuell für jeden Knoten eigene Einstellungen zu treffen, bezüglich der Ein- und Austrittsverluste (im Aktenreiter GeoCPM des jeweiligen Knotenobjektes).

Berechnung Q für DYNA nach GeoCPM:

wie in Hydraulikvariante: Globale Einstellung der Verlustansätze in den OBOs.

Freier Auslauf:
Austauschmenge, ähnlich wie bei klassischer Kanalnetzberechnung.
Simuliert den Fall, dass Schachtdeckel bereits „geflogen“ ist. Keine weiteren Parameter nötig.
Auslauf: Überschüssige Wassermenge wird vollkommen auf die Oberfläche gegeben.
Energieniveau auf Oberfläche entspricht Niveau für Kanalnetzberechnung.

Energieformel:

Der Formelapparate „Energieformel“ gibt immer nur die maximal mögliche Austauschmenge an.

Es ergeben sich unterschiedliche Energieniveaus im Schacht und auf der Oberfläche:
Im Schacht wird der auf das Kanalsystem wirkende Druck aufgezeichnet.
Auf der Oberfläche wird das gewohnte Energieniveau aus Wasserstand und Geschwindigkeit ermittelt.
Die Auswertung der Formeln wird ca. jede Sekunde mit den aktuell anliegenden hydraulischen Werten durchgeführt.

Maximaler Auslauf:
Gleiches Verhalten bis zu den Maximalwerten, wie freier Auslauf. Als Parameter sind die Maximalwerte nötig.
Auslauf: Nur die maximale Wassermenge wird auf die Oberfläche übergeben.
Deckelparameter und Verluste werden nicht betrachtet.
Energieniveau für Oberfläche und Schacht werden separat vorgehalten, sind jedoch bis Maximalwerte gleich!

Berechnung Q für GeoCPM nach DYNA:

wie in Hydraulikvariante: Globale Einstellung der Verlustansätze in den OBOs.

Freier Einlauf:
Austauschmenge, ähnlich wie bei klassischer Kanalnetzberechnung.
Simuliert den Fall, dass Schachtdeckel bereits „geflogen“ ist. Keine weiteren Parameter nötig.
Einlauf: vollständige, verfügbare Wassermenge von Oberfläche wird in Kanalsystem gegeben (vorausgesetzt es sind Kapazitäten frei).
Energieniveau auf Oberfläche entspricht Niveau für Kanalnetzberechnung.

Überfallformel mit Energieformel:
Die Formelapparate „Energieformel“ und „Überfallformel“ geben immer nur die maximal mögliche Austauschmenge an.
Es ergeben sich unterschiedliche Energieniveaus im Schacht und auf der Oberfläche:
Im Schacht wird der auf das Kanalsystem wirkende Druck aufgezeichnet und
auf der Oberfläche wird das gewohnte Energieniveau aus Wasserstand und Geschwindigkeit ermittelt.
Die Auswertung der Formeln wird ca. jede Sekunde mit den aktuell anliegenden hydraulischen Werten durchgeführt.

• Energieformel
  
  
  
• Überfallformel
  
  
  

Überfallformel: Siehe Überfallformel mit Energieformel

Maximaler Einlauf:
Gleiches Verhalten bis zu den Maximalwerten, wie freier Auslauf. Als Parameter sind die Maximalwerte nötig.
Einlauf: Nur die maximale Wassermenge von der Oberfläche wird in das Kanalsystem übergeben (vorausgesetzt es sind Kapazitäten im Kanalnetz frei).
Energieniveau für Oberfläche und Schacht werden separat vorgehalten. Bis Maximalwerte aber gleich!

Druckbasiertes Entfernen von Knotendeckeln (fliegende Schachtdeckel)

HINWEIS:
Bei der Möglichkeit der Einstellung von fliegenden Schachtdeckeln handelt es sich um eine stark vereinfachte Aussage ohne labortechnische Prüfung.

Das „Fliegen“ des Kanaldeckels hängt von vielen Einflüssen ab: z.B. Verschmutzung, mechanisch verkeilt, Zustand, „tanzen“ des Deckels etc... Diese Faktoren können nicht berücksichtigt werden.

Im Modell „fliegt“ der Kanaldeckel, wenn die Druckkraft auf dem Kanalsystem (Druck * Fläche) größer ist als die Gewichtskraft. Bis zum „Fliegen“ verhält sich der Wasseraustausch wie eingestellt. Nach dem „Fliegen“ verhält sich der Wasseraustausch wie bei freiem Ein- und Auslauf.
Nach dem "Fliegen" ist der Schacht im Modell dauerhaft offen.

Volumenaustausch bei sohlgleichen Ein- und Ausläufen

Sohlgleiche Ein- und Ausläufe sind eine besondere Austauschform zwischen dem DYNA und dem GeoCPM Modell.
Die Einstellung "auf Sohlniveau" greift nur bei Einläufen (abfließende Haltungen) und Ausläufen (nur zufließende Haltungen).
Die Individual- und Projekteinstellungen werden außer Kraft gesetzt. Das Austauschniveau ist nur noch die Sohlhöhe.
Es gibt keine Beschränkung der Austauschmenge, analog dem freiem Ein- und Auslauf.
Zusätzlich gibt es eine gegenseitige synchrone Berücksichtigung der Wasserstände im Rohr und auf der Oberfläche.
Eine Fließumkehr ist hierbei möglich.

Anwendungsbereiche

• Teilverrohrte Fließgewässer
• „Natürliche“ Retensionsbecken für Regenwasser
• Brücken und Durchlässe
• Straßenseitengräben

HINWEIS:

• Bei Ausläufen aus dem Kanalsystem muss Austausch über Sohlniveau eingestellt sein.
• Allgemein ist zu beachten, dass sämtliche Schächte (welche Verknüpft werden sollen) entweder mit deren Mittelpunkt innerhalb des Geländemodells liegen müssen (Automatismus), bzw. wenn Sie ausserhalb des Geländemodells liegen, manuell verknüpft sind.
• Die Identifikation der verknüpften Schächte erfolgt am Anfang der Berechnung immer neu.
• Anwendung der manuelle Dreieckszuweisung zu Knoten ist bei sohlgleichen Ein- und Auslauf zwingend gefordert, z.B. bei Durchlässe unter Brücke, um Höhensprünge zwischen Auslaufhöhe des Geländemodells und Knotensohle zu vermeiden! Hier empfehlen wir eine maximale Höhendifferenz von 20cm
• Eine unsachgemäße Handhabung der Sohleinläufe kann zu Instabilitäten in der Berechnung führen!
• Hierbei sollte auch ein großzügiger Dreiecksbereich mit mehreren Dreiecke hinzugefügt werden, um größere Austauschfläche für die Ein- und Ausläufe zu generieren.

Knotenverknüpfung an den Sonderbauwerken TYP 90/91/92

Knotenverknüpfung Sonderbauwerke TYP90/91/92

Sonderbauwerk	Art des Volumenaustausch	Ignoriert	Austausch zwischen GeoCPM und DYNA
Kein Sonderbauwerk	Deckel	ja	Nein
Kein Sonderbauwerk	Sohlniveau	ja	Nein
TYP 90	Sohlniveau oder Deckel	ja	Nein
TYP 90	Deckel	Nein	Nein
TYP 90	Sohlniveau	Nein	Ja
TYP 91	Sohlniveau oder Deckel	ja	Nein
TYP 91	Deckel	Nein	Nein
TYP 91	Sohlniveau	Nein	Ja
TYP 92	Sohlniveau oder Deckel	ja	Nein
TYP 92	Deckel	Nein	Nein
TYP 92	Sohlniveau	Nein	Ja

HINWEIS:
Bei Verwendung der 90er Bauwerke am Endschacht in Dyna und sohlgleicher Koppelung der Knoten mit der GeoCPM-Oberfläche (Einstellung: "Volumenaustausch erfolgt auf Sohlniveau" im Knotenobjekt), werden die Einstellungen der 90er Bauwerke, z.B. Vorfluterwasserstände, Rückstauklappen ignoriert. Desweiteren kann mit dem Attribut "Ignoriert" der Austausch über die Endschächte mit dem Oberflächenmodell unterbunden werden.

Webinar - Themenschwerpunkt: Bi-Direktionale Kopplung vom 11.10.2016

Ein rechnerischer Überflutungsnachweis, bei dem die Ausdehnung, Wasserstände, Geschwindigkeiten und Fließwege des auf der Oberfläche ablaufenden Wassers ermittelt werden, ist eine wichtige Stütze zur realistischen Abschätzung der Gefährdungssituation und eine maßgebliche Hilfe bei der örtlichen Überflutungsprüfung.
Unablässig ist hierzu eine zeitsynchron gekoppelte Betrachtung der Systeme Kanal, Fließgewässer und urbane Oberflächen.
Eine Integration der Ein- und Austrittsverluste an den Austauschpunkten (Schächte, Rinneneinläufe, Gewässergrenzen) führt zu neuen Erkenntnissen über das Verhalten des gesamten Ableitungssystems.

Zusammenfassung - Webinar - Themenschwerpunkt: Bi-Direktionale Kopplung
00:00:34 | Einleitung
00:04:18 | Erklärung Bi-direktionale Kopplung
00:06:42 | Einstellmöglichkeit der Verlustansätze im Programm
00:09:09 | Exkurs - Ansatz DYNA : Überstau im Kanalnetz

Themenbereich 1: Detaillierter Ansatz - Austauschorte zwischen Kanal und Oberfläche
00:12:17 | Einleitung - Austauschorte zwischen Kanal und Oberfläche
00:13:48 | GeoCPM-Schächte : Definition & Ausnahmen
00:17:58 | Definition - Automatismen der Knotenverknüpfung
00:27:42 | Hinweis: Verteilung und Abfluss bei mehreren Dreiecken
00:30:11 | Manuelle Zuweisung der Dreiecke

Themenbereich 2: Detaillierter Ansatz - Austauschmenge zwischen Kanal und Oberfläche
00:33:45 | Einleitung - Austauschmenge zwischen Kanal und Oberfläche
00:36:00 | Definition - Verlustansätze bei Schachtein- und Schachtaustritte

Themenbereich 3: Bezugshöhe / Fliegende Deckel
01:01:00 | Bezugshöhe beim Volumenaustausch (Über Deckel/ Sohlgleich)
01:05:55 | Fliegende Deckel
01:09:30 | Auswertung: Ein- und Auslaufganglinien am GeoCPM-Schacht

Webinar - Themenschwerpunkt: Unterschiede zwischen Einzel- und Gesamtbetrachtung vom 21.02.2018

Zusammenfassung - Webinar - Themenschwerpunkt: Unterschiede zwischen Einzel- und Gesamtbetrachtung
00:00:13 | Einleitung
00:02:10 | Unterschied der Modellierungsebenen (Basismodell / Detailmodell)
00:03:40 | Einflüsse bei der Bi-Direktionalen Kopplung
00:05:02 | Simulationsmöglichkeiten Überflutungnachweis - ++Systems / GeoCPM
00:05:50 | Vorstellung Vergleichsansatz 1: Fließwegekonzept (nur Oberflächenberechnung)
00:07:45 | Vorstellung Vergleichsansatz 2: Gekoppelte direkte Berechnung (Kanalsystem + Oberfläche)
00:09:44 | Kernfragen
00:15:20 | Vergleichsgrundlagen
00:19:38 | Vergleich: Bilanzbetrachtung
00:23:05 | Vergleich: Hotspots
00:28:45 | Fazit