Zeitlicher Ablauf DYNA

Zeitlicher Ablauf einer DYNA Berechnung

Eine DYNA Berechnung kann in 3 Abschnitte unterteilt werden:

Trockenwettervorlauf – Regendauer – Nachlauf

Je nach Einstellung, Automatisch oder Benutzerdefiniert ergeben sich unterschiedliche Zeiten für den Trockenwettervorlauf sowie für den Nachlauf. Die Regendauer ist davon unabhängig, ist diese ja eine Kenngröße des jeweiligen Regens.

Trockenwettervorlauf

Der Trockenwettervorlauf hängt ab von den Parametern:

• TROC → Trockenwettervorlaufzeit [min]
• MINI → Minimale Berechnungsdauer [min] für stabiles Trockenwetter (Burn-in)
• TRMX → Nachlaufzeit ab Regenende sowie Mittelung Trockenwetter bei „Automatisch“ → findet also bei „Automatisch“ 2x Anwendung.

Vorab werden alle Netzvolumina, die nicht ablaufen können(z.B. Gegengefälle, Sohlsprünge nach oben, Becken im Dauerstau) gefüllt. Dies wird als Anfangsvolumen bzw. Anfangswasserstand ausgewiesen. Trockenwetter wird bereits hydroDYNAmisch gerechnet. Mit Simulationsbeginn startet der Trockenwetterzufluss an den jeweils definierten Stellen. Die Zeit, bis der entfernteste Zufluss das Netzende erreicht hat und somit stabile Abflüsse vorliegen, wird als Burn-in Zeit bezeichnet. In dieser Zeit werden keine Maximalwerte aufgezeichnet. Eine eventuell auftretende Spitze durch schlagartiges Einsetzen eines extrem hohen Zuflusses kann somit ebenfalls von der Aufzeichnung als Maximalwert ausgeschlossen werden.
Nach der Burn-in Zeit wird bis zum Ende der Trockenwettervorlaufzeit weiterhin das Trockenwetter gerechnet. In dieser Zeit werden die Durchflusswerte gemittelt und als Mittelwert ausgegeben, da auch während des Trockenwettervorlaufes Pumpen aktiv sein können. Würde man nun den letzten Wert vor Regenbeginn ausweisen, könnte es der Wert sein, an dem die Pumpe fördert oder eben aus ist.

Trockenwettervorlaufzeit "Benutzerdefiniert"

Vorteil ist hier, dass der Anwender den Ablauf frei bestimmen kann. Ist der Trockenwetterabfluss für die Aufgabenstellung der Berechnung nicht bzw. kaum relevant, kann hier Berechnungszeit eingespart werden. Dies ist insbesondere bei reinen Regenwassernetzen, beim Testen verschiedener Sanierungsvarianten und bei gekoppelten Berechnungen mit GeoCPM sinnvoll. Wenn mehrere Regen in einer Hydraulikvariante gerechnet werden, wird das Trockenwetter nur für den ersten Regen berechnet und gespeichert. Alle weiteren Regen setzten darauf auf. Dies hat zur Folge, dass Trockenwetterganglinien im Trockenwettervorlauf keine Anwendung finden. Es wird mit unveränderten Werten gerechnet. Erst mit Regenbeginn greift die Trockenwetterganglinie. Es ist darauf zu achten, dass bei Verwendung von Trockenwetterganglinien die Regen ein gültiges Datum und eine gültige Uhrzeit aufweisen müssen.

Zu kurze Trockenwettervorlaufzeiten und zu kurze Burn-in Zeiten führen zu falsch ausgewiesenen Trockenwetterabflüssen!
  Abflussganglinie mit Burn-in = 0 um den gesamten Trockenwetterabfluss zu sehen

Abflussganglinie mit Burn-in = 0 um den gesamten Trockenwetterabfluss zu sehen. Trockenwetter muss hier bereits gepumpt werden, hier in der Trockenperiode zu erkennen.

Trockenwettervorlaufzeit=60 min, Burn-in = 15 min, Mittelung TW von 15 bis 60 Minute → 12,04 l/s

Der ausgewiesene maximale Regenabfluss ergibt sich aus dem maximalen Mischwasserabfluss abzüglich des Trockenwetterabflusses.  

Trockenwettervorlaufzeit "Automatisch"

Im Modus "Automatisch" kann davon ausgegangen werden, dass die Trockenwetterabflüsse korrekt ausgewiesen werden. Die Simulationszeiten für den Trockenwettervorlauf fallen daher entsprechend lange aus. Da der Parameter TRMX an zwei Stellen verwendet wird (für die Zeit zur Mittelung des Trockenwetterabflusses und für die Nachlaufzeit), ist dieser Wert meist relativ groß. Standardmäßig wird beim Einlesen von Regendaten aus einem Niederschlagskontinuum gefragt, ob die Regentrennzeit als Wert für TRMX übernommen werden soll. Da in einer Kontinuumsberechnung Trockenwetter nur beim ersten Regen gerechnet wird, fällt die dafür aufgewendete Zeit nicht ins Gewicht. Ist das Ziel eine darauffolgende Schmutzfrachtberechnung ist „Automatisch“ zu wählen.

Für die Burn-in Zeit wird vor Start der hydroDYNAmischen Berechnung in einem Vorlauf die längste Trockenwetterfließzeit ermittelt. Dieser Wert wird nach der Berechnung im Dialog angezeigt und ist nicht editierbar. Durch Veränderungen im Netz kann sich dieser Wert jedoch ändern. Der Anwender kann durch die Eingabe eines größeren Wertes unter MINI diesen zur Anwendung bringen. Nach der Berechnung wird auch dieser Wert in einem ausgegrauten Feld angezeigt und ist nicht mehr editierbar. Nach der Burn-in Zeit wird die Zeit TRMX weiterhin Trockenwetter gerechnet, hier erfolgt nun die Mittelung.

Regendauer

Die Regendauer wird komplett durchgerechnet. Erst nach Berechnung des Regens können verschiedene Abbruchkriterien greifen. Generell braucht DYNA einen Regen, auch wenn nur die Trockenwetterabflüsse gerechnet werden sollen. Hier empfiehlt es sich einen Modellregen mit einer Regenspende von 0 (Nuller-Regen) zu erstellen.

In Modellen für Starkregenrisikomanagement LUBW wird mit Abflussspenden auf das Geländemodell (GeoCPM) gerechnet. Da zur gekoppelten Berechnung GeoCPM – DYNA, um Verdolungen oder das Kanalnetz mitrechnen zu können, DYNA die Berechnungsablauf steuert ist ebenfalls ein Regen nötig → Nuller-Regen.
Ein wichtiger Parameter in einer Kontinuumsberechnung ist die Trockenperiode [min] vor dem Regen. Siehe nächstes Thema → Nachlauf. Kontinuumsberechnungen bedeutet in ++SYSTEMS nicht, dass der gesamte Zeitraum durchsimuliert wird, sondern dass aus dem Aufzeichnungszeitraum (Messreihen oder synthetische Regenreihen) Regenphasen herausgefiltert werden. So entsteht eine Anzahl von Einzelregen die das Niederschlagsgeschehen wiedergeben.
Ein wesentlicher Faktor beim Erstellen der Regenreihe ist die Regentrennzeit, dh. die erforderliche Dauer des Trockenwetters, um einen ersten Regen von einem zweiten Regen zu trennen. Für einen Regen wird das Regenende festgelegt, der nächste Regen beginnt, sobald nach der Trennzeit wieder eine Regenintensität größer dem Parameter "Regen beginnt ab" vorliegt. Die Regentrennzeit muss also groß genug gewählt sein, um von Regenende zu nächstem Regenbeginn wieder Trockenwetterverhältnisse gewährleisten zu können. Hier müssen vor allem die Netzentleerungszeit und die Regeneration des Bodenspeichers berücksichtigt werden.
Diese Zeit, Ende des ersten Regens bis Regenbeginn des zweiten Regens, wird diesem als Trockenperiode mitgegeben. Diese Trockenperiode wird in der Nachlaufzeit des Vorregens im Modus "Automatisch" benötigt.

 

Nachlauf

Der Nachlauf hängt ab von den Parametern:

• TRFT -> Faktor für verbleibendes Trockenwettervolumen für Berechnungsende
• TRMX -> Nachlaufzeit für Trockenperiode bzw. nach Regenende
• PROZ -> Bei Erreichen von PROZentsatz Auslauf/Einlaufmenge wird der Nachlauf beendet

Die Dauer der Weiterführung der Simulation über den Regen hinaus kann unterschiedlich festgelegt werden. Je nach Aufgabenstellung der Berechnung kann eine unterschiedliche Nachlaufzeit sinnvoll sein. Will man nur die Maximalwerte für Durchfluss und Füllstand reicht eine kürzere Nachlaufzeit. Soll die Beckenentleerung in den Ganglinien noch dargestellt werden, so sind längere Nachlaufzeiten notwendig. Geht es um die Bilanzierung des Gesamtabflusses oder in Richtung Schmutzfracht, so sind wieder deutlich längere Nachlaufzeiten erforderlich. Die Möglichkeiten unterscheiden sich ob "Benutzerdefiniert" oder "Automatisch" verwendet wird.

Nachlauf "Benutzerdefiniert"

Gesamtsimulationsdauer [min] = 60 + 100 + 120 = 280 Im Modus "Benutzerdefiniert" gibt es zusätzlich die Möglichkeit, den Parameter PROZ kleiner 100 % zu setzen. Standardmäßig ist PROZ auf 101% gesetzt und somit auf inaktiv gesetzt, da nicht mehr aus dem Kanalnetz auslaufen kann als eingelaufen ist. Bei gekoppelten Berechnungen DYNA + GeoCPM kann zusätzliches Wasser über Dreiecksberegnung in den Kanal abgeleitet werden. Dieses wird mitbilanziert. Trotzdem wird empfohlen, einen höheren Wert bei PROZ (150 %) anzusetzen. Bei Erreichen von PROZentsatz Auslauf/Einlaufmenge wird der Nachlauf beendet. In obigen Beispiel wäre bei PROZ = 90% unmittelbar nach Regenende auch Simulationsende. In der .mld Datei wird darauf hingewiesen: 90.00 %-Abbruch

Nachlauf "Automatisch"

Bei Berechnung von Naturregenreihen kann durch den Parameter TRMX, einer festen Nachlaufzeit, nicht sichergestellt werden, dass bei jedem Regen die Netzentleerung mitgerechnet wird. Es ist nicht zielführend, den Parameter TRMX an den maßgebenden Regen anzupassen, da sich dadurch die Rechenzeit bei allen anderen Regen unnötigerweise verlängert. Abhilfe schafft hier der Parameter TRFT → Es wird solange hinter einem Regen nachgerechnet bis sich nur mehr das TRFT-fache des Trockenwettervolumens im Netz befindet. Standardmäßig eingestellt ist hier der Faktor 2 mit der Annahme, dass bei dem 2-fachem Trockenwettervolumen keine Entlastungen mehr stattfinden und das Restvolumen zur Kläranlage abläuft. Je nach Kanalnetztopologie und Ziel der Simulation kann dieser Wert angepasst werden.

Sonderfälle: Wird nach Regenende innerhalb der Zeit TRMX das TRFT-fache des Trockenwettervolumens noch nicht unterschritten, wird maximal bis 2x(TRMX + MINI) weitergerechnet, danach wird die Simulation dieses Regens beendet und der nächste Regen gerechnet. In der DYNA.mld Datei wird darauf hingewiesen.
Warnung: Regen 1 - Abbruchskriterium nicht erreicht. Abbruch weil doppelte (Trennzeit + Minimalzeit) überschritten

Berechnungsende für Regen 1 nach 2020 [min], da 2-faches Trockenwettervolumen noch nicht unterschritten ist. Es wird mit dem nächsten Regen fortgefahren.