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 Regedauer 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, 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, 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 noch weiter Trockenwetter bis zum Ende Trockenwettervorlaufzeit gerechnet. In dieser Zeit werden die Durchflusswerte gemittelt und als Mittelwert ausgegeben. Grund dafür ist dass bereits während des Trockenwettervorlaufs 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. Beispiel 1: Trockenwettervorlaufzeit „Benutzerdefiniert“ Vorteil ist hier dass der Anwender den Ablauf frei bestimmen kann. Ist der Trockenwetterabfluss nicht wesentlich in der Aufgabenstellung der Berechnung kann hier Berechnungszeit eingespart werden. Bei reinen Regenwassernetzen, während verschiedene Sanierungsvarianten getestet werden, in gekoppelten Berechnungen mit GeoCPM kann dies Sinn machen. Trockenwetter wird, so mehrere Regen in einer Hydraulikvariante gerechnet werden, nur beim ersten Regen gerechnet 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, diese benötigen alle ein gültiges Datum und eine gültige Uhrzeit, greift die Trockenwetterganglinie. 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 Maximalen Mischwasserabfluss – Trockenwetterabfluss!  

Trockenwettervorlaufzeit „Automatisch“

Im Modus Automatisch kann davon ausgegangen werden dass die Trockenwetterabflüsse korrekt ausgewiesen werden. Die Simulationszeiten für den Trockenwettervorlauf sind daher entsprechend lange. Da der Parameter TRMX an zwei Stellen verwendet wird, neben der Zeit zur Mittelung des Trockenwetterabflusses auch für die Nachlaufzeit hinter dem Regen, ist dieser Wert meist relativ groß. Standardmäßig wird beim Einlesen von Regendaten aus einem Niederschlagskontinuum gefragt ab 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 die 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, nicht editierbar, angezeigt. Durch Veränderungen im Netz kann sich dieser Wert auch ändern. Der Anwender kann durch die Eingabe eines größeren Wertes unter MINI diesen zur Anwendung bringen. Nach der Berechnung wird dann auch dieser Wert im gegrauten Feld, da verwendet, angezeigt. 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 dem Regen können verschiedene Abbruchkriterien greifen. Generell braucht DYNA einen Regen auch wenn nur die Trockenwetterabflüsse gerechnet werden sollen. Hier empfiehlt es sich einen Modellregen mit 0 Spende 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 -> Nullregen. Ein wichtiger Parameter in einer Kontinuumsberechnung ist auch 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, sei es aus Messungen oder den synthetischen Regenreihen, Regenphasen herausgefiltert werden und so eine Anzahl von Einzelregen entsteht die das Niederschlagsgeschehen wiedergeben. Ein wesentlicher Faktor beim Erstellen der Regenreihe ist die Regentrennzeit, wie lange muss Trockenwetter vorherrschen um Trennen zu dürfen. Für einen Regen wird das Regenende festgelegt, der nächste Regen beginnt sobald nach der Trennzeit wieder Regenintensität größer dem Paramerter „Regen beginnt ab“ anliegt. Die Regentrennzeit muss also groß genug sein um von Regenende zu nächstem Regenbeginn wieder Trockenwetterverhältnisse zu gewährleisten. Netzentleerungszeit, Regeneration des Bodenspeichers. Diese Zeit, Ende des Vorregens bis Regenbeginn des neuen Regens wird diesem als Trockenperiode mitgegeben. Diese Trockenperiode wird in der Nachlaufzeit des Vorregens im Automatik Modus 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 sind längere Nachlaufzeiten notwendig, geht es um die Bilanzierung des Gesamtabflusses oder in Richtung Schmutzfracht deutlich längere Nachlaufzeiten. Die Möglichkeiten unterscheiden sich ob „Automatisch“ oder „Benutzerdefiniert“ verwendet wird.

Beispiel 3: Nachlauf „Benutzerdefiniert“

Gesamtsimulationsdauer [min] = 60 + 100 + 120 = 280 Im Modus „Benutzerdefiniert“ gibt es noch die Möglichkeit den Parameter PROZ kleiner 100% zu setzen. Standardmässig ist PROZ auf 101% gesetzt, somit greift dieses Abbruchkriterium nicht da nicht mehr auslaufen kann wie einläuft. Bei gekoppelten Berechnungen DYNA + GeoCPM kann zusätzliches Wasser über Dreiecksberegnung in den Kanal abgeleitet werden. Dieses wird mitbilanziert, trotzdem ist ein höherer Wert bei PROZ (150 %) anzuraten. 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

Beispiel 4: Nachlauf „Automatisch“ (einfach kann jeder) Bei Berechnung von Naturregenreihen kann durch den Parameter TRMX, einer festen Nachlaufzeit, nicht sichergestellt werden dass bei jedem Regen auch die Netzentleerung mitgerechnet wird, ausgenommen man würde diese dem maßgebenden Regen anpassen, somit aber bei allen anderen Regen zu viel Rechenzeit investieren. 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. Der Faktor 2 ist der Standardwert mit der Annahme dass bei 2-fachem Trockenwettervolumen keine Entlastungen mehr vorliegen und das Restvolumen zur Kläranlage ablaufen wird. 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.