Kontinuierliche Erfassung des Durchflusses - Hydrometrie: Theorie und Praxis der Durchflussmessung in offenen Gerinnen - page 384

spiel einer mit einem Polynom 3. Grades angepassten Durchflusskurve. (Die mathe-
matische Darstellung ist aus WMO ( 1980 ) und Gurtz ( 1992 ) entnommen, ansonsten
wird auf ISO 1100/2 ( 1998 ) verwiesen).
Als weitere statistische Linearisierungsmöglichkeit bieten sich Exponentialfunk-
tionen des Typs y = b · e ax an. Spezialsoftware zum Editieren von Durchflusskurven
wie WISKI SKED Vers. 6.1 (Kisters 2009 ), PADUA Vers. 6.0 (ProAqua 2006 ) bie-
tet für den Benutzer jeweils die hier aufgeführten Möglichkeiten der EDV-gestütz-
ten Aufstellung von Durchflusskurven einschließlich zusammengesetzter Kurven
standardmäßig an.
c) numerisch-hydraulische Aufstellung von Durchflusskurven Wenn die unter
a) und b) aufgezeigten Verfahren auf Grund komplexer Rahmenbedingungen an der
Messstelle, wie z. B. Ausuferung in Vorländer, gekrümmter Gewässerverlauf, stö-
rende Einbauten im Durchflussquerschnitt u. Ä., keine brauchbaren und konsisten-
ten Ergebnisse liefern, können ein- oder zweidimensionale numerisch-hydraulische
Berechnungen mit Hilfe von Simulationsmodellen durchgeführt werden. Häufig
beschränkt sich ihr Einsatz auf die Extrapolation von vorhandenen Durchflusskur-
ven in Bereiche ohne Messungen (s. Kap. 5.4.3), aber es können auch herkömm-
liche Durchflusskurven erarbeitet und/oder überprüft werden.
Eindimensionale hydraulische Modelle sind heute weitverbreitet, da sie relativ
leicht zu handhaben sind. Da diese Modelle im Prinzip Wasserspiegellagen im Be-
reich der Pegelstrecke berechnen, werden lediglich einige Querprofile der eigentli-
chen Gewässerstrecke mit der Messeinrichtung sowie der oberstromigen und unter-
stromigen Gewässerbereiche benötigt. Wenn keine weiträumigen Ausuferungen
auftreten, die Rauigkeitsverhältnisse im Gewässer relativ konstant sind und keine
flussmorphologischen Veränderungen untersucht werden sollen, reichen eindimen-
sionale Modelle zur Aufstellung und Kontrolle von Durchflusskurven aus. Aus der
Fülle von durchgeführten eindimensionalen Modellrechnungen sind beispielhaft in
Abb. 5.57 die mit HEC-RAS 3.13 berechneten Wasserspiegellagen am Pegel Hat-
tingen/Ruhr für Durchflüsse zwischen 24 und 916 m³/s dargestellt.
Es ist zu erkennen, dass bei Hochwasserabflüssen das oberhalb km 52,5 liegende
Streichwehr überspült wird und in den Wasserspiegel-Längsschnitten kaum mehr
zu erkennen ist (weitere eindimensionale hydraulische Modelluntersuchungen s.
Schlenkhoff u. Bung 2007 ). Die methodischen Grundlagen dieser Vorgehensweise
sind in Dose, Morgenschweis u. Schlurmann ( 2002 ) zusammenfassend dargestellt.
Spielen jedoch variierende Rauheitseinflüsse durch angrenzenden Bewuchs,
Ausuferungen in große Vorländer oder veränderte Flussmorphologie eine Rolle,
müssen zweidimensionale hydraulische Modelle verwendet werden. Hierbei wird
im Prinzip die mathematische Beschreibung der komplexen Strömungsvorgänge in
teilgefüllten Profilen in Form von gekoppelten nichtlinearen partiellen Differenzial-
gleichungen vereinfacht mit Hilfe von Finite-Element-(FEM-) Simulationen gelöst.
FEM-Simulation turbulenter Strömungen sind ein eigenes Forschungsgebiet in der
Hydraulik. Kölling ( 1994 ) hat diese Konzeption auf offene Gerinne heruntergebro-
chen und setzt sie seitdem erfolgreich zur Aufstellung und Überprüfung von Durch-
flusskurven ein (s. auch Kalibrierung von Ultraschallmessanlagen in Kap. 5.5).