Institut für Wasser und Gewässerentwicklung (IWG ...• Strömungssimulation offene Gerinne und...

Institut für Wasser und Gewässerentwicklung

F. Nestmann | 30.01.2009

IWG – Fachbereiche und Kompetenzen

Institut für Wasser und Gewässerentwicklung (IWG)Fachbereiche und Kompetenzen

Prof. Dr.-Ing. Dr.h.c. mult. Franz Nestmann

Treffen KIT Kompetenzfeld 'Geosphäre und Risikomanagement'

30.01.2009


F. Nestmann | 30.01.2009


Institut für Wasser undGewässerentwicklung

Wasserwirtschaft und Kulturtechnik (WK)

Prof. Franz Nestmann

Wasserbau und GewässerentwicklungDr.-Ing. B. Lehmann

Numerische Modelle im WasserbauDr.-Ing. P. Oberle / Dr.-Ing. A. Kron

WasserversorgungsnetzeDr.-Ing P. Oberle / Dipl.-Ing. P. Klingel

HydrologieDr.-Ing. J. Ihringer

Siedlungswasserwirtschaft(SWW)

Komm. Ltg. Dr. Fuchs

VerfahrenstechnikProf. h.c. E. Hoffmann

WassergütewirtschaftDr.-Ing. S. Fuchs

Semi- und dezentrale SystemeDr.-Ing. S. Fuchs, Prof. h.c. E. Hoffmann

WWF-Auen-Institut(AI)

Prof. Emil Dister

Vegetationskunde / Auen-ÖkologieProf. E. Schneider

Flussmorphologie / GISDr. I. Quick

Erasmus-Programm Forschungsstelle: Wasser und Gesellschaft Resources Engineering (M. Sc.) Deu tsch-Russisches ZentrumProf. H.H. Hahn Prof. H. Seng Dr. Ch. Kämpf Prof. h.c. Dr.-Ing. R. Krohmer

Organigramm

Übersicht | Organigramm | Kompetenzen | Projektleistungen & Projektbeispiele


F. Nestmann | 30.01.2009


Nutzungs-anforderungen

EnergieerzeugungSchifffahrt

Naherholung

Wasserversorgung Lebensraum

Hochwasserschutz


Betrachtungshorizont:- heute

(Ist-Zustand)

- zukünftig (Klimaänderung)


F. Nestmann | 30.01.2009


Kompetenzen – Mathematische Modellierung

• Hydrologische Flussgebietsmodelle (Anlagenbemessung & -steuerung,Echtzeitvorhersage) [WK, Abt. 4]

• Stoffströme und Stoffeinträge in Flussgebieten[SWW, Abt. 2]

• Wasserversorgungsnetze (Simulation, Kostenoptimierung, Analyse) [WK, Abt. 3]

• Abwasserkanalnetze (Hydrodynamische Modelle, gekoppelte Modelle)[WK Abt. 2, 3 & 4 | SWW, Abt. 3]

• Strömungssimulation offene Gerinne und Energiewasserbau(1D-, 2D-, 3D-HN-Modelle)[WK Abt. 1 & 2]



F. Nestmann | 30.01.2009


Kompetenzen – Physikalische Modelle / Laboratorien

Theodor-Rehbock-Wasserbaulabor [WK, Abt. 1, 2]:

• Offene Gerinne

• Bauwerkshydraulik

• Energiewasserbau

SWW-Labor [SWW, Abt. 1, 3]:

• Verfahrenstechnik, Trink- und Abwasseraufbereitung

• Verfahrenstechnik, Abfallbehandlung

• N- und P-Recycling und energetische Anlagenoptimierung(SWW-Technikum)



F. Nestmann | 30.01.2009


Kompetenzen – Ökologie & Ressourcenmanagement

• Umweltverträglichkeitsstudien, Landschaftspflegerische Begleitpläne [AI, Abt. 1, 2]

• Auen-Ökologie, Ökologischer Hochwasserschutz[AI, Abt. 1, 2 | WK, Abt1, 2]

• Renaturierung, Sukzessionsforschungen, Zustandserfassungen, Risikoanalysen, Entwicklung von Bewertungsverfahren, Leitbild[WK, Abt1 | AI, Abt. 1, 2]

• Biodiversität, Bioindikatoren, ökologische Verbesserungen[AI, Abt. 1, 2]

• Integriertes Wasserressourcen-Management (IWRM)[WK, Abt. 2, 3, 4 | SWW, Abt. 2, 3]



F. Nestmann | 30.01.2009


Kompetenzen – Praxistransfer

Einbindung aktueller Forschungsergebnisse in:

• DIN und Regelwerke

• Nationale und internationale Anwendungsprojekte im Bereich Wasserressourcen-Management

• Modelle und Werkzeuge für das Katastrophenmanagement

• Programmsysteme:

- Anwendungsorientierte Programmsteuerung und Nutzerschnittstellen

- Geografische Informationssysteme

- Datenbanken

- Übergabe an die Praxis (Schulungen, Supportleistungen)



F. Nestmann | 30.01.2009


Forschung & Entwicklung

• Bund (BMBF, BMU, BfN, BfG, BAW, BLE)

• Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH

• Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

• Deutsche Umwelthilfe (DUH)

• BWPlus / Landesforschungsförderung BW

• Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren (HGF)

• Geoforschungszentrum Potsdam (GfZ)


Projektleistungen


F. Nestmann | 30.01.2009


Projektleistungen

Forschungstransfer / Internationale Verbundprojekte

• IWRM Indonesien, Rhein-Wolga-Projekt, Elbe-Projekt

• CEDIM (Center for Disaster Management and Risk Reduction Technology)

• Fraunhofer Institute, DAAD, DLR

• EU Coordinating Action Projekte

• ERA-Net CRUE-Förderinitiative (Hochwasserrisikomanagement)

• EXPOWW Exportorientierte Wasserwirtschaft, Indien



F. Nestmann | 30.01.2009


Projektbeispiel:IWRM Gunung Kidul, Java, Indonesien



F. Nestmann | 30.01.2009


IWRM Gunung Kidul – Aufgaben und Ziele

Verbesserung der Lebensbedingungen

Öffnung neuer Märkte/ Appropriate Technologies

2+2 Konzeption/ Capacity Building

Nachhaltigkeit/ Partizipation Ökologische und

betriebswirtschaftliche Bewertung

Technikfolgen-abschätzung

Sozio-ökonomischeRahmenbedingungen

Erkundung der Wasserressourcen Wassermengenbewirtschaf-

tung / regenerative Energien Wasserverteilung / Zwischenspeicherung

Wasserressourcenschutz / Nachhaltige Nutzung

Abwasser- / Abfallbehandlung

Trinkwassergütesicherung



F. Nestmann | 30.01.2009


Geoforschungszentrum Potsdam(geophysikalische Verfahren)

Institut für Technische Chemie

Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse

Industriepartner

•KSB (Pumpen/Turbinen)

•IDS

•COS•GIF

•Herrenknecht

•CIP

•Huber

Und viele weitere Partneraus dem Wassersektor

TZWTechnologiezentrum

Wasser

Weitere Kooperationen mit den Städten Pforzheim und Tübingen(Wasseranalyse / -aufbereitung)

Stadtwerke (Wasseraufbereitung)„Städtepartnerschaft“

• 11 Forschungspartner• 7 Industriepartners• Verschiedene Counterparts

IWRM Gunung Kidul – BMBF Verbundvorhaben

Institut für Geographie


Bereich Wasserwirtschaft und KulturtechnikBereich Siedlungswasserwirtschaft

Geodätisches Institut Karlsruhe

Institut für Boden- und Felsmechanik

Institut für Massivbau und Baustofftechnologie

Institut für Mineralogie und GeochemieVersuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine



F. Nestmann | 30.01.2009


Projektleistungen

Drittmittelsektor / Auftragsarbeiten

• Bundes- und Landesbehörden

• Wasserverbände und Kommunen

• Industrie:

- EnBW, BASF

- RADAG und Schluchseewerke AG

- Societe Electrique de l‘Our (SEO)



F. Nestmann | 30.01.2009


Informationssystem: Abfluss-Kennwerte in BW



F. Nestmann | 30.01.2009


Lastfall Hochwasser: KLIWA* - Studie* Klimaveränderung und Konsequenzen für die Wasserwirtschaft

Verschärfung der Hochwasserlagen durch

• Erhöhung der durchschnittlichen Lufttemperatur

• Zunahme zyklonaler Westwetterlagen

=> Ermittlung von Klimaänderungsfaktoren über Extre mwertanalyse der Ergebnisse

regionaler Klimamodelle

TnK,TK,Tn HQfHQ ⋅=


Auswirkung der Klimaänderung auf Wasserstand und Schaden(Neckar-KM 98,0 / Gemeinde Offenau)

8,9

3,6 2,0 1,1 1,1 1,0

25,3-1,2

-0,8

-0,4

0

0,4

0,8

1,2

HQ10 HQ20 HQ50 HQ100 HQ200 HQ500 HQ1000

delta

y [m

] -30

-20

-10

0

10

20

30 Fak

tor

Sch

aden

s-er

höhu

ng [-

]

)()( , TTSKTK HQSfHQS ⋅= 20

300

20

300

20

300


F. Nestmann | 30.01.2009


Lastfall Niedrigwasser

Niedrigwasser am Rhein 2003 bei Düsseldorf,Wasserstand am Pegel Düsseldorf 51 cm,Quelle: Jahresbericht 2003, Landesumweltamt NRW



F. Nestmann | 30.01.2009


Integrales Hochwassersimulationssystem Neckar(im Rahmen der Integrierenden Konzeption Neckar-Ein zugsgebiet)

Auftraggeber (Initiierung 1997) • Ministerium für Umwelt und Verkehr B.-W.• Regierungspräsidien Stuttgart, Karlsruhe, Darmstadt

Anforderungen an die Wasserwirtschaft• Überflutungsflächen (abflussabhängig)• Risikoanalysen (probabilistische Analysen)• Bewertung von Baumaßnahmen • Erstellung von Planunterlagen

Konzept• Einrichtung von GIS-Arbeitsplätzen• Modellintegration in Fachschale• Modelltransfer in die WWV



F. Nestmann | 30.01.2009


Hochwasserinformationssystem Neckar

Anwenderschulung

Detailanalyse Heilbronn

• Landesweite Hochwassergefahrenkarten• Detailuntersuchungen (z.B. Stuttgart, Heilbronn)• Schulung und Support• lfd. Aktualisierung der Daten und Modelle• Erweiterung der Funktionalitäten

(Schadenspotenzialanalyse)

Veröffentlichung von Gefahrenkarten via Internet durch LUBW

Hochwasserinformationssystem Neckar



F. Nestmann | 30.01.2009


Mögliche Einsatzbereiche

§ Planungsinstrument zur Vorsorge

§ Trainingswerkzeug für Einsatzstäbe

§ Entscheidungshilfe im Katastrophenfall

Ergebnisse

§ Entwicklung operationell einsetzbarer

Modellkomponenten

§ Ableitung extremer Hochwasserszenarien

§ DSS zu Ableitung von

Handlungsempfehlungen

Nutzerkreis

§ Wasserwirtschaft

§ Kommunale Fachbehörden

§ Katastrophenschutz

MeteorologieExtremniederschlägeN-Simulation

GeotechnikDeichsicherheitVersagensszenarien

HydraulikEchtzeitvorhersageFlutungsmodellierung

HydrologieAbflussvorhersageRückhaltemaßnahmen

Operationelles HW-Management an der mittleren Elbe(BMBF-RIMAX-Projekt 2005-2008)


F. Nestmann | 30.01.2009


Modellierung der Stoffeinträge in Gewässer


F. Nestmann | 30.01.2009

IWG – Fachbereiche und KompetenzenVielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit


F. Nestmann | 30.01.2009


Übersicht


• Organigramm des Instituts

• Kompetenzen

• Projektleistungen & Projektbeispiele


F. Nestmann | 30.01.2009


Deichbruch bei Seegrehna unterhalb Wittenberg / L.(M. Simon)

Fragen zum Hochwasser-/KatastrophenmanagementExtremereignisse: was kann passieren?

• Welche räumlichen Situationen (Wetterlagen, N-Verteilungen, Gebietszustände) führen

zu Extremsituationen am Flusslauf (Überlagerung von Ho chwasserwellen) ?

• Sind bestimmte Extremabflüsse realistisch ?

• Wann verlieren HW-Schutzmaßnahmen (Talsperren, Deiche, Polder) ihre Wirksamkeit?

Katastrophenmanagement: was folgt daraus? was kann getan werden?

• Welche Deichabschnitte sind akut gefährdet ?

• Welche Auswirkungen sind bei Deichversagen zu erwarten?

(Überflutungsvorgänge, Retentionseffekte für den Unterlauf)

• Welche Eingriffsmöglichkeiten gibt es unter Extrembedingungen ?

(Deichverteidigung, Polderflutung, Evakuierung etc.)


F. Nestmann | 30.01.2009


IWRM für Oasen, Béni Abbès, Algerien

AuftraggeberDeutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH

Projektziel• Entwicklung eines IWRM-Modells für Oasen• Umsetzung in Béni Abbès, Algerien

Aufgaben IWG• Analysen und Rehabilitationsplanung• Entwicklung angepasster Werkzeuge• Schulungen

Béni Abbès, Panorama



F. Nestmann | 30.01.2009


Integriertes Analyse- und Datenmanagementwerkzeug fü r Wasserversorgungsnetze in Entwicklungsländern

• Zentrale Geodatenbank• Angepasstes Netzkataster• Hydraulisches Analysemodell• GIS-Integration• Koppelung von Arbeitsprozessen

Schulung

Benutzeroberfläche

Schadenstatistik

3D-Visualisierung

Simulation



F. Nestmann | 30.01.2009


Bilanzierung der Auen und Überschwemmungs-gebiete an Flüssen in DeutschlandAuftraggeberBundesamt für Naturschutz (BfN)

Inhalt• Alle Bundeswasserstraßen sowie Flüsse mit einem

EZG > 1.000 km² (ca. 10.000 km)• Bundesweit einheitliche Erfassung der

- rezenten Überschwemmungsgebiete (HQ 100),- morphologischen Auen, - Nutzungen und Belastungen sowie - ökologisch wertvollen Gebiete

Ziele• Fortschreibungsfähiger bundesweiter Datensatz • Grundlage für einen nachhaltigen Auenschutz,

nachhaltige Flächensicherungen, wiedergewinnbarePotenziale, Flächenkulisse Hochwasserretention

Bsp. Elbe: Anteile Altaue, rezente Aue und Fluss



F. Nestmann | 30.01.2009



Extremereignisse: was kann passieren?

• Welche räumlichen Ereignisse führen zu Extremsituationen

• Sind bestimmte Extremabflüsse realistisch ?

• Wann verlieren HW-Schutzmaßnahmen ihre Wirksamkeit?

Katastrophenmanagement: was folgt daraus? was kann getan

werden?

• Welche Deichabschnitte sind akut gefährdet ?

• Welche Auswirkungen sind bei Deichversagen zu erwarten?

(Überflutungsvorgänge, Retentionseffekte für den Unterlauf)

• Welche Eingriffsmöglichkeiten gibt es unter Extrembedingungen ?

(Deichverteidigung, Polderflutung, Evakuierung etc.)

Fragen zum Hochwassermanagement an der Mittleren Elbe


F. Nestmann | 30.01.2009


DeichbruchDessau-Waldersee(M. Simon)

Flutung Tagebau Goitzsche infolge Deichbrüche an der Mulde (A. Prange)


Hochwasser 2002Situation 2002:

Mulde: > 130 Deichbrüche

Elbe: > 20 Deichbrüche(Quelle: IKSE, Dokumentation des Hochwassers vom Au gust 2002 im Einzugsgebiet der Elbe)

Welche Hochwassersituation hätte sich im Projektgebiet ohne Deichbrüche ergeben ??


F. Nestmann | 30.01.2009


Lastfall Hochwasser: KLIWA* - Studie* Klimaveränderung und Konsequenzen für die Wasserwirtschaft

Verschärfung der Hochwasserlagen durch

• Erhöhung der durchschnittlichen Lufttemperatur

• Zunahme zyklonaler Westwetterlagen

=> Ermittlung von Klimaänderungsfaktoren über Extre mwertanalyse der Ergebnisse

regionaler Klimamodelle

TnK,TK,Tn HQfHQ ⋅=


Institut für Wasser und Gewässerentwicklung (IWG ...• Strömungssimulation offene Gerinne und...

Documents

Transcript of Institut für Wasser und Gewässerentwicklung (IWG ...• Strömungssimulation offene Gerinne und...