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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Hochwassersimulationen durch neue Software |
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| | | Wie Mathematik hilft, Umwelt und Mensch zu schützen, zeigt das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM. Mittels einer neuentwickelten Software lassen sich Überschwemmungsszenarien simulieren. |
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Sintflutartige Regenfälle, vollgelaufene Keller, überschwemmte Straßen und Unterführungen - Deutschland und Österreich wurden in diesem Sommer von einem "Jahrhundert-Hochwasser" heimgesucht. Durch den Dauerregen entstanden Wassermassen, denen das kommunale Abwassernetz oft nicht gewachsen war. Die Folge: Schäden in Millionenhöhe.
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Fragen an die Städteplaner |
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Doch wie groß müssen Abwasserkanäle sein? Wo fließt das Wasser hin, wenn das Entwässerungssystem überlastet ist? Antworten auf diese Fragen gibt eine neue Software, die Forscher des Fraunhofer ITWM entwickeln. Das System hilft, die Kanalisation so zu planen, dass sie bei möglichst geringen Kosten ausreichend groß dimensioniert ist.
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Antworten durch die Wissenschaft |
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Mit dem System können Planer die Leistungsfähigkeit eines Kanalnetzes bei Hochwasser beurteilen. Die Software simuliert, was bei Dauerregen passiert.
Sie zeigt, welche Wassermassen die Kanalisation fassen kann und welche Straßen, Unterführungen und Plätze überschwemmt werden, sobald das Abwassersystem überläuft.
Sogar wie hoch der Schaden je nach Wasserstand ist, ermittelt die Software. In dem Projekt arbeiten die Fraunhofer-Forscher eng mit Siedlungswasserwirtschaftlern, kommunalen Planern und Versicherungsfachleuten aus Deutschland und Norwegen zusammen.
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Die Welt am Computer
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Überschwemmungssituation in einem Kaiserslauterner Stadtteil. Leichte Überschwemmungen sind hellblau, stärkere Überflutungen sind dunkelblau angezeigt.
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Die wichtigsten Kenngrößen |
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Klaus-Peter Nieschulz vom ITWM beschreibt die wichtigsten Parameter der Simulations-Software:
"Zur Dimensionierung eines Entwässerungssystems sind im wesentlichen drei Vorgänge zu erfassen, zum einen der Abfluss des Regenwassers auf der Oberfläche, zum anderen der Abfluss des von der Oberfläche eingespeisten Wassers im (unterirdischen) Entwässerungssystem und zum dritten, der Abtransport des eigentlichen Schmutzwassers."
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Mathematische Grundlagen |
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Gegenüber herkömmlichen Methoden basiert die Abflussberechnung auf einer genaueren hydrodynamischen Beschreibung - und zwar "anhand von Vereinfachungen der so genannten Navier-Stokes-Gleichungen", so Nieschulz.
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Rückgekoppelte Abwassersysteme |
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Die Software ermöglicht außerdem, den Abfluss als System mit Rückkoppelungen zubehandeln.
Nieschulz: "Das heißt, es wird nicht nur die Einspeisung in das Entwässerungssystem über Sinkkästen, Gullies, Schächte, etc. berechnet, sondern auch das eventuelle Austreten von Wasser zurück an die Oberfläche bei Überlastung des Entwässerungssystems."
Dadurch können Starkregen-Ereignisse realitätsnäher simuliert - und verheerende Folgen von "Jahrhundert-Niederschlägen" abgemildert werden, so der Wissenschaftler.
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01.01.2010 |
