Hydraulikmodellierung

Hydraulikmodellierung bezeichnet die rechnerische Beschreibung der Bewegung und Verteilung von Wasser in technischen und natürlichen Systemen. Ziel ist es, Strömungsverläufe,Drücken, Wasserspiegelstände und Lasten zu prognostizieren, um Planung, Betrieb und Risikobewertung zu unterstützen.

Es gibt verschiedene Modelltypen und Ansätze. Aufbauend auf 1D-, 2D- oder 3D-Ansätzen werden Modelle für Rohrnetze, offene Kanäle oder komplexe Gewässerabschnitte angewendet. Modelle können stabil oder transiente Prozesse abbilden und analytische, empirische oder rein numerische Lösungen verwenden. Häufige Gleichungen sind die eindimensionale oder zweidimensionale instationäre Shallow-Water-Gleichung (Saint-Venant) für offenes Kanalwasser und, bei komplexeren Strömungen, die navier-stokes-Gleichungen für dreidimensionale Strömungen.

Der Modellierungsprozess umfasst Geometrieerstellung, Festlegung von Randbedingungen, physikalischen Eigenschaften (z. B. Rauheit nach Manning), Kalibration, Verifikation und Validierung sowie Sensitivitäts- und Unsicherheitsanalysen. Datenqualität und -auflösung beeinflussen maßgeblich die Genauigkeit. Modelldaten werden oft mit Messungen, Hydrometeorologie oder Fernerkundung angereichert.

Anwendungen finden sich in der Planung und dem Betrieb von Wasserversorgungsnetzen, Abwassernetzen, urbaner Entwässerung, Flut- und Hochwasservorhersage, Stau- und Kraftwerksbetrieb sowie Dammbewertung. Spezialisierte Softwarepakete unterstützen 1D-/2D-Simulationen, Netzkopplungen, Kalibrierung und Szenarienanalysen; Beispiele sind HEC-RAS, SWMM, MIKE, InfoWorks und OpenFOAM. Herausforderungen umfassen Datenlücken, Modellkomplexität, Skalierungsprobleme und die Abstimmung von Turbulenz- oder Rauheitsmodellen.