BaSYS MIKE

BaSYS MIKE dient der hydrodynamischen Berechnung und Überprüfung von Kanalnetzen basierend auf einer integrierten Laufzeitversion von MIKE 1D der Firma DHI. Die Schnittstelle mit MIKE 1D ermöglicht die direkte Simulation der Stammdaten ohne eine aufwändige zusätzliche Modellierung. Aufruf aus Gruppe Berechnung der klassischen Barthauer Management Console.

Dieser Abschnitt der Hilfe umfasst die Modellierungsansätze des Rechenkerns. Zur Anwendung von BaSYS MIKE siehe Abschnitt BaSYS Kanalsimulation.

Abschnitte der Hilfe

In der Hilfe werden folgende Abschnitte beschrieben:

• Modellierung

• Simulation und Berechnung

• Eingangsdaten und Ergebnisse

Modellierung

Zur Modellierung des Entwässerungssystems wird dieses in logisch sinnvolle Modellelemente mit jeweiliger charakteristischer hydraulischer Funktionalität aufgegliedert. Jedes Modellelement bildet dann im zugehörigen Kontrollraum des Entwässerungssystems den Abfluss unter Nutzung der relevanten mathematisch-physikalischen Gesetzmäßigkeiten ab. In der digitalen Umsetzung der Modellierung sind die Modellelemente über Knotenpunkte miteinander verknüpft, an denen sogenannte Knotenbedingungen gelten:

Modellelemente

Die Modellelemente sind wie folgt in die Benutzeroberfläche von BaSYS MIKE integriert:

Abflussbildung

Bei der Abflussbildung werden die Niederschlags- und Trockenwetterabflüsse definiert. Die für diesen Arbeitsschritt der Kanalnetzsimulation relevanten Formulare befinden sich in der Gruppe Bibliotheken und in der Gruppe  Kanalnetz + Berechnung - Kanalnetz - Flächen.

Regentyp

Über die ASCII-Schnittstelle sind beliebige Regentypen importierbar. Damit die Daten in der Kurzzeitsimulation verwendbar sind, gelten folgende Regeln:

• Je Regentyp sollte nur ein Regenereignis angelegt sein.

• Der Regentyp wird im Berechnungslauf referenziert.

• Die Einstellungen der Gruppe Zeitschritte Berechnung sind für die Kalibrierung der Simulation relevant.

• Die Häufigkeit geht in die hydraulische Zustandsbewertung ein.

• Die Aufgabe Regenereignisse importieren übernimmt Regentypen aus dem Modul Rain Manager, das langjährige Niederschlagsaufzeichnungen des DWD statistisch gemäß DWA A 118/121 auswertet. Generell ist der Rain Manager zur Synthese von Modellregen und Modellregengruppen sinnvoll.

Hinweis: Der Rain Manager ermöglicht außerdem die Erzeugung von Serien- und Datumsregen.

TrockenwetterabflussModell_Hydraulische_Bauwerksmodellierung

Im Bibliotheksformular werden die Bedingungen zur Bilanzierung des Trockenwetterabflusses festgelegt. Der Trockenwetterabfluss wird darauf aufbauend je Einzugsfläche/Entwässerungssystem für die angeschlossenen Haltungen simuliert. Die Bedingungen zur Bilanzierung des Trockenwetterabflusses werden über folgende Formulare den Entwässerungssystemen der Einzugsflächen zugewiesen:

Die Priorität der Daten nimmt von Formular (1.) nach (4.) ab. Beispielsweise sind für alle Einzugsflächen, denen über Formular (1.) je Kombination aus Berechnung und Entwässerungssystem ein Trockenwetterabfluss zugewiesen wird, die Definitionen gemäß Formular (2.), (3.) und (4.) nicht gültig.

Der mögliche Detaillierungsgrad der Trockenwetterabflussbilanzierung verringert sich von Formular (1.) nach (4.). Während dieser über Formular (1.) je Kombination aus Einzugsfläche und Entwässerungssystem sehr genau definierbar ist, wird über Formular (4.) ausschließlich eine globale Regel zur Simulation der Trockenwetterabflüsse erstellt, die für alle Einzugsflächen gilt.

Wichtiger Hinweis: Der Trockenwetterabfluss spielt gegenüber der niederschlagsbedingten Abflussbildung eine sehr untergeordnete Rolle. Daher sollte die Bilanzierung so global wie möglich durchgeführt werden.

Bei Trockenwetterabflüssen, die verglichen mit den Regenwasserabflüssen beträchtlich sind, sollte unbedingt die Definition der Trockenwetterabflüsse auf logische Fehler geprüft werden.

Oberflächentyp

Der Oberflächentyp ist der essentielle Baustein der Oberflächenabflussmodellierung. Die Verwaltung des Oberflächentyps in den Bibliotheken ermöglicht den strukturierten Aufbau eines Oberflächenkatalogs. Durch die Zuweisung zu den relevanten Gebieten und / oder Einzugsflächen können die Oberflächenabflusseigenschaften des zu simulierenden Kanalnetzes schnell erfasst, übersichtlich auf Plausibilität geprüft und zentral kalibriert werden.

Oberflächenarten

Der Oberflächentyp besteht aus drei Oberflächenarten:

• Nicht befestigte Fläche      => Einheitsganglinie 1

• Verkehrsfläche:                    Nicht überdachter Anteil der befestigten Fläche

• Dachfläche

Je Oberflächenart werden folgende Parameter verwaltet:

• Rezession K (Versickerungskonstante)

• Start- und Endwert der Versickerung nach Horton

• Neigung

• Rauigkeit

• Muldenverlust (trockene Oberfläche)

• Benetzungsverlust (trockene Oberfläche)

Fixe Aufteilung der befestigten Fläche

Die befestigte Fläche wird je Oberflächentyp über das Feld Dachanteil von A bef. in folgende Teilflächen gegliedert:

• Erdoberfläche (Oberflächenart Verkehrsfläche)

• Dachfläche

Über die daraus resultierende Aufteilung der befestigten Fläche wird die zugehörige Einheitsganglinie 2 simuliert.

Individuelle Abflussbildung je Einzugsfläche

Je Einzugsfläche wird – auch bei Zuweisung desselben Oberflächentyps – die Abflussbildung individuell modelliert:

• Die Modellierung erfolgt über das Verhältnis {befestigte Fläche} / {nicht befestigte Fläche}.

• Dazu ist im Feld Befestigt (Anteil) der individuelle Wert einzugeben.

• Die Abflussbildung des Oberflächentyps ist also je Einzugsfläche kalibrierbar.

Simulation der Abflussbildung

Über die genannten Eingaben in Oberflächentyp und Einzugsfläche wird die Abflussbildung simuliert:

• Einheitsganglinie 1 wird mit dem nicht befestigten Anteil der Einzugsfläche multipliziert.

• Einheitsganglinie 2 wird mit dem befestigten Anteil der Einzugsfläche multipliziert.

• Die Überlagerung der Einheitsganglinien entspricht dem Oberflächenabfluss.

Migration von HydroCAD-Projekten

Die Einzugsflächen mit zugewiesenen Oberflächentypen lassen sich ohne Anpassungen weiter in BaSYS MIKE nutzen. Dies wird durch folgende Funktionalität erreicht:

• Anstelle der in BaSYS HydroCAD genutzten Streifenbreite wird aus den Parametern des Oberflächentyps je Einzugsfläche die in BaSYS MIKE genutzte Fließlänge berechnet.

• Die Neigungen der drei Oberflächenarten werden in eine globale Neigung der Einzugsfläche transformiert, die ebenfalls in BaSYS MIKE für die Kanalnetzsimulation relevant ist.

Importierte Bibliotheksdaten

Über die ASCII-Schnittstelle können weitere Bibliotheksdaten  importiert werden:

Einzugsfläche

Alle Abflüsse, auch Trockenwetterabflüsse werden über Einzugsflächen modelliert.

Erforderliche Einstellungen

Die an dieser Stelle genannten Einstellungen sind zwingend zu beachten, damit die Einzugsflächen für die Kanalnetzsimulation mit BaSYS MIKE nutzbar sind.

Die Sichtbarkeit der Einzugsflächen in BaSYS MIKE/HydroCAD wird also über die Felder Art, Hydrologische Eigenschaft und Übergeordnete Fläche konfiguriert. Es stehen zwei Konfigurationsvarianten zur Verfügung, über welche die Einzugsflächen in BaSYS MIKE/HydroCAD sichtbar sind.

Mit Bezug auf die Planung der Einzugsflächen ist Folgendes zu beachten:

• Die in der Tabelle gezeigten erforderlichen Einstellungen sind einzuhalten.

• Je Haltung darf nur ein Oberflächentyp verwendet werden. Alle Einzugsflächen einer Haltung müssen einen identischen Oberflächentyp besitzen.

• Je Einzugsfläche können bis zu drei Entwässerungssysteme zugeordnet werden. Standardfälle sind das Mischsystem mit einem und das Trennsystem mit zwei Entwässerungssystemen.

• Hinweis: Durch die Planung der Einzugsflächen werden für die verknüpften Haltungen automatisch Hydraulikobjekte erzeugt.

Zusätzliche Kalibrierungsmöglichkeit für die Abflussberechnung:

Die MIKE Laufzeit-Version übernimmt folgende Daten nicht aus dem Oberflächentyp sondern aus der jeweiligen Einzugsfläche:

• Gefälle

• Fließlänge

Werden diese Daten (optional) im Reiter Stammdaten eingegeben, so werden sie anstelle der interpolierten Werte genutzt. Dadurch bietet sich eine zusätzliche Kalibriermöglichkeit für die Abflussberechnung

Gebiet

Gebiete fassen Einzugsflächen mit identischen hydraulischen Oberflächeneigenschaften zusammen. Das Gebiet besitzt keine Geometrie, eignet sich also nur als Datencontainer.

Je beabsichtigtem Entwässerungssystem wird empfohlen, folgende Einträge vorzunehmen:

•  Wahl des Oberflächentyps.

•  Eingabe des Anteils der befestigten Fläche.

•  Wahl des Trockenwetterabflusses und Eingabe der Einwohnerdichte.

Die Konfiguration des Gebietes gilt für alle untergeordneten Einzugsflächen mit folgenden Vorteilen:

• Die Dateneingabe entfällt für die jeweilige Einzugsfläche. Vorsicht! Diese Funktion ist noch nicht vollständig umgesetzt. Gegenwärtig werden nur die Trockenwettereigenschaften und der Oberflächentyp in die Einzugsflächen übernommen. Für den Befestigungsgrad gilt dies noch nicht!

• Falls sich die Datengrundlage ändert, sind schnelle Korrekturen über das Gebiet möglich.

• Für relevante Einzugsflächen können trotzdem individuelle Werte eingegeben werden. Diese haben dann Vorrang vor den Werten des übergeordneten Gebietes.

Parameterübersicht (RWS = Regenwassersystem, SWS = Schmutzwassersystem, MWS = Mischwassersystem):

Trockenwetterabfluss

Analog zur Verwendung in den Hydraulik-Optionen kann der Trockenwetterabfluss einem Gebiet zugeordnet werden. Die darüber zugeordneten Trockenwetterparameter haben dann Vorrang vor der Konfiguration in den Formular Hydraulik-Optionen.

OFK

Der Oberflächentyp OFK wird für alle zugehörigen Einzugsflächen aktiv, falls er dort nicht explizit individuell gewählt wird.

GAMMA

GAMMA beschreibt den Anteil der befestigten Fläche an der Gesamtfläche des Einzugsgebiets. Der Wert ist für alle zugehörigen Einzugflächen aktiv (falls nicht dort individuell gewählt).

Abflusstransport

Die für den Abflusstransport der Kanalnetzsimulation relevanten Formulare befinden sich auf Kanalnetz + Berechnung --> Kanalnetz --> Kanten.

Strang

Das Formular Strang ist relevant, falls eindeutige Haltungsbezeichnungen auf der Kombination von Strang und Haltung beruhen. Die Verwaltung der Stränge ist im System Manager - Datenquelle - Gemeinde - Bearbeiten - Eigenschaften ein-/ausschaltbar.

Haltung

Wichtige Daten im Formular Haltung:

1.Querschnittsform

Die Querschnittsform ist für die Berechnung der Teilfüllungskurven erforderlich und wird in den Stammdaten, Gruppe Querprofil, verwaltet:

• Höchste Priorität besitzt der Eintrag der Auswahlliste Profiltyp.

• Falls der Profiltyp MIKE-inkompatibel ist, wird auf die Profilkennziffer zurückgegriffen. Diese muss den Eintrag 0 (Kreis), 1 (Ei) oder 2 (Rechteck) besitzen.

• Ist auch die gewählte Profilkennziffer MIKE-inkompatibel, so erfolgt die Simulation der Teilfüllungskurven über ein automatisch gemäß Profillänge/Profilbreite skaliertes Kreisprofil.

2. Weitere Stammdaten

Die weiteren Stammdaten sind im Normalfall bereits vorhanden:

• Vorsicht! Das Sohlgefälle wird nur bei Änderung von OK Sohle aktualisiert.

• Vorsicht! Fehlende OK Deckel sind über die Schächte/Bauwerke zu ergänzen; am schnellsten über das Kontextmenü - Gehe zu.

3. Den Profiltyp tabellarisch setzen

So geht's

1. Navigation in das Formular Haltung.

2. Wechsel in den Bearbeitungsmodus der tabellarischen Ansicht. Das ist die linke Taste der zugehörigen Werkzeugleiste.

3. Klick auf den kleinen schwarzen Pfeil links neben dem ersten Datensatz. Markieren aller Datensätze über <Strg> <a>.

4. Wahl des Profiltyps, beispielsweise (01) Kreisprofil.

5. Klick auf Speichern.

6. Zurücksetzen des Bearbeitungsmodus über die genannte Taste.

4. Hydraulikdaten

Die Hydraulikdaten werden bei Bedarf für individuelle Einstellungen genutzt:

• Die Länge der Gruppe Längsprofil kann ohne Änderung der Stammdaten für die Kanalnetzsimulation variiert werden.

• Die K-Werte der Gruppe Verlustansatz werden global in den Hydraulik-Optionen vorgegeben. Für Haltungen ohne Angabe der Rauigkeit gelten die Hydraulik-Optionen. Individuelle Werte der Haltung besitzen den Vorrang

5. Hydraulische Bauwerksmodellierung

Fiktive Haltungen mit dem hydraulischen Status Bauwerksverknüpfung

 

Sensibilität des Durchmessers gegen Überstau

Überstaugrenze 10 m

Profiltyp

Folgende Profiltypen sind über die ASCII-Schnittstelle importierbar:

• Typ 0: Polygon (Schichten): BaSYS-MIKE-kompatibel

• Typ 1: Radien: Zukünftig BaSYS-MIKE-kompatibel

• Typ 2: Polygon (Punkte): BaSYS-MIKE-kompatibel

Anforderungen und weitere Informationen:

• Typ 2 entspricht Anhang B von DWA-A 110 und wird über die ASCII-Schnittstelle importiert.

• Die Breite oder Höhe sollte je Profiltyp nach Möglichkeit auf 1000 mm eingestellt sein.

• Das Verhältnis Breite / Höhe wird als Kontrollwert ausgegeben. Bei abweichendem Wert ist der Eintrag im Feld Höhe zu korrigieren.

• Die Werte der Felder Profilteilung und Berechnung nach sollten immer den ASCII-Beispieldaten entsprechen.

Tipp: Über die Configuration-Explorer-Gruppe Abfragen 9 ist eine Excel-Vorlage zum ASCII-Import weiterer Profile erstellbar.

 

Folgende Profilkennziffern werden unterstützt:

• Kreis

• Ei

• spezieller gedrückter Ei-Querschnitt)

Polygonprofil (Punkte): Offenes und geschlossenes Profil. Bei geschlossenem Profil müssen Anfangs- und Endkoordinate gleich sein, bei offenem Profil nicht.

Hydraulik Optionen (Formular)

Die Gruppe Basisdaten Hydraulik enthält eine globale Einstellung für die Rauigkeit der Haltungen:

• Auswahlliste Art der Rauigkeit mit Unterscheidung zwischen Prandtl-Colebrook und Manning-Strickler.

• Wert der Betriebsrauigkeit nach Prandtl-Colebrook.

• Wert der Rauigkeit nach Manning-Strickler.

Die Rauigkeit gemäß Auswahlliste wird für die Kanalnetzsimulation genutzt.

Hinweis: Für Haltungen ohne Angabe der Rauigkeit gelten die Hydraulik-Optionen. Individuelle Werte der Haltung besitzen den Vorrang

Abflussspeicherung

BaSYS MIKE unterstützt die direkte Simulation von Sonderbauwerken des Kanalnetzes mit beliebig vielen Zu- und Ablaufleitungen, solange die Differentialgleichungen stabil lösbar sind.

Die relevanten Formulare befinden sich auf Kanalnetz + Berechnung - Kanalnetz - Knoten.

Technische Modellierung

Die technische Bauwerksdetaillierung wird in folgenden Schritten über die Stammdaten durchgeführt:

1. Definition der äußeren Topologie durch Verbindung der Hauptbauwerke mittels virtueller Leitungen in BaSYS Plan.

2. Definition der inneren Topologie durch die Zuordnung der relevanten Unterelemente zum jeweiligen Hauptbauwerk.

3. Wichtiger Hinweis: Ohne die Topologie bleibt die Vorbereitung der Hydraulikdaten unvollständig! Dies betrifft die Hydraulikobjekte und das Hydrauliknetz. Daher ist Schritt (1.) und (2.) für die weitere Vorbereitung der hydrodynamischen Kanalnetzsimulation unabdingbar, sobald das Kanalnetz Sonderbauwerke umfasst.

4. Wichtige Bemessungsdaten wie Bauwerksgrundfläche oder Wehrhöhe.

Zusätzlich ist die hydraulische Bauwerksmodellierung durchzuführen.

In BaSYS HydroCAD durchgeführte technische Bauwerksdetaillierungen werden von BaSYS MIKE vollständig unterstützt.

Hauptbauwerk

Sollen die Kanalnetzelemente Wehr, Schieber, Pumpe zu einem Sonderbauwerk des Kanalnetzes gehören, so ist je Element zwingend das relevante Hauptbauwerk zu definieren:

• Nutzung der Auswahlliste Hauptbauwerk in Gruppe Objektbeschreibung zu Wehr, Schieber, Pumpe.
  Tipp: Das Feld kann zur Kontrolle per Kontextmenü (rechte Maustaste) in die tabellarische Ansicht eingefügt werden.

• Auch der Schacht ist als Hauptbauwerk möglich.

• Hinweis: BaSYS MIKE bietet die Möglichkeit, die Elemente Wehr, Schieber, Pumpe über Zu- und Ablaufleitungen direkt in das Kanalnetz zu integrieren. Dann darf kein Hauptbauwerk definiert sein.

Schacht

Jeder Schacht kann optional als Speicherbauwerk detailliert werden.

Hydraulisch relevante Stammdaten:

• Werte der Gruppe Höhen außer OK Gelände.

• Werte der Gruppe Geometrie. Die Breite ist für die Form eckig relevant.

Speicherbauwerk

Hydraulisch relevante Stammdaten:

• Felder der Gruppe Geometrie außer OK Gelände.

• Die Kammern des Trennbauwerks sowie hinter den Becken- und Klärüberläufen erhalten keine Volumenkennlinien. Daher ist die Angabe der Grundfläche erforderlich. Bei zusätzlicher Angabe von Länge und Breite werden die Kammern automatisch als Quader, sonst als Zylinder modelliert.

• Die Volumenkennlinie des RÜB wird in der hydraulischen Bauwerksmodellierung definiert.

Volumenkennlinie

Kenngrößen Oberfläche und Durchflussquerschnitt von Bauwerk oder Schacht.

Versickerungskennlinie

Ergänzung zur Volumenkennlinie.

Abflussverteilung

Die relevanten Formulare befinden sich auf Kanalnetz + Berechnung - Kanalnetz - Knoten - Speicherbauwerksdetaillierung.

Wehr

Hydraulisch relevante Stammdaten:

• Kontrolle der Felder zu Gruppe Modellierung (Zulaufknoten ,Ablaufknoten)

• Felder Form, Typ und Überfallbeiwert der Gruppe Bauart.

• Optionale Kennlinie mit Skalierung in Gruppe Wehr am Netzende; eventuell bei komplexer Wehrgeometrie.
  Hinweis: Die Kennlinie kann nur Wehren an Endleitungen des Hydrauliknetzes zugewiesen werden.

• Optionale Höhe Wehrschwelle in Gruppe Geometrie.

Durchflusskennlinie / Drosselblende

Wehre am Ablauf von Endhaltungen mit Form 1 (dreieckig), 2 (trapezförmig) und 3 (Sonderform) sind Durchflusskennlinien zuzuweisen.

Für Form 0 (rechteckig) ist dies optional möglich.

Wichtiger Hinweis: Die Simulation von Wehren mit Form 4 (mit Drosselblende) ist noch nicht abschließend getestet. Eventuell besitzt das Element noch keinen Einfluss auf die Simulation.

Abflussregelung

Die relevanten Formulare befinden sich auf Kanalnetz + Berechnung - Kanalnetz - Knoten.

Pumpe

Hydraulisch relevante Stammdaten:

• Feld Hauptbauwerk der Gruppe Objektbeschreibung.

• Das Feld Bauart derselben Gruppe besitzt keinen Einfluss auf die Hydraulik.

Pumpenkennlinie

Kennlinie für obere und untere Drehzahlgrenze.

Schieber

Hydraulisch relevante Stammdaten:

• Kontrolle der Felder zu Gruppe Modellierung.

• Felder der Gruppe Querprofil.

• Feld Blendenöffnung der Schieberblende zu Gruppe Geometrie und (optional) das Feld Sohlhöhe Schieber.

• Zuweisung und optionale Skalierung der Schieberkennlinie zu Gruppe Durchfluss.

Schieberkennlinie

Die Schieberkennlinie ist eine logarithmische Kennlinie und wird zur Ermittlung des Schieberwiderstands benötigt. Die automatische Regelung ist gegenwärtig noch nicht integriert.

Es wird nur ein Wert herausgesucht, da Schieber noch nicht dynamisch geregelt werden.

Springüberlauf

Hydraulisch relevante Stammdaten:

• Feld Entlastungsrohr der Gruppe Objektbeschreibung.

• Felder Länge und Breite der Gruppe Geometrie Bodenöffnung. Die Fläche ist hydraulisch nicht relevant.

Wichtiger Hinweis: Folgende Bemessungsvorgaben sind einzuhalten:

• Länge der Bodenöffnung ≥ 50 cm.

• Sohlgleichheit am Beginn (Ende Zulaufkante) und Ende (Anfang Überlauf) der Bodenöffnung.

• Gerade Beruhigungsstrecke vor der Bodenöffnung mit Länge ≥ 20 NW der Zulaufkante.

Hydraulische Bauwerksmodellierung

Die hydraulische Bauwerksmodellierung folgt auf die technische Bauwerksdetaillierung.

Folgende Aufgaben zur Modellierung der Abflussbildung sind durchzuführen:

1. Vervollständigung der Wehr-Topologie in Formulargruppe Modellierung.

2. Zuordnung der relevanten Kennlinien.

3. Einstellung hydraulische relevanter Dimensionen wie Wehrhöhe und Wehrlänge.

Kennlinien

Die in der Bibliothek verwalteten Kennlinien können je Zuordnung zu einem Kanalobjekt über einen optionalen Arbeitsschritt beliebig in x- und y-Richtung skaliert werden. Die Quelldaten der zugeordneten Bibliothekskennlinien werden dadurch nicht verändert:

• Volumenkennlinie von Bauwerk oder Schacht. Optional

• Maximal- und ggf. Minimalkennlinien der Pumpen. Optional. Bei PID-Steuerung zwingend erforderlich

• Schieberkennlinie. Zwingend erforderlich

• Durchflusskennlinien der Wehre. Optional (selten)

Für das relevante Kanalobjekt (Hydraulik) visualisiert ein zusätzlicher Reiter die zugeordnete ggf. skalierte Kennlinie.

Modellierungsformulare

Die für die hydraulische Bauwerksmodellierung relevanten Formulare befinden sich auf Kanalnetz + Berechnung - Kanalnetz - Knoten.

Die Gruppe Modellierung gehört zu den Hydraulikformularen von Wehr, Schieber und Pumpe. Die genannten Kanalnetzelemente werden im Berechnungskern als Leitungen modelliert und benötigen daher zwingend jeweils einen Zu- und Ablaufknoten. Je Wehr, Pumpe und Schieber sind folgende Kontrollen erforderlich:

• Hauptbauwerk oder (Hierarchische Ansicht) Leitungen (Zulauf):

o Definiert: In den Berechnungskern wird ein virtueller Zulaufknoten exportiert.

o Fehlend:  Wahl des Zulaufknotens über das Feld Zulauf.

• (Hierarchische Ansicht) Leitungen (Ablauf):

o Definiert: In den Berechnungskern wird ein virtueller Ablaufknoten exportiert.

o Fehlend:  Wahl des Ablaufknotens über das Feld Ablauf.

Tipp: Die Felder Zulauf und Ablauf können zur Kontrolle per Kontextmenü (--> Zur Tabelle hinzufügen) in die tabellarische Ansicht eingefügt werden.

Schacht (Hydraulik) + Speicherbauwerk (Hydraulik)

Die Simulation des Füllvolumens erfolgt ohne Zugriff auf die Stammdaten:

• Zuweisung und optionale Skalierung der Volumenkennlinie zu Gruppe Modellierung Füllvolumen

• Wichtiger Hinweis: Die Volumenkennlinie ist für runde Schächte nicht nutzbar.

Wassertiefe zu Simulationsbeginn

Für Schächte und Bauwerke ist optional im relevanten Hydraulikformular eine individuelle Wassertiefe zu Simulationsbeginn definierbar. Die Bedeutung des Wertes für die hydrodynamische Kanalnetzsimulation hängt von der Einstellung Wassertiefen vorgeben im Formular Hydraulik-Optionen ab. Die folgende Tabelle zeigt die detaillierten Zusammenhänge:

Vorsicht! Falls in den Hydraulik-Optionen die Einstellung Wassertiefen vorgeben gesetzt wurde, beginnt die Simulation für alle Schächte/Bauwerke ohne Wassertiefe zu Simulationsbeginn mit der größten Sohlhöhe der Nachbarknoten oder -kanten.

Versickerung

Die Versickerung ist auf folgende Arten modellierbar:

• Konstante Versickerungsrate ohne weitere Detaillierung

• Dynamische Versickerungsrate mit Angabe der kf-Werte von Böschung und Sohle

Zusätzlich ist die Porosität des Füllmaterials anzugeben. Hinweis: 100 % Porosität entspricht einem Speicher ohne Füllmaterial, also einer Mulde oder einem Versickerungsbecken.

 

Tipp: Zunächst sollte ein RÜB in einem ersten Schritt ohne Versickerung modelliert und danach die hydrodynamische Kanalnetzsimulation durchgeführt werden. So werden bei anschließender Simulation mit den angegebenen Versickerungsvorgaben schnell die Unterschiede zwischen beiden Simulationsweisen deutlich.

Haltung (Hydraulik)

Die für die hydraulische Bauwerksmodellierung erforderlichen Verknüpfungen der Hauptbauwerke werden über fiktive Haltungen modelliert.

Diese sind für die hydrodynamische Kanalnetzsimulation im Formular Haltung (Hydraulik) zu deaktivieren.

So geht's

1. Ergänzung des Feldes Status über das Kontextmenü (rechte Maustaste) Zur Tabelle hinzufügen in der tabellarischen Ansicht.

2. Filter in der tabellarischen Ansicht auf Status 2 (fiktiv).

3. Einschalten des Editiermodus.

4. Gruppe Randbedingungen:  Setzen von Haltung auf 7 (Bauwerksverknüpfung).

5. Speichern. Ausschalten des Editiermodus.

Wehr (Hydraulik)

Hydraulisch relevante Daten:

• Kontrolle der Felder zu Gruppe Modellierung.(Zulauf, Ablauf)

• Felder Form, Typ und Überfallbeiwert der Gruppe Bauart.

• Optionale Kennlinie mit Skalierung in Gruppe Durchfluss; eventuell bei komplexer Wehrgeometrie. Hinweis: Die Kennlinie kann nur Wehren an Endleitungen des Hydrauliknetzes zugewiesen werden.

• Optionale Höhe Wehrschwelle in Gruppe Geometrie.

Wehre mit Durchflusskennlinie / Drosselblende

Wehre am Ablauf von Endhaltungen mit Form 1 (dreieckig), 2 (trapezförmig) und 3 (Sonderform) sind Durchflusskennlinien zuzuweisen. Für Form 0 (rechteckig) ist dies optional möglich.

 

Wichtiger Hinweis: Die Simulation von Wehren mit Form 4 (mit Drosselblende) ist noch nicht abschließend getestet. Eventuell besitzt das Element noch keinen Einfluss auf die Simulation.

Schieber (Hydraulik)

Hydraulisch relevante Daten:

• Kontrolle der Felder zu Gruppe Modellierung.

• Zuweisung und optionale Skalierung der Schieberkennlinie zu Gruppe Durchfluss.
  Hinweis: Die Schieberkennlinie wird zur Ermittlung des Schieberwiderstands benötigt. Die automatische Regelung ist gegenwärtig noch nicht integriert.

• Feld Öffnung Schieberblende zu Gruppe Geometrie und (optional) das Feld Sohlhöhe Schieber.

Pumpe (Hydraulik)

Hydraulisch relevante Daten:

• Kontrolle der Felder zu Gruppe Modellierung.

• Die Einträge der Gruppe Wirkungsgrade haben keinen Einfluss auf die Simulation der Pumpen. Sie dienen ausschließlich einer Abschätzung von erforderlicher Pumpenleistung und Stromverbrauch.

• Einträge der Gruppe Schaltpunkte Saugseite ab OK Sohle:

1. Der Wert von Ein (Pegel steigt) muss größer sein als der von Aus (Pegel fällt).

2. Über Anlaufzeit/Ablaufzeit wird die Trägheit des Wasserkörpers berücksichtigt. Tipp: Höhere Werte dämpfen die Oszillation.

• Die weiteren Eingaben sind von der Pumpenmodellierung (Pumpen mit konstantem oder variablen Durchfluss) abhängig.

Pumpe mit konstantem Durchfluss

Hydraulisch relevante Daten – zusätzlich zu den oben genannten :

• Keine Kennlinie.

• Konstanter Durchfluss.

Pumpe mit variablem Durchfluss: 1 Kennlinie

Hydraulisch relevante Daten – zusätzlich zu den oben genannten:

• Felder Kennlinie und (optional) Kennlinien-Faktor X/Y.

• Der Kennlinienversatz ist nicht erforderlich.

Die Kennlinie wird auf Reiter Pumpenkennlinie (skaliert) visualisiert.

Pumpe mit variablem Durchfluss: 2 Kennlinien

Sind für eine Pumpe zwei Kennlinien definiert, so befindet sich der mögliche Arbeitsbereich der Pumpe innerhalb von Kennlinie (obere Grenze) und Kennlinie (Minimaldrehzahl) (untere Grenze).

Die hydraulisch relevanten Daten – zusätzlich zu den oben genannten – lauten:

• Felder Kennlinie (Minimaldrehzahl) und (optional) Kennlinien-Faktor X/Y.

• Der Kennlinienversatz (Minimaldrehzahl) ist nicht erforderlich.

• Das Feld Sollwassertiefe Saugseite. Über den Parameter wird die Pumpe gesteuert. Sinnvoll sind Werte ≤ Ein (Pegel steigt).

Die einhüllenden Kennlinien werden auf Reiter Pumpenkennlinie (skaliert) visualisiert.

Springüberlauf (Hydraulik)

Der Springüberlauf ist über die Stammdaten vollständig hydraulisch bemessen.

Simulation und Berechnung

Auf das Anlegen von Berechnung und Berechnungslauf folgt dieser Arbeitsschritt der Kanalnetzsimulation.

In diesem Abschnitt geht es um folgende Themen:

Berechnungsziel (Formular)

Das Berechnungsziel wird für eine eventuelle hydraulische Zustandsbewertung angelegt. Weitere Einträge sind für die hydrodynamische Kanalnetzsimulation nicht erforderlich.

Hydraulik-Optionen (Formular)

Die Hydraulik-Optionen entsprechen prinzipiell einer Bibliothek zur Verwaltung aller für das Projekt sinnvollen Voreinstellungen. Unter anderem wird die Berechnung der Trockenwetterabflüsse konfiguriert:

Zum Formular wird über Kanalnetz + Berechnung - Berechnung navigiert.

Die Einstellungen zur Berechnung der Trockenwetterabflüsse erfolgen über die Gruppe Erfassungsart. Weitere Details stehen in der Hilfe:  BaSYS Kanalsimulation - Modellierung Trockenwetterabfluss klicken.

 

Die Gruppe Simulationsparameter enthält wichtige Vorgaben, um die numerische Lösung der Differentialgleichungen zu kalibrieren.

Zeitschritt Minimum

Es sind Werte von 0,001 s bis 60 s möglich. Empfohlen werden 10 s, für hydraulisch anspruchsvolle Netze wie extreme Gefälle oder komplexe Sonderbauwerke 1 s.

Wichtiger Hinweis: Falls Meldungen auf eine instabile Lösung der Differentialgleichungen hindeuten, sollte der Wert auf << 1 s reduziert werden; verbunden mit einer erheblichen Vergrößerung der Simulationszeit!

Zeitschritt Maximum

Für eine schnelle Simulation ist ein Wert von 60 s empfohlen.

Zeitschritt Adaptionsfaktor

Je Zeitschritt kann die Dauer um den an dieser Stelle eingegebenen Faktur zu- oder abnehmen. Es wird ein Wert von 1,300 empfohlen. Während der Simulation wird der Zeitschritt Minimum nicht unterschritten.

Falls von der Stabilität her kleinere Zeitschritte erforderlich wären, erfolgt im Berechnungsprotokoll eine Warnung.

Wichtiger Hinweis: Der Adaptionsfaktor ist inaktiv bei Vorgabe von Zeitschritt Minimum = Zeitschritt Maximum.

Wassertiefen vorgeben

Die an dieser Stelle gesetzte Option hat signifikanten Einfluss auf die Wassertiefen in den Schächten und Bauwerken zu Beginn der Kanalnetzsimulation.

 

Weitere Kalibrierungsparameter befinden sich im Regentyp.

Berechnung

Eine Berechnung ist über das Formular Berechnungen anzulegen und die Auswahllisteneinträge zu Hydraulik-Optionen, Hydrauliknetz und Berechnungsziel zu setzen.

Die Simulation wird aus dem Formular Berechnung und Berechnungslauf gestartet.

Berechnungslauf

Ein Berechnungslauf ist über das Formular Berechnungsläufe anzulegen und die Eingabedaten zu prüfen. Für jede Berechnung wird ein Regentyp und die Dauer der Simulation gewählt.

Die Simulation wird aus dem Formular Berechnung und Berechnungslauf gestartet.

Eingangsdaten und Ergebnisse

Prüfung der Eingabedaten

Die Prüfung der Eingabedaten sollte eine stabile Kanalnetzsimulation ermöglichen.

Zur Durchführung der Prüfung sind folgende Abfragen im Configuration Explorer (Gruppe Abfragen, Ordner Abwasser - Kanalhydraulik)vorbereitet:

• MIKE Eingabewerte Schritt 1: Plausibilitätsprüfung Text

• MIKE Eingabewerte Schritt 2: Ausgabe/Kontrolle Zahlen

Abfragegestützte Prüfung

Wichtiger Hinweis: Die abfragegestützte Prüfung umfasst nicht alle Bereiche der Bauwerksmodellierung und Trockenwetterabflussbilanzierung

Nutzung der Abfrage: MIKE Eingabewerte Schritt 1: Plausibilitätsprüfung Text

So geht's:

1. Öffnen des Configuration Explorers und dort der Gruppe Abfragen.

2. Wahl des Ordners: Abwasser → Kanalhydraulik → Eingangsdaten Kanalnetzsimulation.

3. Ausführen der Abfrage MIKE Eingabewerte Schritt 1: Plausibilitätsprüfung Text.

4. Es wird ein Parametereingabefenster geöffnet:

• Wahl des Berechnungslaufes

• Wahl des Hydrauliknetzes

• Bestätigung mit <OK>

5. Klick auf das Plussymbol im Formular <Ergebnisse>. Prüfung der Ergebnisse nach folgenden Kriterien:

• ##11##: Der Wert ist zwingend erforderlich.

• ##21##: Der Wert ist definitiv fehlerhaft.

6. Export nach Excel:

7. Schließen des Abfrageformulars.

In der exportierten Excel-Datei sind die Prüfungsergebnisse übersichtlich dargestellt. Spalte B ist als Objektfilter nutzbar.

Externe Prüfung

Die Eingabedaten sind über folgende Abfrage exportierbar, um sie über externe Programme zu prüfen:

• MIKE Eingabewerte Schritt 2: Ausgabe/Kontrolle Zahlen

So geht's:

1. Öffnen des Configuration Explorers und dort der Gruppe Abfragen.

2. Wahl des Ordners: Abwasser → Kanalhydraulik → Eingangsdaten Kanalnetzsimulation.

3. Ausführen der Abfrage MIKE Eingabewerte Schritt 2: Ausgabe/Kontrolle Zahlen.

4. Es wird ein Parametereingabefenster geöffnet: Wahl des Berechnungslaufes und Bestätigung mit <OK>

5. Klick auf das Plussymbol im Formular <Ergebnisse>, um die Detailtabellen einzublenden.

6. Export nach Excel durch Klick auf die Schaltfläche <Exportieren>.:
   Tipp:  Bei einem Export im Format ... Arbeitsmappe [ohne Formatierung] ist in Excel der direkte Zugriff auf alle Zahlenwerte möglich.

7. Schließen des Abfrageformulars.

8. Weitere Prüfung der Daten über ein externes Programm.

Simulationsergebnisse

Im abschließenden Arbeitsschritt der Kanalnetzsimulation werden die Ergebnisse geprüft und veröffentlicht. Die Simulationsergebnisse stehen in BaSYS MIKE und BaSYS-Plan sowie bei Bedarf in benutzerdefinierten Abfragen  und Berichten zur Verfügung.

Die Tabelle zeigt die Übersicht auf alle Ergebnisausgaben:

Alle Ergebnisse (Detail)

Aufruf der Aufgabe Ergebnisübersicht aus den Formularen Haltung und Speicherbauwerk.

Tipp: Die Datensicht ist zwischen H [m] und Q [l/s] variierbar. Die Position der Legenden lässt sich über die Auswahlliste optimieren.

Haltungsergebnisse

Aufruf der Aufgabe Ergebnisübersicht aus dem Formular Haltung (Detail)

Knotenergebnisse

Aufruf der Aufgabe Ergebnisübersicht aus den Formularen Speicherbauwerke (Detail).

Dynamischer Längsschnitt

Der dynamische Längsschnitt benötigt eine kompatible Legende, mindestens eine Leitungsliste und den relevanten Rechenlauf der hydrodynamischen Kanalnetzsimulation.

Die Übersicht zeigt die vier Aufrufmöglichkeiten des dynamischen Längsschnitts:

Standardlegenden

Die Legenden werden im Barthauer Configuration Explorer verwaltet: LILA Legendendefinitionen → Abwasser.

Folgende ausgelieferte Standardlegenden sind mit dem dynamischen Längsschnitt kompatibel:

• Abwasser Legende Hydraulik:   Einfache Dynamik

• Abwasser Legende Hydraulik dynamisch W:   Wasserspiegellage mit zwei Druckleitungskonfigurationen

• Abwasser Legende Hydraulik dynamisch W+E:   Zusätzliche Möglichkeit zur Ausgabe der Energielinie

Protokolldateien

Die Protokolldateien finden sich auf dem Pfad, der über den Berechnungsassistenten angelegt wurde. Zur Analyse der Fehlerursache sind die Protokolldateien nach jedem Berechnungsabbruch zu prüfen. Die Hinweise der Protokolldateien sollten auch nach erfolgreichen Berechnungsläufen geprüft werden, um hydraulisch fragwürdige Eingangsdaten rechtzeitig korrigieren zu können.

Die Ergebnisse der Oberflächenabflussberechnung werden im Unterordner CatchmentAreaResults zum eingestellten Berechnungspfad dokumentiert. Je Einzugsfläche wird eine CSV-Datei angelegt, welche die Gangliniendaten enthält:

• Protokollierte Fehlermeldungen

• autologfile_HD.log

• autologfile_RR.log

Protokollierte Fehlermeldungen

In die Datei autologfile_HD.log werden Warnungen/Fehler der Kanalnetzsimulation, in die Datei autologfile_RR.log Warnungen/Fehler der Oberflächenabflussberechnung geschrieben. Die folgende Tabelle zeigt die Bedeutung der wichtigsten Meldungen zusammen mit der jeweiligen Datei, in welcher der Fehler / die Warnung identifiziert wurde.

autologfile_HD.log

In dieser Datei wird die Kanalnetzsimulation protokolliert:

• Versionen der genutzten MIKE-Applikationen

• Datum/Uhrzeit für die Berechnungsschritte vom Einlesen der Daten bis zum Ende der Simulation

• Warnungen und Fehlermeldungen mit Bezug auf die Kanalnetzsimulation

• Detaillierte Angaben zum Zeitbedarf der einzelnen Simulationsschritte

Die Protokolldaten zur Oberflächenabflussberechnung befinden sich in Datei autologfile_RR.log. Folgende Meldungen der Datei autologfile_HD.log werden in diesem Abschnitt detailliert erläutert:

• WARNING: Smallest allowed time step reached

• ERROR: Water level in node ... above ground level

WARNING: Smallest allowed time step reached

Beispielmeldung aus autologfile_HD.log: WARNING: Smallest allowed time step reached, timeStep coult not be decreased any further. Simulation time: '2016-12-13 00:00:00'. This warning will be issued only once.

Diese Meldung wird ausgegeben, sobald der im Formular Hydraulik-Optionen, Gruppe Simulationsparameter, eingestellte Zeitschritt Minimum erreicht wird. Der genannte Zeitschritt müsste eigentlich unterschritten werden, um die Differentialgleichungen der Transportsimulation optimal zu lösen. Dies ist aber aufgrund des eingestellten Zeitschritts nicht möglich. Ein bereits auf eine Sekunde eingestellter Zeitschritt ist weder über die Hydraulik-Optionen noch über den Rechenkern weiter reduzierbar. Nach Möglichkeit sollte das Kanalnetz oder dessen Modellierung hydraulisch optimiert werden.

ERROR: Water level in node ... above ground level

Beispielmeldung aus autologfile_HD.log: ERROR: Water level in node '2371D 128' is 87.452 m which is 10.012 m above ground level. Simulation time = 2016-12-13 00:41:50 (time step 250).

Große Überstauhöhen an Schächten sind immer ein Zeichen für Instabilitäten bei der Lösung der Differentialgleichungen:

Meistens führt eine Reduzierung des minimalen Berechnungsintervalls zur Vermeidung der genannten Instabilitäten. Im Formular Hydraulik-Optionen, Gruppe Simulationsparameter, sollte der Zeitschritt Minimum auf 1 s gesetzt werden. Dann läuft die Berechnung normalerweise auch bei Instabilitäten durch. Um die Berechnungszeit zu optimieren, kann der genannte Zeitschritt so lange variiert werden, bis die kürzeste Berechnungszeit ohne Abbruch der Simulation erreicht wird. Der Wert von einer Sekunde ist aber die minimal definierbare Vorgabe. Die Werte von Zeitschritt Maximum und Zeitschritt Adaptionsfaktor sind mit 60 s bzw. 1,300 bereits optimal eingestellt und benötigen im Normalfall keine Anpassung.

Runde Schächte mit 0,00 m Länge und rechteckige Schächte mit 0,00 m Länge und/oder 0,00 m Breite führen ebenfalls zur genannten Fehlermeldung. Daher sollten die Schächte des Hydrauliknetzes immer über die tabellarische Ansicht auf die genannten Dimensionen geprüft werden.

Über die Fehlermeldung lassen sich weiterhin Planungsfehler des Netzes aufspüren. Beispielsweise lassen sich Haltungen mit einem extrem großen Längsgefälle nicht mehr hydrodynamisch simulieren. Hier hilft ebenfalls ein Blick in die tabellarische Ansicht des Haltungsformulars. So sind beispielsweise Anfangshaltungen identifizierbar, die nachträglich aufgrund falscher Voreinstellungen in BaSYS-Plan mit viel zu großer geodätischer Höhenlage geplant wurden.

autologfile_RR.log

In dieser Datei wird die Oberflächenabflussberechnung protokolliert:

• Versionen der genutzten MIKE-Applikationen

• Datum/Uhrzeit für die Berechnungsschritte vom Einlesen der Daten bis zum Ende der Simulation

• Warnungen und Fehlermeldungen mit Bezug auf die Kanalnetzsimulation

• Detaillierte Angaben zum Zeitbedarf der einzelnen Simulationsschritte

Die Protokolldaten zur Kanalnetzsimulation befinden sich in Datei autologfile_HD.log. Folgende Meldungen der Datei autologfile_RR.log werden in diesem Abschnitt detailliert erläutert:

• WARNING: Result file ... does not contain any data items

WARNING: Result file ... does not contain any data items

Beispielmeldung aus autologfile_RR.log: WARNING: Result file 'D:\2-Calc\3\3 -- D90T5\Results_RR.res1d' does not contain any data items. The data quantities associated with this file were not available. The data file will not be written.

Die Warnung weist darauf hin, dass für alle Haltungen, die an die Einzugsflächen angeschlossen sind, das Entwässerungssystem auf Schmutzwasser gestellt ist. Die Simulation der Oberflächenabflüsse liefert dann keine Zwischenergebnisse. Der Unterordner CatchmentAreaResults des in der Warnung genannten Pfades enthält dann keine CSV-Dateien mit den Werten der Oberflächenabflussganglinien.