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Rhein: Niederrhein DAS-Basisdienst Q20

Grundlage der Berechnungen ist das 2D-HN-Modell "Niederrhein" (BAW, 2017) Die Flächendaten sind Berechnungsergebnisse aus zwei-dimensionalen (2D), hydrodynamisch-numerischen (HN) Modellen der BAW. Die 2D-HN-Modellierung liefert eine tiefengemittelte Abbildung des Fließzustands im modellierten Gebiet. Enthaltene Parameter Flächendaten: Wassertiefe, Fließgeschwindigkeit, Sohlschubspannung Die Längsschnitte werden aus den Flächendaten auf definierten Längsschnitten aggregiert. Der Parameter wird in einzelnen Segmenten gemittelt und dem segmentzentralen Hektometer zugeordnet. Ein Segment ist seitlich durch die Fahrrinnenränder begrenzt und erstreckt sich in Längsrichtung, vom Hektometer aus, über eine Entfernung von 50 m nach ober- und unterstrom. Enthaltene Parameter Längsschnitte: Fließgeschwindigkeit, Sedimenttransportkapazität Die Ermittlung der Sedimenttransportkapazität erfolgte nach dem Ansatz von Meyer-Peter und Müller. Die in die Berechnung einfließende Sohlschubspannung wurde aus der Kornrauheit bestimmt. Die Abflussrandbedingung der Modelle orientiert sich an den für die Zukunft projizierten Änderungen der Abflusskennwerte (DAS-Basisdienst). Es wird ein Fächer möglicher Abflussänderungen, der die Bandbreite der projizierten Änderungen vollständig umfasst, gerechnet (Abflussfächer) und ausgewertet. Die Rechnungen wurden in fünf-Prozent-Schritten im projizierten Änderungsrahmen für ausgewählte Abflusskennwerte vorgenommen (BAW, 2020). Weiteres: Kalibrierbereich: NQ – MHQ; Basisdaten: DGM-W 2010 "Niederrhein"; Aktualisierungen: Sohlpeildaten aus Mehrzweckpeilung 2015, Flutmulde Rees (BAW, 2015), Eisenbahnbrücke Wesel (DGM 2014), Brückendurchlass an der Gravinsel (2017) Rauheitsmodell: Teilprodukt des DGM-W „Niederrhein“ 2010 Gleichwertiger Wasserstand: GlW2012 Software: Telemac V6.3 R1

Donau DAS-Basisdienst MQ

Grundlage der Berechnungen ist das 2D-HN-Modell "Straubing-Vilshofen" (BAW, 2022) Die Flächendaten sind Berechnungsergebnisse aus zwei-dimensionalen (2D), hydrodynamisch-numerischen (HN) Modellen der BAW. Die 2D-HN-Modellierung liefert eine tiefengemittelte Abbildung des Fließzustands im modellierten Gebiet. Enthaltene Parameter: Wassertiefe, Fließgeschwindigkeit, Sohlschubspannung Die Längsschnitte werden aus den Flächendaten auf definierten Längsschnitten aggregiert. Der Parameter wird in einzelnen Segmenten gemittelt und dem segmentzentralen Hektometer zugeordnet. Ein Segment ist seitlich durch die Fahrrinnenränder begrenzt und erstreckt sich in Längsrichtung, vom Hektometer aus, über eine Entfernung von 50 m nach ober- und unterstrom. Enthaltene Parameter Längsschnitte: Fließgeschwindigkeit, Sedimenttransportkapazität Die Ermittlung der Sedimenttransportkapazität erfolgte nach dem Ansatz von Meyer-Peter und Müller. Die in die Berechnung einfließende Sohlschubspannung wurde aus der Kornrauheit bestimmt. Die Abflussrandbedingung der Modelle orientiert sich an den für die Zukunft projizierten Änderungen der Abflusskennwerte (DAS-Basisdienst). Es wird ein Fächer möglicher Abflussänderungen, der die Bandbreite der projizierten Änderungen vollständig umfasst, gerechnet (Abflussfächer) und ausgewertet. Die Rechnungen wurden in fünf-Prozent-Schritten im projizierten Änderungsrahmen für ausgewählte Abflusskennwerte vorgenommen (BAW, 2020). Weiteres: Grundlage der Berechnungen ist das 2D-HN-Modell "Donau" (BAW, 2015) Strecke: Do-km 2329,8 – 2249,47 Kalibrierbereich: MNQ – 2MQ Basisdaten: DGM-W 2011 "Donau"; Aktualisierungen: Sohlpeildaten aus den Jahren 2013 und 2014, Rauheitsmodell: ATKIS, 2014 Gleichwertiger Wasserstand: RNW1997 Software: Telemac V6.3 R2

Ökologische Durchgängigkeit, Identifizierung/Parametrisierung/Modellierung von Fisch- Aufstiegskorridoren vor Querbauten in Bundeswasserstraßen

Fischaufstiegsanlagen (FAA) haben eine wesentliche Bedeutung für die Herstellung der fischökologischen Durchgängigkeit von Querbauwerken. Allerdings ist das Verständnis der Auffindbarkeit von FAA insbesondere in großen BWaStr derzeit noch begrenzt. Nach derzeitigem Kenntnisstand zur Planung von FAA folgen wandernde Fische einer Leitströmung aus dem Unterwasser in den Einstieg der FAA. Welche konkreten hydraulische Parameter dabei eine signifikante Rolle spielen ist aber unbekannt. Ebenso ist die Frage der potenziellen Bedeutung anderer abiotischer Faktoren wir Morphologie, Akustik oder Lichtintensität nicht ausreichend geklärt, insbesondere für die potamodromen Arten Mitteleuropas. Anhand hydraulischer und anderer abiotischer Faktoren sowie einer Analyse von Fischbewegungsmustern im Unterwasser von Querbauwerken sollen Aufstiegskorridore von Wanderfischen identifiziert, parametrisiert und modelliert werden. Ziel des Projektes ist es, Aufstiegskorridore anhand abiotischer Faktoren räumlich abzugrenzen und somit die Auffindbarkeit von Fischaufstiegsanlagen und den Stand der Technik für Planungen von FAA in BWaStr zu verbessern.

Der Einfluss von Strömung auf Methanproduktion und -oxidation in aquatischen Sedimenten.

Binnengewässer sind ein wichtiger Bestandteil des globalen Kohlenstoffkreislaufs und vor allem Emissionen des Treibhausgases Methan (CH4) aus Gewässern sind von zunehmendem globalen Interesse. Jüngste wissenschaftliche Untersuchungen zielen darauf ab, das prozessbasierte Verständnis der räumlichen und zeitlichen Dynamik der CH4-Emissionen aus Gewässern und ihrer treibenden Faktoren zu verbessern. Prognosen dazu, wie sich Methanemissionen aus Gewässern durch anthropogenen Einflüsse oder durch den Klimawandel bedingt verändern, sind auf Basis bisheriger Modelle nicht zuverlässig möglich. Viele der Faktoren, welche die Raten der Methanproduktion, -Oxidation und Emission in aquatischen Sedimenten beeinflussen, stehen in direkter oder indirekter Beziehung zur Strömungsgeschwindigkeit. Die Strömungsabhängigkeit der Methanproduktion und Methanemissionen von aquatischen Ökosystemen wurde jedoch bisher nicht explizit untersucht. In diesem Projekt werden wir neuartige experimentelle Mesokosmensysteme einsetzen, um die Strömungsabhängigkeit dieser Prozesse in einer Reihe von gezielten Laborexperimenten zu untersuchen. Der experimentelle Aufbau simuliert die Bedingungen, denen aquatische Sedimente in einem hydraulischen Gradienten von schnell fließenden (lotischen) hin zu schwach strömenden (lentischen) Systemen ausgesetzt sind. Solche Übergänge treten beispielsweise entlang von Längsgradienten in Flussstauhaltungen auf. Unsere Experimente zielen darauf ab, den Einfluss der Strömungsgeschwindigkeit auf diejenigen Prozesse zu untersuchen, die zur Bilanz von Methan im Sediment und an der Sediment-Wasser-Grenzfläche beitragen. Die Ergebnisse werden wir in ein prozessbasiertes Modell implementieren, welches neben relevanten biogeochemischen Parametern auch die Strömungsgeschwindigkeit als explizite Randbedingung berücksichtigt. Mit dem validierten Modell werden wir die Relevanz der Strömungsgeschwindigkeit für die Emissionen von Methan aus unterschiedlichen Gewässern mit Hilfe eines systemanalytischen Ansatzes untersuchen.

Simulation des Waerme- und Stofftransports in Aestuarien

Mathematisch-physikalische Modelle zur Simulation des Waerme- und Stofftransportes in Tidegewaessern zielen zum einen auf die Bilanzierung der Waerme- und Stoffrachten aufgrund bekannter Einleitungen und der Messergebnisse weniger, geeignet ausgewaehlter Ueberwachungsmessstellen und zum anderen auf die quantitative Erfassung der 'Fahnen'-Strukturen der Einleitungen, beides notwendige Grundlagen einer wuenschenswerten Regie der Tidegewaessernutzungen. Infolge Heterogenitaet und Variabilitaet der Ausbreitungsbedingungen in Tidegewaessern ist die Entwicklung solcher Modelle eng mit ihrer Verifikation durch Feldmessungen im Anwendungsgebiet verbunden. In diesem Vorhaben werden das eindimensionale Tideflussmodell FLUSS (4) und das zweidimensionale Tidegewaessermodell UTRANS (2) in enger Wechselwirkung mit Feldmessungen in den Tidebereichen von Elbe und Weser (Vorhaben WA 31-059) verifiziert und weiterentwickelt. Besonderes Gewicht kommt dabei dem Vergleich von berechneten und gemessenen Stroemungsgeschwindigkeiten zu. Im Vordergrund der bisherigen Arbeiten stand die Waermeausbreitung (5); kuenftig werden vorrangig Probleme des Schwebstoff- und Spurenelementtransportes zu untersuchen sein. Ergaenzend zu den Modellentwicklungen wird Software zur Auswertung und Interpretation von Feldmessungen erarbeitet und eine Sammlung problemspezifischer Daten und Relationen als Eingabedaten fuer die Modelle zusammengestellt.

TrilaWatt: Hydrodynamische Kennwerte (2015-2022)

<strong>Definitionen:</strong> Hydrodynamik beschreibt die Bewegung von Fluiden und die dabei wirkenden Kräfte. Hydrodynamische Kennwerte sind zeitintegrierte, beschreibende Parameter dieser Prozesse. So tragen bspw. die grundlegenden Tidekenngrößen des Tidehochwassers, des Tideniedrigwassers sowie der damit eng verbundenen Werte für Tidestieg, Tidefall und Tidehub dazu bei, die Dynamik der Tide herauszuarbeiten. <strong>Datenerzeugung:</strong> Aus numerischen Simulationsdaten wurden physikalische Größen wie beispielsweise Wasserstand oder Strömungsgeschwindigkeit in festen zeitlichen Intervallen unter Berücksichtigung erreichbarer Genauigkeiten berechnet. Diese Simulationsdaten wurden mit Datenanalysemethoden zu hydrodynamischen Kennwerten wie beispielsweise dem Tidehub zusammengefasst. Es wurden eine harmonische Analyse des Wasserstandes durchgeführt und Tidekennwerte des Wasserstands bzw. statistische Langzeitkennwerte von Wasserstand, Strömungsgeschwindigkeit, Salzgehalt, Wassertemperatur und Schwebstoffgehalt berechnet. <strong>Produkte:</strong> Hydrodynamische Kennwerte aus dem Projekt TrilaWatt basieren auf der Analyse der numerischen Simulation von Tide, Seegang, Salzgehalt, Temperatur und Schwebstoffkonzentration im Bereich des trilateralen Wattenmeers (Niederlande -nl, Deutschland -de, Dänemark -dk) und der Deutschen Bucht als Jahresmittel für die Jahre 2015 bis 2022. Die Daten werden als regelmäßiges 20 m Raster im GeoTIFF-Format bereitgestellt. Kennwerte werden nur für Berechnungszellen bereitgestellt, die im Analysezeitraum immer überflutet waren. In den Datenäquivalenten (*_no_filter) wurde diese Maskierung nicht angewendet. Nicht-gefilterte Datenäquivalente (no_filter) sind, falls physikalisch sinnvoll, ebenfalls erstellt worden. Bei nicht-gefilterten Datenprodukten ist zu beachten, dass die Anzahl der den Mittelwerten zugrundeliegenden Werte vor allem im Flachwasserbereich durch intertidales Trockenfallen geringer ist und damit die Mittelwertbildung beeinträchtigt ist. Die Anzahl an validen Datenpunkten bzw. Tiden pro Jahr (Anzahl gültiger Datenpunkte bzw. Anzahl Tidehochwasser) wird als Rasterdatei zur Einordnung nicht-gefilterter Produkte mitgeliefert. <strong>Produktliste:</strong> - Tidehub und Tidehoch- und Tideniedrigwasser: 5-, 50- und 95% Quantil <br> - Laufzeitverschiebung zur Referenzposition „Leuchtturm Alte Weser“ von Tidehoch- und Tideniedrigwasser: Jahresmittelwerte <br> - Tidemittelwasser: 50% Quantil <br> - M2-Partialtide: Amplitude und Phase <br> - Tidehochwasser und validen Datenpunkte: Anzahl pro Jahr<br> - Wasserstand: 1-, 50- und 99% Quantil, Mittelwert, Minimum, Maximum <br> - Strömungsgeschwindigkeit: tiefengemittelter Mittelwert, 99- und 99,9% Quantil des Betrags <br> - Strömungsgeschwindigkeit: tiefengemittelter Betrag und x- und y-Komponente des Residuums <br> - Strömungsgeschwindigkeit: tiefengemittelter mittlerer, kubierter Betrag <br> - Bodenschubspannung: 99% Quantil, Mittelwert<br> - Salzgehalt, Temperatur und Schwebstoffkonzentration: tiefengemitteltes 1- und 99% Quantil und Mittelwert (Schwebstoffkonzentration als Summe aus drei Fraktionen mit einer Sinkgeschwindigkeit ws = 0,25, 1,5 und 7 mm/s) <br> - Signifikante Wellenhöhe des Seegangs: 50-, 95- und 99% Quantil, (Jahres-) Mittelwert und Maximalwert <br> - Mittlere Wellenperiode: Jahresmittelwert bei maximaler signifikanter Wellenhöhe<br> - Seegangsrichtung: x- und y-Komponenten des Residuums <strong>Literatur:</strong> Lepper, R., Reinert, M., Gundlach, J., Weber, J., Kösters, F. (2025): A hydrographic dataset of the Wadden Sea as a foundation for a digital twin of the coastal ocean. https://doi.org/10.1038/s41597-025-06211-1 <strong>English:</strong> This web service contains annual averages and quantiles of tidal characteristics, annual averages and quantiles of hydrographic parameters (e.g., depth-averaged salinity, suspended sediments, or sea water temperature), and tidal constituents from harmonic analyses that were estimated from numerical simulations in the period of 2015-2022. Data are distributed on regular 20 m grids as GeoTIFFs. <strong>Download:</strong> A download is located under references (in German: "Verweise und Downloads").

Hydraulische Untersuchungen Weser, km 0-361, und Aller, 2024

Die Bundesanstalt für Wasserbau beauftragte das Ingenieurbüro Schmid (IB Schmid), hydraulische Untersuchungen auf der Weser bei vier Wasserständen durchzuführen. Je Wasserstand sollte eine Wasserspiegelfixierung von km 0-361 durchgeführt werden. Begleitend sollten die Strömungsgeschwindigkeiten und Durchflussmengen an den Pegeln und Zuflüssen aufgenommen werden. Im Rahmen der Messungen bei Mittelwasser war zusätzlich eine Wasserspiegelfixierung auf der Aller beauftragt und es sollten Sondermessungen im Unterwasser des Wehrarms Schlüsselburg durchgeführt werden. Messungen vom 29.04.2024 bis 05.05.2024 - Wasserspiegelfixierung (H_WSP) - Querprofilmessung (H_Sohle) - Durchflussmessung (Q) - Fließgeschwindigkeit (v_Str) QS ist erfolgt

Hydraulische Untersuchungen Weser, km 0 bis 361, 2024

Die Bundesanstalt für Wasserbau beauftragte das Ingenieurbüro Schmid (IB Schmid), hydraulische Untersuchungen auf der Weser bei vier Wasserständen durchzuführen. Je Wasserstand sollte eine Wasserspiegelfixierung von km 0 bis km 361 durchgeführt werden. Begleitend sollten die Strömungsgeschwindigkeiten und Durchflussmengen an den Pegeln und Zuflüssen aufgenommen werden. Im Rahmen der Messungen bei Mittelwasser war zusätzlich eine Wasserspiegelfixierung auf der Aller beauftragt und es sollten Sondermessungen im Unterwasser des Wehrarms Schlüsselburg durchgeführt werden. - Wasserspiegelfixierung (H_WSP) - Querprofilmessung (H_Sohle) - Durchflussmessung (Q) - Fließgeschwindigkeit (v_Str) QS ist erfolgt

Starkregensimulation Wuppertal - Regen vom 29.05.2018 (Version 2.1 | 10/2022)

Der Datensatz umfasst die Ergebnisdaten der Simulation des extremen Starkregenereignisses vom 29.05.2018 in Wuppertal, im Oktober 2022 ausgeführt durch die Dr. Pecher AG (Erkrath) im Auftrag der Stadt Wuppertal, beauftragt über die Wuppertaler Stadtwerke WSW Energie und Wasser AG. Der Datensatz ist Teil von Version 2.1 der Starkregensimulationen, die die Dr. Pecher AG seit 2018 in unregelmäßigen Abständen für die Stadt Wuppertal berechnet. Die Simulationsansätze werden mit jeder neuen Version verfeinert. Außerdem werden die zum jeweiligen Berechnungszeitpunkt erkannten Fehler, insbesondere im verwendeten Geländemodell, korrigiert. Die Simulation berücksichtigt den Regenwasserabfluss im Kanalnetz und durch Überstau aus dem Kanalnetz austretendes Wasser mit einem vereinfachten Modellansatz, ebenso die verschiedenen Abflussgeschwindigkeiten auf Oberflächen mit unterschiedlicher Rauheit. Ab Version 2.1 wird ein moderater Versickerungsansatz in der Simulation berücksichtigt. Zusätzlich wird die Wupper mit einem unendlichen Fassungsvermögen für das zufließende Regenwasser modelliert. Es kann in den Simulationen damit nicht mehr zu einem Rückstau kommen, bei dem das Regenwasser Flächen in der Talsohle überflutet, weil es von der Wupper nicht mehr abgeleitet werden kann. Wichtiger Hinweis: Die Simulationsergebnisse sind beim aktuellen Stand der Technik keine exakten Vorhersagen des Verlaufs zukünftiger Ereignisse. Sie enthalten noch nicht erkannte Modellfehler und vernachlässigen einige Wirkungszusammenhänge, zu denen keine auskömmlichen Daten vorliegen, z. B. den Wasserrückhalt durch die Überflutung von Kellergeschossen. Die Ergebnisse haben daher eine Tendenz zur lokalen Überzeichnung der Wassertiefen, die sich bei einem realen Regen der angenommenen Stärke einstellen würden. Die Simulationsergebnisse eignen sich aber gut zur Identifikation und Lokalisierung der Gefährdungen durch Starkregen, z. B. mit Hilfe der von der Stadt Wuppertal und den Wuppertaler Stadtwerken publizierten interaktiven Starkregengefahrenkarte. Als Niederschlag wurden in der Simulation die während des extremen Starkregenereignisses vom 29.05.2018 gemessenen Regenmengen verwendet, die ungleichmäßig über das Stadtgebiet verteilt waren, also ein sogenannter Naturregen. Im Zentrum des Unwetters hatte das Regenereignis eine Stärke bis zu Starkregenindex 11 (SRI 11). Als Ergebnisse werden drei TIFF- Dateien mit einer Auflösung von 1 m (quadratische Pixel, deren Kantenlänge 1 m in der Realwelt entspricht) und Georeferenzierung über TIFF World Files unter einer Open-Data-Lizenz (CC BY 4.0) angeboten. Die Pixelwerte in den drei Dateien geben die maximale Wassertiefe, die maximale Fließgeschwindigkeit und die Richtung der maximalen Fließgeschwindigkeit an, die für die jeweilige Rasterzelle im Verlauf der Simulation berechnet werden.

Starkregensimulation Wuppertal SRI 10 (Version 2.1 | 10/2022)

Der Datensatz umfasst die Ergebnisdaten der Simulation eines synthetischen Starkregenereignisses mit dem Starkregenindex 10 (SRI 10), im Oktober 2022 ausgeführt durch die Dr. Pecher AG (Erkrath) im Auftrag der Stadt Wuppertal, beauftragt über die Wuppertaler Stadtwerke WSW Energie und Wasser AG. Der Datensatz ist Teil von Version 2.1 der Starkregensimulationen, die die Dr. Pecher AG seit 2018 in unregelmäßigen Abständen für die Stadt Wuppertal berechnet. Die Simulationsansätze werden mit jeder neuen Version verfeinert. Außerdem werden die zum jeweiligen Berechnungszeitpunkt erkannten Fehler, insbesondere im verwendeten Geländemodell, korrigiert. Die Simulation berücksichtigt den Regenwasserabfluss im Kanalnetz und durch Überstau aus dem Kanalnetz austretendes Wasser mit einem vereinfachten Modellansatz, ebenso die verschiedenen Abflussgeschwindigkeiten auf Oberflächen mit unterschiedlicher Rauheit. Ab Version 2.1 wird ein moderater Versickerungsansatz in der Simulation berücksichtigt. Zusätzlich wird die Wupper mit einem unendlichen Fassungsvermögen für das zufließende Regenwasser modelliert. Es kann in den Simulationen damit nicht mehr zu einem Rückstau kommen, bei dem das Regenwasser Flächen in der Talsohle überflutet, weil es von der Wupper nicht mehr abgeleitet werden kann. Wichtiger Hinweis: Die Simulationsergebnisse sind beim aktuellen Stand der Technik keine exakten Vorhersagen des Verlaufs zukünftiger Ereignisse. Sie enthalten noch nicht erkannte Modellfehler und vernachlässigen einige Wirkungszusammenhänge, zu denen keine auskömmlichen Daten vorliegen, z. B. den Wasserrückhalt durch die Überflutung von Kellergeschossen. Die Ergebnisse haben daher eine Tendenz zur lokalen Überzeichnung der Wassertiefen, die sich bei einem realen Regen der angenommenen Stärke einstellen würden. Die Simulationsergebnisse eignen sich aber gut zur Identifikation und Lokalisierung der Gefährdungen durch Starkregen, z. B. mit Hilfe der von der Stadt Wuppertal und den Wuppertaler Stadtwerken publizierten interaktiven Starkregengefahrenkarte. Als Niederschlag wurde in der Simulation ein extremes Starkregenereignis mit einer Dauer von 1 Stunde und einer Niederschlagsmenge von 90 l/m² in ganz Wuppertal angenommen. Für ein solches Regenereignis kann auf der Grundlage der seit 1960 vorliegenden Regenaufzeichnungen keine statistische Wiederkehrzeit bestimmt werden. Der zeitliche Verlauf des Regenereignisses wurde als Blockregen mit konstanter Intensität modelliert. Als Ergebnisse werden drei TIFF- Dateien mit einer Auflösung von 1 m (quadratische Pixel, deren Kantenlänge 1 m in der Realwelt entspricht) und Georeferenzierung über TIFF World Files unter einer Open-Data-Lizenz (CC BY 4.0) angeboten. Die Pixelwerte in den drei Dateien geben die maximale Wassertiefe, die maximale Fließgeschwindigkeit und die Richtung der maximalen Fließgeschwindigkeit an, die für die jeweilige Rasterzelle im Verlauf der Simulation berechnet werden.

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