Überprüfung von Standard-Abflussbeiwerten durch Niederschlag-Abfluss-Simulation

  • Zur Untersuchung des Abflussverhaltens gängiger Befestigungsarten wurden mit Hilfe des Modells KOSMO Niederschlag-Abfluss-Simulationen durchgeführt. Betrachtet wurden hier-bei sowohl Einheitsflächen als auch ganze Einzugsgebiete verschiedener städtebaulicher Struktur. Die Berechnungen erfolgten unter Vorgabe empfohlener Verlustparameter zur Benetzung und zur Muldenauffüllung sowie angepasster Parameterwerte zur Beschreibung der Versickerung. Die Abflusssimulationen wurden für ein weitreichendes Spektrum bemessungsrelevanter Niederschlagsbelastungen vollzogen. Es wurden Einzelregen konstanter und variabler Intensität unterschiedlicher Regendauer sowie eine neunmonatige Nieder-schlagsreihe simuliert. Aus der Bilanzierung des Niederschlag-Abfluss-Prozesses wurden die verschiedenen Abflussbeiwerte der unterschiedlichen Flächenarten ermittelt. Die Modellsimulationen haben gezeigt, dass eine signifikante Abhängigkeit der rechneri-schen Abflussbeiwerte von der zugrunde gelegten Niederschlagsbelastung besteht, die mit zunehmender Versickerungsfähigkeit der Flächen ansteigt. Während die weitestgehend undurchlässigen Flächentypen recht konstante Werte aufweisen, sind die Abflussbeiwerte der durchlässig befestigten Flächen großen niederschlagsbedingten Schwankungen von bis zu 0,5 unterlegen. Hierbei spielen sowohl die Regenintensität als auch die Regendauer und der zeitliche Verlauf des Regens eine Rolle. Die Berechnungsergebnisse für den mittleren Abflussbeiwert, den Endabflussbeiwert sowie den Spitzenabflussbeiwert zeigten für die Simulation von Einzelereignissen unter Berück-sichtigung der belastungsbezogenen Abhängigkeit eine gute Übereinstimmung mit den Richtwerten. Den Berechnungen des mittleren Abflussbeiwertes und des Endabflussbeiwertes wurden hierbei wesentlich geringere Parameterwerte zur Versickerung zugrunde gelegt als für den Spitzenabflussbeiwert, für den die Richtwerte nur mit deutlich höher angesetzten Infiltrationsleistungen bestätigt werden konnten. Diese Versickerungsleistungen liegen zwar noch deutlich unter den von Borgwardt und Muth in neueren Untersuchungen festgestellten Werten und sind somit wissenschaftlich begründet. Dennoch erscheint es fraglich, ob das Versickerungsvermögen durchlässig befestigter Flächen tatsächlich derart hoch ist. Diese Frage kann jedoch anhand der vorliegenden Untersuchung nicht geklärt werden. Des Weiteren wurde festgestellt, dass die Langzeitsimulation von Niederschlagsreihen mit den an Einzelereignisse angepassten Modellparametern sehr geringe Ergebniswerte für den mittleren Abflussbeiwert und teilweise auch für den Endabflussbeiwert der durchlässigen Flächenbefestigungen liefert. Hier stellt sich die Frage, ob der Abflussbeitrag von diesen Flächen im Jahresmittel tatsächlich derart gering ausfällt. Dies wäre aufgrund der Abhängigkeit der Abflussbeiwerte von der Regenbelastung durchaus plausibel, da ein Großteil der jährlichen Niederschlagsereignisse nur geringe Intensitäten aufweist. Der Ansatz geringerer Parameterwerte zur Versickerung erscheint im Hinblick auf die in der Literatur genannten Untersuchungsergebnisse nicht sinnvoll. Darüber hinaus trat hinsichtlich der Endabflussbeiwerte die Problematik auf, dass sich aus der Definitionsgleichung für stark durchlässige Flächenbefestigungen unzutreffenden Werte ergeben. Die Langzeitsimulation von Einzugsgebieten mit einem hohen Anteil versickerungsintensiver Flächen muss daher als problematisch beurteilt werden. Betrachtungen zur Genauigkeit der durchgeführten Untersuchungen (hier nicht aufgeführt) haben gezeigt, dass zahlreiche gebiets- und modellspezifische Faktoren Einfluss auf die Zuverlässigkeit der Berechnungsergebnisse haben. Die rechnerischen Abflussbeiwerte weisen insbesondere hinsichtlich der Parameterwerte im Versickerungsansatz nach Horton eine starke Sensitivität auf, die bei der Anwendung von Abflussmodellen zur Berechnung des Oberflächenabflusses berücksichtigt werden muss. Aufgrund der im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Modellberechnungen kann die Kompatibilität von Berechnungen des Oberflächenabflusses durch Abflusssimulation mit den empfohlenen Standardwerten der einschlägigen Literatur grundsätzlich festgestellt werden. Durch die Anwendung gängiger Modellansätze zur Beschreibung der Abflussbildung unter Ansatz angepasster Parameterwerte können insbesondere bei der Simulation von Einzelereignissen weitgehend übereinstimmende Ergebnisse erzielt werden. Es ist jedoch zu beachten, dass die Simulationsergebnisse entscheidend von der angesetzten Niederschlagsbelastung bestimmt werden, so dass die Anwendung von Berechnungsmodellen nur bezogen auf bestimmte Niederschlagsbelastungen erfolgen kann. Darüber hinaus empfiehlt es sich dringendst, das eingesetzte Modell vorab unter Berück-sichtigung der gebietsspezifischen Gegebenheiten bezüglich der angesetzten Parameterwerte zu eichen. Die Anwendung von Abfluss- und Schmutzfrachtmodellen setzt daher stets voraus, dass die abflussrelevanten Randbedingungen sorgfältig erfasst und bei der Abflusssimulation ausreichend berücksichtigt werden. Die Anwendung von Abflussmo-dellen zur Berechnung des Oberflächenabflusses ist insbesondere im Hinblick auf eine differenzierte Betrachtung der Teilflächen und der Berücksichtigung des Versickerungsbei-trages durchlässiger Befestigungsarten sinnvoll, während diesbezüglich die Angaben des ATV-Arbeitsblattes A 118 nicht ausreichend sind. Des Weiteren machten die Untersuchungen deutlich, dass der derzeitige Kenntnisstand bezüglich des Infiltrationsvermögens durchlässig befestigter Flächen nicht ausreicht. Die vorzugebenden Modellparameter zur Versickerung sind bislang noch mit größeren Unsicherheiten behaftet, die sich unmittelbar auf die Zuverlässigkeit der Berechnungsergebnisse niederschlagen. Hier werden langfristige und großflächig angelegte Freilandmessungen empfohlen, die zur Erarbeitung von Versickerungswerten als Eingangsgrößen in die Abflussberechnungen und zur Festlegung von Abflussbeiwerten dienen können.

Export metadata

  • Export Bibtex
  • Export RIS

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author:Marc Illgen
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-14816
Document Type:Master's Thesis
Language of publication:German
Year of Completion:2000
Year of Publication:2000
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Tag:Abflussbeiwert; Urbanhydrologie; Versiegelung
Faculties / Organisational entities:Fachbereich ARUBI
DDC-Cassification:570 Biowissenschaften; Biologie

$Rev: 12793 $