Kalibrierung des Alarmmodells für den Rhein anhand des Markierversuches 07/89 Rheinau - Basel

Kalibrierung des Alarmmodells

für den Rhein anhand des

Markierversuches 07/89

Rheinau - Basel

April 1991 Ir. A. van Mazijk/J. v. Mierio

^ ^ . ^^>

1

t U Delft

£ \ . d p p Technische Universitat Delft

CT

G&W 9 1 - 0 4

Rijkswaterstaat

Staatliches Amt für integrale Verwaltung der Binnengewasser und Abwasserreinigung RIZA

A . X . A X t M * « O D E X i X . S E Ü R D E I S T F t H E X l S T

A.tmJSJSnZ> D E S Ï ^ A J U K X E I ^ X / ' E I ^ S X J C M E S O " 7 / 8 9

F t H E X l S T A . X J — B . A . S E X .

ir. A. van Mazijk J. van Mierio

f/ - d) y

INHALTSVERZEICHNIS

Seite VORWORT

1. EINLEITUNG 1 2. BESCHREIBUNG DES BETRACHTETEN RHEINABSCHNITTES 3

3. DATEN

3.1 Hydrologische Daten 5 3.2 Konzentrationsdaten und Verlustrate 7

3. 3 Stofftransportgeschwindigkeiten und Dispersions- 9 koeffizienten aufgrund der Auswertung der Universitat

Bern und der Firma Naturaqua 4. KALIBRIERUNG

4.1 Kalibrierungsverfahren 13

4.2 Ergebnisse 16 5. SCHLUSSFOLGERUNGEN UND EMPFEHLUNGEN 31

ANLAGEN

I. Schematisierung der Versuchsstrecke im Rheinalarmmodell

1.1 Abschnittseinteilung des Rheines i und seiner Nebenflüsse

1.2 Strukturierungsschema der FluBlaufe für das i Rheinalarmmodell mit MeBstellen (Beobachtungspunkte)

1.3 Unterverteilung der FluBabschnitte in ii Teilabschnitte

II. KonzentrationsmeBreihen der Beobachtungspunkten iii

III. Anleitung zum Kalibrierungsverfahren xvii

LITERATURVERZEICHNIS xxi

lm Rahmen der IKSR/KHR-Zusammenarbeit vmrde innerhalb des Projektes RAP*CALAMOD des Rijkswaterstaatdienstes RIZA ein Alarmmodell für den Rhein entwickelt. Zur Kalibrierung und Verifikation dieses Modells wurden verschiedene Markierversuche durchgeführt. Mit der Kalibrie-rung und Verifikation wurde die Universitat Delft, Fachgruppe Gesundheitstechnik & Gewasserbewirtschaftung vom Rijkswaterstaat beauftragt. Die Durchführung f and in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Physische Geographie, Lehrstuhl für Hydrologie, der Albert-Ludwigs-Universitat Freiburg statt.

Für die Kalibrierung anhand des Markierversuches 07/89 Rheinau -Basel, die Oktober/November 1990 erfolgte, wurde eine vorlaufige Version 2.0 des Rheinalarmmodells benutzt.

Bei der folgenden Überprüfung der Kalibrierungsergebnisse mit der im Februar/MSrz 1991 ausgelieferten Modellversion zeigten sich nur sehr kleine Abweichungen, sodafi auf eine weitere Kalibrierung verzichtet wurde.

1. EINLEITUNG

Zur Kalibrierung des Alarmmodells für den Rhein Version 2.0 sind mehrere Markierversuche durchgeführt worden. In diesem Bericht wird die Kalibrierung des Modells anhand des Markierversuches 07/89 Rheinau - Basel beschrieben.

Bei dem Versuch wurden 200 kg in 970 Litem Wasser vorgelöstes Natrium Fluorescein in die Wasserrückgabe des EW-Rheinau, FluBkilo-meter 58.8, eingespeist. Die Strecke vom Einspeisepunkt bis zum Elektrizitatswerk Kembs wurde im Auftrag der Landeshydrologie und -geologie in Bern von der Firma Naturaqua bemessen.

Die Kalibrierung bezieht sich auf zwei Parameter:

* den 'Stillwasserzonenparameter' 6, der den EinfluB der Stillwasser-zonen auf die Stofftransportgeschwindigkeit (c) bzw. die Laufzeit einer Verunreinigungswelle darstellt, und somit die Ankunftszeit dieser Verunreinigung mitbestimmt;

* den Proportionaltatskoeffizienten a aus der im Modell benutzten Formel für den Dispersionskoeffizienten (Dg).

Die Kalibrierung unterscheidet zwei Phasen:

* eine erste Abschatzung der a- und B-Werte aufgrund der von der Universitat Bern und der Firma Naturaqua ermittelten Stofftrans-portgeschwindigkeiten (c) und Dispersionskoeffizienten (Ds) pro Teilstrecke und

* eine nahere Bestimmung der a- und 6-Werte durch den Vergleich gemessener und berechneter Konzentrationsverlaufe mit dem Rhein-alarmmodell Version 2.0.

Die Auswertung der a- und 6-Parameter wurde von der Technischen Universitat Delft, Fakultat für Zivile Technik, Fachgruppe Gesund-heitstechnik & Gewasserbewirtschaftung im Auftrag des Rijkswater-staat, Staatliches Amt für integrale Verwaltung der Binnengewasser und Abwasserreinigung RIZA durchgeführt. Dies geschah in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Physische Geographie, Lehrstuhl für Hydrologie, der Albert-Ludwigs-üniversitat Freiburg.

2. BESCHREIBUNG DES BETRACHTETEN RHEINABSCHNITTES

Bei dem Markierversuch am 18. Juli 1989 wurden um 3.00 h bei FluBkilometer 58.8, in die Wasserrückgabe des EW-Rheinau, innerhalb von 90 Sekunden 200 kg vorgelöstes Natrium-Fluorescein in den Rhein eingeleitet. Der Einfachheit halber wird von einer momentanen Einspeisung ausgegangen. Zwischen dem Einspeisepunkt (FluBkilometer 58.8) und dem Elektrizitatswerk Kembs (FluBkilometer 179.8) wurden an mehreren Beobachtungspunkten Proben entnommen. Die einzelnen

Tabelle 2.1. KonzentrationsmeBstellen Ort der Messung (1) Brücke Küdlinqen Brücke Eglisau EW-Eglisau Brücke Kaiserstuhl E W - M i n q e n Brücke Zurzacb Brücke Koblenz EW-Albbruck EW-Laufenburg EW-Sackinqen EW-Riburg EW-Auqst EW-Birsfelden EW-Keiibs FluBkB. + NeBart ( 2 ) * 67.1 fl 74.5 H 78.7 A 82.9 H 90.1 A 93.5 H 101.6 H 108.9 A 122.0 A 129.3 A 143.5 A 155.9 A 163.8 A 179.8 A MeBstelle (3) links,Bitte links rechts,nit.rechts links, rechts, •itte Dnterwasser ünterwasser uitte litte Kanal rechts Beierkung (4) Mittelwert Hittelwert

Schvankungen bei der Messungen

* H = Handprobenahiie

4

-KonzentrationsmeBstellen sind in Tabelle 2.1 aufgeführt (siehe auch Anlage 1.2).

Die KonzentrationsmeBstelle Brücke Kaiserstuhl ist bei der Kalibrie-rung nicht in Betracht gezogen. Der Grund ist in Tabelle 2.1, Spalte

(4) angegeben.

Die Nachweisgrenze für Natrium-Fluorescein liegt bei 0.002 mg/m'. Der MeBuntergrund wahrend des Versuches bewegte sich um 0.006 mg/m'.

3.DATEN

l^SL Hydrologische Daten

Voraussetzung für die Kalibrierung ist eine gute Einsicht in die AbfluBverhaitnisse des Rheines wahrend des Markierversuches.

Die Bestimmung des Abflusses an den jeweiligen WasserstandsmeBstel-len, welche für die Kalibrierung benutzt werden solWasserstandsmeBstel-len, erfolgt auf Basis der Transportgeschwindigkeiten (c) in Bezug auf das Maximum der Konzentrationsverteilung, sowie diese von der Universitat Bern

(Leibundgut u.a. 1988) zu erhalten sind. Diese Stofftransportge-schwindigkeit wird als gemessene GeStofftransportge-schwindigkeit betrachtet (siehe weiter Absatz 3.3). Mit Hilfe dieser gemessenen Geschwindigkeiten kann für jeden beliebigen FluBkilometer die Transportlaufzeit vom Einspeisepunkt bis zu diesem FluBkilometer berechnet werden.

Auf diese Art wird der Aufenthalt der maximalen Konzentration der Markierstoffwelle im Rhein zu jedem Zeitpunkt bestimmbar. In Abb.

3.1.1 wird dieser Verlauf prasentiert.

30 20 15 10 ^ ^

v^"^^^

<; ^ A ^ /

J

y

^/ 58.1 67.1 74.5 78.7 90.1 108.9 1-43.5 1G3.8 179.8 FiussKi foneter

D Laufzeft Wasser Tu + Trans.-Laufzeft Tc

6

-Die AbfluBwerte werden aus den Daten von WasserstandsmeBstellen entlang des Rheins ermittelt. Der aktuelle AbfluB an den einzelnen Pegeln wird über bekannte Wasserstand-AbfluB-Relationen bestimmt. Es wird davon ausgegangen, daB der an einem Pegel bestimmte AbfluB für eine bestimmte Teilstrecke des Rheins, im weiteren mit (FluB-)-Abschnitt bezeichnet, guitig ist. Die (FluB-)-Abschnittseinteilung in Relation zu den WasserstandsmeBstellen entlang des Rheins können der Anlage I.l entnommen werden.

Zur Zeit des Versuches betrug der AbfluB an den für die betrachtete Strecke (FluBkilometer 58.8 - 179.8) reprasentativen Pegeln

Pegel Neuhausen-Flurlingen Rekingen Rheinfelden Wasserstand [cm] 307* 307 263 AbfluB

[m3/s] 1

490 554 1068

* AbfluB Neuhausen-Flurlingen ist auf den Wasserstand Rekingen bezogen.

wahrend des Markierversuchs wies der AbfluB eine leicht sinkende Tendenz auf. GröBere Schwankungen fehlten, so daB mit den Tagesmit-telwerten gerechnet werden konnte. Da die einzelnen Kraftwerke das AbfluBgeschehen kurzfristig maBgeblich beeinflussen können, aber keine genauen Werte der Kraftwerke vorliegen, wurden die AbfluBwerte ohne zeitliche Anpassung übertragen. Bei der Kalibrierung wurde mit oben genannten Werten gerechnet.

Ein AbfluB von 550 m'/s wird im Rhein bei Rekingen wahrend rund 100 Tagen im Jahr erreicht oder überschritten. Bei Rheinfelden wird ein AbfluB von 1070 m'/s wahrend rund 150 Tagen pro Jahr erreicht oder überschritten. Generell waren die AbfluBmengen wahrend des Sommers 1989 eher unterschiedlich (Leibundgut u.a., 1989).

In Abb. 3.1.1 ist zum Vergleich die Wasserlauf zeit auf Basis der mittleren Tagesabflüsse in den einzelnen Abschnitten wahrend der Tracerpassage dargestellt. Deutlich ist zu erkennen, daB nach FluBkm.

90.1 die Transportgeschwindigkeit gröBer wird als die mittlere FlieBgeschwindigkeit. Aller Wahrscheinlichkeit nach ist die Einmün-dung der Aare bei FluBkm. 103 die Ursache dieser Tendenz. Zudem haben Leibundgut u.a. (1989) in der Strecke EW-Albbruck (FluBkm. 108.9) bis EW-Laufenburg (FluBkm. 122.0) für die mittlere Transportgeschwindig-keit einen bedeutend höheren Wert (1.81 m/s) ermittelt als für die maximale Stofftransportgeschwindigkeit (1.45 m/s).

In Abb. 3.1.2 ist der mittlere TagesabfluB der einzelnen Pegel wahrend des Versuchszeitraums abgebildet.

n ü 3

1

r

a 1 0 . 9 0 . 8 0 . 7 o.e -0 . 5 -i 0 . 4 -18-^ u l 1 N e u h a u s . - F l u r I . M i t t I e r e r T a g e s a b f 1 u s s —• • — H 1 1 9 - J u l i

+ Bek i ngen o Rhe

"— . — 1 20-u • , u l T rrfelden

Abb. 3.1.2. Mittlerer TagesabfluB der Pegel.

3.2 Konzentrationsdaten und Verlustrate

Als Markierstoff wurde Natrium-Fluorescein (Uranin), ein Stoff der verhaitnismaBig schnell abgebaut wird, verwendet. Die Abschatzung der einzuspeisenden Menge basierte auf der Erfahrung früherer Versuche, Literaturangaben und theoretischen Berechnungen aufgrund der angenom-menen Abflüsse und Durchgangszeiten (siehe Leibundgut u.a., 1989).

Tabelle 3.2.1 8 -Tracer-Rückgewinnung Beobachtungspunkt [km] 67.1 74.5 78.7 90.1 93.5 101.6 108.9 122.0 129.3 143.5 155.9 163.8 179.8 1 % 100 100 100 82.1 70.0 61.8 60.0 52.8 48.1 49.4 47.3 34.8 16.4 Rückgewinnung

[kg] 1

200.0 200.0 200.2 164.2 140.0 123.6 120.0 105,6 96.2 98.8 94.6 69.6 32.8

wahrend des Versuchs ging ein groBer Teil des Markierstoffs durch photochemische Zerstörung infolge Sonneneinstrahlung verloren. Die Verluste durch Abpumpen von Rheinwasser für die Erzeugung von hydroelektrischer Energie lagen im Prozentbereich, diejenigen in den

zoo -9-190 190 170 160 1SD 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 6 7 . 1 122 i a g . 3 1 4 3 . 5 1 5 5 . 9 1 6 3 . 8 1 7 9 . 8

F I usak; 11 ometer Beooacntungspunkte

Stauraumen durch Ausmischung dagegen im Promillebereich (Leibundgut u.a., 1989).

In Tabelle 3.2.1 findet man die Tracerverlustraten an den einzelnen Beobachtungspunkten. Sie zeigt eine groBe Zunahme der 'nicht erkiarbaren Verluste' unterhalb von Augst (km 155.9). Hier ist eine chemische Zerstörung des Markierstoffes durch Fremdstoffe im Rhein möglich. Bei allen Überlegungen zu den Markierstoffverlusten muB berücksichtigt werden, daB die Angaben zu den durch das Sonnenlicht bedingten Verlusten auch höher sein könnten. Um genauere Werte zu erhalten, müBte ein spezielles MeBnetz mit eigener Fragestellung betrieben werden. Weitere Faktoren die zu Verlusten führen können

sind einerseits die Infiltration ins Grundwasser und anderseits die Sorption des Tracers am Sediment (Leibundgut u.a., 1989).

Abb. 3.2.1 stellt die Tracerrückgewinnung an den Beobachtungspunkten graphisch dar.

3.3 Stofftransportgeschwindigkeiten und Dispersionskoeffizienten aufgrund der Auswertung der Universitat Bern und der Firma Naturaqua

Die Universitat Bern ermittelte in Zusammenarbeit mit der Firma Naturaqua folgende Parameter (Leibundgut u.a., 1989):

- die Stofftransportgeschwindigkeiten pro Teilstrecke (c) (zwischen zwei Beobachtungspunkten)

- die Stofftransportgeschwindigkeiten (c) für die jeweils gesamte FlieBstrecke vom Einspeise- bis zum Beobachtungspunkt

- die Dispersionskoeffizienten Da für die jeweils gesamte FlieBstrecke vom Einspeise- bis zum Beobachtungspunkt.

Anhand dieser Stofftransportgeschwindigkeiten wurden die Laufzeiten des Markierstoffes bestimmt. Diese Laufzeiten werden als gemessene Daten betrachtet. Sie bildeten in den vorhergehenden Absatzen 3.1 und 3.2 die Ausgangspunkte zur Festlegung der an den Beobachtungspunkten zu verwendenden Abflüsse.

10

-Unter Berucksichtigung der Laufzeiten des Markierstoffes (bezogen auf die mittleren Stofftransportgeschwindigkeiten) wurden die Disper-sionskoeffizienten Dg pro Teilstrecke berechnet.

Die diesbezüglichen Parameterwerte stellt Tabelle 3.3.1 für die bei der Kalibrierung verwendeten Beobachtungspunkte zusammenfassend dar. Für die Strecken EW-Albbruck (FluBkm. 108.9) bis EW-Laufenburg

(FluBkm. 122.0) und EW-Riburg (FluBkm. 143.5) bis EW-Augst (FluBkm. 155.9) wurden negative Dispersionskoeffizienten Ds ermittelt. Zur Erkiarung sei erwahnt, daB in diesen Strecken die tnittlere Stoff-transportgeschwindigkeit groBer ist als die maximale Stofftransport-geschwindigkeit und sogar groBer als die Stofftransportgeschwindig-keit, bezogen auf das Maximum der Konzentrationsverteilung (Leibund-gut u.a., 1989). In Abhangigkeit des Rechenverfahrens konnte so bei Umkehrung der Schragheit der Konzentrationsverteilung zwischen zwei

Tabelle 3.3.1. Mittlere Stofftransportgeschwindigkeiten (c) und Dispersionskoeffizienten (Da) nach der Auswertung des Markierversuches durch die Universitat Bern/ Naturaqua

Ort der Messung Brücke Rüdlingen Brücke Eglisau EW-Eglisau EW-Rekingen Brücke Zurzach Brücke Koblenz EW-Albbruck EW-Laufenburg EW-Sackingen EW-Riburg EW-Augst EW-Birsfelden EW-Kembs MeBstrecke Anfang 58.8 67.1 74.5 78.7 90.1 93.5 101.6 108.9 122.0 129.3 143.5 155.9 163.8 Ende 67.1 74.5 78.7 90.1 93.5 101.6 108.9 122.0 129.3 143.5 155.9 163.8 179.8 c [m/s] 1.59 0.68 0.49 0.68 1.39 1.52 0.66 1.81 0.88 0.73 0.99 0.79 0.85 Ds

[m2/s] 1

48 51 47.1 53.9 284.2 128.6 98.3 - 17.3 75.2 155.1 - 1.0 39.7 151.8 1

aufeinanderfolgende MeBstellen, z.B. infolge von Parallelstrecken, ein negativer Dispersionkoeffizient entstehen. Ein solches Ergebnis ware auch bei einer Stauchung der Markierstoffwelle innerhalb eines Stauraums denkbar.

Die Daten der oben genannten MeBstellen wurden daher für die Kalibrierung nicht in Betracht gezogen (siehe auch Kapitel 4.2).

Die Parameterwerte der Stofftransportgeschwindigkeiten und Disper-sionskoeffizienten aus Tabelle 3.3.1 wurden in der ersten Phase der Kalibrierung für die erste Abschatziang des Stillwasserzonenparameters B und des Proportionalitatskoeffizienten a (aus der Formel zur Berechnung des Dispersionskoeffizienten im Rheinalarmmodell Version 2.0; siehe auch Kapitel 4) verwendet.

4. KALIBRIERUNG

4.1. Kalibrierungsverfahren

Bei der Kalibrierung werden zwei Parameter pro Teilabschnitt, iii welche die FluBabschnitte weiter unterteilt sind (Anlage 1.3), bestimmt:

- der 'Stillwasserzonen'-Parameter B aus

c = U3/(l+B) (4.1.1) mit: B = relative Fiache der Stillwasserzone [-]

(B = Ab/As , siehe auch Abb. 4.1.1)

Us = mittlere FlieBgeschwindigkeit (Stromstrich) [m/s] und

- der Proportionalitatskoeffizient a in dem Ausdruck für den Disper-sionskoeffizienten, laut

Ds = (1 + B)^ . Do = (1 + 6)' . a

Us^.Bs'

a, 'U.

mit: Ds = Dispersionskoeffizient des 'Stillwasserzonen'-Modells

Do = Dispersionskoeffizient nach Fischer (1979) a, = Wassertiefe des stromführenden Flusses Bs = Breite des stromführenden Flusses

u. = Schubspannungsgeschwindigkeit ( = {Us«yg}/C) C = Chézy-Koeffizient STILLWAS SEnzONE (4.1.2) [mVs] [mVs] [m] [m] [m/s] [Vm/s] ^:^^^r^V^\x STILLWAS SEHZONE

14

-Der a-Wert kann mit Hilfe der Gleichungen (4.1.1) und (4.1.2) auf folgende Weise berechnet werden:

Ds as «u. Ds as» Jq

a = . = . (4.1.3)

(1+B)' Us'*Bs' (1+B)' C'Bs'^C

Da die Parameterwerte pro Teilabschnitt zu bestimmen sind, wird für eine erste Schatzung von den Markierversuchsergebnisse der Univer-sitat Bern/Naturaqua ausgegangen (Kapitel 3.3, Tabelle 3.3.1). Beim Rheinalarmmodell werden die Berechnungen jeweils vom Einspeise-punkt bis zum BeobachtungsEinspeise-punkt durchgeführt.

Die Kalibrierung teilt sich daher in zwei Phasen:

(1) Bestimmung der a- und B-Werte auf Grundlage der von der Universitat Bern/Naturaqua ermittelten Stofftransportgeschwin-digkeiten (c) (Gleichung 4.1.1) und Dispersionskoeffizienten

(Ds) als erster Abschatzung. Die a-Werte werden erst nach der Ermittlung der B-Werte bestimmt (Gleichung 4.1.3).

(2) Verbesserung der a- und 6-Werte durch einen Vergleich der gemessenen und berechneten Konzentrationsverlaufe anhand des Rheinalarmmodells Version 2.0.

Achtung:

Bei der Kalibrierung wurde auch die Schiefe der Konzentra-tionsverteilung berücksichtigt. Der Parameter, der die Schiefe der Konzentrationsverteilung beeinfluBt, ist jedoch nicht kalibriert worden, das heiBt es wurde mit einem festen Wert

(1/6 in der Version 2.0, siehe Systemdokumentation, RIZA, 1991) für diesen Parameter gerechnet. Mit diesem Wert ist nach Angaben der Literatur eine gute Übereinstimmung mit der tatsachlich auftretenden Konzentrationsverteilung gewahr-leistet.

Zur Kalibrierung wurden einige FORTRAN-Programme und zwei Batchfiles geschrieben. Die FORTRAN-Programme TRANS.EXE, PARAM.EXE und VERG.EXE sind dazu bestimmt, die gewonnenen MeBwerte auf eindeutige Weise zu gebrauchen (siehe Anlage IV).

Das Programm TRANS.EXE transformiert eine KonzentrationsmeBreihe (Konzentrationswerte mit zugehörigen Zeitpunkten eines

Beobachtungs-punktes) so, daB die MeBreihe vom Rheinalarmmodell eingelesen und mit einem berechneten Konzentrationsverlauf des diesbezüglichen Beobachtungspunktes verglichen werden kann. Mit dem Programm PARAM.EXE werden in der ersten Phase der Kalibrierung, aufgrund der von der Universitat Bern/Naturaqua erhaltenen c- und Dg-Werte die a-und B-Werte bestimmt. Nachdem man die so geschatzten a- a-und 6-Werte in die Datenbestande der dazu gehörenden Teilabschnitte eingegeben hat, ist eine Voraussage über den Konzentrationsverlauf möglich. In dem Programm VERG.EXE werden in der zweiten Phase der Kalibrierung die gemessenen und berechneten Konzentrationsverlaufe mit Hilfe der

'Kleinsten-Quadrate-Methode' verglichen, laut

a =

i [

(<PM-<P.I) I' T 1/2 <Pbi n (4.1.4)

mit: a = mittlere Abweichung [-]

«pbi = berechnete Konzentration zum Zeitpunkt ti [kg/m'] tp,i = gemessene Konzentration zum Zeitpunkt t^ [kg/m']

n = Anzahl der verglichenen MeBdaten [-]

Da bei diesem Vergleich der Verlauf der Front und der Spitze der Markierstoffwelle maBgebend sind, wurden zur Bestimmung des a-Wertes nur Konzentrationswerte (p,i groBer als 0,3» ((Pbi)^» in Betracht gezogen, wobei (iPbi)«ax der maximale berechnete Konzentrationswert ist.

Weiter findet ein visueller Vergleich statt. MeBwerte und berechnete Werte werden graphisch dargestellt und es erfolgt eine Quantifi-zierung der Differenz zwischen berechneter und gemessener Laufzeit der maximalen Konzentration.

Für die Ausführung der ersten Phase wurde ein Batchfile B.BAT, für die zweite Phase ein Batchfile I.BAT erstellt. Eine kurze Gebrauchs-anleitung dieser Batchfiles ist in der Anlage IV zu finden.

Zur Optimierung des Parameters 6 wurde die Abweichung der berechneten hinsichtlich der gemessenen Laufzeit des Markierstoffes (bezogen auf das Konzentrationsmaximum) herangezogen. Bei der Minimierung dieser Differenz wurde die zulSssige Obergrenze mit 5% angenommen.

16

-Für diese Optimierung wurden die berechneten Mengen aus Tabelle 3.2.1, Kapitel 3.2, als Einspeisemengen verwendet.

Eine Optimierung des Parameterwertes a in der zweiten Phase der Kalibrierung wurde unterlassen, da die Ergebnisse (Vergleich berechneter und gemessener Konzentrationsverlauf) dazu kaum AnlaB gaben oder die Minimierung der Differenz zwischen berechneter und gemessener Laufzeit der Markierstoffwelle dazu einen negativen B-Wert erforderte (siehe Kapitel 4.2).

4.2 Ergebnisse

In Tabelle 4.2.1. sind die Ergebnisse der ersten Kalibrierungsphase dargestellt.

In Spalte (1) und (2) werden die MeBs-^recken zwischen zwei aufeinan-der folgenden KonzentrationsmeBstellen wieaufeinan-dergegeben. In Spalte (3) stehen die Nummern der Teilabschnitte (siehe auch Anlage 1.3), die von der jeweiligen MeBstrecke (zumindest teilweise) umfaBt werden. In Spalte (4) sind die a- und B-Werte aufgelistet, die mit Hilfe der Ergebnisse der Universitat Bern/Naturaqua nach den Gleichungen

(4.1.1) und (4.1.3) bestimmt wurden.

Die MeBstrecken mit den KonzentrationsmeBstellen Br. Zurzach, Br. Koblenz, EW-Laufenburg, EW-sackingen, EW-Augst und EW-Birsfelden weisen negative B-Werte auf. In diesen MeBstrecken ist die mittlere FlieBgeschwindigkeit offensichtlich bedeutend kleiner als die

'gemessene' Stofftransportgeschwindigkeit. Dies ist prinzipiell nicht möglich.

Da für die KonzentrationsmeBstellen Br. Zurzach und Br. Koblenz keine genaueren Angaben zu finden sind, welche Hinweise zur Erkiarung dieses Phanomens liefern könnten, werden bei der zweiten Kalibrie-rungsphase diese MeBstellen auBer Betracht gelassen.

Der negative 6-Wert für die MeBstelle EW-Laufenburg bezieht sich auf die strecke, in der die mittlere Stofftransportgeschwindigkeit gröBer ist als die maximale Stofftransportgeschwindigkeit (siehe auch Kapi-tel 3.3). Daher wurde in der zweiten Kalibrierungsphase auch diese MeBstelle nicht weiter berücksichtigt.

Tabelle 4.2.1. ERGEBNISSE DER ERSTEN KALIBRIERUNGSPHASE Ort der Messung (1) Br. Rüdlingen Br. Eglisau EW-Eglisau EW-Rekingen Br. Zurzach Br. Koblenz EW-Albbruck EW-Laufenburg EW-sackingen EW-Riburg EW-Augst EW-Birsfelden EW-Kembs MeBstrecke Anfang Ende (2) 58.8 67.1 74.5 78.7 90.1 93.5 101.6 108.9 122.0 129.3 143.5 155.9 163.8 67.1 74.5 78.7 90.1 93.5 101.6 108.9 122.0 129.3 143.5 155.9 163.8 179.8 Teilab-schnittnr. (3) 8003 8101 8101 8102 8102 8103 8103 8103 8103 8103 101 102 102 103 103 103 103 104 104 104 105 301 Un.Bern/Naturaqua B a (4) 0.025

1

0.000

1

0.061 0.471 -0.281 -0.342 0.121 -0.442 -0.023 0.178 -0.212 -0.051 0.( )59 0.00044 0.00125

1

0.00174 0.00032 0.00697 0.00376 0.00171 0.00000 0.00136 0.00193 0.00000 0.00097 0.0( )280

Die Kalibrierung der Teilabschnitte ab Nummer 103 (siehe Anlage 1.3) erfolgte anhand der Ergebnisse des Markierversuches 09/88 Albbruck-Basel (van Mazijk und van Mierio, Marz 1991). Hierbei wurde die MeBstelle EW-sackingen für den Teilabschnitt 103 nicht verwendet, weshalb sie auch in der vorliegenden Kalibrierung keine weitere Berucksichtigung findet. Die MeBstelle EW-Augst wurde wegen des negativen B-Wertes ebenso unbeachtet gelassen. Zur Kalbrierung der a- und B-Werte des Teilabschnittes 104 war es jedoch notwendig, die MeBstelle Birsfelden zu betrachten.

18

-Die Kalibrierung der a- und B-Werte für die Teilabschnitte 103 bis 105 f and anhand des Markierversuches 09/88 Albbruck-Basel statt. Daher könnten die Ergebnisse des Markierversuches 07/89 Rheinau-Basel als Verifikation dieser Werte betrachtet werden.

Für die verbleibenden MeBstellen stellt Tabelle 4.2.2 in Kalibrie-rungsreihenfolge die Ergebnisse der ersten und zweiten Phase zusammenfassend dar.

Tabelle 4.2.2. KALIBRIERUNGSERGEBNISSE (a- UND B-WERTE)

Ort der Messung (1) Br. Rüdlingen Br. Eglisau EW-Eglisau EW-Rekingen EW-Albbruck EW-Riburg EW-Birsfelden EH-Keibs Hefistrecke Anfang Ende (2) 58.8 67.1 74.5 78.7 90.1 108.9 143.5 163.8 67.1 74.5 78.7 90.1 108.9 143.5 163.8 179.8 Teilab-schnittnr. (3) 8003 8101 8101 8102 8102 8103 8103 8103 101 102 102 103 103 104 104 105 301 Dn. Bern/Naturaqua B a (4) 0.025

1

0.000 0.061 0.471 -0.120 -0.081 -0.144 0.( )59 0.00044

1

0.00125 0.00174

1

0.00032 0.0( )266 0.00178 0.00049

1

0.0( )280 Version 2.0 B a (5) 0.050 0.000 0.000 0.050 0.050 0.450 0.450 0.450 -1.200 -1.200 -1.200 0.055 0.055 -0.200 -0.200 0.050 0.055 0.00032 0.00069 0.00069 0.00178 0.00178 0.00030 0.00030 0.00030 0.00208 0.00140 0.00140 0.00140 0.00140 0.00200 0.00200 0.00060 0.00090 Abweichung Laufzeit [1]*) (6) 2.542 0.978

1

-1.713

i

-1.364 1.^ 70 -1.880

1

0.510 1 0.( )83 Markier-stoffaenge [kg] (7) 200.0 200.0 200.0 164.2 12( ).0 98.8

1

69.9

1

3< J.8 Abweichung a

(8) 1

2.41 0.19 0.27 ! 0.19 0.85 0.26 0.14

1

0 19

*) negative Vorzeichen bedeuten, daB die genessene Ankunftszeit für die Markierstoffwelle kürzer ist als die berechnete.

Die Spalten (1) bis (4) entsprechen Tabelle 4.2.1. Spalte (5) gibt die a- und B-Werte pro Teilabschnitt nach der zweiten Kalibrierungs-phase mit dem Rheinalarmmodell Version 2.0 an. Spalte (6) enthait die dazugehörige prozentuale Abweichung der Laufzeit, bezogen auf das gemessene Konzentrationsmaximum. Spalte (7) zeigt die berechnete

eingespeiste Markierstoff menge nach Tabelle 3.2.1. Spalte (8) enthait die cr-Werte für die Berechnung, bei der nur gemessene Konzentrati-onswerte berücksichtgt wurden, welche gröBer als 30% der maximalen

(berechneten) Konzentration sind.

Da die Strecke EW-Eglisau (FluBkm. 78.7) bis EW-Rekingen (FluBkm. 90.1) sich ausschlieBlich auf den Teilabschnitt 8103 bezieht, ging man in der zweiten Kalibrierungsphase der a- und B-Werte der Teil-strecken 8003, 8101, 8102 und 8103 wie folgt vor. Für den Abschnitt 8103 wurde aufgrund der Ergebnisse der ersten Kalibrierungsphase ein a-Wert von 0,00030 und ein B-Wert von 0,0450 angenommen. Unter Berucksichtigung der unterschiedlichen Teilabschnittslangen innerhalb einer MeBstrecke, wurden aufgrund der in der ersten Phase ausgewer-teten a- und B-Werte, die diesbezüglichen Parameter der einzelnen Teilabschnitte 8102, 8101, 8003 nacheinander berechnet. Ohne weitere Nachführung der Parameterwerte verglich man die berechneten und gemessenen Konzentrationsverlaufe. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4.2.2 aufgelistet und in den Abb. 4.2.1 bis 4.2.3 graphisch darge-stellt.

Da der Abstand zwischen dem Einspeisepunkt und der ersten MeBstelle Br. Rüdlingen relativ kurz ist (8,3 km.), war ein hinreichender Vergleich der berechneten und gemessenen Konzentration infolge der noch unvollstandigen Querdurchmischung nicht möglich.

Bei der Verifikation der untersuchten Strecke unterhalb der Aare-mündung (FluBkm. 103) stellte sich heraus, dafl ohne Eingabe eines negativen B-Wertes für die Teilabschnitte 101, 102 und 104 keine dem Kriterium der Laufzeit entsprechende Übereinstimmung zwischen berechnetem und gemessenem Konzentrationsverlauf möglich war.

Laut Gl. (4.1.1) bedeutet dies für die Teilabschnitte 101 und 102, daB die Stofftransportgeschwindigkeit c negativ (!) wird. Dies ist physikalisch unmöglich, jedoch im Rheinalarmmodell offensichtlich mathematisch notwendig, um die mit den Messungen übereinstimmenden summierten Laufzeiten zwischen Einspeisepunkt und den jeweiligen Beobachtungspunkten zu erreichen.

Für den Fall, daB für B in den Teilabschnitten 101, 102 und 104 der Wert Null eingesetzt wird, sind die berechneten Laufzeiten der Markierstoffwelle dementsprechend bedeutend gröBer als die gemes-senen. In Tabelle 4.2.3 sind die prozentualen Abweichungen für die

20

-diesbezüglichen Beobachtungspunkte aufgeführt. Die graphische Darstellung der berechneten und gemessenen Konzentrationsverlaufe ist den Abb. 4.2.8 bis 4.2.11 zu entnehmen.

Tabelle 4.2.3. KALIBRIERUNGSERGEBNISSE BEI B=0 FÜR DIE TEILABSCHNITTE 101, 102 UND 104

Ort der Messung (1) [EW-Albbruck EW-Riburg EW-Birsfelden EW-Keibs MeBstrecke Anfang Ende (2) 90.1 108.9 143.5 163.8 108.9 143.5 163.8 179.8 Teilab-schnittnr. (3) 8103 101 102 102 103 103 104 104 105 301 Version 2.0 B a (5) 0.450 0.000 0.000 0.000 0.055 0.055 0.000 0.000 0.050 0.055 0.00030 0.00208 0.00140 0.00140 0.00140 0.00140 0.00200 0.00200 0.00060 0.00090 Abweichung Laufzeit (6) " t n - 16 - 14

1

- ] 13 Markier-stof f nenqe

(7) 1

120.0 98.8

1

69.9 32.8

») negative Vorzeichen bedeuten, daB die geiessene Ankunftszeit für die Markier-stoffwelle kürzer ist als die berechnete.

D i e n e g a t i v e n B W e r t e k ö n n t e n i m V e r m i s c h u n g s v e r h a l t e n d e s M a r k i e r -s t o f f e -s u n t e r h a l b d e r A a r e m ü n d u n g u n d i n d e n m ö g l i c h e r w e i -s e d a m i t z u s a m m e n h a n g e n d e n U n t e r s c h i e d e n d e r ' g e m e s s e n e n ' m a x i m a l e n u n d m i t t l e r e n S t o f f t r a n s p o r t g e s c h w i n d i g k e i t e n ( s i e h e a u c h K a p i t e l 3.3) i h r e U r s a c h e h a b e n . A u c h d e r E i n f l u B d e r K r a f t w e r k e a u f d a s S t r ö -m u n g s v e r h a l t e n d e s F l u s s e s i s t h i e r b e i z u b e a c h t e n . Aufierdem s o l l t e m a n n i c h t v e r n a c h i a s s i g e n , d a B i n d e n k a l i b r i e r t e n B - W e r t e n i m p l i z i t d i e U n g e n a u i g k e i t e n d e r im M o d e l l v e r w e n d e t e n L a u f z e i t t a b e l l e n u n d A b f l ü s s e , b z w . P e g e l s t a n d e d e r W a s s e r s t a n d s -m e B s t e l l e n e n t h a l t e n s i n d . T r o t z p h y s i k a l s c h u n m ö g l i c h e r B - W e r t e w i e - 1 , 2 w u r d e b e i d e r w e i t e r e n A u s w e r t u n g d e r E r g e b n i s s e v o n d i e s e n W e r t e n a u s g e g a n g e n . D i e a- u n d 6 - W e r t e d e r T e i l a b s c h n i t t e 1 0 3 b i s 3 0 1 s i n d , m i t A u s n a h m e d e s 6 - W e r t e s d e s T e i l a b s c h n i t t e s 1 0 4 , d i e a n h a n d d e r M a r k i e r v e r s u c h e 0 9 / 8 8 (van M a z i j k u n d v a n M i e r i o , M a r z 1 9 9 1 ) u n d 0 4 / 8 9 ( v a n M a z i j k

Tabelle 4.2.4. KALIBRIERUNGSERGEBNISSE (a- und B- Werte)

F l u B RHEIN T e i l a b -s c h n i t t n r 8 0 0 3 8 1 0 1 8 1 0 2 8 1 0 3 1 0 1 1 0 2 1 0 3 1 0 4 1 0 5 3 0 1 a - W e r t 0 . 0 0 0 3 2 0 . 0 0 0 6 9 0 . 0 0 1 7 8 0 . 0 0 0 3 0 0 . 0 0 2 0 8 0 . 0 0 1 4 0 0 . 0 0 1 4 0 0 . 0 0 2 0 0 0 . 0 0 0 6 0 0 . 0 0 0 9 0 B - W e r t 0 . 0 5 0 0 . 0 0 0 0 . 0 5 0 0 . 4 5 0 - 1 . 2 0 0 - 1 . 2 0 0 0 . 0 5 5 - 0 . 2 0 0 0 . 0 5 0 0 . 0 5 5

u.a., Marz 1991) kalibrierten Werte. Der a-Wert für den Teilabschnitt 102 wurde der Einfachheit halber dem des Teilabschnittes 103 gleichgesetzt. Unter Berucksichtigung der Lange der unterschiedlichen Teilabschnitte 8103, 101 und 102 wurde daraufhin der a-Wert für den Teilabschnitt 101 bestimmt. Tabelle 4.2.5. TRANSPORTGESCHWINDIGKEITEN Ort der Messung Br. Rüdlingen Br. Eglisau EW-Eglisau EW-Rekingen EW-Albbruck EW-Riburg EW-Birsfelden EW-Keiibs MeBstrecke Anfang 58.8 67.1 74.5 78.7 90.1 108.9 143.5 163.8 Ende 67.1 74.5 78.7 90.1 108.9 143.5 163.8 179.8

Teilabschnitte aus dei 'Rheinalanmodell' 8003, 8101 8101, 8102 8102, 8103 8103 8103, 101, 102 102, 103 103, 104 105, 301 C [•/s] 1.59 0.68 0.49 0.68 1.00 0.99 0.90 0.85 C' [B/s] 1.60 0.65 0.49 0.69 1.10 * 0.91 0.85 c [•/s] 1.59 0.98 0.81 0.76 0.83 0.89 0.89 0.89 e' [B/s] 1.60 0.95 0.80 0.75 0.86 0.88 0.89 0.88 Hier konnte aufgrund eines negativen B-Wertes für den Teilabschnitt 102 kein Wert voB PrograD berechnet werden.

22

-In Tabelle 4.2.4 sind die kalibrierten a- und 6- Werte zusammenge-faBt.

Die Tabellen 4.2.5 bis 4.2.7 enthalten die Ergebnisse der Kalibrie-rung., In Tabelle 4.2.5 ist für jede MeBstrecke angegeben, welcher Wert für die Transportgeschwindigkeit c aufgrund der Ergebnisse der Universitat Bern/Naturaqua berechnet wurde, nebst den Werten für die Transportgeschwindigkeit c', die letztendlich nach der Kalibrierung vom Modell generiert werden. Hinzugefügt wurden auBerdem zwei Spalten mit laufzeitgewichteten Mittelwerten für c und c' (c bzw. c'). Diese Werte—Sln^ als MittelWerte Ï Q D dSC Einleitungsstelle bis zum betreffenden Beobachtungspunkt zu betrachten!

Tabelle 4.2.6 enthölt in vergleichbarer Weise den Dispersionskoeffi-zienten Dg nach den Ergebnisse der Universitat Bern/Naturaqua in Kombination mit den Werten für den Dispersionskoeffizienten Ds', die

letztendlich nach der Kalibrierung vom Modell generiert werden. Hinzu kommen die Mittelwerte der Dispersionskoeffizienten Ds und Dg' (Ds bzw.

D a ' ) . T a b e l l e 4 . 2 . 6 . DISPERSIONSKOEFFIZIENTEN Ort der Messung Br. Rüdlingen Br. Eglisau 1 EW-Eglisau EW-Rekingen EW-Albbruck [EW-Riburg EW-Birsfelden EW-ReBbs MeBstrecke Anfang 58.8 67.1 74.5 78.7 90.1 108.9 143.5 163.8 Ende 67.1 74.5 78.7 90.1 108.9 143.5 163.8 179.8

Teilabsdmitte aus dei 'RheinalarBBodell' 8003, 8101 8101, 8102 8102, 8103 8103 8103, 101, 102 102, 103 103, 104 105, 301 [•2/S] 48.0 51.0 47.1 53.9 131.0 101.0 17.0 152.0 [ B 2 / S ] 49 46 41 24 18 i 89 33 [ B 2 / S ] 48 50 49 51 76 85 72 83 [•2/sl 49 47 45 36 31 49 57 54

* Hier konnte aufgrund eines negativen B-Wertes für den Teilabschnitt 102 kein Wert

Tabelle 4.2.7 enthait die folgenden Laufzeiten:

* Transportlaufzeit (=Tc) nach den Ergebnisse der Universitat Bern/Naturaqua, basierend auf der mittleren Stofftransportgeschwin-digkeit c;

* Laufzeit (=T„), basierend auf der FlieBgeschwindigkeit u,

* Transportlaufzeit (=Tc') nach der Kalibrierung, basierend auf der Stofftransportgeschwindigkeit (bezogen auf das Konzent:rations-maximum der Markierstoffwelle).

In den letzten drei Spalten stehen die summierten Laufzeiten und die prozentuale Abweichung der summierten berechneten Laufzeiten von den

'gemessenen' Werten. Tabelle 4.2.7. LAUFZEITEN Ort der Messung Br. Rüdlingen Br. Eglisau EW-Eglisau EW-Rekingen EW-Albbruck EW-Riburg EW-Birsfelden EW-Keabs MeBstrecke Anfang 58.8 67.1 74.5 78.7 90.1 108.9 143.5 163.8 Ende 67.1 74.5 78.7 90.1 108.9 143.5 163.8 179.8

Teilabschnitte aus deB 'Rheinalanmodell' 8003, 8101 8101, 8102 8102, 8103 8103 8103, 101, 102 102, 103 103, 104 105, 301 ^c [Std] 1.45 3.02 2.38 4.66 5.23 9.71 6.26 5.23 ^U [Std] 1.41 3.04 2.24 3.17 5.93 10.56 7.37 4.96 ^C' [Std] 1.44 3.14 2.37 4.59 4.73 * 6.19 5.22 ^ c [Std] 1.45 4.47 6.85 11.51 16.74 26.45 32.71 37.94 ^ C ' [Std] 1.44 4.59 6.95 11.55 16.27 26.64 32.81 38.02 ^ c - ^ c ' ^ c 0.69 - 2.68 - 1.46 - 0.35 2.81 - 0.72 - 0.31 - 0.21

* Hier konnte aufgrund eines negativen 6-Wertes für den Teilabschnitt 102 kein Wert VOB PrograBB berechnet werden.

Für die kalibrierten a- und 6-Werte sind die Konzentrationskurven der acht mafigebenden Beobachtungspunkte in den Abbildungen 4.2.1 bis 4.2.7 dargestellt.

24

-AlaPMModcl Rhein 2.0 Mapki»pv«x>suoh 07^89

L: Bovenrijn knp = 58.8 H: Bovanrijn kni« = Bex>«chn«te M«ssc : 201.03 Ksr < = 100. SIX > • Z e i t 0 T BT BT BT BT BT BT BT 0 T BT 0 T 3 : 1 4 3 : 3 8 4 : 0 2 4 : 2 7 4 : 5 1 5 : 1 5 5 : 3 9 6 : 0 3 6 : 2 8 6 : 3 2 7 : 1 6 C (uff/l > 1 .B8B 1 1 . 2 1 7 ! 5 5 . 8 8 4 1 8 6 . 9 8 4 ; 5 1 . 9 4 8 24.696 1 1 4 . 3 7 3 i 8 . 1 0 3 ! 3 . 6 6 0 1 . 3 3 9 . 4 1 2 nax = 88.281 C (usr/'l 90.0. 45.0_ 0_ 88.281

h

74.S

-J-

/ : V

• * f e » - . H»4-» + -»*«» Zeit = BT 3St 0T 4:22 BT SSt BT 8St Zeit BTlB&t

Abb. 4.2.1. Vergleich berechneter und gemessener Konzentra-tionsverlauf bei berechneter Markierstof fmenge für Brücke Eglisau (FluBkm. 74.5).

Max>kiepvex>suoh 0 7 / 8 9 L: B o v e n p i j n ICMP = 5 8 . 8 Bex>echnete M»sse : 1 9 7 . 3 8 Z e i t C <uv/'l > 0T 4 : 3 2 . 0 0 O BT 5 : 8 4 . 0 0 0 0T 5 : 3 5 . 9 3 2 0T 6 : 0 6 3 2 . 6 8 4 0T 6 : 3 7 6 3 . 5 8 5 0T 7 : 0 9 4 7 . 8 1 7 OT 7 : 4 0 2 3 . 2 0 3 0T 8 : 1 1 1 2 . 6 0 S OT 8 : 4 2 6 . 3 7 1 BT 9 : 1 4 2 . 8 4 3 0T 9 : 4 3 . 3 9 6 n a x = 6 3 . 9 0 1 Z e i t H : B o v e n p i j n knp = 7 8 . 7 Ka < = 9 8 . 6 9 » : > C ( U 0 / 1 > 7 0 . O -3 -3 . 0 . 0 _ 0T 6 3 . 9 8 1 \ \ 4 S t BT 6 S t BT 9 S t = 0T 6 : 4 2 Z e i t < • • • » • » • • 1 B T l l S i i t j

Abb. 4.2.2, Vergleich berechneter und gemessener Konzentra-tionsverlauf bei berechneter Markierstof fmenge für EW-Eglisau (FluBkm. 78.7).

AIax>nModel R h e i n 2 . 8 H a p k i e p v e p s u c h 8 7 / 8 9 L: Bowenpivin knp = 5 8 . 8 U: B o w e n p i j n kMP = 9 8 . 1 B e p e c h n e t e M«sse : 1 6 3 . 4 7 Ksr < = 1 8 8 . 7 7 » ; > Zeit BT 8:49 BT 9:24 BT 9:59 8T18:34 8Tll:89 eTll:44 BT12:19 BT12:54 8T13:29 eT14:84 BT14:39 C Cus/l ) .088 .088 3.822 24.348 45.329 33.818 17.454 9.413 4.787 1.528 .292 n a x = 4 5 . 9 4 7 C < u s r / l 5 8 . B _ , 2 5 . 8 _ 4 5 . 9 4 7 Z e i t = 8T17S

Abb. 4 . 2 . 3 . Vergleich berechneter und gemessener Konzentra-tionsverlauf bei berechneter Markierstof fmenge für EW-Rekingen (FluBkm. 90.1).

AlAPMModel Rhein 2.0 Hapkiepvepsuch 07/89

L: Bovenpijn knp = 58.8 U: Bovenpijn kMP = 108.9 Bepechnete Masse : 128.21 Ksr C =: 188. ISX >

C <usr/l Zeit 8T13:83 8T13:42 8T14:21 BTIS:88 BT15:39 8T16:17 0T16:S6 8T17:3S 8T18:14 BTIS:53 8T19:31 C <ug/l > .888 .888 .142 3.491 14.384 14.249 7.578 3.883 2.888 .641 .888 Max = 15.833 28. 8 _ 18.B_ Zeit = 8T13St BTIS:56 8T16St 8T19St Zeit 8T22S

Abb. 4.2.4. Vergleich berechneter und gemessener Konzentra-tionsverlauf bei berechneter Markierstof fmenge für EW-Albbruck (FluBkm. 108.9).

AlaPMModel Rhein 2.8 Mapkiepvepsuoh B7/89 L: Bovenpijn knp = 58.8 M: Bovenpijn kMP = 143.3 Bepechnete Masse : 99.53 Ksr < = 188.74X > Zeit C (usr/1 > 8T22:3S BT23:29 IT 8:23 IT i:l8 IT 2:12 IT 3:87 IT 4:81 IT 4:55 IT s:5B IT 6:44 IT 7:39 .888 .888 .975 5.948 9.318 6.411 3.865 1.715 .849 .274 .857

Max = 9.323 Zeit = IT 2:89 Zeit

Abb. 4.2.5. Vergleich berechneter und gemessener Konzentra-tionsverlauf bei berechneter Markierstof f menge für EW-Riburg (FluBkm. 143.5). AlaPMModel Rhein 2.8 Mapkiepvepsuoh B7/89 L : Bovenpijn kMP = 58.8 M: Bovenpijn kMP = 163.8 Bepechnete Masse : 78.13 Ksr C = 1B8.76X > Zeit C <U9/1 > IT 4:89 IT 5:ie IT 6:18 IT 7:11 IT 8:12 IT 9:12 iTie:i3 1T11:13 1T12:14 1T13:1S 1T14:15 .888 .888 .453 3.313 5.831 4.398 2.121 1.158 .384 .187 .837 Max = 5 . 8 6 5 Z e i t = IT 8 : 2 8 Z e i t 9 . 3 2 3 8 T 2 2 S t IT 2 S t IT S S t IT 9S< IT 4 S t IT 8 S t l T 1 3 S t lT17Sit

A b b . 4 . 2 . 6 . Vergleich berechneter und gemessener Konzentra-tionsverlauf bei berechneter Markierstof fmenge für EW-Birsfelden (FluBkm. 163.8).

AlaPMModel Rhein 2.B Mapkiepvepsuoh 87/89 L: Bovenpijn kMP = 58.8 M: Bovenpijn kMP = 179.8 Bepechnete Masse : 32.14 Ksr < = 97.98X > C (usr/1 Zeit IT 8:36 IT 9:59 iTii:ei 1 T 1 2 : B 4 1 T 1 3 : 8 7 1 T 1 4 : 8 9 1 T 1 S : 1 2 1 T 1 6 : 1 5 1 T 1 7 : 1 7 1 T 1 ^ : 2 0 1 T 1 9 : 2 2 C <u»/l ) .000 .000 1 . 0 9 0 1 . 0 9 0 2 . 4 2 8 2 . 2 4 0 1.149 i .591 ! .308 . 0 9 9 .OO0 2.S80 3.0 1 . 5 _ 0 _

y

*-^ 2 . 5 8 0 \ ' 1 ' 1 Zeit = IT 8St 1T13:28 lT12St lT17St Zeit lT21S>t

Abb. 4.2.7. Vergleich berechneter und gemessener Konzentra-tionsverlauf bei berechneter Markierstof fmenge für EW-Kembs (FluBkm. 179.8). AlaPMModel Rhein 2.0 Mapkiepvepsuch 07/89 L: Bovenpijn kMP = 58.8 M: Bovenpijn kMP = 108.9 Bepechnete Masse : 119.86 Ksr < = 99.89X > C (usr/1 Z e i t O T I S : 4 6 0 T 1 6 : 3 O 0 T 1 7 : 1 5 0 T 1 7 : 3 9 0 T 1 8 : 4 3 0 T 1 9 : 2 8 O T 2 e : i 2 e T 2 0 : S 7 0 T 2 l : 4 1 O T 2 2 : 2 S 0 T 2 3 : 1 0 C <us/l > .000 .O00 1.022 ! 8.658 1 3 . 9 7 2 9 . 6 2 0 4.609 2.571 1.275 .411 .085 Max = 13.981 20. 0 _ 10.0_ Zeit = OTlSSt OT18:41 0T19St IT 2S

Abb. 4.2.8. Vergleich berechneter und gemessener Konzentra-tionsverlauf bei berechneter Markierstof fmenge für EW-Albbruck (FluBkm. 108.9), im Falie B=0 in den Teilabschnitten 101, 102 und 104.

28 -A l a P M M o d e l Rhein 2 . 0 M a p k i e p v e p s u o h 0 7 / 8 9 L: B o v e n p i j n k M P = 3 8 . 8 H: B e p e c h n e t e M a s s e : 9 9 . 5 2 Ksr B o v e n p i j n k M P < = i e o . 7 3 x > 1 4 3 . 5 Ze I T I T I T I T 1 1 I T I T I T I T i t 1 : 4 5 2 : 4 4 3 : 4 3 4 : 4 2 5 : 4 1 6 : 4 0 7 : 3 9 8 : 3 7 9 : 3 6 1 T 1 0 : 3 5 1 T 1 1 : 3 4 C < usr/1 > .eeo . 0 8 8 . 8 2 2 5 . 2 9 7 8 . 3 9 3 6 . 8 7 2 2 . 9 1 8 1 . 6 1 6 . 8 0 3 . 2 5 9 .oeo 8 . 6 0 2 C < usr/1 1 0 . 0 _ 5 . 0 _ 0 _

"v- 7

h ' 1-8 . 6 0 2 - . 1 1 - 1 Z e i t IT I S t IT S : 4 3 IT 5 S t I T l O S t Z e i t 1T14S^

Abb. 4 . 2 . 9 , Vergleich berechneter und gemessener Konzentra-tionsverlauf bei berechneter Markierstof fmenge für EW-Riburg (FluBkm. 143.5), im Falie 6=0 in den Teilabschnitten 101, 102 und 104.

A l a P M M o d e l Rhein 2 . 0 M a p k i e p v e p s u c h 0 7 / 8 9 L: B o v e n p i j n k M P = 5 8 . 8 M: B o v e n p i j n k M P = 1 6 3 . 8 B e p e c h n e t e M a s s e : 7 0 . 4 1 Kgr ( = 1 8 0 . 7 4 x > C < usr/1 Z e i t IT 8 : 2 9 IT 9 : 3 8 l T i e : 4 7 1 T 1 1 : 3 6 1 T 1 3 : 0 3 1 T 1 4 : 1 4 1 T 1 5 : 2 3 1 T 1 6 : 3 2 1 T 1 7 : 4 1 1 T 1 8 : S 0 1 T 1 9 : 5 9 C (usr/1 > 1 . 0 0 0 .ooo . 5 6 4 3 . 3 7 3 5 . 1 9 7 3 . 5 3 2 ; 1 . 6 8 9 . 9 4 7 . 4 6 8 . 1 5 1 . 0 3 2 j M a x = 5 , 2 0 4 6.0_, 3 . 0 _ o_ + / hr ' r 5 . 2 0 4 \ + + + + + » . • + , Z e i t = IT 8St 1 T 1 3 : 0 1 l T 1 2 S t l T 1 7 S t Z e i t lT21S't

Abb. 4.2.10. Vergleich berechneter und gemessener Konzentra-tionsverlauf bei berechneter Markierstof fmenge für EW-Birsfelden (FluBkm. 163.8), im Falie B=0 in den Teilabschnitten 101, 102 und 104.

AlaPMModel Rhein 2.8 Mapkiepvepsuch 87/89

L: Bovenpijn kMp = 58.8 U: Bovenpijn kMP = 179.8

Bepechnete Masse : 32.14 Ksr ( = 9B.OOy. >

Zeit 1T13:05 1T14:16 1T15:26 1T16:37 1T17:47 1T18:58 1T2O:09 1T21:19 1T22:30 1T23:40 2T o:51

Max = 2.290 Zeit = 1T18:19 Zeit

Abb. 4.2.11. Vergleich berechneter und gemessener Konzentra-tionsverlauf bei berechneter Markierstof fmenge für EW-Kembs (FluBkm. 179.8), im Falie B=0 in den Teilabschnitten 101, 102 und 104.

C ( u s r / 1 2 2 1 > OOO 0 8 8 8 7 6 . 9 4 9 . 1 4 4 . 8 8 8 8 3 1 5 2 9 2 7 6 8 8 8 8 1 5 C (usr/1 ) 3.e_ • 5 _ B _ • • • • • : ; /

y

***

U , 1 2 . 2 9 8 \ \ s • + t T ' 1 ITlSSt lT17St lT22St 2T 2S;t

5. SCHLUSSFOLGERUNGEN UND EMPFEHLUNGEN

Global betrachtet gilt für die schweizerische Rheinstrecke ein B-Wert von 0,05.

Bei der Ermittlung von B aufgrund der nach den Ergebnissen der Universitat Bern/Naturaqua berechneten Stofftransportgeschwindig-keiten, erzielte man für einige MeBstrecken negative Werte.

Obwohl dies im Prinzip nicht möglich ist, stellte sich heraus, dafi stromabwarts der Aaremündung in zwei Teilabschnitten sogar 6-Werte von -1,2 notwendig waren, um mit den summierten Laufzeiten der Messungen zwischen Einspeisepunkt und jeweiligem Beobachtungspunkt Übereinstimmung zu erreichen.

Diese negativen fi-Werte haben möglicherweise im Vermischungsverhalten des Markierstoffes unterhalb der Aaremündung und in den eventuell damit zusammenhangenden Unterschieden der 'gemessenen' maximalen und mittleren Stof f transportgeschwindigkeiten (die maximale Geschwindig-keit erwies sich als gröBer als die mittlere GeschwindigGeschwindig-keit) ihre Ursache. Eine detaillierte Analyse des Stofftransportes und der Strömungsvorgange, insbesondere hinsichtlich des Einflusses der Kraftwerke, ist daher sehr empfehlenswert.

Obwohl unterhalb der Aaremündung Nullwerte für B in den dies-bezüglichen Teilabschnitten zu Abweichungen in der Ankunftszeit bis zu 23% führen, werden sie vorlaufig empfohlen.

Tabelle 5.1. Die a- und fi- Werte im

Rheinalarmmodell Version 2.0 Flufi RHEIN Teilab-schnittnr 8003 8101 8102 8103 101 102 103 104 105 301 a-Wert 0.00032 0.00069 0.00178 0.00030 0.00208 0.00140 0.00140 0.00200 0.00060 0.00090 B-Wert 0.050 0.000 0.050 0.450 0.000 0.000 0.055 0.000 0.050 0.055

Die a-Werte variieren von 0,0003 bis 0,0021. Diese Werte sind im Durchschnitt global zehnmal kleiner als der u.a. von Fischer (1979)

32

-angegebene Wert von 0,011. Sie stimmen allerdings mit den Ergebnissen einer Studie überein, die von Van Craenenbroeck, 1984 in belgischen Kanalen angestellt wurde. Die erhaltenen a-Werte weisen darauf hin, dafi die schweizer Rheinstrecke hinsichtlich dieses Parameters mehr Oder weniger als Kanal zu betrachten ist.

Die im Alarmmodell für den Rhein Version 2.0 vorlaufig eingegeben Daten der Parameter a und B sind in Tabelle 5.1 zusammenfassend dargestellt.

r

ANLAGE I. SCHEMATISIERUNG DER VERSUCHSSTRECKE IM RHEINALARMMODELL

I . l , ABSCHNITTSEINTEILUNG DES RHEINS UND SEINER NEBENFLUSSE

Abschn. »r. 80 81 1-6 7-16 82 von Knoten 130 131 1 5 132 bis Knoten 131 1 5 12 1 von kB 24.7 64.4 103.0 242.5 P.H. biskB 64.4 103.0 242.5 309.1 0.0 NaBe der WasserstandsBeBstelle RHEIN: Neuhausen-Flurlingen Rekingen Rheinfelden Kehl-Kronenhof AARE: Aare MeBstelle bei kB 45.8 90.7 149.6 292.2 P.H. Abschnitts-lange [kB] 39.7 38.6 139.5 66.6 P.H. kB Mundung / Verzweigung 103.0

1 . 2 . STRDKTURIERDNGSSCHEHA DER FLDSSLADFE FUR DAS RHEINALARHHODELL HIT HESSSTELLEN (BEOBACBTDNGSPDNKTE)

/ (226.6) (173.6) [179.8] * - 0 — Basel I [163.8] [143.5] (103.0) [90.1] [67.1] -*-0-l-[108.9]-1 Rheinfelden (149.6) LEGENDE: 0 KonzentrationsBeBstelle [ks]

* WasserstandsBeBstelle Bit Q-H Relation f Abschnittsgrenze 81 Nr. FluBabscbnitt (173.6) FluBkiloaeter -*-0-(>-81-O-0-f (64.4) \ [ '-[78.7] [74.5] * — 8 0 1 1 (24.7) 82 Aare Rekingen (92.4) Neuhausen-Flurlingen (45.8)

UNTERVERTEILUNG DER FLUSSABSCHNITTE IN TEILABSCHNITTE FluB RHEIN Teilab-schnittnr 8001 8002 8003 8101 8102 8103 101 102 103 104 105 201 301 401 Anfangkm. 24.7 47.6 54.5 64.4 70.7 78.6 103.0 108.8 112.8 146.8 163.8 173.6 173.6 226.6 Lange [km.] 22.9 6.9 9.9 6.3 7.9 24.4 5.8 4.0 34.0 17.0 9.8 53.0 53.0 7.7 Breite

[m] 1

100 100 100 150 150 150 180 180 180 180 180 170 136 170

Auf den nSchsten Seiten sind die KonzentrationsmeBreihen der einzelnen Beobachtungspunkte dargestellt.

In der ersten Spalte steht jeweils die Zeit in Tagen nach der Einspeisung (27. Sept. 1988, 7.00 h ) , in der zweiten Spalte die zu diesem Zeitpunkt gemessene Konzentration in iig/1.

MeBwerte am Beobachtungspunkt Brücke Rüdlingen, FluBkilometer 67.1 Zeit in Tagen Konzentration in iiq/\ (Mittelwert)

.0382 .0417 .0451 .0486 .0521 .0556 .0590 .0625 .0660 .0694 .0729 .0764 .0799 .0833 .0903 .0972 .1042 .1111 .1181 .1250 .1354 .1458 .00 .00 .06 .11 27.19 179.53 193.65 180.53 156.38 131.78 113.55 92.40 73.30 62.13 28.48 12.31 5.08 1.82 .72 .43 .28 .26

MeBwerte am Beobachtungspunkt Brücke Eglisau, FluBkilometer 74.5 Zeit in Tagen Konzentration in jug/l (Mittelwert)

.1458 .1493 .1528 .1563 .1597 .1632 .1667 .1736 .1771 .1806 .1840 .1875 .1910 .1944 .1979 .2014 .2049 .2083 .2118 .2153 .2188 .2222 .2257 .2292 .2326 .2361 .2396 .2431 .2465 .2500 .2535 .2569 .2639 .2708 .2778 .2847 .2917 .2986 .3056 .3125 .3194 .3264 .3333 .3403 .3472 .3542 .3611 .3681 .5264 .00 .00 ,10 1.03 4.46 20.80 53.50 89.25 88.34 89.26 91.30 81.91 79.75 73.78 68.24 60.69 58.00 49.30 37.39 32.92 30.40 24.74 22.04 17.93 17.76 11.63 9.03 7.28 7.48 5.83 5.02 5.53 3.62 1.82 1.02 .92 .53 .47 .29 .17 .12 .10 .09 .07 .07 .05 .05 .05 .00

Zeit in Tagen Konzentration in /xg/l .2188 .2257 .2326 .2465 .2535 .2604 .2674 .2743 .2813 .2882 .2951 .3021 .3090 .3160 .3229 .3299 .3368 .3438 .3507 .3576 .3646 .3715 .3785 .3854 .3924 .3993 .4063 .4132 .4201 .4271 .4340 .4410 .4479 .4549 .4618 .4688 .4757 .4826 .4896 .4965 .5208 .5417 .5625 .5833 .6042 .6250 .6458 .6667 .6875 .7083 .00 .00 .03 7.64 38.20 62.73 82.92 85.36 78.65 71.95 59.14 49.39 37.19 27.83 20.75 16.03 11.08 8.49 5.94 4.81 3.20 2.45 1.65 1.27 .88 .69 .46 .38 .27 .23 .16 .14 .12 .10 .09 .08 .07 .06 .05 .04 .08 .03 .03 .02 .02 .02 .02 .02 .00 .00

o o o t ^ ^ o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o c o n ^ o o t ^ ^ n n c N M t M o o o o o o o o o o o o o n ( ^ l f ) l ^ o ^ o o c ^ J o o o o o c ^ ^ t ^ ^ n H ^ v o H ^ ^ c ^ ^ ^ c ^ n ^ s o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o i n o ^ o o i f ) ^ c o H H o c o o < ^ o o i f > n o ^ c o i n ^ f n < N M H H ^ ^ n n c J H ^ ^ o o o ^ o ^ c o e o ^ • v o v o ^ n m ^ ^ J ' n c ^ J H f ^ o o ( ^ v o l n ^ H c ^ o o < ^ ) ' t n H o ^ o o v o ^ J ' < - l o o ^ r ^ c o ^ l n r ^ ^ c ^ v D n o ^ » T l • H ^ « ^ H o o l f » c ^ J o ^ ^ o r ^ o r ^ H o o l f » ^ ^ J ( ^ v D c ^ l ^ e o l n ^ . ^ v o o o ^ O H c ^ J c ^ I n ^ l f > ^ - o o o c ^ ^ c ^ l n o o o ^ < T > O H c ^ J r ^ ] n ^ ^ l n > I ) v D ^ ^ o o o o ( J ^ O H ^ ^ ^ ^ f ^ « t l n l O v D ^ H c ^ ^ ^ ^ r ^ o ^ H o ^ v o c o o c ^ J » J ' v o o o ^ ^ ^ v o H l n o > ^ ^ n n r ) ' « j ' ' t ^ ^ ^ ^ ^ ^ ' * ' * ^ ^ ^ ^ i o i f ) i f i i n i r ) i o i f ) i o i f > i n v o v o v o v D v D t ^ r ^ r « - t ^ o o o o c o c o c o a > a > o o o H

Zeit in Tagen Konzentration in /ig/1 .4167 .4236 .4306 .4375 .4444 .4514 .4583 .4653 .4722 .4792 .4861 .4931 .5000 .5069 .5139 .5208 .5278 .5347 .5417 .5486 .5556 .5625 .5729 .5833 .5938 .6042 .6146 .6250 .6354 .6458 .6667 .6875 .8750 .00 .02 .29 1.09 3.30 7.70 15.10 22.20 25.90 31.60 34.40 34.90 35.80 34.00 30.20 27.80 25.50 20.80 17.50 13.80 11.10 8.90 6.40 4.20 3.11 1.98 1.36 .91 .66 .43 .24 .12 .02

MeBwerte am Beobachtungspunkt Brücke Koblenz, FluBkilometer 101.6 Zeit in Tagen Konzentration in /ig/1

.4653 .4722 .4792 .4861 .4931 .5000 .5069 .5139 .5208 .5278 .5347 .5417 .5486 .5556 .5625 .5694 .5764 .5833 .5938 .6042 .6146 .6250 .6354 .6458 .6563 .6667 .6771 .6875 .6979 .7083 .7188 .7292 .7500 .7708 .8646 .00 .00 .02 .14 .57 1.81 4.15 8.30 13.86 17.92 22.16 24.76 28.06 29.24 27.83 26.65 24.52 22.64 18.39 14.33 10.75 8.30 5.94 4.24 3.06 2.12 1.44 1.09 .68 .56 .40 .33 .20 .13 .04

Zeit in Tagen Konzentration in /ig/1 .5625 .5694 .5764 .5833 .5903 .5972 .6042 .6111 .6181 .6250 .6319 .6389 .6458 .6528 .6597 .6667 .6736 .6806 .6875 .6944 .7014 .7083 .7153 .7222 .7292 .7361 .7431 .7500 .7569 .7639 .7708 .7778 .7847 .7917 .7986 .8056 .8125 .8333 .8542 .8750 .8958 .9167 .9375 .9583 1.0000 1.0208 1.0417 1.0833 1.1250 1.1667 1.2083 1.2500 1.2917 .00 .00 .00 .02 .08 .16 .36 1.06 2.12 3.63 4.62 6.88 13.49 13.11 15.56 16.27 16.74 16.74 14.85 14.62 14.62 14.52 10.84 10.75 10.37 8.96 5.47 5.56 4.15 3.20 2.07 1.58 1.43 2.16 .97 .92 .93 .49 .19 .13 .09 .10 .05 .04 .02 .02 .02 .02 .02 .00 .00 .00 .00

h - ' l - ' l - ' h - ' l - ' l - ' l - ' H I - ' K ' H I - ' M I - ' l - ' l - ' H w w u ) w w ^ o ^ o ^ o l - - ' ^ - ' l - - ' ^ - ' O O O o o v o v o v D v o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o v J v J > o v J v J v J > J > J > s J • v J > s ) ^ o • N J v J v J o ^ o ^ o ^ o ^ V D v ] ü l W H V 0 ( J l O C T i . ; k W O 0 a ( y i * * t 0 O > 0 ü 1 U ) M V 0 N j < ^ ü ) . t i J k W W I - ' l - ' O V 0 V 0 0 0 v J > 0 0 \ ( J 1 U l i t * U ) t O t O I - ' O O V 0 0 0 0 a > J 0 1 U l * ^ W W M O C 0 ( T » U 1 U l * » W M H O O V 0 0 3 v ] < ^ U l U l J i k . | i > J O U ) ( ^ V D t O U 1 0 0 l - ' * . > J O W a » O C J < T » V 0 t O 0 1 0 0 l - ' * k » 0 O U ) O Q O M U U 1 v ] o u > > ^ l O o o ^ ) u ) U 1 v ] o o o ^ J L o u 1 > o o o o ( ^ ^ J ^ J L J W . ( ^ . t k ( J 1 C ^ o ^ > J v l o a o o v o v o o H l - ' ^ o ^ J L o u ) l ; k • • , U 1 a ^ o ^ H M (-' H h» H H ^ o ^ J u » ^ ü l O l O ^ • > o v o v o o H 1 - ' ^ - ' o o o o v J 0 1 * k ^ o ^ o o o o o o o o o o o o o o o o o o o ^ - * H ^ ) U l w v o ü 1 0 o v ] O l - ' 0 ^ w ^ J l ^ J O o v o ^ ) 0 ^ v ] o o . t i ^ J l U 1 ^ J l 0 ^ u l O > s J U 1 0 0 o O O W O O O O O O O O O N J U ) W * » Ü 1 - ^ O C T v V 0 V 0 l - ' * k 4 ^ t - ' O H > J N ) C T > O 0 0 ( 0 0 0 U 1 v ] 0 0 V 0 i f ^ v l 0 0 W * k < y i H < T » 0 0 W N > O

Zeit in Tagen Konzentration in /ig/1 .7500 .7639 .111^ .7917 .8056 .8194 .8333 .8472 .8611 .8750 .8889 .9028 .9167 .9306 .9444 .9583 .9722 .9861 1.0000 1.0139 1.0278 1.0417 1.0556 1.0694 1.0833 1.1250 1.1667 1.2083 1.2500 1.2917 1.3056 1.3194 1.3333 1.3438 1.3750 1.4167 1.4583 1.5000 1.5417 .00 .00 .08 .59 1.88 4.50 6.70 10.20 9.80 9.80 8.20 6.40 5.00 3.60 2.50 1.83 1.43 .91 .61 .43 .28 .20 .16 .12 .09 .05 .04 .03 .02 .00 .00 .00 .07 .00 .00 .00 .00 .00 .00

MeBwerte am Beobachtungspunkt EW-Riburg, FluBkilometer 143.5 Zeit in Tagen Konzentration in /ig/1

.9444 .9583 .9722 .9861 1.0000 1.0139 1.0278 1.0417 1.0556 1.0694 1.0833 1.0972 1.1111 1.1250 1.1389 1.1528 1.1667 1.1806 1.1944 1.2083 1.2222 1.2361 1.2500 1.2639 1.2778 1.2917 1.3333 1.3750 1.4028 1.4271 1.4688 1.5104 1.5521 1.5938 1.6354 1.6771 1.7188 1.7604 1.8021 1.8438 1.8854 1.9271 1.9688 2.0104 2.0521 2.0938 2.1354 2.1771 2.2188 2.2604 2.2813 1 3 4 6 7 7 7 7 6 5 4 3 2 1 1 1 .00 .08 .04 .22 .53 .36 .70 .40 .30 .90 .40 .70 .40 .20 .40 .10 .20 .83 .93 .43 .42 .83 .55 .43 .31 .23 .09 .04 .03 .05 .02 .02 .03 .02 .02 .02 .02 .02 .02 .00 .02 .02 .00 .02 .00 .00 .00 .00 .00 .00 .00

H M I - ' l - ' l - ' l - ' H h - ' H H t - ' l - ' H H I - ' l - ' H ' H I - ' H I-» M M M H M o o v l N J N J o ^ o ^ o ^ o ^ ^ J l U l U ^ U l U l * ^ l t » l ^ * > u l u > c J C J O J ^ J ^ J ^ o t o l - > ^ - ' ^ - ' l - ' ^ - ' O o w v o u i o a i * ^ t o o o o a i * > t o o > j ( j i w H v o v j u i t J i - ' v j u i N > o o 3 ( ^ 4 ^ t o o o o a i O J H O O O O s a i U 1 > t > ' U > M H O O V O O O v J ( ^ U 1 U 1 i l ^ U > N > O O V O O O v ] a > U 1 U 1 i t > U > t O W v ] O W v ] C O O t v J W U l v l O O O t O U ) l J l > J O O O t O W 0 1 0 0 0 W L J U l v ] O O O N } W ( J l H H t O ü l ^ O v l v l Ü l t O O O O O O O O O O O O O O O O H N ) U > U l t - * O O V O O O M V O H O O O N ) O O O O O N ) t v J t O U > a i O O C J t O O O N > t O U > > ( ^ . t k ( T \ N > a t o 0\ 00 M (-• o o VO (-* v j «sj os rfk o (D t-3 0) (D 3 o 3 N (D 3 r t 0) r t H-o 3 H-3 • f c U3 Oa c (D r t (D P) w o er 0) o rt c 3 en •o 3 rt n s: I > d co rt c o» ?r H-M o (D r t 0) •1 UI \o

t O W W r O t O I - ' l - ' l - ' H H I - ' l - ' l - ' l - ' l - ' l - ' l - ' l - ' l - ' l - ' M I - ' l - ' l - ' l - ' l - ' h - ' l - ' H w ^ o ^ o t - ' O v o o ^ o ^ v J • v J v ] o ^ o ^ o ^ o ^ o ^ U 1 U 1 U l l ; l l J l < k i > * » * ^ w c J w u ) u ) ^ J ^ ) ^ ) ^ ; ^ o l - ' v j y j O t 0 . f ^ U 1 - > J C J V O U 1 0 0 0 C ^ * ' t O O O O < y i i t > . t O O > 0 0 1 U ( - ' V D v J U l w i - ' V O v J ü l t o O O O ^ J l l - ' O o u 1 ^ - » o o U l w f - ' O O ^ v J O ^ u 1 ^ J ^ * > w ^ o l - " O O v D O o ^ < ^ ^ J l U ^ | ^ O J t o l - ' O O v o o o x J o > o w o v a w o w > o o w ü i v ] o o o t o w i j i v i o o o t o u ) ü i « j o o o t o c j ü i - v i o a o r o i * ) u i 3 H H t O W J ^ O l U l i ï k t O H o 3 N (O 3 rt ^^ D) r t o 3 O O O O O O O O O O O O O O O O O H H N ) * * v J I - > v O C » > 0 > J l 7 1 W * k O O W o o o ^ J ^ ) ^ > ^ > ^ ) ^ J ^ } u o ^ > ^ o u > • | ! . o ^ o v ] ( J ) U l ( ^ o o v o 4 ^ o o o o o o o ( ^ •t^ o o o 4k Ij) o o 3

Zeit in Tagen Konzentration in /ig/1 1.3958 1.4167 1.4375 1.4583 1.4792 1.5000 1.5208 1.5417 1.5625 1.5833 1.6042 1.6250 1.6458 1.6667 1.6875 1.7083 1.7292 1.7500 1.7917 1.8333 1.8750 1.9583 2.0417 2.1250 2.2083 2.2917 2.3750 2.4583 .00 .00 .05 .25 .58 1.19 1.65 2.08 2.17 2.08 1.79 1.41 1.00 .77 .51 .36 .25 .16 .09 .06 .04 .03 .02 .02 .02 .00 .00 .00

ANLAGE III ANLEITUNG DES KALIBRIERUNGSVERFAHRENS

Das Kalibrierungsverfahren besteht aus zwei Teilen, die sich jeweils mit einem eigenen Batchfile aufrufen lassen. Der erste Batchfile

(B.BAT) enthait keine Argumente und lautet wie folgt: CD\RHEIN

COPY RIJN.SAV *RIJN.VAK RIJN BRD PARAM NE RIJN.VAK DEL RIJN.-VA REKRIJN PARAM NE UITVOER.DAT NE RIJN.DEF DEL RIJN.~DE DEL FREIBURG.DAT CD\RHEIN\DATA\RHEINAU

Zeile 1 Es wird in das Directory verzwelgt, in dem sich das Rechenprogramm befindet. In diesem Falie 'RHEIN'.

Zeile 2 lm File RIJN.SAV stehen alle Angaben für B und a auf dem Default-Wert. Dieser ist für B gleich O und für a gleich 0.011.

Zeile 3 Das Rheinalarmmodell wird mit RIJN und einem Argument aufgerufen. Durch Eingabe des Argumentes wird die gewünschte Sprache generiert (BRD für die deutschsprachige, GB für die englischsprachige und FR für die französische Version). Wird kein Argument eingegeben, stellt sich die niederlandische Version ein.

Zeile 4 Beim ersten Aufruf berechnet das Programm PARAM einen B-Wert für die betrachtete Strecke. Nach dem Aufruf bittet das Programm um die Eingabe der Transportgeschwindigkeit c und des Dispersionskoeffizienten Ds der betreffenden Strecke und speichert diese Daten in dem File FREIBURG.DAT. Diese Daten werden über das Parameterschatzungsmodell SAMF berechnet. Zeile 5 Mit dem 'norton editor' (sofern installiert) lassen sich nun die berechneten B-Werte der betreffenden Teilstrecken in die Datei RIJN.VAK eintragen.

Bei dieser Handlung achte man darauf. dafi die Zahlen in der Datei in derselben Position stehen bleiben^ ansonsten liest das Rechenprogramm die falschen Variablen ein!

X V l l l

-Zeile 7 Der Rechenteil des Alarmprogramms wird erneut gestartet und die Berechnung mit den neuen B-Werten durchgeführt. Zeile 8 Das Programm PARAM berechnet beim zweiten Aufruf den a-Wert

für die betrachtete Strecke.,

Zeile 9 Das Programm PARAM speichert die Eingabe, die auf dem Bildschirm dargestellt wird, in der Datei UITVOER.DAT. Die Ergebnisse der Berechnung lassen sich nun lesen.

Zeile 10 Der berechnete a-Wert lafit sich nun in der Datei RIJN.VAK für die betreffenden Teilabschnitte eintragen.

Zeile 11 Die alte Datei RIJN.DEF wird beseitigt.

Zeile 12 Die Datei FREIBURG.DAT wird beseitigt, da das Programm sonst bei erneutem Aufruf von B.BAT die Geschwindigkeiten und Dispersionskoeffizienten der vorigen Berechnung lesen würde.

Zeile 13 Man kehrt in das Subdirectory zurück, in dem sich die Mefidaten des diesbezüglichen Markierversuchs befinden und von WO aus die Kalibrierung erfolgt. In diesem Fall die Mefidaten des Markierversuchs 07/89, hier mit DATA/RHEINAU bezeichnet.

Der zweite Batchfile (I.BAT) enthait Argumente und lautet wie folgt:

§ECHO OFF IF %1==1 GOTO IF %1==2 GOTO :1 COPY V - % 2 . — P PAUSE TRANS 1 2 FREI

COPY METING.DAT C:\RHEIN GOTO 3 :2 COPY V - % 2 . — P PAUSE GOTO 3 :3 CD\RHEIN COPY RIJN.DEF RIJN BRD NE RIJN.VAK COPY RIJN.VAK DEL RIJN.~VA RIJN BRD VERG C:\RHEIN\METING.DAT RIJN.VAK RIJN.DEF A^ 1 CD\RHEIN\DATA\RHEINAU

Das erste Argument gibt an, ob die Datei mit MeBwerten noch in eine Datei METING.DAT transformiert werden mufi. Dies erfolgt über das Programm TRANS.

Das zweite Argument gibt die Kilometrierung der MeBstelle in 'Rheinmetern'an. Die Datendateien der Markierstoffmessungen haben die Extension " — P " und vor den Rheinmetern steht "V-".

Das Programm TRANS transformiert die Zeiten aus den Datendateien in dezimale Tage nach dem Zeitpunkt der Einleitung und richtet eine Datei METING.DAT ein, die sich vom Rechenprogramm lesen ISfit, so dafi die Mefiwerte auch in die grafische Darstellung des berechneten Konzentrationsverlaufs aufgenommen werden können. Hierfür sollte in der letzten Zeile der Datei FILES.DAT die Datei METING.DAT in der Form

n y n 98 > meting.dat spezifiziert werden.

Das Programm VERG vergleicht die gemessenen mit den berechneten Werten. Für Konzentrationen oberhalb eines angegebenen Wertes berechnet es die Wurzel aus dem mittleren Quadrat der Abweichung der gemessenen und berechneten Konzentration

a =

i [

(<Pbi-<p.i) <Pbi n 1/2

wobei: a = mittlere Abweichung

(PM = die berechnete Konzentration zum Zeitpunkt ti «p^ = die gemessene Konzentration zum Zeitpunkt ti

n = die Anzahl der in dem Vergleich beteiligten MeBwerte,

Auch berechnet das Programm VERG die Differenz zwischen dem gemessen-en und berechnetgemessen-en Zeitpunkt, an dem die Konzgemessen-entration ihr Maximum erreicht.