Kalibrierung des Alarmmodells für den Rhein anhand des Markierversuches 09/88 Albbruck - Basel

Kalibrierung des Alarmmodells

für den Rhein anhand des

Markierversuches 09/88

AIbbruck-Basel

Marz 1991 Ir. A. van Mazijk / J. v. Mierlo

R a p p CT G&W 9 1 - 0 1

T U Delft

Technische Universitat Delft

Rijkswaterstaat

Staatliciies Amt für integrale Verwaltung der Binnengewasser und Abwasserreinigung RIZA

i C A . x - . x : B F i . x E : i ^ x j i s r c s D E S A . I . . A X t M M : O D E X . X ^ S E Ü I ^ D E I S T R - M E X N A J S r H A . l « T D D E S IVLAJRICX E R - V ^ E R - S U C M E S O 9 / 8 8 A . X . B B F t U C K : — B A . S E X .

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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-koeffizienten aufgrund der Auswertung der Universitat

Bern und der Firma Naturaqua 8 4. KALIBRIERUNG

4.1 Kalibrierungsverfahren 11

4 . 2 Ergebnisse 14 5. SCHLUSSFOLGERUNGEN UND EMPFEHLUNGEN 21

ANLAGEN

I. Schematisierung der Versuchsstrecke im Rheina1armmode11

1.1 Abschnittseinteilung des Rheines i und seiner Nebenflüsse

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

1.3 Unterverteilung der FluBabschnitte in ii Teilabschnitte

II. Hydrologische Daten iii III. KonzentrationsmeBreihen der Beobachtungspunkte v

IV. Anleitung zum Kalibrierungsverfahren xi

LITERATURVERZEICHNIS XV

VORWORT

lm Rahmen der IKSR/KHR-Zusammenarbeit wurde innerhalb des Projek-tes RAP*CALAMOD des RijkswaterstaatdiensProjek-tes RIZA ein Alarmmodell für den Rhein entwickelt. Zur Kalibrierung und Verifikation dieses Modells wurden verschiedene Markierversuche durchgeführt. Mit der Kalibrierung und Verifikation wurde die Universitat Delft, Fach-gruppe Gesundheitstechnik & Gewasserbewirtschaftung vom Rijkswa-terstaat beauftragt. Die Durchführung fand in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Physische Geographie, Lehrstuhl für Hydrolo-gie, der Albert-Ludwigs-Universitat Freiburg statt.

Für die Kalibrierung anhand des Markierversuches 09/88 Albbruck -Basel, die September/Oktober 1990 erfolgte, wurde eine vorlaufige Version 2.0 des Rheinalarmmodells benutzt.

Bei der folgenden Überprüfung der Kalibrierungsergebnisse mit der im Februar/Marz 1991 ausgelieferten Modellversion zeigten sich nur sehr kleine Abweichungen, sodaB auf eine weitere Kalibrierung

verzichtet wurde.

1 -1. EINLEITUNG

Zur Kalibrierung des Rheinalarmmodells Version 2.0 sind mehrere Markierversuche durchgeführt worden. In diesem Bericht wird die Kalibrierung des Modells anhand des Markierversuches 09/88 Albbruck -Basel beschrieben.

Bei dem Versuch wurden 235 kg Natrium Fluorescein in 1000 Litem Wasser vorgelöst und in den Auslauf der ARA-Albbruck, FluBkilometer 113.5, eingespeist. Die Strecke vom Einspeisepunkt bis zum Elektri-zitatswerk Kembs wurde im Auftrag der Universitat Bern von der Firma Naturaqua bemessen.

Die Kalibrierung bezieht sich auf zwei Parameter:

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

* den Proportionalitatskoeffizienten a aus der im Modell benutzten

Formel für den Dispersionskoeffizienten (Dg).

Die Kalibrierung unterscheidet zwei Phasen:

* eine erste Abschatzung der a- und 6-Werte aufgrund der von der

Universitat Bern und der Firma Naturaqua ermittelten Stofftrans-portgeschwindigkeiten (c) und Dispersionskoeffizienten (Dg) pro Teilstrecke und

* eine nahere Bestimmung der a- und B-Werte durch den Vergleich

gemessener und berechneter Konzentrationsverlaufe mit dem Rhein-alarmmodell Version 2.0.

Die Auswertung der a- und B-Parameter wurde von der Technischen Universitat Delft, Fakultat für Zivile Technik, Fachgruppe Gesund-heitstechnik & Gewasserbewirtschaftung im Auftrag des Rijkswater-staats, 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-Universitat Freiburg.

3

-2. BESCHREIBUNG DES BETRACHTETEN RHEINABSCHNITTES

Beim Markierversuch vom 27. September 1988 wurden um 7.00 Uhr bei FluBkilometer 113.5, in den Auslauf der ARA-Albbruck, innerhalb von fünf Minuten 215 kg vorgelöstes Natrium-Fluorescein, sowie in den nachsten 55 Minuten weitere 20 kg als Nachspüllung in den Rhein eingeleitet. Der Einfachheit halber wird von einer momentanen Einspeisung ausgegangen. Zwischen dem Einspeisepunkt (FluBkilometer 113.5) und dem Elektrizitatswerk Kembs (FluBkilometer 179.8) wurden

Tabelle 2.1. KonzentrationsmeBstellen brt der Hessung (1) Brücke Laufenburg EW-Laufenburg (Oberwasser) EW-Sackingen (Oberwasser) Holzbrücke Stein-Sacking. EW-Riburg-Schwórstadt Pegel Eheinfelden EW-Wyhlen EW-Augst EW-Birsfelden NADÜF-Station Village-Neuf EH-Kenbs iFluBkin. + HeBart (2) * 120.8 H 122.0 A 129.5 A 130.2 A H 143.5 A 148.3 A 155.9 A 163.8 A 174.1 A 179.8 A jHeBstelle (3) ** Bruckenbogen D Brückenbogen CH NADÜF-St.+ StroB-Strich + Schleuse Fischtreppe üfer + Durchlasse über Querschnitt Turbinenauslauf Ufer (CH-Seite) Turbinenauslauf Turbinenauslauf üferbereich (F-Seite) Turbinenauslauf Beuerkung

Hier war die Querdurchniscbung noch unvollstandig.

Probeentnahne nicht in Stromstrich, dadurch rel. geringe Konzentration

keine Querschnittnessung sondern üfenessung.

Die Front des Markierstoffes tritt nirgends hoBogen auf.

AbfluBverhaltnisse nicht richtig bekannt

H = Handprobenahme

A = Automatisches Probenahmegerat (APEG) ** CH = Schweiz

D = Bundesrepublik Deutschland F = Frankreich

4

-an mehreren Beobachtungspunkten Proben entnommen. Die einzelnen KonzentrationsmeBstationen sind in Tabelle 2.1 aufgeführt (siehe auch Anlage 1.2).

Einige KonzentrationsmeBstellen wurden bei der Kalibrierung nicht in Betracht gezogen. Es sind dies die MeBstellen Brücke Laufenburg, EW-Sackingen, Pegel Rheinfelden und die NADUF-Station Village-Neuf. Die Gründe sind in Tabelle 2.1, Spalte (4) angegeben.

Die gemessenen Konzentrationswerte des Beobachtungspunktes 179.8 (EW-Kembs) wurden trotz Problemen zur Kalibrierung herangezogen, da der Teilabschnitt 105 sonst nicht hatte berücksichtigt werden können. Das Ergebnis des Teilabschnittes 105 ist also mit Vorsicht zu verwenden. Gerade im Bereich Basel (Birsfelden - EW-Kembs) war der MeBuntergrund wahrend der Versuchsdauer nicht konstant, was zu Problemen im hinteren Teil des Markierstoffdurchgangs (Abbruch) führte. Die Nachweisgrenze für Natrium-Fluorescein liegt bei 0.002 mg/m\ Der MeBuntergrund wahrend dem Versuch bewegte sich um 0.006 mg/m^

(Leibundgut u.a., 1988).

Zusatzlich verfolgte man den markierten Wasserkörper im Rhein mit drei alternierend eingesetzten MeBbooten. Dabei wurde hauptsachlich das erste Auftreten und der Anstieg der Markierstoffkonzentrationen in verschiedenen Rheinquerschnitten gemessen.

5 -3.DATEN

3.1 Hydrologische Daten

Voraussetzung für die Kalibrierung ist eine gute Einsicht in die AbfluBverhaltnisse 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 Stofftransport-geschwindigkeiten werden als gemessene Geschwindigkeiten betrachtet

(siehe weiter Absatz 3.3). Mit Hilfe dieser gemessenen Geschwindig-keiten 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.

32 30 22 20 ^ ^ i r ^ ^ ^ ^^^^ ^^;^^^ ' • ^

y

y

y

y

A

y

y

r

r

y •

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 Abschnittseinteilung in Relation zu den WasserstandsmeBstellen entlang des Rheins können der Anlage I.l entnommen werden.

Am 27. September 1988 betrug der AbfluB des für die betrachtete Strecke (FluBkilometer 113.5 - 179.8) verantwortlichen Pegels Rheinfelden 712 m'/s. Wahrend des Markierversuchs wies der AbfluB eine

leicht sinkende Tendenz auf. GröBere Schwankungen fehlten, so daB mit den Tagesmittelwerten 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 Wert gerechnet. Ein AbfluB von 700 mVs wird

MittIerer TagesabfIuss

7-Sept 28-Sept 29-Sept 01-Ckt

7

-im Rhein bei Rheinfelden wahrend rund 270 Tagen -im Jahr erreicht Oder überschritten (Leibundgut u.a., 1988).

In Abb. 3.1.1 ist zum Vergleich mit der Transportzeit die Laufzeit des Wassers auf Basis der Tagesmittelabflüsse in den einzelnen Abschnitten wahrend des Durchganges des Markierstoffes dargestellt. Abb. 3.1.2 zeigt den mittlerer TagesabfluB des Pegels Rheinfelden wahrend der Versuchszeit.

3.2 Konzentrationsdaten und Verlustrate

Als Markierstoff wurde Natrium-Fluorescein (Uranin), ein Stoff der verhaltnismaBig 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. Die Eingabefracht der Nachspül-zeit müBte für die Rückgewinnung speziell behandelt werden, da eine

c i O w 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 go 80 70 •!v 122

X

\r

FI ussK i j ometer BeooacntungspunKte

1 6 3 . 8 1 7 9 . 8

8

-Verdünnung unter die Nachweisgrenze nach einigen Kilometern angenom-men werden muB (siehe Leibundgut u.a., 1 9 8 8 ) . Dies wurde bei der Kalibrierung jedoch nicht berücksichtigt. Der Einfachheit halber wurde von einer momentanen Einleitung ausgegangen.

In Abb. 3.2.1 ist die Tracerrückgewinnung an den Beobachtungspunkten graphisch dargestellt. Die zahlenmaBige Angabe enthalt Tabelle 3.2.1.

(siehe auch Leibundgut u.a., 1 9 8 8 ) .

Tabelle 3.2.1. Tracer-Rückgewinnung Beobachtungspunkt [km] 122.0 130.2 143.5 155.9 163.8 179.8 % 100 80 61.8 58.5 53.6 33.7 Rückgewinnung [kg] 235.0 188.0 143.2 137.5 126.0 79.2

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:

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

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

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

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

_ 9

-Unter Berücksichtigung der Laufzeiten des Markierstoffes (bezogen auf die mittleren Stofftransportgeschwindigkeiten) wurden die Disper-sionskoef f izienten Ds pro Teilstrecke berechnet.

Die diesbezüglichen Parameterwerte stellt Tabelle 3.3.1 für die bei der Kalibrierung verwendeten Beobachtungspunkte zusammenfassend dar

(Leibundgut u.a., 1988).

Tabelle 3.3.1. Stofftransportgeschwindigkeiten (c) und Dispersionskoeffizienten (Dg) nach der Auswertung des Markierversuches durch Universitat Bern/Naturaqua Ort der Messung EW-Laufenburg Holzbrücke, Stein-Sackingen EW-Riburg-Schwörstadt EW-Wyhlen, EW-Augst EW-Birsfelden EW-Kembs K MeBstrecke Anfang 113.5 122.0 130.2 143.5 155.9 163.8 Ende 122.0 130.2 143.5 155.9 163.8 179.8 c [m/s] 0.82 0.62 0.49 0.68 0.48 0.61 [m2/s] 27 38 69 56 78 173

Diese Parameterwerte der Stofftransportgeschwindigkeiten und Dispersionskoeffizienten wurden in der ersten Phase der Kalibrierung für die Abschatzung des Stillwasserzonenparameters B und des

Proportionalitatskoeffizienten a (aus der Formel zur Berechnung des

Dispersionskoeffizienten im Rheinalarmmodell Version 2.0; siehe auch Kapitel 4) verwendet.

11 -4. KALIBRIERUNG

4.1. Kalibrierungsverfahren

Bei der Kalibrierung werden zwei Parameter pro Teilabschnitt, in welche die FluBabschnitte weiter unterteilt sind (Anlage 1 . 3 ) , bestimmt:

- der ^Stillwasserzonen^-Parameter B aus

c = Us/(1+B) (4.1.1) mit: 6 = relative Flache der Stillwasserzone [-]

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

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

- der Proportionalitatskoeffizient a in dem Ausdruck für den Disper-sionskoef f izienten, laut

Ds = (1 + RV . D„ = (1 + RY _a u/.B,' u. (4.1.2) mit: Ds = Do = a, = Bs = u. = C = Dispersionskoeffizient des 'Stillwasserzonen'-Modells

Dispersionskoeffizient nach Fischer (1979) Wassertiefe des stromführenden Flusses Breite des stromführenden Flusses

Schubspannungsgeschwindigkeit (= (Uj•yg}/C) Chézy-Koeffizient [mVs] [mVs] [m] [m] [m/s] [ym/s] STILLWAS SERZONE

-vö:vTN'^^J^^^^''^^^^

12

-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' yg

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 B-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, IKSR/KHR Expertengruppe, 1991) für diesen Parameter gerechnet. Mit diesem Wert ist nach Angaben der Literatur eine gute Überein-stimmung mit der tatsachlich auftretenden Konzentrationsver-teilung gewahrleistet.

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 13 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 Dj-Werte die

a-und B-Werte bestimmt. Nachdem man die so geschatzten a- und B-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 = mit: 2 i-i (Vbi-<P.i) 1 <Pb 1/2 n a = mittlere Abweichung

(Pbi = berechnete Konzentration zum Zeitpunkt ti <p^ = gemessene Konzentration zum Zeitpunkt ti n = Anzahl der verglichenen MeBdaten

(4.1.4)

[-] [kg/m^]

[kg/mn

[-]

Da bei diesem Vergleich der Verlauf der Front und der Spitze der Markierstoffwelle maBgebend sind, wurden zur Bestimmung des a-Wertes

nur Konzentrationswerte «p^ gröBer als O, 3« ((PM)..» in Betracht gezogen,

wobei (<PM)MI, 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.

Die Optimierung der Parameter a und B wurde iterativ 'mit der Hand' durchgeführt. Das Kriterium der Optimierung ist eine minimale

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-eine Minimierung des Ableitungsergebnisses von a nach a bzw. B (da/da

bzw. d a / d B ) . , Als zweites Kriterium wird die Abweichung zwischen berechneter und

gemessener Laufzeit des Markierstoffes im Hinblick auf die gemessene Laufzeit (bezogen auf die maximale Konzentration) herangezogen. Bei der Minimierung dieses Unterschieds wurde die zulassige Obergrenze mit 5% angenommen.

Da bei der Optimierung der a-Werte die berechnete und gemessene Menge des passierenden Markierstoffes eines Beobachtungspunktes gleich sein sollte, wurden die berechneten Mengen der Tabelle 3.2.1, Kapitel 3.2, als Einspeisemengen für die Kalibrierung verwendet.

4. 2 Ergebnisse

In Tabelle 4.2.1 sind in Kalibrierungsreihenfolge die Ergebnisse der ersten und zweiten Kalibrierungsphase aufgelistet.

In Spalte (1) und (2) werden die MeBstrecken zwischen zwei aufeinan-derfolgenden Beobachtungspunkten wiedergegeben. 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 in der ersten Phase der Kalibrierung aufgrund der Ergebnisse der Universitat Bern/Naturaqua nach den Gleichungen (4.1.1) und (4.1.3) bestimmt wurden.

In Spalte (5) sind die a- und B-Werte pro Teilabschnitt angegeben, die nach der Optimierung der zweiten Kalibrierungsphase mit dem Rheinalarmmodell Version 2.0 erzielt wurden. Spalte (6) gibt die dazugehörige prozentuale Abweichung der Laufzeit, bezogen auf das gemessene Konzentrationsmaximum, an. Spalte (7) gibt die jeweils angenommene eingespeiste Markierstoffmenge bei FluBkilometer 113.5 (Auslauf der ARA-Albbruck, Einspeisepunkt des Markierversuches im FluB) an (vgl. Tabelle 3 . 2 . 1 ) . In der letzten Spalte (8) sind die

a-Werte für den Fall angegeben, daB nur gemessene Konzentrationswerte berücksichtigt werden, welche gröBer als 3 0 % des berechneten Konzentrationsmaximums sind.

15

-Tabelle 4.2.1. KALIBRIERUNGSERGEBNISSE (a- UND B-WERTE) Ort der Hessung (1) EW-Laufenburg Holzbrücke, Stein-Sacking. EW-Eiburg-Schwórstadt EW-Wyhlen, EW-Augst EW-Birsfelden EW-Kenbs MeBstrecke Anfang Ende (2) 113.5 122.0 130.2 143.5 155.9 163.8 122.0 130.2 143.5 155.9 163.8 179.8 Teilab-schnittnr. (3) 103 103 103 103 104 104 105 301 On.Bern/Naturaqua 6 a (4) -0.244 0.000 0.265 -0.147 0.188 0.082 0.00105 0.00085 0.00096 0.00193 0.00144 0.00380 Version 2.0 6 a (5) -0.200 -0.110 0.055 0.055 -0.185 -0.030 0.110 0.055 0.00150 0.00100 0.00140 0.00140 0.00095 0.00135 0.00105 0.00090 Abweichung Laufzeit (6) 9.098 -1.023 -1.564 -1.790 -0.626 -0.118 Markier-stoffuenge [kg] (7) 235.0 188.0 145.2 137.5 126.0 79.2 Abweichung (8) 0.41 0.07 0.09 0.13 0.11 0.12

*) negative Vorzeichen bedeuten, daB die genessene Ankunftszeit für die Markierstof fwelle kurzer ist als die berechnete

Grenzen der Teilabschnitte: 103 : kn 112.8 - kl 146.8 104 : km 146.8 - kn 163.8 105 : kn 163.8 - km 173.6

Bei der Kalibrierung anhand der Version 2.0 (Spalte 5) wurden an Beobachtungspunkt 155.9 für den Teilabschnitt 103 die für den Beobachtungspunkt 143.5 erhaltenen a- und 6- Werte verwendet. An Beobachtungspunkt 179.8 wurden für den Teilabschnitt 104 die für den Beobachtungspunkt 163.8 erhaltenen a- und 6- Werte verwendet.

In der ersten Phase wurden im Teilabschnitt 103 wurden die a- und B-Werte für die ersten drei Beobachtungspunkte (EW-Laufenburg, Holzbrücke/ Stein-Sackingen und EW-Riburg/Schwörstadt) einzeln kalibriert (Tabelle 4.2.1, Spalte 4 ) . Für einige B-Werte erhielt man dabei einen negativen Wert. In diesem Teilabschnitt ist offen-sichtlich in den ersten beiden Teilstrecken (Gesamtlange 16,7 km) die mittlere FlieBgeschwindigkeit bedeutend kleiner als die gemessene Stofftransportgeschwindigkeit. Dies ist darauf zurückzuführen, daB hier der Markierstoff noch nicht völlig über den FluBquerschnitt vermischt wurde und sich zum gröBten Teil im Stromstrich befand, wo die FlieBgeschwindigkeit bedeutend höher sein kann als die mittlere Geschwindigkeit (van Mazijk und Verwoerdt, 1989).

Für die anderen Teilstrecken verhalten sich die FlieB- und Stoff-transportgeschwindigkeiten, mit Ausnahme der 4. Teilstrecke, genau

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-umgekehrt. Diese Ausnahme sich laBt auf die Tatsache zurückführen, daB wahrend der Messung nicht alle Turbinen des Riburger Kraftwerks

(FluBkm. 143.5) in Betrieb waren. Demzufolge muBte sich die Haupt-strömung, und demnach auch der Markierstoff, dort über einen kleineren FluBquerschnitt verteilen. Der Durchgang durch die Turbinen hat an dieser Stelle also eine ahnliche Wirkung wie eine erneute punktförmige Einspeisung.

Da bei der Kalibrierung für die Beobachtungspunkte EW-Riburg-Schwörstadt (FluBkm. 143.5) und EW-Birsfelden (FluBkm. 163.8) in der ersten Phase positive B-Werte ermittelt wurden, hat man diese beiden MeBstellen in der zweiten Phase zur Kalibrierung der Teilabschnitte 103 und 104 herangezogen. Ausgangspunkt für die a- und B-Werte des Teilabschnittes 103 sind die des Beobachtungspunktes km 143.5 (siehe

Tabelle 4.2.1, Spalte 5 ) . Die Kalibrierung der a- und B-Werte des

Teilabschnittes 104 erfolgte in Anpassung an den Konzentrationsver-lauf der MeBstelle km 163.8.

Danach wurde der Teilabschnitt 105 mit den MeBwerten des Beobach-tungspunktes EW-Kembs (km 179.8) kalibriert. Die kalibrierten Werte des Teilabschnittes 301 stammen dabei von der Kalibrierung des Markierversuchs 04/89 (van Mazijk u.a., 1991). Die Kalibrierungs-ergebnisse für das Alarmmodell Version 2.0 sind in Tabelle 4.2.2 zusammengefaBt.

Tabelle 4.2.2. KALIBRIERUNGSERGEBNISSE (a- UND B-WERTE) FÜR DAS ALARMMODELL VERSION 2.0

Ort der Messung EW-Riburg-Schwörstadt EW-Birsfelden EW-Kenbs MeBstrecke Anfang 113.5 143.5 163.8 Ende 143.5 163.8 179.8 Teilab-schnittnr. 103 104 105 301 Version 2.0 B 0.055 0.000 0.050 0.055 a 0.00140 0.00200 0.00060 0.00090 Abweichung Laufzeit W *) -1.564 -1.576 -0.008 Markier-stoffnenge [kg] 145.2 126.0 79.2 Abweichung a 0.09 0.16 0.12

*) negative Vorzeichen bedeuten, daB die geaessene Ankunftszeit für die Markierstoffwelle kurzer ist als die berechnete

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-Zur Auswertung der B-Werte ist folgende Anmerkung zu machen:

In den kalibrierten Werten, besonders in den 'Stillwasserzonen'-Parametern B, sind implizit die Ungenauigkeiten der im Modell verwen-deten Laufzeittabellen und Abflüsse, bzw. Pegelstande der

Wasser-standsmeBstellen, enthalten. So ist es möglich, daB Aufgrund der Ergebnisse der Universitat Bern/Naturaqua in der ersten Phase der Kalibrierung ein B-Wert mit negativem Vorzeichen ermittelt wurde. Das heiBt, daB die 'gemessene' Stofftransportgeschwindigkeit gröBer ist als die mittlere WasserflieBgeschwindigkeit. Dies ist physikalisch nur möglich, wenn der Markierstoff sich noch nicht vollstandig über den FluBquerschnitt vermischt hat und sich vorwiegend im 'Strom-strich' aufhalt. Dies ist in der ersten, zweiten und vierten Teilstrecke des vorliegenden Markierversuches der Fall. Bei vollstan-diger Vermischung kann ein negativer B-Wert auf falsche Eingabedaten in Bezug auf Laufzeiten und/oder Abflüsse deuten. Für letzteren Fall wurde bei der Optimierung in der zweiten Kalibrierungsphase, in Mangel an detaillierteren Information, für B der Wert Null angenom-men.

Die Tabellen 4.2.4 bis 4.2.6 enthalten die Ergebnisse der Kalibrie-rung. In Tabelle 4.2.4 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 wurden. Hinzugefügt wurden auBerdem zwei Spalten mit laufzeitgewichteten Mittelwerten für c und c' (c bzw. c') . Diese Daten sind als Mittelwerte von der Einleitungsstelle bis zum betreffenden MeBpunkt zu betrachten!

Tabelle 4.2.4. TRANSPORTGESCHWINDIGKEITEN Ort der Hessung EW-Riburg-Schwórstadt EW-Birsfelden EW-Keabs K MeBstrecke Anfang 113.5 143.5 163.8 Ende 143.5 163.8 179.8

Teilabschnitte aus den 'Rheinalamnodell' 103 104 105, 301 c [B/s] 0.59 0.58 0.61 C' [B/s] 0.59 0.57 0.62 c [B/s] 0.69 0.59 0.59 c' [B/s] 0.59 0.58 0.59

18

-Tabelle 4.2.5 enthalt in vergleichbarer Weise den Dispersionskoeffi-zienten Ds nach den Ergebnissen der Universitat Bern/Naturaqua in Kombination mit den Werten für den Dispersionskoeffizienten Dg', die

letztendlich nach der Kalibrierung vom Modell generiert werden. Hinzu kommen die Mittelwerte der Dispersionskoeff izienten Ds und Dg' (Ds bzw. Ds'). Tabelle 4.2.5. DISPERSIONSKOEFFIZIENTEN Ort der Hessung EW-Riburg-Schworstadt EW-Birsfelden EW-KeBbs K MeBstrecke Anfang 113.5 143.5 163.8 Ende 143.5 163.8 179.8

Teilabschnitte aus dea 'RheinalaniBodeir 103 104 105, 301 ^s [B2/S] 52 66 173 [ B 2 / S ] 63 74 26 OS [ » 2 / S ] 52 58 85 [B2/S] 1 63 68 58

Tabelle 4.2.6 enthalt die folgenden Laufzeiten:

* Transportlaufzeit (=Tc) nach den Ergebnissen der Universitat Bern/Naturaqua, basierend auf der Stofftransportgeschwindigkeit c; * Laufzeit (=Tu), basierend auf der FlieBgeschwindigkeit Us

* Transportlauf zeit (=Tc-) nach der Kalibrierung.

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

'gemessenen' Werten. Tabelle 4.2.6. LAUFZEITEN Ort der Hessung EW-Riburg-Schworstadt EW-Birsfelden EW-KeBbs K HeBstrecke Anfang 113.5 143.5 163.8 Ende 143.5 163.8 179.8

Teilabschnitte aus den 'RheinalarBBodell' 103 104 105, 301 ^c [Std] 14.1 9.7 7.3 ^u [Std] 13.4 9.8 6.8 ^C' [Std] 14.2 9.9 7.1 ^ c [Std] 14.1 23.7 31.0 ^ c ' [Std] 14.2 24.0 31.1 ^ c - ^ c ' ^ c -0.71 -1.30 -0.32

Für die kalibrierten a- und B-Werte sind die Konzentrationskurven der drei MeBstellen in den Abbildungen 4.2.1 bis 4.2.3 dargestellt.

19 -A l -A P M M O d e l Rh«in 2 . 0 Max*]<iex>vepsuc}i e 9 / ' 8 8 L: B o v e n r i j n knp = 1 X 3 . 5 M: B o v e n p i j n knp Be]r>echnete Masse : 1 4 6 . 2 1 Ks < = 1 0 0 . 7 0 - / : ) 1 4 3 . 5 i Z e i t O T 1 0 : 2 1 i 0 T i i : i 5 0 T 1 2 : O 9 O T 1 3 : 0 3 1 O T 1 3 : 5 7 0 T 1 4 : S 1 0 T 1 S : 4 5 0 T 1 6 : 3 9 0 T 1 7 : 3 2 0 T 1 8 : 2 6 0 T 1 9 : 2 0 » .„ ., C <u9r/l ) 1 .00O .O00 3 . 7 0 2 1 6 . 4 0 0 2 0 . 2 9 5 : 1 1 . 8 9 1 5 . 7 8 1 i 3.333 1 1.598 .525 1 .121 i n a x = 2 0 . 9 9 8 C <uff,^l 3 O . 0 . 15.0_ o_

J

1

A b b . 4 . 2 . 1 , Vergleich berechneter und gemessener Konzentra-tionsverlauf bei berechneter Markierstof fmenge für EW-Riburg-Schwörstadt (FluBkm. 143.5). A l a p M H O d e l Rhein 2 . 0 M a r k i e p v e p s u c h 0 9 / 8 8 L: B o v e n r i j n k n p = 1 1 3 . 5 U: B o v e n P i J n k n r = B e r e c h n e t e M a s s e : 1 2 6 . 8 6 Kff < = 1 0 0 . öBX. > C <usr/'l 1 6 3 . 8 Zeit 0 T 2 0 : 0 0 0 T 2 l : 0 0 0 T 2 2 : 0 0 0 T 2 3 : 0 0 IT 0:00 I T l : 0 0 11 2 : 0 0 IT 3:oo IT 4:oo I T 5 : 0 0 IT 6:00 C Cua.'l > .000 1.243 ! 6.992 1 1 2 . 7 2 7 i 1 2 . 0 1 3 7 . 3 5 5 i 4.037 2 . 5 4 2 1 1.549 .754 i .282 M a x = 1 3 . 3 0 0 2 0 . 0 _ , 1 0 . 0 . Zeit 0T19St 0 T 2 3 : 2 2 IT 8Si Abb. 4 . 2 . 2 . V e r g l e i c h b e r e c h n e t e r und g e m e s s e n e r K o n z e n t r a -t i o n s - v e r l a u f b e i b e r e c h n e -t e r M a r k i e r s -t o f f m e n g e f ü r E W - B i r s f e l d e n (FluBkm. 1 6 3 . 8 ) .

20 -Alaz>nnodel R h e i n 2 . 0 Max«kiex<vepsuch 0 9 / 8 8 L: B o v e n p i j n kMr = 1 1 3 . 5 U: B o v e n p i j n knP = 1 7 9 . 8 B e r e c h n e t e Masse : 7 6 . 5 9 Ks ( = 9 6 . 7 0 X > Z e i t IT 3 : 0 0 IT 4 : 0 0 IT 5 : 0 0 IT 6 : 0 0 IT 7 : 0 0 IT 8:O0 IT 9 : 0 0 1 T 1 0 : 0 0 1 T 1 1 : 0 0 1T12:O0 1 T 1 3 : 0 0 n a x = 7 . S 6 0 Z e i t = IT 6 : 3 0 Z e i t

Abb. 4.2.3. Vergleich berechneter und gemessener Konzentra-tions-verlauf bei berechneter Markierstof fmenge für EW-Kembs (FluBkm. 179.8). C < u » / l . 0 0 0 1 . 0 7 4 4 . 0 4 7 7 . 0 6 7 7 . 1 4 6 4 . 7 3 1 2 . 6 1 9 1 . 6 2 1 . 9 8 1 . 4 4 7 . 1 4 1 « T 4 0 A « T " Ï C •• « T l a « *• « T f ^ e i « - I

21

-5. SCHLUSSFOLGERUNGEN UND EMPFEHLUNGEN

Die erhaltenen B-Werte liegen zwischen 0 und 0,055. Bei der Ermitt-lung von B aufgrund der von der Universitat Bern/Naturaqua berechne-ten Stofftransportgeschwindigkeiberechne-ten erhielt man für einige MeBstrek-ken negative B-Werte. Da dies prinzipiell nicht möglich ist, wurde mangels weiterer Informationen B an diesen Stellen gleich Null gesetzt (siehe auch Kapitel 4.2). Die negativen B-Werte könnten auf falsche Eingabedaten der Laufzeiten und/oder Abflüsse deuten. Eine nShere Analyse dieser Daten ist daher empfehlenswert.

In Fallen, in denen sich negative B-Werte auf unvollstandige Querdurchmischung zurückführen liessen, wurden die diesbezüglichen MeBstrecken weiter auBer Betracht gelassen. Eine unvollstandige Querdurchmischung konnte sich nach jedem Kraftwerk wiederholen, wenn nicht alle Turbinen in Betrieb sind. Vom Kraftwerk wird dann die Situation einer punktförmigen Einspeisung erzeugt, so daB die mittlere FlieBgeschwindigkeit kleiner als die Stof ftransportgeschwin-digkeit ist, welche hauptsachlich von der FlieBgeschwinftransportgeschwin-digkeit im Stromstrich bestimmt wird. Wenn dies bei den Kraftwerken haufig der Fall sein sollte, ist eine weitere Unterverteilung des diesbezüg-lichen Teilabschnittes zu erwagen, damit der obengenannte EinfluB des Kraftwerkes auf den Stofftransport besser über den B-Wert berücksich-tigt werden kann.

Die a-Werte variieren von 0,0009 im Rheinseitenkanal (MeBstelle EW-Kembs km 179.8) bis 0,002 in dem Teilabschnitt 104. Diese a-Werte sind global zehnmal kleiner als der u.a. von Fischer (1979) angegebe-ne Wert von 0,011. Sie stimmen allerdings mit den Ergebnissen eiangegebe-ner Studie überein, die von Van Craenenbroeck, 1984 in belgischen Kanalen angestellt wurde. Die erhaltenen a-Werte weisen daher darauf hin, daB die schweizer Rheinstrecke hinsichtlich dieses Parameters mehr Oder weniger als Kanal zu betrachten ist.

Mit dem anhand des Markierversuchs 09/88 kalibrierten Modell können die in diesem Versuch gemessenen Laufzeiten (bezogen auf das Konzentrationsmaximum) mit einer Genauiakeit von 1 bis 2%

Einspeise 22 Einspeise

-punkt bis zum Beobachtungs-punkt EW-Kembs weicht die berechnete Eintreffzeit etwa 0,5 Stunden vom gemessenen Wert ab.

Die Eintreffzeit der Front des Markierstoffes wird mit entsprechender Genauigkeit reproduziert.

ANLAGE I

1

-SCHEMATISIERUNG DER VERSUCHSSTRECKE IM RHEINALARMMODELL

I.l. ABSCHNITTSEINTEILUNG DES RHEINS UND SEINER NEBENFLUSSE

Abschn. Nr. 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. bis kB 64.4 103.0 242.5 309.1 0.0 NaBe der WasserstandsBeBstelle RHEIN: Neuhausen-Flurlingen Rekingen Rheinfelden Kehl-Kronenhof AARE: Aare HeBstelle 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. STRUKTURIERUNGSSCHEMA DER FLUSSLAUFE FUR DAS RHEINALARMMÜMi MIT MESSSTELLEN (BEOBACHTUNGSPUNKTE)

(226.6) / {>-(173.6) [143.5] (103.0) (64.4) (24.7) [179.8] * ^ > -Basel I -*-<M-[163.8] Rheinfelden (149.6) 82 Aare LEGEMDE: 0 KonzentrationsBeBstelle [ka]

* WasserstandsBeBstelle Bit Q-H Relation

\ Abschnittsgrenze 81 Hr. FluBabschnitt (64.4) FluBkiloBeter -81-Rekingen (92.4) * — 8 0 -Neuhausen-Flurlingen (45.8)

- 11

-UNTERVERTEILUNG DER FLUSSABSCHNITTE IN TEILABSCHNITTE

FluB RHEIN AARE Teilab-schnittnr 8001 8002 8003 8101 8102 8103 101 102 103 104 105 201 301 8201 8202 8203 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 0.0 P.M. P.M. 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 P.M. P.M. P.M. Breite

[m] 1

Ill -ANLAGE II. HYDROLOGISCHE DATEN

Abf lüsse (m'/s) Rheinfelden 27/9 712 28/9 698 29/9 685 30/9 690 1/10 679

Aus den Pegel-AbfluB-Relationen des Alarmmodells ergeben sich folgende berechnete Pegelstande [cm] in Bezug auf ein Referenzniveau:

Rheinfelden Referenz-niveau [m] 260.0 NN 29/9 210 28/9 208 29/9 206 30/9 206 1/10 205

Verlauf der mittleren Tagesabflüsse für den Pegel Rheinfelden,

712 710 708 706 704 702 700 698 e96 694 692 690 EB8 B86 6B4 B82 660 678 27-Sept Mittlerer Tagesabfluss 28-Sept 29-Sept ^ 3 1 30-Sept 01-Ckt

ANLAGE III. KONZENTRATIONSMESSREIHEN DER EINZELNEN BEOBACHTUNGSPUNKTE Auf den nachsten 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 nq/1.

MeBwerte am Beobachtungspunkt EW-Laufenburg, FluBkilometer 122.0

Zeit in Tagen Konzentration in nq/l

.0764 .0833 .0903 .0972 .1042 .1111 .1181 .1250 .1319 .1389 .1458 .1528 .1597 .1667 .1736 .1806 .1875 .1944 .2014 .2083 .2153 .2222 .2292 .2361 .2431 .2500 .2569 .2639 .2708 .2778 .2917 .3333 .3750 .4167 .00 .00 .00 .18 51.00 121.50 141.70 116.40 59.50 41.10 24.60 17.10 10.70 7.08 4.02 2.91 1.52 .98 .36 .20 .13 .06 .03 .02 .00 .00 .00 .07 .00 .00 .00 .00 .00 .00

VI

-MeBwerte am Beobachtungspunkt Holzbrücke, Stein-Sackingen, FluBkilo-meter 130.2

Zeit in Tagen Konzentration in /xg/l .2083 .2361 .2500 .2639 .2778 .2917 .3056 .3194 .3333 .3542 .3750 .3958 .00 5.85 34.20 55.20 44.00 29.60 18.40 11.30 5.51 2.38 1.12 .50

MeBwerte am Beobachtungspunkt EW-Riburg, Schworstadt, FluBkilometer 143.5

Zeit in Tagen Konzentration in Mg/1 4583 4722 4861 5000 5139 5278 5417 5625 5833 6042 6250 6458 6667 6875 7083 7292 7500 7708 7917 8125 8333 8542 8750 8958 9167 9375 9583 9792 0000 0208 0417 0625 3 11 16 20 17 14 11 7 5 3 2 2 1 .00 .00 .03 .78 .97 .40 .10 .70 .90 .60 .10 .76 .80 .50 .77 .08 .77 .96 .72 .55 .32 .23 .15 .12 .10 .08 .06 .05 .03 .02 .02 .02

vil

-MeBwerte am Beobachtungspunkt EW-Riburg, Schworstadt, FluBkilometer 143.5 (Forts.)

Zeit in Tagen Konzentration in /xg/l 1.0833 1.1042 1.1250 1.1458 1.1667 1.1875 1.2083 1.2292 .00 .00 .00 .09 .00 .00 .00 .00

MeBwerte am Beobachtungspunkt EW-Wyhlen, EW-Augst, FluBkilometer 155.9

Zeit in Tagen Konzentration in liq/l

.6458 .6667 .6875 .7083 .7292 .7500 .7708 .7917 .8125 .8333 .8542 -8750 .8958 .9167 .9375 .9583 .9792 1.0000 1.0208 1.0417 1.0625 1.0833 1.1042 1.1250 1.1458 1.1667 1.1875 1.2083 1.2500 1.2917 1.3333 1.3750 1 7 15 17 16 13 10 7 5 3 2 1 1 .00 .00 .06 .73 .47 .20 .70 .40 .40 .30 .75 .47 .80 .67 .83 .32 .95 .67 .49 .33 .25 .18 .14 .11 .08 .05 ,04 .02 .00 .00 .00 00

N J I - ' l - ' l - ' l - ' l - ' H I - ' l - ' M K ' l - ' H I - ' M I - ' l - ' l - ' l - ' l - ' H I - ' H N ) V 0 v J ( J l U l ( J l . t ^ J i 0 J U ) N ) t O t O I - ' l - ' H l - ' H O O O O O V 0 V 0 V 0 V 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 v ] o u i o o o . t » . o u i i - ' v j u ) v o ( J i o o o a i * > ' W O O o c r i * ^ t v J O v ) m u j i - ' v o - v ] C 7 i u ) M v D O O O O C O W t - ' O O O C ^ U I W H O O O - v l C T i U l U l . r i . U l O I - ' O O l D O O v J C T i a i U I ^ U J N J I - ' W U ) W C J v J O W v O O C O v ] O l j O ( J 1 > J C » O N ) O J U l v l O O O t O W ( J 1 - v 3 0 0 0 t O W ( J 1 v 3 (-> H H H M t - ' N J W U l v J v D I - ' t O U t O V O . t i t - » O O O O O O O O O O I - ' t O * ' a i O O t O V D C T N O O I - ' N ; N J O v O U O W O O ( J ) N J O O O o o o o o ^ ) ^ J W * w o ^ ^ o * ^ o o o ^ • v l ^ ) C ^ v D O ^ ^ - ' ^ ) O O ^ o H U l l - ' • v 3 ^ - ' o o o

U l ( J 1 J ^ t J l o ^ J ^ o ^ J ^ J ^ - ' l - ' ^ - ' l - ' l - ' l - ' ^ - ' H l - ' ^ - ' l - ' l - > ^ - ' ^ - ' l - ' ^ - ' l - ' l - ' ^ - ' ^ - ' l - • l - ' l - ' l - ' (D w o r f ^ C D ^ o ^ O v J * . ^ o ^ o • v ^ o ^ o ^ ü ^ U 1 U ^ * ^ * » w w u ) W ^ J ^ ) ^ ) ^ o ^ ) l - ' ^ - ' l - ' l - ' l - ' 0 W O O U l C J O I J 1 0 U 1 0 ( J 1 0 ( T i N » 0 3 * ^ O Ü l l - ' v J 0 1 W h - ' V O v 3 U ) t O O O O a i * i [ 0 0 0 0 w w o o w o o o o o o o o o o o o o o ( n u i w i - ' O o o ( T i o i i t ^ u > t o i - ' O o v o o o > o o \ m i ; i j i O J U > U ) C J L J L J U ) ( j J U ) U U l « } v ] O t J ' s J O U ) ^ O N > U ) ( J ) > J 0 3 0 t O U > ( J 1 > J O O O K > I . O ₃ P) 3 M W W J ^ O i ^ v l v J O N . t ^ h - ' O 3 N (D 3 rt ^ 0) rt H-O 3 H-3 O O O O O O O O O O O M O O O O O O O O O W V D O l - ' t O t O ( J l i X ) ( » O V O l O O I - ' U 1 t O 0 0 t O * ^ W W 4 i . v j ( T i O C T i . t > > > t > > 0 0 V 0 U 1 O O O O i - ' N j m - v i w v o v o o o o

XI

-ANLAGE IV ANLEITUNG DES KALIBRIERUNGSVERFAHRENS

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

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

COPY RIJN.SAV *RIJN.VAK R U N 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\ALBBRUCK

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 Dispersionskoef f izienten Ds der betref fenden 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 betref fenden Teilstrecken in die Datei RIJN.VAK eintragen.

Bei dieser Handluna achte man darauf. daB die Zahlen in der Datei in derselben Position stehen bleiben^ ansonsten

liest das Rechenprogramm die falschen Variablen eini Zeile 6 Die alte Datei RIJN.VAK wird beseitigt.

X 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 laBt 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 MeBdaten des diesbezüglichen Markierversuchs befinden und von WO aus die Kalibrierung erfolgt. In diesem Fall die MeBdaten des Markierversuchs 09/88 hier mit DATA/ALBBRUCK bezeichnet.

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

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

COPY METING.DAT C:\RHEIN GOTO 3 :2 COPY V-%2.—P C:\RHEIN\METING.DAT PAUSE GOTO 3 :3 CD\RHEIN

COPY RIJN.DEF RIJN.VAK RIJN BRD

NE RIJN.VAK

COPY RIJN.VAK RIJN.DEF DEL RIJN.~VA

RIJN BRD VERG

Xlll

-Das erste Argument gibt an, ob die Datei mit MeBwerten noch in eine Datei METING.DAT transformiert werden muB. 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 laBt, so daB die MeBwerte 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 = 2 (<Pbi-<P.i) •Pbi n 1/2

wobei: a = mittlere Abweichung

(Pbi = die berechnete Konzentration zum Zeitpunkt ti (p^ = die gemessene Konzentration zum Zeitpunkt t^

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.

XV -LITERATURVERZEICHNIS

Craenenbroeck, van W. & J. Marivoet & P.Stas (1985)

'Wasserverwaltung und Dispersion im Albertkanal und in den Kempischen KanSlen' (in niederlandischer Sprache)

Freie Universitat von Brussel, Dienst Hydrologie

Fischer, H.B., E.J.List, R.C.Y.Koh, J.Imberger und N.H.Brooks (1979) 'Mixing in inland and coastal waters'

Academic press. New York

IKSR/KHR Expertengruppe (1991)

Alarmmodell "RHEIN", VERSION 2.0, Systemdokumentation, Bericht Nr.II-4 der KHR

Leibundgut, Ch. / J . Petermann / B. Schudel (1988) Markierversuch Rhein "Albbruck - Basel".

Universitat Bern, Geographisches Institut, in Zusammenarbeit mit Naturaqua

Mazijk, A. van und P. Verwoerdt (1989)

'Eichung eines stationaren Stillwasserzonenmodells anhand des Markierversuchs "Albbruck - Basel"'

TU Delft, Fakultat für Zivile Technik, Fachgruppe Gesundheitstech-nik & Gewasserbewirtschaftung und Rijkswaterstaat, Dienst für Binnengewasser/RIZA, Oktober 1989.

Mazijk, A van, P. Verwoerdt und J. van Mierlo (1991) Kalibrierung des Alarmmodells für den Rhein anhand des Markierversuches 04/89 Village-Neuf - Niederlande.

TU Delft, Fakultat für zivile Technik, Fachgruppe Gesundheitstech-nik & Gewasserbewirtschaftung und Rijkswaterstaat, Staatliches Amt für integrale Verwaltung der Binnengewasser und Abwasserreinigung RIZA, Marz 1991

X V l l -VERZEICHNIS DER SYMBOLE

Symbol Beschreibung -^ Dimmsicn

as Wassertiefe des stromführenden Flusses [L] Ab speichernder FluBquerschnitt (Stillwasserzone) [L']

Ag Stromführender FluBquerschnitt [L^ï Bg Breite des stromführenden Flusses [L]

c Stof f transportgeschwindigkeit [LT'^J

C Chézy-Koef f izient [LT'] Dg longitudinaler Dispersionskoeffizient für das

Stillwasserzonenmodell [L'T'^] Do lonqitudinaler Dispersionskoeffizient für die

eindimensionale Betrachtung [L'T"^]

t Zeit [T] Ug mittlerer FlieBgeschwindigkeit [LT"^]

u. Schubspannungsgeschwindigkeit [LT"] a Proportionalitatskoeffizient zur Bestimmung der

longitudinaler Dispersionskoeffizienten [-] B relative Flache der Stillwasserzone (=Ab/As) [-] (p,i gemessene Konzentration zum Zeitpunkt t^ [ML"'] «Pbi berechnete Konzentration zum Zeitpunkt ti [ML*']