Überprüfung der Kalibrierung des Rheinalarmmodells version 2.1 Anhand des Markierversuches 04 / 89 Village Neuf - Niederlande

Uberprüfung der Kalibrierung des

Rheinalarmmodells version 2.1

Anhand des Markierversuches

04 / 89 Village Neuf - Niederlande

Dezember 1992 Ir. A. van Mazijk /J.M.C, van Mierio

Postbus 5046 €600 QA OQJT

«app T U Delft

Albert-Ludwigs-Universitat Freiburg i. Br.

p,_ — -^ ^— — . . — Institut für Physische Geographie 6 & W Technische Universitat Delft

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icchnischë Universiteit Delft

I aculteit CiTG

Bibliotheek Civiele Techniek

Stevinvveg 1

2628CN''Delft

ir. A. van Mazijk (Technische Universitat Delft)

J.M.C. v. Mierio (Albert-Ludwigs-Universitat Freiburg) Dezember, 1992

Seite

EINLEITUNG 1

ANDERUNGEN GEGENUBER DER KALIBRIERUNG VOM MARZ 1991

VERSUCHSBESCHREIBUNG 7 3.1 Allgemeines 7 3.2 Hydrologische Daten 9

3.3 Bestimmung der Tracerfrachten 10

NEUKALIBRIERUNG 13 4.1 Kalibrierungsverfahren 13

4.2 Besonderheiten 16 4.3 Vergleich der Markierversuche 17

4.4 Ergebnisse 18

ANALYSE DER STOFFTRANSPORTZEITABWEICHUNGEN DER

VERIFIKATIONSVERSUCHE 35 5.1 Kalibrierung anhand der Markierversuche

09/90 und 06/91 35 5.2 Ergebnisse der einzelnen Kalibrierungen 35

5.3 Mischkalibrierung 39

SCHLUSSFOLGERUNGEN UND EMPFEHLUNGEN 43

LITERATURVERZEICHNIS * 45

ANLAGEN

SCHEMATISIERUNG DES RHEINS UND SEINER NEBENFLIJSSE 1.1 Abschnittseinteilung des Rheins

und seiner Nebenflüsse i 1.2 Strukturierungsschema der FluBlaufe

für das Rheinalarinmodell iii 1.3 Unterteilung der FluBteilabschnitte

in Teilabschnitte v PROPORTIONALITATSKONSTANTE a DES

DISPERSIONS-KOEFFIZIENTEN UND STILLWASSERZONENPARAMETER 6 vii KONZENTRATIONSMESSREIHEN DER EINZELNEN

1 -1. EINLEITUNG

lm Rahmen der IKSR/KHR-Kooperation wurde innerhalb des Aktions-programms Rhein die Arbeitsgruppe H ("ExpertenausschuB") mit dem Ziel gegründet, ein Alarmmodell für den Rhein zu entwickeln. Dieses Modell soil die Vorhersage von Transportzeiten und Ausdehnungen unfall-bedingter Schadstoffeinleitungen ermöglichen. Zur Kalibrierung und Verifikation dieses Modells führte man verschiedene Markierversuche durch. Mit der Kalibrierung und Verifikation wurde die Universitat Delft, Fachgruppe Gesundheitstechnik & Gewasserbewirtschaftung vom Rijkswaterstaat beauftragt. Die Durchführung fand in enger Zusammen-arbeit mit dem Institut für Physische Geographie, Lehrstuhl für Hydrologie, der Albert-Ludwigs-Universitat Freiburg statt.

Im Februar 1990 stellte man eine vorlaufige Version 2.0 des Rhein-alarmmodells dem "ExpertenausschuB" und den nationalen Modellsach-verstandigen der beteiligten Lander zur Verfügung. Für die Kali-brierung der Modellversion 2.0 wurden in den Jahren 1988, 1989, 1990 und 1991 Markierversuche auf dem Rhein durchgeführt. Für die erste Kalibrierung anhand des Markierversuches 04/89 ("VillageNeuf -Niederlande"), die im August und September 1990 erfolgte, verwendete man diese vorlaufige Version 2.0 des Rheinalarmmodells (van Mazijk et al., Marz 1991). Seitdem wurde das Modell modifiziert und im Januar 1992 eine verbesserte vorlaufige Version 2.1 ausgeliefert.

Bei einer Uberprüfung der Kalibrierungsergebnisse zeigten sich kleine Abweichungen zwischen alten und neuen Berechnungsergebnissen. Dies hatte zur Folge, daB man die verbesserte vorlaufige Version 2.1, die programmtechnisch mit der Endversion 2.1 von Juni 1992 übereinstimmt, noch einmal für die beiden Parameter

- den Dispersionskoeffizienten, bzw. die Proportionalitatskonstante a, und

- den Stillwasserzonenparameter B,

kalibrierte. Hierbei erfolgte anhand von detailliertem Kartenmaterial eine Aktualisierung der bis dahin angewandten FluBbreiten. Zudem zeigte sich bei der Uberprüfung der Konzentrations-Zeitreihen, daB die für die MeBstationen auf der Rheinstrecke zwischen Karlsruhe und Bimmen (FluBkilometer 350 bis 865) gewonnenen Tracerdurchgange in

ihrer Konzentrationen korrigiert werden muBten. Daraus resultierte eine tjberprüfung der berechneten Rückgewinnungsraten dieser MeB-stationen und eine Anpassung der Parameter a und B.

Der vorliegende Bericht erlautert die Ergebnisse der Neukalibrierung des Rheinalarmmodells Version 2.1 (Januar 1992), bezogen auf den Daten des Markierversuchs 04/89 ("Village-Neuf - Niederlande").

3

-2. ANDERUNGEN GEGENUBER DER KALIBRIERUNG VOM MARZ 1991

Die erste Kalibrierung anhand der Daten des Markierversuches von April 1989 (MV 04/89) fand mit dem Rheinalarmmodell Version 2.0 vom Februar 1990 statt. Da bei der Anwendung des Modells einige Veranderungswünsche bzw. programmtechnische Fehler auftraten, wurde das Modell modifiziert.

Die wichtigsten Fakten die eine Neukalibrierung erforderten, beziehen sich jedoch auf die Aktualisierung hydrologischer Daten und die Korrektur einiger Konzentrations-Zeitreihen des zur Kalibrierung herangezogenen Markierversuchs 04/89.

Hydrologische Daten

Um Unterschiede in der Morphologie des Rheins berücksichtigen zu können, wurde der FluB vom Bodensee (Stein am Rhein) bis zura Wehr in Hagestein, und seine wichtigsten Nebenflüsse (Aare, Neckar, Main, Mosel) und Verzweigungen (Waal und IJssel) in Abschnitte aufgeteilt, welche ihrerseits wiederum in eine Anzahl von Teileibschnitte unterteilt sein können. (Siehe dazu auch Anlage I). Dabei ist ein

Abschnitt als Teil des Flusses in Langsrichtung definiert, in dem der Abflufi als konstant vorausgesetzt wird, wahrend ein Teilabschnitt als

ein Teil des Abschnittes definiert ist, bei dem in Langsrichtung die

FlieBgeschwindigkeit als konstemt vorausgesetzt wird.

Die Abschnitte wurden so gewahlt, daB pro Abschnitt eine Wasser-standsmeBstelle vorhanden ist aus deren Wasserstands-AbfluB-Relation im jeweiligen Abschnitt, der guitige AbfluB ermittelt werden kann. Für die niederlandischen Abschnitte wird der AbfluB anhand des Wasserstands am Pegel Lobith ermittelt: bei Niedrigwasser (AbfluB am Pegel Lobith weniger als 1400 m'/s) tritt das Stauprogramm S285 ein. Dieses Programra bestimmt die Abflüsse der Waal, IJssel und des Lek anhand eines festen Prozentsatzes des Abflusses am Pegel Lobith.

Seit der Kalibrierung der vorlaufigen Version 2.0 des Rheinalarmmo-dells wurden die Wasserstands-AbfluB-Beziehungen (Q-W-Beziehungen)

der WasserstandsmeBstellen Rheinfelden und Lobith aktualisiert. Die aktualisierte Q-W-Beziehung Rheinfelden datiert vom 01.01.89, die von Lobith vom 01.07.90. Gleichzeitig wurde die AbfluBverteilung über die niederlandischen Rheinabschnitte Waal, IJssel und Lek, welche in Abhangigkeit der WasserstandsmeBstelle Lobith erfolgt, erneuert.

Die mittlere FlieBgeschwindigkeit u^ in einem Teilabschnitt wird als die Beziehung zwischen dem aktuellen AbfluB und dem maBgebenden stromführenden Querschnitt dieses Teilabschnittes bestimmt. Der pro Teilabschnitt eingegebenen Stillwasserzonenparameter 6 wird definiert

als

"f^ (2.1) 1+P

mit:

c : mittlere Stofftransportgeschwindigkeit

Als weiterer fluBspezifischer Parameter wurde, zur Bestimmung der Proportionalitatskonstante a des Dispersionskoeffizienten, jedem Teilabschnitte i eine FluBbreite B, zugeordnet. Dabei stammt die Proportionalitatskonstante a aus dem für den Dispersionskoef f izienten angewandten Ausdruck (van Mazijk et al. 1991):

2 2

D, = (l + p)2 • D, = (1+P)2 • a • "^ ' ^' (2.2)

mit:

^s : Dispersionskoeffizient des 'Stillwasserzonen'- Modells

•^0 : Dispersionskoef f izient nach Fischer (1979)

^e : Wassertiefe des stromführenden Flusses

^e : Breite des stromführenden Flusses

"• : Schubspannungsgeschwindigkeit, mit u, = —^— C : Chézy-Koeffizient

5

-Aus Gleichung 2.2 laBt sich erkennen, welchen EinfluB die FluBbreite auf die Bestimmung der Proportionalitatskonstante o hat.

1992 wurde anhand von detailliertem Kartenmaterial und Querprofilen die FluBbreiten aktualisiert. In Anlage 1.3 sind die diesbezuglichen Breiten aufgelistet.

Konzentrations-Zeitreihen

Bei der Uberprüfung der Konzentrations-Zeitreihen der MeBstationen zwischen Karlsruhe (FluBkilometer 359.2) und Bimmen (FluBkilometer 865.02), ergab sich, daB die Konzentrationswerte um den Faktor 1,42 nach unten korrigiert werden muBten. Ursache war die Verwendung unterschiedlicher Eichlösungen in den Analyselabors. Aus diesem Grund sind bei der Neukalibrierung die Rückgewinnungsraten überprüft bzw. neu berechnet worden (siehe Kapitel 3, Tabelle 3.3).

7 -3. VERSUCHSBESCHREIBUNG

3.1 Allgemeines

Beim Markierversuch vom 26. April 1989, wurden um 8.00 Uhr bei FluBk-ilometer 174.1, eingangs des Rheinseitenkanals bei Village-Neuf, innerhalb von fünf Minuten 100 kg vorgelöstes Rhodamin WT in den Rhein eingeleitet. Bis in die Niederlande wurden entlang der gesamten FluBstrecke des Rheins Proben entnommen. Die Strecke vom Einspeise-punkt, FluBkilometer 174.1, bis nach Plittersdorf, FluBkilometer 340.3, wurde im Auftrag der Bundesanstalt für Gewasserkunde, Koblenz (BfG) vom Institut für Physische Geographie, Lehrstuhl für Hydrologie der Albert-Ludwigs-Universitat Freiburg untersucht. Ab Plittersdorf wurden die Konzentrationsdurchgange des Markierstoffes an mehreren MeBstationen bis zur deutsch-niederlandischen Grenze von der Bundes-anstalt für Gewasserkunde, Koblenz (BfG), in Zusammenarbeit mit ver-schiedenen Landerinstitutionen, gemessen. In den niederlandischen Rheinzweigen war der Rijkswaterstaat, Staatliches Amt für integrale Verwaltung der Binnengewasser und Abwasserreinigung RIZA, für die Messungen verantwortlich.

Die für die Neukalibrierung verwendeten KonzentrationsmeBstellen sind in der Tabelle 3.1 aufgeführt (siehe auch Anlage III).

Einige KonzentrationsmeBstellen wurden bei der Kalibrierung nicht in Betracht gezogen. Die Ursachen sind in der Tabelle 3.1, Spalte (4) angegeben. Tabelle 3.1 KonzentrationsmeBstellen Ort der Hessung (1) Ottnarsheiii Neuenburg Fessenheii Vogelgrün Harckolshein Rheinau FluBkiloneter (2) 194.4 199.25 211.1 224,9 241.05 256.6 HeBstat. (3) * Kanal H Kanal H Kanal H Kanal H Kanal H Kanal H Benerkung (4)

Hier wurde zu spat geaessen

Ort der Hessung (1) Gerstheia StraBburg Kehl Gaabsheln Iffezheia Plittersdorf Karlsruhe Haxiailiansau Hannheia Ludwigshafen Noras Hainz Hingen Koblenz Bad Honnef Koln Düsseldorf Wesel Spyk Lobith Biaaen Hagestein Vuren Kaapen FluBkiloaeter (2) 272.55 288.2 294.15 310.5 334.0 340.3 359.2 362.0 426.2 431.0 443.4 498.5 530.15 590.35 640.0 689.55 759.6 814.05 857.3 862.2 865.02 946.5 951.8 994.5 HeBstat. (3) * Kanal Kanal Rhein Rhein Rhein Rhein Rhein R Rhein L+R Rhein R Rhein L Rhein L Rhein L+R Rhein L Rhein L Rhein R Rhein L Rhein R Rhein R Rhein L Rhein R Rhein L Nrijn.-Lek Haal R IJssel Beaerkung (4)

Liegt zu nahe bei Station 340.3

Liegt zu nahe bei Station 362.0

Konzentrationsaaxiaua wurde spater als bei der Station 443.4 geaessen

Konzentrationsaaxiaua wurde spater als bei der Station 431.0 geaessen

HeBfehler HeBfehler HeBbeginn zu spat HeBbeginn zu spat HeBbeginn zu spat HeBbeginn zu spat

9

-3.2 Hydrologische Daten

Für die Neukalibrierung wurden die Abflüsse der einzelnen Pegel in den jeweiligen Rheinabschnitten wahrend der Tracerpassage, dem Kalibrierungsbericht entnommen (van Mazijk et al., Marz 1991).

Die Tabelle 3.2 zeigt die zur Eingabe in das Rheinalarmmodell ver-wendeten mittleren Abschnittsabflüsse wahrend der Tracerpassage.

Tabelle 3.2 Mittlere Abflüsse in den jeweiligen Rheinabschnitten wahrend der Tracerpassage

Rheinabschnitt FluBkilometer [km] 174.1 - 309.1 309.1 - 351.0 351.0 - 376.0 376.0 - 428.5 428.5 - 496.8 496.8 - 529.0 529.0 - 592.5 592.5 - 605.0 605.0 - 634.0 634.0 - 671.0 671.0 - 716.0 716.0 - 762.0 762.0 - 797.0 797.0 - 827.0 827.0 - 826.0 862.0 - 994.5 Zustandige Pegelstation Rheinfelden Plittersdorf Maxau Speyer Worms Mainz Kaub Koblenz Andernach Bonn Koln Düsseldorf Ruhrort Wesel Rees Lobith Mittlerer AbfluB

[mVs]

1170 1540 1560 1581 1808 2150 2280 2364 2870 2970 3090 3064 3100 3280 3300 2979

Die Bestimmung des Abflusses, an den für die Kalibrierung heran-gezogenen WasserstandmeBstellen, erfolgt auf Basis der gemessenen Stofftransportgeschwindigkeit der Markierstoffwelle (bezogen auf das Konzentrationsmaximum). Mit HiIfe dieser Geschwindigkeiten kann für jeden Ort die Stofftransportzeit vom Einspeisepunkt bis zu diesem FluBkilometer berechnet werden. Die in das Alarmmodell einzugebenden AbfluBwerte der jeweiligen Pegelstationen errechnen sich aus den anteilig gewichteten AbfluB-Tagesmittelwerten für den Zeitraum der

Markierstoffpassage eines Abschnittes. Kriterium für den Abschnitts-ein- bzw. Austritt der Markierstoffwelle ist das Konzentrations-maximum.

3.3 Bestimmung der Tracerfrachten

Die in das Modell bei der Neukalibrierung für jede MeBstation einzu-gebende Markierstoffmenge ermittelt man durch Berechnung der Tracer-fracht nach der Gleichung 3.1.

mit:

•PjBi * gemessene Konzentration zum Zeitpunkt ti At, : t, - t,.,

Q : AbfluB bei Tracerpassage

Für die Kalibrierung ist es erforderlich den AbfluBverlauf des Rheins wahrend des Markierversuchs gut abzuschatzen. Zum korrekten Vergleich zwischen einem berechneten und einem gemessenen Konzentrationsverlauf bei der Kalibrierung mussen die integrierten Markierstoffmengen in beiden Fallen gleich groB sein, da bei der Kalibrierung ein Abbau des Markierstoffes nicht berücksichtigt ist. Daher wird mit den nach Gl. 3.1 ermittelten Tracerfrachten gerechnet.

Bei unvollstandigen Querdurchmischungen zwischen markiertem und unmarkiertem Wasser, wie z.B. stromabwarts des Zustromes von Nebenflussen, können die Werte der Rückgewinnungsrate, je nach Lage der MeBstation im FluBquerschnitt, stark schwanken. Für die Ermitt-lung der Tracerrückgewinnung sollte daher nur ein Teil des Abflusses in Betracht gezogen werden. Die Eindimensionalitat des Rheinalarm-modells setzt jedoch die Verwendung des gesamten Abflusses im diesbezuglichen FluBquerschnitt, und somit die nach Gl.3.1 ermittelte Tracerfracht, als die in das Modell einzugebende Einspeisemenge voraus.

11

-Tabelle 3.3 e n t h a l t die berechneten Tracerfrachten für die jeweiligen

MeBstationen. Diese Rückgewinnungsraten wurden a l s Einspeisemengen

für die jeweilige MeBstation in das Rheinalarmmodell e i n g e s e t z t .

Tabelle 3.3 Tracerfrachten

MeBstationen Ottmarsheim Neuenburg Fessenheim Marckolsheim Rheinau Gerstheim StraBburg Kehl Gambsheim Plittersdorf Maximiliansau Mannheim Mainz Bingen Düsseldorf Lobith Hagestein Vuren Kampen FluBkilometer 194.4 199.25 211.1 241.05 256.6 272.55 288.2 294.15 310.5 340.3 362.0 426.2 498.5 530.15 759.6 862.2 946.5 951.8 994.5 Tracerfracht 85.2 84.1 86.7 79.5 82.1 70.2 64.2 57.4 87.4 77.5 72.0 * 73.2 * 68.2 * 83.9 * 81.0 * 55.1 49.2 ** 41.7 ** 41.3 **

* Bei diesen Stationen keine Berücksichtigung der Grundlast

** Für diese Stationen wird die EinspeiseBenge ait dea prozentualen AbfluBwert des Pegels Lobith ausgerechnet, und danach wiederui prozentual auf die ganze Henge zurückgerechnet, die für die jeweilige Station eingesetzt wird: Hagestein: 9.3 * (100/18.9) = 49.2 kg (tatsachlich 9.3 kg geaessen)

Vuren: 29.0 * (100/69.5) = 41.7 kg (tatsachlich 29.0 kg geaessen) Kaapen: 5.9 * (100/14.3) = 41.3 kg (tatsachlich 5.9 kg geaessen)

13 -4. NEUKALIBRIERUNG

4.1 Kalibrierungsverfahren

Bei der Kalibrierung werden der Stillwasserzonenparameter 6 und die Proportionalitatskonstante a, pro Teilabschnitt, bestimmt.

Bei der Neukalibrierung werden diese bei der Kalibrierung der Version 2.0 erhaltenen Werte als erste Abschatzung verwendet. Nach Eingabe dieser Werte in die Datendateien der betreffenden Teilabschnitte kann das Rheinalarmmodell die Vorhersage des Konzentrationsverlaufs berechnen.

AnschlieBend wird der jeweils berechnete Konzentrationsverlauf mit dem gemessenen Verlauf verglichen. Dabei ist der Verlauf der Front und des Maximums maBgebend.

Dieser Vergleich erfolgt einerseits visuell durch die Darstellung der MeBwerte in der graphischen Wiedergabe des Konzentrationsverlaufs,

(siehe Abb. 4.1) _ cc .E CT E c= o en ts c o M o ^ 1.4 1.2 1 0.8 u.b 0.4 0.2 O

A

f

1'

f

l

I

i \ \ _^ " • « ( U ^ P^oan'Tm-^^ 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 Zeit nach Einspeisung (Tage)

"=1 gemessen ^ — berechnet

Abb. 4.1 Grafischer Vergleich zwischen der berechneten und gemessenen Konzentrationskurve nach der Kalibrierung.

andererseits durch die Optimierung dreier Kriterien, des als Optimierungsmethode bezeichneten Kalibrierungsverfahrens.

Erstes Kriterium:

Die Differenz zwischen berechneten und gemessenen Stofftransport-zeiten, bezogen auf das Konzentrationsmaximum (siehe Abb 4.2), soil

kleiner als 5 Prozent sein, anhand der Gleichung:

U IJl gem ( 4 . 1 )

mit:

gem •bei

gemessene Transportzeit von Einspeisung bis MeBstation berechnete Transportzeit von Einspeisung bis MeBstation

5 6 7

Zeit nach Einspeisung (Tage)

9

berechnet ^ gemes.sen

Abb 4.2 Erstes Kriterium

15

-Hier wird jeweils mit den berechneten und gemessenen Maxima der Tracerdurchgange gerechnet, da gemaB der Optimierungsmethode das

Métximum maSgebend ist.

Zweites Kriterium:

Die mittlere Abweichung der gemessenen zur berechneten Konzentra-tion ist minimal (siehe Abb. 4.3), nach der Gleichung:

mit: a n «Pw - <P. <P bi n (4.2) MINIMAL : mittlere Abweichung

: berechnete Konzentration zum Zeitpunkt ti : gemessene Konzentration zum Zeitpunkt ti : Anzahl der verglichenen MeBdaten

2.5 3 3.5 4 4.5

Zeit nach Einspeisung (Tage)

5.5

gemessen berechnet

Abb. 4.3 Zweites und drittes Kriterium

Drittes Kriterium:

Da bei der Optimierungsmethode die Front der Kurve maBgebend ist,

werden bei der Bestimmung der Abweichung nur die Konzentrations-daten in Betracht gezogen, die gröBer als 30 Prozent der berech-neten maximalen Konzentration sind. Damit bleibt das auslaufende Ende der Konzentrationskurve, d.h. das 'Tailing', unberücksichtigt,

(siehe Abb 4.3).

Da das Alarmmodell immer nur vom Einspeisepunkt bis zu einer MeB-station rechnet, wurde bei der Kalibrierung wie folgt schrittweise vorgegangen:

Nach der Kalibrierung der Parameter a und B für die Teilabschnitte zwischen der Einspeisestelle und erstem MeBstation, wird das Verfahren für die Strecke zwischen Einspeisung und dem zweiten MeBpunkt wiederholt. Hierbei werden aber nur die Parameterwerte der neu hinzugekommenen Strecke angepaBt. GleichermaBen wird mit den stromabwarts gelegenen Teilabschnitte verfahren.

4.2 Besonderheiten

Besonders die kalibrierten Werte des Stillwasserzonen-Parameters B enthalten implizit die Ungenauigkeiten der im Modell verwendeten FlieBzeittabellen und Abflüsse bzw. Wasserstande. So ist es möglich, daB auf Grund der ermittelten Stofftransportgeschwindigkeiten, negative 6-Werte bestimmt werden konnten. Das heiBt, die gemessene Stofftransportgeschwindigkeit ist gröBer als die mittlere FlieB-geschwindigkeit.

Physikalisch ist dies nur möglich, wenn sich der Markierstof f noch nicht völlig über den FluBquerschnitt ausgebreitet hat und sich hauptsachlich im Stromstrich befindet. Bei vollstandiger Durch-mischung kann ein negativer 6-Wert auf falsche Eingabedaten der FlieBzeiten und/oder Abflüsse deuten. Abgesehen von der Kanalstrecke zwischen Basel und Plittersdorf mit seinem Schwellbetrieb, wurde in solchen Fallen mangels naherer Informationen, für B der Wert Null beibehalten.

17 -4.3 Vergleich der Markierversuche

Die AbfluBwerte des Markierversuchs 04/89 "Village-Neuf - Nieder-lande" wurden mit denen der Tracerexperimenten bei Niedrigwasser-führung (MV 09/90) und HochwasserNiedrigwasser-führung (MV 06/91) verglichen. Es stellte sich heraus, daB man bei dem Markierversuch von April 1989 nur für die Strecke von Village-Neuf bis Koblenz von einem Markier-versuch bei Mittelwasserführung sprechen kann.

I 1 1 ] \ ; 1 1 1 1 1 ] 1 \ 1

Pf PI Max Sp *o Ma I Kau Kb An Bo Koe Due Ru We Re Lo

Pege l

D MV 04/89 + MV 09/90 O MV 05/91 A MO

Abb.4.4 AbfluB wahrend der Markierversuche 04/89,

09/90 und 06/91, sowie der mittlere AbfluB

Aus dem Verlauf der Kurven in der Abbildung 4.4 ist deutlich zu erkennen, daB ab dem Pegel Koblenz (abgekürzt mit Kb) der im Juni 1991 durchgeführte Markierversuch eher als Mittelwasserversuch zu bezeichnen ist. Aus diesem Grund wurde das Kalibrierungsverfahren ebenfalls anhand des als Hochwasserversuch bezeichneten Markier-versuchs MV 06/91 "Village-Neuf - Niederlande" durchgeführt.

AuBer an den Stellen, wo auf Grund fehlender MeBpunkte beim Markier-versuch 04/89 keine detailliertere Kalibrierung vorgenommen werden konnte, ergaben sich jedoch keine gröBeren Abweichungen zu den kali-brierten Werten mit den Daten des Markierversuches 04/89. Jedoch

v o m J u n i 1 9 9 1 b e i d e r N e u k a l i b r i e r u n g b e r ü c k s i c h t i g t , d a b e i d i e s e m V e r s u c h a u f d e m N i e d e r r h e i n m e h r M e B s t a t i o n e n zur V e r f ü g u n g w a r e n . 4 . 4 E r g e b n i s s e In T a b e l l e 4.1 s i n d d i e n e u k a l i b r i e r t e n W e r t e d e r P r o p o r t i o n a l i t a t s -k o n s t a n t e n a u n d d e s S t i l l w a s s e r z o n e n p a r a m e t e r s 6, s o w i e d i e n e u e n F l u B b r e i t e n f ü r d i e e i n z e l n e n T e i l a b s c h n i t t e d e r d e u t s c h e n R h e i n s t r e c k e a u f g e l i s t e t . T a b e l l e 4.2 z e i g t d i e P a r a m e t e r f ü r d i e n i e d e r -l a n d i s c h e R h e i n s t r e c k e .

Tabelle 4.1 a UND 6 FUR DIE NEUKALIBRIERTEN TEILABSCHNITTE (deutsche Rheinstrecke)

FluB RHEIH Teilab-schnittnr 301 401 501 601 701 801 901 1001 1101 1201 1301 1401 1501 1602 1701 1702 1801 1901 1902 1903 2001 2002 2003 2004 2101 a 0.00090 0.00300 0.00330 0.00090 0.00350 0.00330 0.00090 0.00160 0.00330 0.00090 0.00400 0.00330 0.00090 0.01200 0.01700 0.01700 0.01300 0.01300 0.01300 0.01300 0.00250 0.00250 0.00250 0.00250 0.00400 B 0.065 0.100 0.100 0.065 0.200 0.100 0.065 0.270 0.100 0.065 - 0.030 0.100 0.065 0.100 0.120 0.120 0.000 0.000 0.000 0.000 0.340 0.340 0.340 0.340 0.115 Breite ["] 136 170 170 136 170 170 136 170 170 136 170 170 136 170 170 170 315 315 315 315 285 360 335 385 495 FluB RHEIN Teilab-schnittnr 2102 2201 2202 2203 2204 2205 2301 2401 2402 2501 2502 2503 2601 2602 2603 2701 2702 2703 2801 2802 2901 2902 3001 3002 3101 a 0.00400 0.00900 0.00900 0.00900 0.00900 0.00900 0.01000 0.01000 0.01000 0.00900 0.00900 0.00900 0.00900 0.00900 0.00900 0.00900 0.00900 0.00900 0.00990 0.00990 0.00990 0.00990 0.00990 0.00990 0.01100 B 0.115 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.150 0.150 0.150 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Breite 705 425 245 325 405 280 330 315 310 310 445 450 390 410 395 365 325 425 300 300 300 300 300 300 340

19

-Tabelle 4.2 a ÜND 6 FÜR DIE NEUKALIBRIERTEN TEILABSCHNITTE (niederlandische Rheinstrecke)

FluB WAAL PAN.KAN. IJSSEL Teilab-schnittnr 3201 3202 3203 3204 3205 3206 3207 3301 3302 3401 3402 3403 3404 3405 a 0.02300 0.02300 0.02300 0.02300 0.02300 0.02300 0.02300 0.02200 0.02200 0.02150 0.02150 0.02150 0.02150 0.02150 B 0.180 0.180 0.180 0.180 0.180 0.180 0.180 0.200 0.200 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Breite [a] 260 260 260 260 273 305 337 135 140 78 81 81 82 93 FluB LEK Teilab-schnittnr 3406 3407 3408 3409 3501 3502 3503 3504 3505 3506 3507 3508 3509 3510 a 0.02150 0.02150 0.02150 0.02150 0.02000 0.02000 0.02000 0.02000 0.02000 0.02000 0.02000 0.02000 0.02000 0.02000 B 0.000 0.000 0.000 0.000 0.290 0.290 0.290 0.290 0.290 0.290 0.290 0.290 0.290 0.290 Breite [B] 97 102 122 148 100 100 115 120 130 130 130 132 145 149

Abbildung 4.5 z e i g t d i e nach der Neukalibrierung auf der deutschen Rheinstrecke erhaltenen Werte des Stillwasserzonenparameters B in den e i n z e l n e n T e i l a b s c h n i t t e n , sowie e i n e schematische Darstellung der Buhnenfelder. 0.35 •2 0.25 te Q-c: <i> c o M a> ir> ir>

J

•SS C/5 0.15 0.05 -0.05 200 3O0 400

nz

500 600 700 Flussl<llometer 800 900 1000 Buhnenfelder

Abb. 4.5 Stillwasserzonenparameter B und Buhnenfelder auf der deutschen Rheinstrecke.

Dabei stehen die weiBen Felder des Balken für Rheinstrecken ohne Buhnenfelder, die gepunkteten Felder für Strecken mit teilweise Buhnenfeldern, und die schwarzen Felder für Strecken, die durch Buhnenfelder gekennzeichnet sind.

Es zeigt sich, daB 6 gerade dann Null wird, wo Buhnenfelder vorhanden sind. Dies würde bedeuten, daB es zu keinem Austausch zwischen dem Stromstrich und den Buhnenfelder kommt.

Nach der Neukalibrierung kann man feststellen, daB die B- Werte nach dem ZusammenfluB des Rheins mit seinen groBen Nebenflüsse (Main, Neckar, und Mosel) gröBer als Null werden. Dieses Phanomen kann mit Zweidimensionalitat in der Vermischungsphase erklart werden, welche im Modell jedoch nicht berücksichtigt wird.

Durch eine gröBere Anzahl auswertbarer MeBstationen stromabwarts des Moselzustroms, konnte die Verzögerung des Stofftransports nach dem Zustrom beim Markierversuch 06/91 auch experimenten belegt werden.

In Tabelle 4.3 sind folgende Ergebnisse der Neukalibrierung auf-gelistet:

- Die anhand der mittleren Strömungsgeschwindigkeiten von Einspeise-punkt bis MeBEinspeise-punkt ermittelten FlieBzeiten (T^) .

- Die berechneten und gemessenen Stof f transportzeiten (T^.^ und T,„) der Markierstoffwelle, ab Einspeisung bis zu den jeweiligen MeBstationen. Die Stof f transportzeiten wurden nach der Kalibrierung berechnet und beziehen sich wiederum auf die Maxima der Konzentra-tionsdurchgangskurven.

- Die bei der Reproduzierung der Stofftransportzeit erzielte Genauig-keit Tj nach Gl. 4.1.

- Die Abweichung a zwischen gemessenen und berechneten Konzentra-tionsverlauf en nach Gl. 4.2.

2 1

-Tabelle 4.3 FlieB- und Stofftransportzeiten ait der Abweichung o

MeBstation OttaarsheiB Neuenburg Fessenheia Harckolsheia Rheinau Gerstheia StraBburg Kehl Gaabsbeia Plittersdorf Haxiailiansau Hannheia Hainz Bingen Düsseldorf Lobith Vuren (Waal) Kaapen (IJssel) Hagestein (Lek) FluBkilOBeter 194.4 199.25 211.1 241.05 256.6 272.55 288.2 294.15 310.5 340.3 362.0 426.2 498.5 530.15 759.6 862.2 951.8 994.5 946.5 Tu [Std] 4.92 6.09 8.96 17.21 22.00 27.62 32.56 34.24 39.90 50.04 54.11 66.04 83.12 90.65 131.81 154.30 175.58 194.53 177.79 Tgea [Std] 5.17 6.50 9.67 18.00 23.33 30.00 34.50 36.50 42.50 54.00 57.00 67.00 91.00 98.00 139.00 161.00 183.00 199.00 187.00 Tber [Std] 5.12 6.35 9.38 18.12 23.48 29.96 34.86 36.42 42.34 53.43 56.84 68.23 90.35 97.98 140.00 162.91 186.20 202.35 191.34 Td

w

0.882 2.363 3.004 -0.653 -0.648 0.136 -1.043 0.224 0.367 1.062 0.286 -1.838 0.715 0.022 -0.718 -1.190 -1.747 -1.684 -2.319 0 0.46 0.32 0.31 0.09 0.25 0.25 0.15 0.09 0.18 0.16 0.33 0.17 0.17 0.17 0.19 0.22 0.32 0.14 0.24

In Abbildung 4.6 werden die auf Basis der m i t t l e r e n

Strömungs-geschwindigkeiten e r m i t t e l t e n FlieBzeiten mit den gemessenen sowie

den berechneten Stof f t r a n s p o r t z e i t e n (bezogen auf das

Konzentrations-maximum) verglichen.

O) N 190 1B0 170 160 150 140 130 120 110 IDü 90 80 70 60 50 40 30 20 10 O i

J

f

/" F ^ ^^ /

y

y.^

y^X-^ \^^

A

/y

^ • <

'-^ i

/y^

_^Y^_^ J

./-.^

yy

yy

\ 0 . 1 0 , 3 0 5 0 7 CThousancls^ F 1ussk i IOmeter 4- Tgem o Tber O 9

Abb 4.6 Vergleich zwischen FlieBzeiten, gemessener und berechneter Stofftransportzeiten (MV 04/89).

200 300 400 500 600 700 Flusskilometer

900 1000

-B- MV 04/89 -•- MV 09/90 -^<- MV 06/91

Abb 4.7 Prozentuale Abweichungen zwischen gemessener und berechneter Stofftransportlaufzeiten

23

-Abbildung 4.7 stellt die prozentuale Abweichung zwischen gemessenen und berechneten Stofftransportzeiten graphisch dar. Zur Vergleich sind auBerdem die Ergebnisse der Verifikationsversuche von September 1990 (MV 09/90) und Juni 1991 (MV 06/91) abgebildet.

Obwohl die AbfluBverhaltnisse wahrend der drei Markierversuche unterschiedlich waren, sind die Abweichungen in den Stofftrans-portzeiten nach der Vermischungsphase bei den Verifikationsversuchen

jeweils kleiner als fünf Prozent. Damit ist das maBgebende Optimier-ungskriterium der Kalibrierung nach Gl. 4.3 auch für die Verifikation erfüllt.

Tabelle 4.4 zeigt die vom Rheinalarmmodell jeweils von der Ein-speisung bis zur MeBstation berechneten Dispersionskoeffizienten. In Abbildung 4.8 sind diese Werte graphisch dargestellt. Sie belegt den starken Anstieg dieses Parameters nach dem Rheinseitenkanal.

Tabelle 4.4 Dispersionskoeffizienten MeBstation 194.4 199.25 211.1 241.05 256.6 272.55 288.2 294.15 310.5 340.3 Ds [m2/s] 37 37 37 49 57 53 60 70 126 226 MeBstation 362.0 426.2 498.5 530.15 759.6 862.2 951.8 994.5 946.5 Ds [m2/s] 522 1675 1565 1971 3005 2880 3088 2440 2594

In den Abbildungen 4.9 bis 4.27 werden die Konzentrationskurven, die nach der Neukalibrierung vom Modell berechnet wurden, mit den gemessenen Tracerdurchgangskurven der einzelnen MeBstationen verglichen.

U) "D •^ C CM (O E (O \^ 3 O cn r: o I-3.2 3 2 8 2 , B 2 4 2 ,2 2 1 , 6 -1 6 1 4 1 ,2 1 O 8 O .6 O 4 D 2 O _ r a B—BöeS

1

1

1

f

J

^ ^ ^ / / /

y

y / 1

1

1

y-/ ^ 0. 1 o 3 Q 5 C Thousands^ F Iussk1 Iometer O 7 D 9

Abb 4.8 Entwicklung des Dispersionskoeffizienten (MV 04/89)

HU 8 4 / 8 9 - U i 11 E l n l e i t u n g B e o b a c l i t u n g D a t u n U n f a l l s 2 e i t 8T 4 : 8 4 8 1 4 : 2 8 0T 4 : 3 7 0T 4 : 5 4 ex s : i 8 BT 5:27 e r 5 : 4 4 ex 6 : 8 8 01 6:17 87 6 : 3 4 Alarmmo d e l l R h e i n age-Neuf - N i e d e r l a n d e " K h e i n k n 1 7 4 . 1 ( K > K h e i n kn 1 9 4 . 4 ( K > 2 6 / 8 4 1 9 8 9 8 8 : 8 0 C ( u g / 1 > • 8 8 8 • 8 0 8 1 . 2 5 9 1 8 . 5 2 7 2 8 . 5 8 4 1 4 . 8 2 1 6 . 4 9 2 2 . 9 8 8 . 7 7 8 . 1 8 7 1 <!> PgUp PgDn 2 . 1 Nas s e D i s p . k o e f f . , C < u g / l ) 3 8 . 0 2 9 . 1 8 4 1 5 . 8 _ • « - 1

ƒ

\ ƒ / +

1

f + K + \+ \+ 1 ' 1 0T 4 S t 0T 6 S t 8 5 . 8 6 kg ( = 1 8 8 . 8 ; < ) 3 7 < n 2 / s )

1

t _ l X . 0T 4 : 3 4 t_iriax BT 5 : 0 7 Dauer BT 1:51 ' ^ ü * + + + + + + + + + + + + + + 1 ' 1 BT 7 S t BT 9 S t Z e i t

Abb. 4.9 Vergleich berechneter und gemessener Konzentrationsverlauf MeBstation Ottmarsheim

25 -HU 84/89 "Ui Einlei-tung Beobachtung Datun Unfall Zeit BT 5:10 0T 5:28 BT 5:47 BT 6:08 BT 6:24 BT 6:43 BT 7:81 BT 7:20 BT 7:38 0T 7:57 Alarnnodell Rhein 2 llage-Neuf - Niederlande" Rhein kn 174.1(K> Rhein kn 199.25(K) s 26/84 1989 88:88 C tug/1 ) .888 .888 .884 15.485 25.524 13.683 5.952 2.768 .718 .096 1 <1) PgUp PgDn .1 Nas se Disp.koeff. C (ug/1 ) 3 8 . 0 - ^ 15. B _ .B_ 25. ; / / /

i

/ / / . 832 \ +

u

' 1 ' 1 BT 5St BT 7St 84.76 kg (=1BB.8X) 37 (n2/s) t_i;< BT 5:45 t_nax BT 6:21 Dauer BT 2:84 ^"*-^«-JL+ ^ ' i r BT 8St BTieSt Zeit ^ Abb. 4.10 Vergleich berechneter und gemessener Konzentrationsverlauf

MeBstation Neuenburg NU 84/89 "Ui 11 Einleitung Beobachtung Datun Unfalls Zeit BT 7:55 BT 8:17 BT 8:48 BT 9:82 BT 9:25 BT 9:47 BT1B:1B B T 1 B : 3 2 0T18:54 BTll:17

Alarnno dell Rhein 2.1

age-Neuf - Niederlande" Rhein kn 174.1(K) Rhein kn 211.1(K) 26/B4 1989 08:80 C (ug/1 > .888 • 000 .582 12.885 21.881 12.422 5.317 2.499 .649 .882 1 <1> PgUp PgDn Nasse Disp.koeff. C (ug/1 ) 38.0 • 15.0 _ .B_ 21. /. / / / / / ^ 928 \ \ \ Vf \ + 1 • 1 BT 7St 8T 9St 87.48 kg ('18B.8;<> 37 (n2/s>

n

t_i;< BT 8:38 t_naK BT 9:23 Dauer BT 2:29 + V,^. T -r T -T T T 1 • 1 8T12St BT14St Zeit ^ Abb. 4.11 Vergleich berechneter und gemessener Konzentrationsverlauf

Alarnnodell Rhein 2.1 HU 84/89 "Uillage-Neuf Einleitung Beobachtung Datun Unfalls Niederlande" Rhein kn 174.1(K> Rhein kn 241.eS(K> 26/84 1989 88:00 Nasse Disp.koeff. Z e i t C ( u g / 1 > 0 T 1 5 : l l 0 T 1 5 : 5 4 0 T 1 6 : 3 7 0 T 1 7 : 2 0 . 8 8 8 .BBB . 0 4 3 4 . 3 9 6 0 T 1 8 : e 3 1 0 . 0 7 8 0 T 1 8 : 4 6 B T 1 9 : 2 9 B T 2 0 : 1 2 B T 2 B : 5 5 B T 2 1 : 3 8 1 ( 1 ) 6 . 6 9 5 2 . 7 7 5 1 . 3 1 9 . 3 4 3 • 0 0 0 PgUp PgDn 1 78.16 kg (=98.3/(> 49 (n2/s> IT 0St

Abb. 4.11 Vergleich berechneter und gemessener Konzentrationsverlauf MeBstation Fessenheim NU 8 4 / 8 9 " U i l l a g e E i n l e i t u n g B e o b a c h t u n g D a t u n U n f a l l s Z e i t C B T 2 B : B 8 B T 2 I : B B B T 2 2 : 8 8 8 T 2 3 : 8 8 IT B : 8 B IT l : 0 B IT 2 : 8 8 IT 3 : B B IT 4 : 8 8 IT 5 : B 0 A l a r n n o d e l l R h e i n 2 . 1 - N e u f - N i e d e r l a n d e " R h e i n k n 1 7 4 . 1 ( K > R h e i n k n 2 S 6 . 6 ( K > 2 6 / 0 4 1 9 8 9 8 8 : 8 0 ( u g / 1 > • 0 0 0 . 8 8 1 1 . 5 8 6 7 . 1 1 7 6 . 1 2 3 2 . 4 8 5 1 . 8 6 8 . 2 6 7 . 8 5 5 . 8 3 5 1 ( 2 ) PgUp PgDn N a s s e D i s p . k o e f f . , C ( u g / 1 > 8 . 8 4 . 8 _ . B _ 7 . « /

r

l

j

1

1

/ > /+ tSB \ \ \ \ \ \ \ \ n . 1 • 1 ' 8 T 1 8 S t IT 3 S t 8 8 . 6 9 kg (= 5 7 t _ i x t _ n a x D a u e r 1 l T 1 3 S t Z e i t = 3 8 . 3 / . ) ( n 2 / s )

"1

8 T 2 l : l 6 8 T 2 3 : 2 9 BT 6 : 2 6 1 l T 2 2 S t -, Abb. 4.13 Vergleich berechneter und gemessener Konzentrationsverlauf

27 -HU 8 4 / 8 9 "Ui E i n l e i t u n g B e o b a c h t u n g D a t u n U n f a l l Z e i t IT 0 : 8 8 IT 1 : 8 0 IT 2 : 8 0 IT 3 : 8 0 IT 4 : 8 0 IT 5 : 8 8 IT 6 : 8 0 IT 7 : B B IT 8 : 8 0 IT 9 : 8 8 A l a r n n o d e l l R h e i n l l a g e - N e u f - N i e d e r l a n d e " R h e i n kn 1 7 4 . 1 ( K > R h e i n kn 2 7 2 . S 5 ( K ) s 2 6 / 8 4 1 9 8 9 8 8 : 8 8 C ( u g / 1 ) . 8 8 8 . 8 0 1 . 8 8 4 . B 8 7 r , 5 4 9 3 . 5 7 4 5 . 4 9 6 3 . 1 9 1 1 . 4 6 8 . 7 2 5 1 ( 2 ) PgUp PgDn 2 . 1 N a s s e D i s p . k o e f f . 1 C ( u g / 1 ) 6 . 0 _ • 3 . 0 _ . B _ 5 . 5 6 7

A

[

t

A

•'

y

y

y

_\+ \

^V^,..

1 ' 1 • IT B S t IT 9 S t 6 8 . 8 7 kg (= 5 3 t_i;< t _ n a x D a u e r 1 l T 1 9 S t Z e i t = 9 8 . I X ) ( n 2 / s ) IT 3 : 2 6 IT 5 : 5 8 BT 8 : 2 2 1 2T 4 S t -,1

Abb. 4.14 Vergleich berechneter und gemessener Konzentrationsverlauf MeBstation Gerstheim A l a r n n o d e l l Rhe NU 8 4 / 8 9 - U i l l a g e - N e u f - N i e d e r l a n d e " E i n l e i t u n g B e o b a c h t u n g D a t u n U n f a l l s R h e i n kn 1 7 4 . 1 ( K > R h e i n kn 2 8 8 . 2 ( K ) 2 6 / 8 4 1 9 8 9 8 8 : 0 8 1 Z e i t C ( u g / 1 ) IT 8 : 8 8 IT 9 : 8 8 l T l B : e 8 1 T 1 1 : 8 8 1 T 1 2 : 8 8 1 T 1 3 : 8 0 1 T 1 4 : 8 0 1 T 1 5 : B B 1 T 1 6 : B 0 l T 1 7 : e 0 1 ( 2 ) . 8 1 4 . 9 4 7 3 . 2 9 1 4 . 1 3 8 2 . 5 8 6 1 . 2 7 3 . 7 3 6 . 3 3 4 . 1 3 8 . 8 7 4 PgUp PgDn i n 2 . 1 N a s s e 6 2 . 4 6 kg (= D i s p . k o e f f . C ( u g / 1 ) 5 . 8 ^ 2 . 5 _ . 0 _ 4 . 2 8 8

A

i

J

\ \ \ \ \ ^ ^ + . . 1 ' 1 ' IT 6 S t l T 1 5 S t 2T 6 0 t _ l X t_iiiax D a u e r 1 I S t Z e i t = 9 7 . 3 / . ) ( n 2 / s )

1

IT 8 : 1 5 1 T 1 8 : 5 2 B T 1 2 : 2 8 1 2 T l B S t J

Abb. 4.15 Vergleich berechneter und gemessener Konzentrationsverlauf MeBstation StraBburg

A l a r n n o d e l l R h e i n Z.l HU 8 4 / 8 9 " U i l l a g e - N o u f - N i e d e r l a n d e " E i n l e i t u n g B e o b a c h t u n g D a t u n U n f a l l s R h e i n k n 1 7 4 . 1 ( K ) R h e i n kn 2 9 4 . 1 5 2 6 / 8 4 1 9 8 9 8 8 : 0 8 1 Z e i t C ( U 9 / 1 > IT fi:00 . 0 0 4 1 1 9 : 0 0 . 0 0 9 1 T 1 0 : 0 0 I T I Ü B B 1 1 1 2 : 8 0 1 X 1 3 : 8 0 1 1 1 4 : 8 0 1 X 1 5 : 8 0 1 X 1 6 : 8 0 1 X 1 7 : 8 0 1 ( 2 > . 1 4 1 1.22G 3 . 0 6 1 3 . 0 8 7 1 . 8 6 3 1 . 0 4 2 . 6 8 4 . 4 8 8 PgUp PgDn Has s e D i & p . k o e f f . . C ( u g / 1 > 4 . 8 2 . 8 _ . 8 _ 3 . 5 3 3

'h

• \ • \ \ \

/ i V

/ : - ^ 1 • 1 IT B S t I T l S S t 3 9 . 6 4 kg t _ l J i t _ n a x D a u e r 1 2X I S t Z e i t ( = 1 0 3 . 9 X ) 7 8 ( n 2 / E }

1

IT 9 : 4 6 1 T 1 2 : 2 3 e T 1 6 : 2 8 1 2 T i 0 S t _l

Abb. 4.16 Vergleich berechneter und gemessener Konzentrationsverlauf MeBstation Kehl AlarnMtodell Rhein 2.1 HU 84/89 -Uillage-N«uf Einleitung Beobachtung Datun Unfalls Niederlande" Rhein kn 174.1(K> Rhein kn 310.5 26/84 1989 88:08 Nasse Disp.koeff. 8 8 . 4 1 kg ( = 1 0 1 . 2 X ) 1 2 6 ( n 2 / s > Z e i t 1 X 1 4 : 0 0 1 X 1 6 : 0 0 1 X 1 8 : 8 0 1 1 2 8 : 0 0 1 X 2 2 : 0 0 2X 0 : 0 0 2 1 2 : 0 0 2X 4 : 8 0 2X 6 : 0 0 2X 8 : 0 0 1 ( 2 > C ( u g / 1 > . 0 0 6 . 7 4 2 2 . 7 B B 2 . 0 4 3 . 8 6 1 . 5 6 2 . 3 5 4 . 3 0 2 . 1 1 1 .OSS PgUp PgDn C ( u g / 1 > 3 . 8 1 . 3 _ 2.888 t _ l X 1 T 1 4 : 5 5 t _ n a x 1 T 1 8 : 2 1 D a u e r 0 T 3 1 : 4 2 ^ f a ^ " ^ - ^ * * * * * - ^ * ^ ^ ' - ^ ! , I l T 1 2 S t ZT 1 3 t 1 2 T 1 5 3 t Z e i t 3T 4 S t

Abb. 4.17 Vergleich berechneter und gemessener Konzentrationsverlauf MeBstation Gambsheim

29 -Alarnnodell Rhein 2.1 NU 84/89 "Uillage-Neuf - Niederlande" Einleitung Rhein kn 174.1(K> Beobachtung Rhein kn 348.3 Datun Unfalls 26/84 1989 88:BB Nasse Disp.koeff. Z e i t C ( u g / 1 > 1 T 1 1 : 1 6 1 T 1 9 : 1 5 2T 3 : 1 5 2 T l l : l 4 2 T 1 9 : 1 4 3T 3 : 1 4 3 T l l : 1 3 3 T 1 9 : 1 3 4T 3 : 1 2 4 T 1 1 : 1 2 1 ( 1 ) . 8 8 8 . 8 8 8 1 . 1 9 9 . 5 2 3 . 1 8 8 . 8 1 8 . 8 8 6 . 8 8 2 . 8 0 8 . 0 0 8 PgUp P g D n | C (ug/1 } 2.0 _ 1.0 1.688 IT est 2T 8St 77.58 kg (=188.BX) 226 (n2/s> "'^^•^tliiiiiiiiiiiiiii 1 3T16St Z e i t t _ l Z 1T23:47 t_nax 2T 5 : 2 6 Dauer IT 3 : 5 6 5T BSt

Abb. 4.18 Vergleich berechneter und gemessener Konzentrationsverlauf MeBstation Plittersdorf Alarnnodell Rhein 2.1 NU 84/89 "Uillage-Neuf - Niederlande" Einleitung Rhein kn 174.1(K> Beobachtung Rhein kn 362 Datun Unfalls 26/B4 1989 88:00 Nasse Disp.koeff. Z e i t C ( u g / 1 ) 1 T 2 1 : 4 1 2T 6 : 2 7 2 T 1 5 : 1 3 2 T 2 3 : 5 9 3T 8 : 4 5 3 T 1 7 : 3 0 4T 2 : 1 6 4 T l l : 8 2 4 T 1 9 : 4 8 5T 4 : 3 4 1 ( 1 ) . 8 8 8 . 7 4 1 . 5 8 9 . 1 6 8 . 8 4 9 . 8 1 3 . 8 8 3 . 8 8 1 • 0 0 0 . 8 8 8 PgUp PgDn C (ug/1 ) 2.B l.B _ • B _ 1.375 IT BSt 3T BSt 75.34 kg (=164.6X) 522 (n2/s) T 5T est Zeit X_iy. 2T 3:23 t_nax 2T 8:56 Dauer 1T13:35 7T BSt

Abb. 4.19 Vergleich berechneter und gemessener Konzentrationsverlauf MeBstation Maximiliansau

A l a r n n o d e l l R h e i r HU 8 4 / 8 9 - U i l l a g e - N e u f - H i e d e r l a n d e " E i n l e i t u n g B e o b a c h t u n g D a t u n U n f a l l s K h e i n kn 1 7 4 . 1 ( K ) R h e i n kn 4 2 G . 2 2 6 / 0 4 1 9 8 9 8 8 : 0 0 1 Z e l t C ( u g / 1 > 2T 4 : 1 2 2 X 1 4 : 0 0 2 X 2 3 : 4 8 3 1 9 : 3 5 3 X 1 9 : 2 3 4T 5 : 1 1 4 1 1 4 : 5 9 3 1 8 : 4 7 5 X 1 8 : 3 5 3 X 2 8 : 2 3 1 ( 1 ) . 0 0 0 . 1 3 0 . 7 2 3 . 2 1 4 . 0 8 3 . 0 2 3 . 0 0 6 • oei .BBB • 0 0 0 PgUp PgDn 2 . 1 N a s s e D i s p . k o e f f . C ( u g / 1 ) i - B - , . 5 _ . B _ . u a b A

f

f

f

f

f

MtMh

h

\ \ \ \ \ X H . 1 • 1 2T B S t 3T 8 S t 7 3 . 2 9 kg ( = 1 6 7 5 t_iz t _ M a x D a u e r ' 1 4 X l S S t Z e i t 1 0 8 . i;<) ( n 2 / £ > 2 T 1 2 : 2 2 2 T 2 0 : 1 4 1 X 2 3 : 3 0 4HI 1 BT 0 3 t

Abb. 4.20 Vergleich berechneter und gemessener Konzentrationsverlauf MeBstation Mannheim A l a r n n o d e l l R h e i n 2 . HU 8 4 / 8 9 " U i l l a g e - N e u f - N i e d e r l a n d e " E i n l e i t u n g B e o b a c h t u n g D a t u n U n f a l l s R h e i n kn 1 7 4 . 1 ( K > R h e i n kn 4 9 8 . 5 2 6 / 8 4 1 9 8 9 8 8 : 0 0 ! Z e i t C ( u g / I > 2 X 2 3 : 5 0 3 X 1 8 : 3 3 3 X 2 1 : i S 4 1 V : 5 9 4 X 1 8 : 4 3 5X 5 : 2 5 5 T 1 B : B B 6X 2 : 5 1 6 X 1 3 : 3 4 7 1 8 : 1 7 1 ( 1 ) . 0 0 0 . 1 4 8 . 4 5 7 . 1 5 0 . 0 6 2 . 0 2 1 .BBS . 0 0 1 . 0 0 0 . 0 8 0 PgUp PgDn 1 H a s s B D i s p . k o e f f . C ( u g / 1 ) •G _ . 3 _ . 0 _ . 4 ƒ+ ƒ+ 9 4

i

\ \ \ + * * 1 1 2T OSt 4T 8 3 t 7 0 . 4 2 kg ( = 1 5 6 5 t _ i 5 : t_n*x Dauer 1 BT e s t Zeit 1 0 3 . 3 X ) ( n 2 / s )

1

3T 6 : 0 7 3 T 1 8 : 2 1 2 T 1 B : 2 6 1 8T a s t _

Abb. 4.21 Vergleich berechneter und gemessener Konzentrationsverlauf MeBstation Mainz

31 -HU 8 4 / 8 9 "Ui E i n l e i t u n g B e o b a c h t u n g D a t u n U n f a l l Z e i t 3T 3 : 2 5 3 X 1 5 : 1 4 4T 3 : 0 3 4 X 1 4 : 5 2 3X 2 : 4 1 5 X 1 4 : 3 0 BT 2 : 1 9 6 X 1 4 : 8 8 7X 1 : 5 7 7 X 1 3 : 4 6 A l a r n n o d e l l Rhe l l a g e - N e u f - N i e d e r l a n d e " R h e i n kn 1 7 4 . 1 ( K ) R h e i n kn 5 3 8 . 1 5 s 2 6 / 0 4 1 9 8 9 0 8 : 0 0 C ( u g / 1 > . 0 0 0 . 0 3 7 . 5 0 9 . 1 9 9 . 0 8 8 . 0 3 1 . 0 8 8 . 0 0 2 . 0 0 0 . 0 0 0 1 ( 1 ) PgUp PgDn m 2 . 1 H a s s e D i s p . k o e f f . C ( u g / 1 ) • 6 ^ . 3 _ . 0 _ . 5 1 2 A f+ ƒ+ 1+ \ *

V

l

\

V.

^ ^ ^ < ^ 1 • 1 3T OSt 5T a s t 8 4 . 3 4 kg ( = 1 9 7 1 t _ i > ; t _ M a x D a u e r 1 7T a s t Zelt 1 0 0 . 5 X ) < n 2 / s ) 3 X 1 3 : 3 8 4T 1 : 3 9 2 T 1 6 : 4 5 1 9T B S t ,1 Abb. 4.22 Vergleich berechneter und gemessener Konzentrationsverlauf

MeBstation Bingen A l a r n n o d e l l R h e i n 2 . 1 HU 8 4 / 8 9 " U i l l a g e - N e u f - N i e d e r l a n d e " E i n l e i t u n g R h e i n kn 1 7 4 . 1 ( K > B e o b a c h t u n g R h e i n kn 7 5 9 . 6 D a t u n U n f a l l s 2 6 / 0 4 1 9 8 9 0 8 : 0 0 Hasse D i s p . k o e f f . 8 1 . 7 3 kg ( = 1 0 0 . 9 X ) 3 0 8 5 ( n 2 / s ) Z e i t 4X 9 : 1 3 4 X 2 2 : 3 3 5 X 1 2 : 3 3 BT 2 : 1 3 6 X 1 5 : 3 3 7X 5 : 3 2 7 1 1 9 : 1 2 8X 8 : 5 1 8 X 2 2 : 3 1 9 T 1 2 : l l 1 ( 1 ) C ( u g / 1 . 0 0 0 • 0 0 0 . 1 9 0 . 2 2 1 . 0 8 2 . 0 3 6 . 0 1 1 . 0 0 2 . 0 0 0 . 0 0 0 PgUp PgDn C ( u g / 1 > . 4 . 0 . 2 6 7 T • 1 4T OSt BT e s t t _ l > : 5T 0 : 1 3 t . n a x 5 T 2 0 : 0 e D a u e r 3T 7 : 1 8 8T a s t Z e i t lOT B S t

Abb. 4.23 Vergleich berechneter und gemessener Konzentrationsverlauf

MeBstation Düsseldorf

A l a r n n o d e l l R h e i n 2 . HU 8 4 / 8 9 - U i l l a g e - N e u f - N i e d e r l a n d e " E i n l e i t u n g B e o b a c h t u n g Datun U n f a l l s R h e i n k n 1 7 4 . 1 ( K ) R h e i n k n 8B2 . 2 2 6 / 0 4 1 9 8 9 0 8 : 0 0 1 Z e l t C ( u g / 1 > 5T 3 : 0 9 3 X 1 7 : 1 6 BX 7 : 2 2 6 X 2 1 : 2 9 7 I l l : 3 S 8X 1 : 4 2 8 X 1 5 : 4 9 9X 5 : 5 6 9 X 2 0 : 0 2 l O T 1 0 : 0 9 1 ( 1 ) . 0 0 0 . 0 0 0 . 0 9 2 . 1 6 8 . 0 6 8 . 0 2 9 . 0 1 0 . 0 0 2 . 0 0 0 . 0 0 0 PgUp PgDn L Hasse D i s p . k o e f f . C < u g / l > • 2 - , . 1 _ . 0 _ . 1 7 5 J'-\

J

1

/ / / / / + \ +\ \ + \ t + \ • 1 ' 1 5T OSt 7T a s t 3 5 . 9 4 kg ( = 2 8 8 8 t_i>: t _ n a x Dauer ^ * 1 9X a s t Z e i t 1 0 1 . 3 X ) ( n 2 / s ) 5 T 1 9 : 5 e 6 T 1 8 : 3 3 3 T 1 0 : 2 4 1 I I T 0 3 t ,1 Abb. 4.24 Vergleich berechneter und gemessener Konzentrationsverlauf

MeBstation Lobith A l a r n M o d e l l R h e i n 2 . 1 HU 8 4 / 8 9 " U i l l a g e - N e u f - N i e d e r l a n d e " E i n l e i t u n g B e o b a c h t u n g Datun U n f a l l s Z e l t C ( GT 4 : 5 9 6 X 2 0 : 0 1 7 X 1 1 : 0 3 ax 2 : 0 4 8 X 1 7 : 0 6 9X 8 : 0 7 9 1 2 3 : 0 9 1 0 X 1 4 : 1 1 IIX 5 : 1 2 1 1 1 2 0 : 1 4 1 ( 1 > R h e i n k n 1 7 4 . 1 ( K > N e d e r R i J n - L e k k n 9 4 B . 5 2 6 / 0 4 1 9 8 9 0 8 : 0 0 J i g / 1 ) • 0 0 0 • 0 0 0 . 0 6 7 . 1 4 3 . 0 6 3 . 0 2 6 . 0 0 9 . 0 0 2 • D B B . 0 0 0 PgUp PgDn Hasse D i s p . k o e f f . C < u g / l ) • 2 _ . 1 _ . 0 _ . 1 4 8 / • H + \ / - * \ / + : \ / + • \ 1 ' 1 • 6T OSt BT a s t 10T 9 . 3 1 kg (= 2 5 9 4 t_15: t _ n a x Dauer w + 1 ast Z e i t = 1 8 . 9 X ) ( n 2 / s )

n

6 T 2 3 : 3 1 7 T 2 3 : 2 a 3 T 1 6 : 4 8 1 12T 0 3 t .,1 Abb. 4.25 Vergleich berechneter und gemessener Konzentrationsverlauf

33 -A l a r n n o d e l l R h e i n HU 8 4 / 8 9 - U i l l a g e - N e u f - N i e d e r l a n d e " E i n l e i t u n g B e o b a c h t u n g Datun Unfalls Zeit 6 X 1 1 : 3 2 7X 5 : 1 7 7 X 2 3 : 0 2 8 X 1 6 : 4 8 9 X 1 8 : 3 3 10X 4 : 1 8 1 0 1 2 2 : 0 4 1 1 X 1 5 : 4 9 12X 9 : 3 4 13X 3 : 1 9 R h e i n k n 1 7 4 . 1 ( K ) U a a l kn 3 5 1 . 8 2 6 / 0 4 1 3 8 9 0 8 : 0 0 C ( u g / 1 ) . 0 0 0 . 0 3 1 . 1 0 6 . 0 3 9 . 0 1 8 . 0 0 8 . 0 B 3 . 0 0 1 • BBB . 0 0 0 1 ( 1 ) PgUp PgDn 2 . 1 H a s s e 2 8 . 9 7 kg (: D i s p . k o e f f . C ( u g / 1 ) • 2 _ . 1 _ . 0 _

W

/ \

l

l

J

\ + V t 1 • 1 ' 67 OSt B T i e S t IIX 3 0 8 8 t _ i z t_nax Dauer 1 8 S t Z e i t = 6 9 . 5 X ) ( n 2 / s ) 6 X 1 8 : 5 2 7 T 1 B : 1 2 4 T 1 8 : 2 8 1 14T 0 S t 1 Abb. 4.26 V e r g l e i c h b e r e c h n e t e r und-gemessener K o n z e n t r a t i o n s v e r l a u f MeBstation Vuren A l a r n n o d e l l R h e i n 2 . 1 HU 8 4 / 8 9 " U i l l a g e - N e u f - N i e d e r l a n d e " E i n l e i t u n g B e o b a c h t u n g Datun Unfalls R h e i n kn 1 7 4 . 1 ( K > I J s s e l kn 9 9 4 . 5 2 6 / 8 4 1 9 8 9 0 8 : 0 0 1 Z e i t C ( u g / 1 > 6 X 1 5 : 2 1 7X 6 : 8 8 7 X 2 8 : 5 5 8 X 1 1 : 4 2 gx 2 : 2 8 9 X 1 7 : 1 5 1 0 1 8 : 0 2 1 0 X 2 2 : 4 9 1 1 T 1 3 : 3 G 13T 4 : 2 3 1 <1> . 0 0 0 . 0 0 0 . 0 4 7 . 1 2 4 . 0 6 0 . 0 2 4 .BBS . 0 0 2 . 0 0 0 .BOO PgUp PgDn H a s s e D i s p . k o e f f . 1 C ( u g / 1 ) . 2 . 1 _ . 0 _ .124 .fx

th.

t

/

, k

V

A \ 1 • 1 • eT OSt BTiest i i x 5 . 9 1 kg (= 2 4 4 8 t-lX t_n*x Dauer 1 8 S t Z e i t = 1 4 . 3 X ) ( n 2 / s )

n

7 T 1 B : 1 7 8 T 1 B : 2 1 3 T 1 4 ; 4 5 1 14T 0 S t _

Abb. 4.27 Vergleich berechneter und gemessener Konzentrationsverlauf MeBstation Kampen

35

-5. ANALYSE DER STOFFTRANSPORTZEITABWEICHUNGEN DER VERIFIKATIONS-VERSUCHE

5.1 Kalibrierung anhand der Markierversuche 09/90 und 06/91

In Abbildung 4.7 (Kap. 4.4) sind die prozentualen Abweichungen zwischen berechneten und gemessenen Stof f transportzeiten dargestellt, wobei die Abweichungen beim Verifikationsversuch 09/90 (Niedrig-wasser) systematisch positiv waren. Dies bedeutet, daB der kalibrier-te Stillwasserzonenparamekalibrier-ter für diese AbfluBbedingungen zu klein ist. Bei dem Verifikationsversuch 06/91 (Hochwasser) war die Abweichung jedoch systematisch negativ, was bedeutet, daB der kalibrierte Stillwasserzonenparameter hier zu groB ist.

Desweiteren wurden in Kapitel 4.3 die AbfluBwerte des Markierversuchs 04/89 mit denen der Verif ikationsversuche verglichen. Es stellte sich heraus, daB man bei dem Markierversuch vom April 1989 nicht durch-gehend von einem Markierversuch bei Mittelwasserführung sprechen kann.

Diese Gegebenheiten gaben AnlaB zu einer weiterführenden Analyse der Stofftransportzeitabweichungen der Verifikationsversuche. Für diese Analyse wurde das Rheinalarmmodell auch anhand der Daten dieser beiden Versuche nach der Optimierungsmethode (Kap. 4.1) kalibriert. Für die hydrologischen Daten und die Rückgewinnungsraten wird auf die Verifikationsberichte von Juni 1991 und September 1992 (van Mazijk et al., 1991 bzw. 1992) verwiesen.

5.2 Ergebnisse der einzelnen Kalibrierungen

In Tabelle 5.1 sind die einzelnen kalibrierten Werte für die Proportionalitatskonstante a und den Stillwasserzonenparameter 6 enthalten.

In der Abbildung 5.1 sind die Ergebnisse der einzelnen Kalibrierungen für den Parameter a, und in Abbildung 5.2 für den Parameter 6 zur besseren Übersicht graphisch dargestellt. Folgendes ist festzu-stellen:

Tabelle 5.1 a ÜND B FÜR DIE NEUKALIBRIERTEN TEILABSCHNITTE (deutsche Rheinstrecke) Teil- abs.-nr. 301 401 501 601 701 801 901 1001 1101 1201 1301 1401 1501 1602 1701 1702 1801 1901 1902 1903 2001 2002 2003 2004 2101 a 04/89 0.00090 0.00300 0.00330 0.00090 0.00350 0.00330 0.00090 0.00160 0.00330 0.00090 0.00400 0.00330 0.00090 0.01200 0.01700 0.01700 0.01300 0.01300 0.01300 0.01300 0.00250 0.00250 0.00250 0.00250 0.00400 6 04/89 0.065 0.100 0.100 0.065 0.200 0.100 0.065 0.270 0.100 0.065 -0.030 0.100 0.065 0.100 0.120 0.120 0.000 0.000 0.000 0.000 0.340 0.340 0.340 0.340 0.115 a 09/90 0.00100 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00550 00330 00100 00150 00330 00100 00300 00330 00100 00150 00330 00100 01100 01100 02200 01100 00600 00600 00600 00100 00100 00100 00100 00400 6 09/90 0.100 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

no

100 100 950 100 100 100 100 100 450 100 100 100 100 000 000 350 350 350 300 300 300 300 115 0 06/91 0.00090 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ö 0 0 0 0 0 00600 00330 00090 00115 00330 00090 00200 00330 00090 00400 00330 00090 01100 01100 01100 01100 01100 01100 01100 00100 00100 00100 00100 00400 B 06/91 0.025 0.000 0.100 0.025 0.000 0.100 0.025 0.000 0.100 0.025 0.000 0.100 0.025 0.100 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.150 0.150 0.150 0.150 0.115 Teil- abs.-nr. 2102 2201 2202 2203 2204 2205 2301 2401 2402 2501 2502 2503 2601 2602 2603 2701 2702 2703 2801 2802 2901 2902 3001 3002 3101 a 04/89 0.00400 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00900 00900 00900 00900 00900 01000 01000 01000 00900 00900 00900 00900 00900 00900 00900 00900 00900 00990 00990 00990 00990 00990 00990 01100 6 04/89 0.115 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 000 000 000 000 000 150 150 150 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 a 09/90 0.00400 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00900 00900 00900 00900 00900 00900 00900 00900 00900 00900 00900 00900 00900 00900 00900 00900 00900 01100 01100 01100 00990 00990 00990 01100 6 09/90 0.115 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 a 06/91 0.00400 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00900 00900 00900 00900 00900 01000 01000 01000 00900 00900 00900 00900 00900 00900 00900 00900 00900 00990 00990 00990 00990 00990 00990 01100 6 06/91 0.115 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 000 000 000 000 000 200 200 200 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

- Im Rheinseitenkanal muBten die Teilabschnitte 301 bis 1602 (siehe Tabelle 5.1), anhand der Konzentrationsdaten der Markierversuche von September 1990 und Juni 1991, völlig neukalibriert werden. Bei diesen Neukalibrierungen wichen die B- Werte stark ab von den mit dem Markierversuch im April 1989 erhaltenen Werten. Die o- Werte anderten sich allerdings kaum (siehe Tabelle 5.2).

Tabelle 5.2 Durchschnittswerte für die Teilabschnitte 301 bis 1602

a fi 04/89 0,00285 0,095 09/90 0,00275 0,22 06/91 1 0,00285 0,023

37

-Nach einer Kalibrierung der eben genannten Teilabschnitte zwischen Basel und Plittersdorf muBten die beiden Parameter für die restliche Rheinstrecke bei der Kalibrierung anhand der beiden Verifikationsversuche nur noch geringfügig kurz nach der Kanal-strecke angepaBt werden.

A i pha Abb. 5.1 6Ü0 BOD F Iussk1 Iometer + 09/9Ü 0 6 / 9 1 Dispersionskoeffizienten einzelnen Kalibrierungen. anhand der

Daher ist es wichtig, sich genauer über den Schwellbetrieb im Rheinseitenkanal zu informieren, da das Aufstauen und Abfahren an-scheinend einen entscheidenden EinfluB auf das Abf luBgeschehen, und somit auf die beiden Parametern a und B, hat. Die im Modell eingegebene AbfluBverteilung kann durch Schwellbetrieb stark von der tatsachlichen Verteilung abweichen.

Mit der bei dem Markierversuch 04/89 geringen Anzahl, der zur Kalibrierung verwendbaren MeBstationen zwischen Bingen (FluB-km. 530,15) und Düsseldorf (FluB-km. 759,6) ergab sich auf dieser Strecke der Wert Null für 6. Bei dem Markierversuch vom Juni 1991 konnten auf dieser Strecke zusatzlich die MeBstationen Koblenz

689,5) ausgewertet werden. Bei der Kalibrierung anhand dieses Markierversuches wurde in den Teilabschnitten 2301, 2401 und 2402

(Strecke zwischen FluBkilometer 592,5 und 634) ein B-Wert gröBer Null ermittelt, und damit einen EinfluB der Mosel auf B nach-gewiesen. Dieser 6-Wert hat aber keinen wahrnehmbaren EinfluB auf die Transportzeitabweichungen der weiter fluBabwarts gelegenen MeBstationen.

Beta

1 1 irh

Tl

l t

y

1 1

yvyt

\ i l \ \

1 \ ïii

4 A \ V

ƒ \ / \

1 1 1 1 1 1 1 200 400 6D0 800 F I u s s k I Iometer D 0 4 / 9 9 + 0 9 / 9 0 O DB/91

Abb. 5.2 Stillwasserzonenparameter B anhand der einzelnen Kalibrierungen.

- Aus dem Verlauf des B-Wertes entlang der Rheinstrecke von Basel bis in die Niederlande geht hervor, daB besonders stromabwarts der Nebenflüsse Neckar, Main und Mosel eine erhebliche Verzögerung der Markierstoffwelle festgestellt werden kann. (Siehe auch Abb. 4.5). Es besteht die Möglichkeit, daB infolge der unvollstandigen Querdurchmischung direkt stromabwarts von Nebenflussen, im Zusammenhang mit dem FlieBgeschwindigkeitsprofil, der Markierstoff mit einer niedrigeren Geschwindigkeit transportiert wurde, als auf Grund der mittleren Strömungsgeschwindigkeit zu erwarten gewesen ware.

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-- Abgesehen vom Rheinseitenkanal und der Rheinstrecke zwischen Bingen und Düsseldorf, auf der für den Markierversuch 04/89 keine detailliertere Kalibrierung durchzuführen war, ergaben sich für beide Parameter keine nennenswerte Abweichungen gegenüber den Werten des Markierversuches 04/89.

5.3 Mischkalibrierung

Aus den Ergebnissen von Kapitel 5.2 kann man schlieBen, daB der Schwellbetrieb in der Kanalstrecke bei der Vorhersage über die Ankunft der Markierstoffwelle eine wesentliche Rolle spielt. Dies kann man auch anhand einer sogenannten Mischkalibrierung nachweisen.

Das AbfluBgeschehen im Rheinseitenkanal wird nach genauen Absprachen zwischen Frankreich und der Bundesrepublik Deutschland vorgenommen. Durch den Rheinseitenkanal durfen demnach maximal 1400 m^/s flieBen, im Restrhein mussen mindestens 30 m^/s verbleiben. Im Rheinseiten-kanal wird bei niedrigem AbfluB (kleiner 1400 m'/s) an den Kraft-werken das Wasser in Zeiten niedriger Stromverbrauchs gestaut, damit im Falie eines hohen Energieverbrauchs gröBere Wasserreserven für die Stromerzeugung durch die Turbinen zur Verfügung stehen.

Wie bei der Kalibrierung anhand der Daten des Niedrigwasserversuches vom September 1990 nachgewiesen werden konnte, hat der Schwellbetrieb groBen EinfluB auf den Stillwasserzonenparameter 6. Wird lange aufgestaut und die FlieB- bzw. Transportgeschwindigkeit damit reduziert, muB B vergröBert werden (um einen Faktor gröBer 2, siehe Tabelle 5.2), um mit dem Rheinalarmmodell eine gute Vorhersage zu erzielen.

Bei der Mischkalibrierung wurden nun für die Kanalstrecke die a- und B-Werte in den Teilabschnitten 301 bis 1602 eingesetzt, die mit Hilfe der Kalibrierungsversuche von September 1990 und Juni 1991 (vgl. Kap. 4.4) bestimmt worden waren. Die weitere Rheinstrecke wurde bis zur deutsch-niederlandischen Grenze mit den Werten der Neukalibierung des Markierversuchs vom April 1989 verifiziert.

In der Abbildung 5.3 sind die prozentualen Stofftransportzeitabwei-chungen zwischen berechnetem und gemessenem Konzentrationsmaximum aufgezeichnet. Die Verifikationsversuche MV 09/90 und MV 06/91 sind jeweils als Verifikationsergebnisse (MV 09/90.Ver bzw. MV 06/91.Ver) und als Mischkalibrierungsergebnisse (MV 09/90.Kal bzw. MV 06/91.Kal) dargestellt. 1 0 tfi c rj sz g CD (0 0 ^ -5

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o CL -10 -15 / •

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•

1 0 0 2 0 0 3 0 0 4O0 5 0 0 6 0 0 700 8 0 0 9 0 0 FluBkm, Kalibrierung Verifikation — MV 04/89 MV 06/91 .Ver. - MV 06/91.Kal. - - Q - MV 09/90.Kal. MV 09/90. Ver

Abb. 5.3 Prozentuale Abweichung der Stofftransportzeit

Es zeigt sich, daB bei einer kalibrierten Kanalstrecke, die Stoff-transportzeitabweichungen auf der weiteren Rheinstrecke geringer werden. Bei dem Markierversuch vom September 1990 sind nach dem Rheinseitenkanal gröBeren Abweichungen zwischen gemessenen und berechneten Stofftransportzeiten festzustellen, da hier in der Kanalstrecke teilweise sehr lange aufgestaut wurde.

Die Tabelle 5.3 gibt die prozentualen Abweichungen der Stofftrans-portzeiten wieder.

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-Tabelle 5.3 Prozentuale Abweichung der Stofftransportzeiten

anhand der Mischkalibrierung

MeBstation FluBki. 256.6 268.3 272.55 294.15 340.3 362.0 426.2 443.5 498.5 590.35 640.0 689.5 759.6 814.0 865.02 HV 09/90 Hischkali. 0.070 -0.710 0.738 0.365 0.611 -1.801 1.996 4.384 1.740 1.101 0.171 0.649 0.051 -0.483 0.990 HV 09/90 Verifikat. 7.554 3.535 4.866 8.161 5.754 3.249 6.619 8.834 4.812 4.836 2.784 3.116 2.356 1.741 3.033 MeBstation FluBki. 256.6 272.55 294.15 340.3 359.2 400.0 424.7 443.5 498.5 590.35 640.0 689.5 759.6 814.0 863.3 865.02 HV 06/91 Hischkali. 0.329 -0.443 0.552 -1.477 -1.890 0.522 -2.553 -1.121 -5.112 -4.016 -1.839 -2.182 -2.592 -1.842 -3.031 -2.626 HV 06/91 Verifikat. -5.234 -7.341 -4.885 -4.976 -5.255 -2.305 -5.228 -3.511 -8.143 -5.601 -3.249 -3.499 -3.777 -2.904 -4.032 -3.621