Seen

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Hydrodynamische Modellierung

Für die Quantifizierung von hydrodynamischen, biologischen und chemischen Prozessen in Seen werden dreidimensionale Seenmodelle eingesetzt. Vor jeder Seenmodellierung wird zunächst ein konzeptionelles Modell erstellt, in dem die für die Fragestellung wesentlichen Prozesse definiert werden. Für die hydrodynamische Modellierung sind dies die temperatur- und ggf. konzentrationsabhängigen Schichtungsprozesse im saisonalen und kurzfristigen Maßstab, windinduzierte interne Wellen und Flusswassereinströmungen mit Nähr- und Schwebstoffeintrag sowie der Energieeintrag aus der Atmosphäre über Wind und Strahlung. Wir setzen hierfür die Modellsoftware Delft3D-Flow von Deltares sowie AEM3D von Hydronumerics ein. Typische Fragestellungen sind z. B.:

Modellberechnung der frühjährlichen Entwicklung der Wassertemperatur im Profil
  • Identifizierung und Quantifizierung von Durchmischungs- und Austauschprozessen: Schichtungsentwicklung, Strömungsprozesse, Flusswassereinströmungen, Tiefenwassererneuerung, interne Wellen, etc.
  • Auswirkungen der thermischen Nutzung von Seewasser
  • Ausbreitungsberechnung und Beurteilung von Rückgaben in Seen
  • Standortoptimierung geplanter Entnahmen und Rückgaben
  • Ausbreitung, Erosion und Sedimentation von Schwebstoffen
  • Auswirkungen des Klimawandels

Modellierung der Wasserqualität

Modellberechnung
Modellberechnung der Chlorophyll-A Konzentration im Bodensee (enthält Copernicus Sentinel Daten (2020))

Bei der Modellierung biologischer und chemischer Prozesse in der Wassersäule und an der Seesohle werden zunächst die für die jeweilige Fragestellung relevanten Zusammenhänge identifiziert. Anschließend werden die ausgewählten Zustandsgrößen sowie zugehörige Umwandlungsprozesse modular im Modell zusammengestellt. Gegebenenfalls entwickeln wir individuelle mathematische Beziehungen und implementieren diese in der Modelltechnik. Zum Einsatz kommt die Modellsoftware Delft3D-WAQ von Deltares. Mit einem gekoppelten Modellsystem der Hydrodynamik und Wasserqualität lassen sich die hydrodynamischen Prozesse in Kombination mit dem Schwebstofftransport und dem Nährstoffkreislauf simulieren. Typische Fragestellungen hinsichtlich der Wasserqualität von Seen sind z. B.:

  • Beschreibung von Nährstoffkreisläufen und Nährstoffmanagement
  • Identifizierung und Quantifizierung von Sauerstoffzehrungsprozessen
  • Algenwachstum
  • Prognoseberechnungen der Wasserqualität bei veränderten Randbedingungen

Oberflächenwellen

Vor allem für die Uferbereiche spielen die lokalen Oberflächenwellen eine wichtige Rolle. Aber auch die Schifffahrt benötigt Informationen zu maximalen Wellenhöhen und Wellenlängen. Hierzu wird anhand von Wellenmodellen das mögliche Spektrum von Wellen an Seen untersucht. Zum Einsatz kommt das Programm SWAN der TU Delft, mit dem über das Windfeld stationäre und instationäre Wellenfelder auf der Seeoberfläche berechnet werden. Mit dem Modell SWASH wird die Propagation von Wellen und deren Reflexion im Uferbereich untersucht.

Bild zur Wellenberechnung
Modellberechnung der welleninduzierten sohlnahen Strömungsgeschwindigkeit im Bodensee