Institut Bauingenieurwesen

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  • Publikation
    Analysis of the resolution of precipitation data required to obtain robust results from a hydrodynamic sewer network model
    (19.04.2024) Rabiei, Ehsan; Hoppe, Holger; Lebrenz, Henning
    The need for precipitation data for calibrating hydrodynamic sewer network models is often compromised by using the nearest available rain gauges to study area. Due to the scarcity and irregular locations of the rain gauges, this way of satisfying the need for precipitation data can lead to incorrect conclusions with respect to the temporal and spatial patterns of precipitation, depending on the location of the rain gauges in the study area. Recent developments in the field of precipitation measurement by means of weather radar data open up new possibilities for the use of such data sources in hydrodynamic sewer network models. Even though weather radar provides precipitation information with a high temporal and spatial resolution, the raw radar data contains several sources of error and is inaccurate. The radar data are therefore often corrected and merged with ground measurements. The main objective of this study is to investigate the resolution of precipitation data required to obtain robust results in a hydrodynamic channel network model. The study area is a small catchment close to Munich in Bavaria, Germany. Data from the Isen weather radar station of the German Weather Service (DWD), which is located around 33 km from the study area, was used. Following the objectives of this study, various weather radar data products were processed in order to be used as input for a hydrodynamic sewer network model. The data with a temporal resolution of 5 minutes to 1h and a spatial resolution of 250 m x 250 m up to 1.000 m x 1.000 m form the basis for creation of datasets to be investigated. It has been observed that the use of high-resolution precipitation data leads to better model results, especially when the data is merged with rain gauges. However, it should be noted that the quality of the model results does not decrease linearly when the resolution of the precipitation data is reduced.
    06 - Präsentation
  • Publikation
    Semi- or fully automatic drainage regulation as a mean to recharge groundwater
    (17.04.2024) Venuleo, Sara; Unrau, Silas; Staufer, Philipp; Lebrenz, Henning
    Climatic change is decreasing water availability, all over the world. Regions which never faced water scarcity need to adapt their practises to face more frequent and severe droughts periods. Among others, agriculture is one of the sectors that will face the consequences of water scarcity. Indeed, while water availability decreases, the use of water for irrigation purposes becomes questionable. In many regions in Europe, cultivated areas have a sub-surface drainage system, which ensures that crops do not face water stress due to excessive soil water content. These drainage systems convey the water infiltrating during rainfall events to surface channels, reducing the natural water table recharge. Introducing drainage regulations units in existing drainage systems represent a mean to increase the soil water retention and, consequently, a mean to increase the natural water table recharge while decreasing the need of irrigation and while helping to reduce peak flow during intense rainfall events. Moreover, controlled drainage management can reduce the amount of Nitrogen and Plant Protection Products (PPP) discharged into surface waters. Given its environmental benefits, drainage water management is today an official conservation practice in the USA and the Conservation Practice Standard 554 (code 554) has been published by the United States Department of Agriculture to inform, advice and guide potential users of this practise. Drainage control units can be simple structures retrofitted in existing drainage networks outlets. They can consist of sliding weir systems or of a flashboard with adjustable height and they can be operated manually or automatically. In the present study an automatic drainage control unit has been developed and operated in a laboratory prototype. The objective of our experiment was understanding which technical and practical difficulties are faced in the use of a drainage control unit and thus which issues hinder its spread among farmers. Particular attention was given to possible issues associated with sedimentation.
    06 - Präsentation
  • Publikation
    Physikalische Modellierung des Geschiebetransports für «WieseVital»
    (Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband, 03/2024) Venuleo, Sara; Unrau, Silas; Guido Derungs; Lebrenz, Henning [in: Wasser, Energie, Luft]
    Das Revitalisierungsprojekt «WieseVital» (BS) sieht den Einbau einer grobkörnigen Schutzschicht über die gesamte Gewässersohle sowie punktuell eingebrachtes, feinkörniges Laichsubstrat vor. Um die Interaktion der beiden Kornfraktionen, insbesondere den Einfluss der Feinsedimente auf die grobkörnige Schutzschicht zu beurteilen, wurde an der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) ein physikalisches Wasserbaumodell im Massstab 1:20 nachgebaut. Unter Beachtung von Skalierungseffekten und den abgeleiteten Rand- und Übertragungsbedingungen, konnten wertvolle Grundlagen und Hinweise für den Bau und den Betrieb des geplanten Flussabschnitts gewonnen werden. Das eingebrachte feinkörnige Laichsubstrat verteilt und vermischt sich bis zur Vermischungstiefe, die durch «kinetische Siebung» (z. B. beim HQ100) deutlich erhöht werden kann. Im Allgemeinen erleichtern die Feinsedimente den Bewegungsbeginn der grobkörnigen Schutzschicht, ohne allerdings ihre Stabilität zu gefährden. Ergänzend können erhöhte Kolkbildungen an geplanten ökologischen Einbauten durch lokale Sohlsicherungsmassnahmen begrenzt werden. Im späteren Betrieb kann das Modell von Wilcock & Crowe für die Abschätzung der gesamten Geschiebefracht angewendet werden, falls die raumzeitliche Verteilung der notwendigen Gewässersohleneigenschaften bekannt ist.
    01B - Beitrag in Magazin oder Zeitung
  • Publikation
    Machbarkeit von smarten Drainagen in bindigen Böden
    (Springer, 12/2022) Venuleo, Sara; Lebrenz, Henning; Staufer, Philipp [in: Wasser und Abfall]
    Smarte Drainagen, die temporär Wasser zurückhalten, können eine weitere Möglichkeit zur Anpassung an den Klimawandel sein. Sie reduzieren u. a. die Spitzen von Hochwasser und können bei ausbleibenden Niederschlägen zur Linderung der Trockenheit beitragen. Mithilfe von physikalischen Modellversuchen wurden Grenzen und aber auch die grundsätzliche Machbarkeit für Geländesituationen aufgezeigt, die in der Nordwestschweiz und Südbaden typisch sind.
    01A - Beitrag in wissenschaftlicher Zeitschrift
  • Publikation
    Neue Abschätzungsmodelle zur Bestimmung des Q347
    (Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband, 2023) Dups, Yanick; Santolamazza, Daniela Pavia; Staufer, Philipp; Lebrenz, Henning [in: Wasser, Energie, Luft]
    Niedrigwasserperioden können mit dem Q347 (5-Prozent-Quantil) beschrieben werden. Die Unterschreitung dieses Schwellenwertes hat Auswirkungen auf die Planung und den Betrieb relevanter Infrastruktur, auch um die ökologischen Auswirkungen in den Fliessgewässern zu reduzieren. In dieser Studie werden für die gletscherfreien Einzugsgebiete des Untersuchungsgebiets um den Kanton Solothurn die zeitliche Variabilität der Unterschreitungsereignisse analysiert und neue Abschätzungsmodelle des Q347-Wertes für unbeobachtete Einzugsgebiete vorgestellt. In den letzten 30 Jahren ist ein vermehrtes Auftreten der Unterschreitungstage, bzw. eine systematische Abnahme der Q347-Werte aufgrund von Klimawandel, zu beobachten. Auch ist die Eintrittswahrscheinlichkeit der Niedrigwasserperioden mit zunehmender Er-eignisdauer für spätere Sommermonate am höchsten. Des Weiteren schlagen wir neue Regressionsmethoden zur Ab-schätzung des Q347 für unbeobachtete Einzugsgebiete vor. Wir vergleichen drei Verfahren zur Auswahl von geeigneten Parametern und evaluieren drei Regressionsmodelle in Kombination mit zwei Anpassungsmethoden zur Ergänzung verkürzter Zeitreihen des gemessenen Abflusses. Die Validierung ergibt, dass die vorgeschlagenen Modelle kleinere Fehler und grössere, lineare Zusammenhänge zwischen Schätz-und beobachtetem Wert erzeugen als die Vergleichs-modelle. Die Anwendung auf die «Einzugsgebietsgliederung Schweiz» zeigt eine räumlich homogenere, aber EZG-spezifische Verteilung des Q347. Diese sollte als Beitrag zur Bewältigung der zukünftigen Herausforderungen in der Was-serwirtschaft angesehen werden.
    01B - Beitrag in Magazin oder Zeitung