Anwendungsbeispiel: Umsetzung eines Betriebsplans

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Am Beispiel der Wehebachtalsperre soll die Umsetzung eines Betriebsplanes gemäß den beschriebenen Gesetzmäßigkeiten deutlich gemacht werden.

Die Wehebachtalsperre ist ein Mehrzweckspeicher mit den Nutzungen Wasserversorgung und Hochwasserschutz. Zusätzlich ist eine Regelabgabe von 100 l/s in den Unterlauf aufrecht zu halten. Betreiber der Talsperre ist der Wasserverband Eifel-Rur, der weitestgehend für die Trinkwasserversorgung des Großraumes Aachen, der nördlichen Eifelregion und die Bereitstellung von Brauchwasser für mehrere Industriebetriebe verantwortlich ist. Das Einzugsgebiet der Talsperre ist 43,61 km² groß, der mittlere jährliche Zufluss liegt bei 21 Mio.m³, der Speicherausbaugrad beträgt 119,3%. Der Bau des als Steinschüttdamm errichteten Speichers wurde 1983 beendet.

Für die Wehebachtalsperre wurde folgender Betriebsplan aufgestellt:

• Kenngrößen der Talsperre:

max. Inhalt bis zur Krone: 27,1 Mio. m³

Inhalt bis zur Hochwasserentlastung: 25,06 Mio.m³

Stauziel (Normalstauhöhe): siehe Hochwasserschutzräume

• Abgabenmenge zur Wasserbereitstellung:

Aus der Talsperre erfolgt die Bereitstellung von Trinkwasser für zwei Wasserversorgungsunternehmen. Die Anforderungen der Unternehmen liegen in täglichen Bedarfswerten vor. Für die Wasserbereitstellung gilt, dass zu Trinkwasserzwecken jährlich bis zu 11 Mio.m³ bereitzustellen sind, von denen monatlich jedoch nicht mehr als 2,5 Mio.m³ abgeleitet werden dürfen.

• Regelabfluss:

Der Regelabfluss soll für eine Mindestwasserführung unterhalb der Talsperre sorgen und ist in Abhängigkeit des Zuflusses wie folgt festgelegt:

	Zufluss	≥ 200 l/s	→	Regelabfluss	=	200 l/s
100 l/s ≤	Zufluss	< 200 l/s	→	Regelabfluss	=	Zufluss
	Zufluss	< 100 l/s	→	Regelabfluss	=	100 l/s

In jedem Wasserwirtschaftsjahr sind bis spätestens Ende März über einen Zeitraum von 6 Stunden 4 m³/s als Spülwelle an das Unterwasser abzugeben.

• Hochwasserschutzräume:

Um ausreichenden Hochwasserschutz zu gewährleisten, ist eine zeitlich variable Hochwasserlamelle ausgewiesen. Die untere Grenze der Schutzräume ist als Stauziel definiert.

1.10. - 31.10.	HW-Schutzraum	= 1.0 Mio. m³	Stauziel	= 24.06 Mio. m³
1.11. - 30.11.	HW-Schutzraum	= 2.75 Mio. m³	Stauziel	= 22.31 Mio. m³
1.12. - 15.1.	HW-Schutzraum	= 4.5 Mio. m³	Stauziel	= 20.56 Mio. m³
16.1. - 31.3.	HW-Schutzraum	= 2.5 Mio. m³	Stauziel	= 22.56 Mio. m³
1.4. - 30.4.	HW-Schutzraum	= 1.75 Mio. m³	Stauziel	= 23.31 Mio. m³
1.5. - 30.9.	HW-Schutzraum	= 1.0 Mio. m³	Stauziel	= 24.06 Mio. m³

Das Freimachen der Hochwasserschutzräume erfolgt mit dem zulässigen Höchstabfluss.

• Zulässiger Höchstabfluss:

Solange die Normalstauhöhe noch nicht erreicht ist, darf nicht mehr als 5 m³/s an das Unterwasser abgegeben werden.

Wird die Normalstauhöhe überschritten und übersteigt der Zufluss den Höchstabfluss von 5 m³/s, so darf aus dem Grundablass nicht mehr als 5 m³/s abgegeben werden. Der übrige Zufluss ist über die Hochwasserentlastung abzugeben.

• Kennlinie der Hochwasserentlastung:

Die Kennlinie ist in Form einer X-Y Kurve mit Stützstellen angegeben.

Die Umsetzung des Betriebsplanes in die oben beschriebene Terminologie verlangt zuerst die Identifikation aller Anforderungen und Nutzungen an die Talsperre und die Definition der Abgabenfunktionen. Die folgenden Angaben dienen nur zur Veranschaulichung des Betriebsregelkonzeptes und erheben nicht den Anspruch auf Vollständigkeit oder genaue Wiedergabe der realen Bedingungen.

• Nutzung: Wasserversorgung

zeitliche Abhängigkeit:		konstante Abgabenfunktion über das Jahr, Bedarf variabel
externe Abhängigkeiten:		ja
	1. aktueller Wasserbedarf [m³/s]:	Faktor1 (Rechenvorschrift: Multiplikation)
	2. Monatliche Bilanz der Entnahmen:	Faktor2 (Rechenvorschrift: Multiplikation)
	3. Jährliche Bilanz der Entnahmen:	Faktor3 (Rechenvorschrift: Multiplikation)
Abgabe je Zeitschritt:		Berechnung der Nutzung 'Wasserversorgung' durch: Abgabe = Faktor1 × Faktor2 × Faktor3 × f(Speicherinhalt)

Bedingungen	Abgabenfunktionen
Bedarfsdeckung [%]: Gültigkeitsdauer: 1. Jan. - 31. Dez. Erläuterung: Reduzierung der Bedarfsdeckung auf 80% ab einem Speicherinhalt < 10 Mio. m³. Fällt der Speicherinhalt unter 2 Mio. m³ wird nichts mehr entnommen.	Datei:Theorie Bsp01.gif
Bedingungen	Systemzustandsfunktionen
Aktueller Wasserbedarf [m³/s]: (Faktor 1) Zeitbezug: aktueller Wert Rechenvorschrift: Multiplikation	keine Funktion nötig
Monatliche Bilanz der Entnahmen [-]: (Faktor 2) Zeitbezug: Monatliche Bilanz Gültigkeitsdauer: 1. Jan. - 31. Dez. Grenzwert: 2.5 Mio. m³ Rechenvorschrift: Multiplikation	Datei:Theorie Bsp02.gif
Jährliche Bilanz der Entnahmen [-]: (Faktor 3) Zeitbezug: Jährliche Bilanz Gültigkeitsdauer: 1. Jan. - 31. Dez. Grenzwert: 11.0 Mio. m³ Rechenvorschrift: Multiplikation	Datei:Theorie Bsp03.gif

• Nutzung: Hochwasserschutz

zeitliche Abhängigkeit:	ja
externe Abhängigkeiten:	nein
Abgabe je Zeitschritt:	Die Abgabe 'Hochwasserschutz' ist in Abhängigkeit des Datums direkt gegeben Abgabe = f(Speicherinhalt)

Bedingungen	Abgabenfunktionen
Gültigkeitsdauer: 1. Dez. - 15. Jan. zulässige Maximalabgabe: 5 m³/s Stauziel: 20.56 Mio m³	Datei:Theorie Bsp04.gif
Gültigkeitsdauer: 16. Jan. - 31. März zulässige Maximalabgabe: 5 m³/s Stausziel: 22.56 Mio. m³	Datei:Theorie Bsp05.gif
Gültigkeitsdauer: 1. April - 30. April zulässige Maximalabgabe: 5 m³/s Stauziel: 23.31 Mio. m³/s	Datei:Theorie Bsp06.gif
Für die restlichen Zeiträume ergeben sich die Abgabenfunktionen analog.

• Nutzung: Regelabfluss

zeitliche Abhängigkeit:		ja
externe Abhängigkeiten:		ja
	1. aktueller Zufluss {m³/s]:	Faktor 1 (Rechenvorschrift: Multiplikation)
Abgabe je Zeitschritt:		Berechnung der Nutzung 'Regelabfluss' durch: Abgabe = Faktor × f(Speicherinhalt)

Bedingungen	Abgabenfunktionen
Faktor Regelabfluss [-]: Gültigkeitsdauer: 1. Jan. – 31. Dez. Erläuterung: Fällt der Speicherinhalt unter 2 Mio. m³ wird kein Regelabfluss mehr aufrechterhalten.	Datei:Theorie Bsp07.gif
Bedingungen	Systemszustandsfunktionen
Aktueller Zufluss [m³/s]: (Faktor 1) Gültigkeitsdauer: 1. Jan. - 31. Dez. zulässige Maximalabgabe: 5 m³/s Erläuterung: Übersteigt der Zufluss 0.2 m³/s wird weiterhin eine Abgabe von 0.2 m³/s gefahren.	Datei:Theorie Bsp08.gif

Datei:Theorie Abb26.gif

Abbildung 26: Skalierte Abgabenfunktionen

Für einen ausgewählten Zeitpunkt und einem angenommenen Anfangsspeicherinhalt von S₀ = 23000 Tsd. m³ sind in Abbildung 26 alle Beziehungen aufgetragen. Zur Veranschaulichung wurde die Funktion für den Hochwasserschutz mit einem anderen y-Achsen Maßstab belegt.

Parameter	Vorgaben	wirkt auf:
Zeitpunkt	30. Januar	Hochwasserschutz, Wasservers. (Faktor1, Faktor2)
Anfangsspeicherinhalt	23.000 Mio. m³	alle Abgabenfunktionen
mittlerer Tageszufluss	0.180 m³/s	Regelabgabe
mittlerer Wasserbedarf	0.300 m³/s	Entnahme Wasserversorgung
Entnahme Wasservers. seit 1.Jan.	0.750 Mio. m³	Entnahme Wasserversorgung