Modellierung von Staudammbauten

Die umfangreiche Sammlung fortschrittlicher Geländebearbeitungswerkzeuge von Global Mapper ist ideal für die Planung von Ingenieur- oder Bauprojekten geeignet. Durch die Kombination der Geländebearbeitungswerkzeuge mit den Analyseoptionen für die Modellierung von Wassereinzugsgebieten und die Volumenberechnung ist Global Mapper ein perfektes Werkzeug für die Modellierung eines Staudammprojekts.

Staudämme können vielen Zwecken dienen, aber der häufigste ist die Schaffung eines Stausees oder die Aufstauung von Wasser stromaufwärts des künstlichen Bauwerks. Mit den Geländebearbeitungswerkzeugen von Global Mapper können die Pfade vorhandener Bäche und Flüsse durch die Durchführung einer Wasserscheidenanalyse ermittelt werden. Durch die Erhöhung der minimalen Flusslänge und des minimalen Einzugsgebiets, die ein lokales Einzugsgebiet im Setup der Wasserscheidenanalyse definieren, werden nur größere Wasserläufe identifiziert und als Linienfeatures in Global Mapper erstellt.

Mit Hilfe der in Global Mapper generierten Höhenlinien wird das lokale Gelände diskret beschrieben, und die gewünschte Dammhöhe und der Wasserstand können bestimmt werden. Im Idealfall überspannt der Damm einen schmaleren Flussabschnitt in einer Höhe, die ein Reservoir flussaufwärts schafft.

Um ein dauerhaftes Dammbauwerk über einen bestehenden Fluss zu errichten, muss das Wasser von der Baustelle abgeleitet werden. Für den Bau eines Betondamms wird die Flussumleitung oft mit einem Kofferdamm und einem Kanal durchgeführt, der einen alternativen Weg für den Fluss schafft. Diese beiden Geländeveränderungen können mit den Geländebearbeitungs- und Analysewerkzeugen von Global Mapper modelliert und vermessen werden.

Das Tool Terrain Painting von Global Mapper ist ein nützliches Werkzeug zur Modifizierung eines Geländerasters und bietet unter anderem die Möglichkeit, das Gelände abzusenken, anzuheben und die Höhe einzustellen. Mit diesen Operationen können ein Erddamm und ein Kanal im Geländeraster erstellt werden, und mit dem Werkzeug Watershed Analysis kann eine Änderung des natürlichen Flusslaufs bestätigt werden.

Beginnend flussaufwärts der permanenten Dammstelle wird mit der Operation Terrain Painting Slope Terrain along line ein Kanal in das Gelände geschnitten, um einen Bypass für den Flusslauf zu schaffen. Es wird ein negativer Neigungswert angewandt, damit das Wasser um die geplante Baustelle herumfließen kann.

Mit einer ähnlichen Methode wird auf dem Geländeraster mit der Operation Geländehöhe festlegen ein Kofferdamm errichtet. Durch diesen Vorgang wird ein Damm über das Flussbett gelegt, um den Wasserfluss in das entstandene Gerinne und um die geplante Baustelle herum zu leiten.

To confirm that the modeled cofferdam and channel will effectively divert the existing river flow around the permanent dam site, a local watershed analysis can be conducted to create streamlines showing the predicted flow path of water.

Mit Hilfe der Wasserscheidenanalyse wird die Wirksamkeit des modellierten Kofferdammes und Gerinnes angezeigt, und es können alle erforderlichen Änderungen am Gelände vorgenommen werden. Bei Bedarf kann das Werkzeug "Terrain Painting" auch verwendet werden, um geänderte Geländewerte rückgängig zu machen, so dass der Simulationsprozess für die Erstellung von Kofferdamm und Gerinne mit anderen Werten erneut gestartet werden kann.

Das Werkzeug Terrain Painting erleichtert die manuelle Veränderung des Geländes, aber diese Methode bietet kein quantifizierbares Maß für die auf die Daten angewandte Veränderung. Um den Unterschied zwischen dem gemalten bzw. veränderten Gelände und der ursprünglichen Oberfläche zu berechnen, wird eine Version der ursprünglichen Geländeoberfläche in den Arbeitsbereich geladen und eine Volumenberechnung zwischen den Oberflächen durchgeführt.

Mit dem Werkzeug Volumen zwischen Flächen messen wird die geänderte Fläche von der ursprünglichen Fläche subtrahiert, um sowohl Schnitt- als auch Füllvolumenmessungen zu erhalten. Diese Messungen verwenden die Volumeneinheiten, die im Abschnitt "Messen/Einheiten" der Konfigurationsoptionen von Global Mapper festgelegt wurden. Diese Berechnung kann erneut ausgeführt werden, wenn die verwendeten Einheiten angepasst werden müssen.

Mit der Errichtung des Kofferdammes und des Kanals wird der Fluss von der Baustelle des permanenten Dammes abgeleitet. Um den Bau des permanenten Dammes zu modellieren, wird mit den Digitalisierungswerkzeugen von Global Mapper ein Flächenfeature erstellt, das die Oberkante des Dammes darstellt. Um sicherzustellen, dass dieses Feature eine einheitliche Breite hat, wird es mit Hilfe des Werkzeugs zur Erstellung von Puffer-Features von einer Linie abgeleitet, die die Mittellinie des Damms auf die gewünschte Breite ausdehnt.

Nach der Erstellung eines Bereichs, der den Damm darstellt, kann ein Höhenattribut hinzugefügt werden, um die Höhe des Merkmals zu kennzeichnen. Diese Höhe basiert auf den Konturlinien, die zuvor während der anfänglichen Planung erstellt wurden. Das Damm-Polygon, nun mit einer Höhe, kann in das Gelände extrudiert werden, um den Damm als Vektor-Feature zu modellieren.

Um den Damm in das Gelände einzubrennen, wird das Werkzeug Abgeflachte Planfläche erstellen verwendet, um die Höhe des zuvor erstellten Polygons als lokal modifizierte Oberfläche anzuwenden. Dieses Werkzeug erzeugt eine abgeflachte Gitterfläche innerhalb des ausgewählten Polygons und verbindet es mit dem umgebenden Gelände in einem benutzerdefinierten Neigungswinkel.

Wenn das Damm-Polygon ausgewählt ist, verwendet das Werkzeug Abgeflachte Planfläche erstellen die Höhe des 3D-Vektor-Features, um ein gerastertes Dammmodell mit einem minimalen Neigungswinkel zu erstellen, so dass der Damm an der Basis etwas breiter ist als an der Spitze. Bei dieser Methode der Geländeerstellung wird auch ein Bericht erstellt, der die berechneten Abtrags- und Auffüllungsvolumina für das Dammmodell enthält.

Wie in der Pfadprofilansicht gezeigt, wird das gerasterte Dammmodell in Global Mapper als separate Geländeschicht erstellt. Um das Dammmodell mit dem ursprünglichen Gelände zu kombinieren, können die beiden Schichten als zusammenhängendes Modell angezeigt und in eine einzige Datei in einem beliebigen unterstützten Höhenformat exportiert werden.

Die Konstruktion des Staudamms sieht vor, dass der maximale Wasserstand des Stausees einen halben Meter unter der Höhe des Dammes liegen wird. Anhand dieser genauen Höhe kann die Ausdehnung des Stausees modelliert und das maximale Wasservolumen berechnet werden, das er aufnehmen kann.

Mit dem Werkzeug zur Konturerstellung wird eine Kontur auf einer bestimmten Höhe erzeugt, die den aus dem Gelände abgeleiteten maximalen Wasserstand umreißt. Da der Damm nun in das Gelände integriert ist, bildet die stromaufwärts gelegene Seite des Damms ein Segment des Umrisses des Stausees, und der Rest wird durch das umgebende Gelände bestimmt.

Nachdem Sie den Umriss der Lagerstätte mit dem Digitalisierungswerkzeug von Global Mapper in ein Polygon umgewandelt haben, kann die gesamte Ausdehnung der maximalen Größe der Lagerstätte auf der Karte in 2D und 3D dargestellt werden. Das Polygon kann auch zur Berechnung des maximalen Volumens des Reservoirs mit dem Tool zur Berechnung des Pfahlvolumens verwendet werden.