@phdthesis{Feldmann2009, author = {Feldmann, Lutz}, title = {Optimierung des Mitteleinsatzes f{\"u}r Hochwasserschutzmaßnahmen an Fließgew{\"a}ssern im urbanen Raum}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-11376}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2009}, abstract = {Die Ausarbeitung von wirtschaftlichen Hochwasserschutzmaßnahmen an Fließgew{\"a}ssern stellt insbesondere im urbanen Raum aufgrund vieler Randbedingungen eine anspruchsvolle Aufgabe dar. Dar{\"u}ber hinaus ist die Variantenstudie mit hydraulischer Modellierung und belastbarer Kostenermittlung ein zeit- und kostenintensiver Prozess. Aus vielen herk{\"o}mmlichen Variantenstudien gehen Planungen hervor, ohne alle Einsparpotenziale auszusch{\"o}pfen. Mit dieser Arbeit wird ein Planungswerkzeug zur computergest{\"u}tzten automatischen Optimierung von Hochwasserschutzmaßnahmen an Fließgew{\"a}ssern entwickelt. Daf{\"u}r wird die Variantenstudie automatisiert, indem die Variantenbildung, die hydraulische Berechnung und die Variantenbewertung in einem Optimierungssystem miteinander verkn{\"u}pft werden. Nach entsprechender Konfiguration bewertet das Optimierungssystem automatisch verschiedenste Varianten in iterativer Vorgehensweise. Damit die Suche nach der Vorzugsvariante zielorientiert erfolgt, wird das System von einem heuristischen Optimierungsalgorithmus gesteuert. Das entwickelte Planungswerkzeug bietet eine substanzielle Unterst{\"u}tzung bei der Beantwortung gestalterischer Fragestellungen im Wasserbau und der Kostenoptimierung von Hochwasserschutzmaßnahmen an Fließgew{\"a}ssern. Zur Berechnung der Wasserspiegellage und anderer f{\"u}r die Bewertung einer Variante relevanter hydraulischer Parameter kommt das Programm WSPR2007 der Firma PSW-Knauf, Jugenheim zum Einsatz. Die Einbindung von anderen Programmen w{\"a}re nach der Entwicklung entsprechender Schnittstellen zum Datenaustausch zwischen hydraulischem Modell und Optimierungssystem m{\"o}glich. F{\"u}r die Variantenbildung sind zun{\"a}chst die Freiheitsgrade bei der Planung von Hochwasserschutzmaßnahmen zu definieren. Um den Hochwasserschutz zu verbessern, werden Ufererh{\"o}hungen, Ver{\"a}nderungen der Gerinnebreiten sowie Ver{\"a}nderungen der Sohlenh{\"o}hen und des Sohlengef{\"a}lles untersucht. Zudem kann wahlweise die Anhebung von das Gew{\"a}sser kreuzenden Br{\"u}cken bei der Optimierung ber{\"u}cksichtigt werden. Im Rahmen dieser Arbeit gilt ein Planungsziel als erf{\"u}llt, wenn der Bemessungsdurchfluss ohne Ausuferungen abfließt. Bei der Automatisierung der Variantenstudie ist die Vorgabe des Optimierungsalgorithmus zu beachten, dass eine Variante {\"u}ber eine begrenzte Anzahl Entscheidungsvariablen abzubilden ist. Um dem gerecht zu werden, werden Parametrisierungsans{\"a}tze entwickelt, die die Schnittstelle zwischen dem Algorithmus und dem hydraulischem Modell bilden. Zur Parametrisierung werden B{\´e}zierkurven verwendet, mit denen die Gew{\"a}ssergeometrie nachgeformt wird. {\"U}ber die Ver{\"a}nderung der entsprechenden B{\´e}zierpunkte k{\"o}nnen verschiedenste Geometrien gebildet und hydraulisch untersucht werden. F{\"u}r den Optimierungsalgorithmus stellen die B{\´e}zierpunkte die Entscheidungsvariablen dar. Wahlweise k{\"o}nnen durch eine entsprechende Programmoption f{\"u}r den Planzustand Mittel- und Niedrigwasserrinnen im Gew{\"a}sser vorgesehen werden. Zur Variantenbewertung werden die Kosten f{\"u}r Hochwasserschutzmaßnahmen kalkuliert, die anfallen, um das Bemessungshochwasser schadlos abzuleiten. Hierf{\"u}r werden Kostenfunktionen f{\"u}r technische Hochwasserschutzmaßnahmen im Detaillierungsgrad einer Entwurfsplanung entwickelt. Um die Leistungsf{\"a}higkeit des entwickelten Optimierungssystems zu beurteilen, wird es an einfach nachvollziehbaren Testf{\"a}llen angewendet. Mit den Anwendungsbeispielen - die auf Daten der Vereinigten Weißeritz im Stadtgebiet von Dresden basieren - wird das Optimierungssystem zur L{\"o}sung praxisnaher Problemstellungen eingesetzt. Mit dem angesetzten Bemessungsdurchfluss werden Hochwasserschutzmaßnahmen erforderlich. Es wird untersucht, wie sich Sohleneintiefungen gegen{\"u}ber Br{\"u}ckenanhebungen verhalten und welche Auswirkungen Gerinneaufweitungen auf die Kosten haben. Im Vergleich zu L{\"o}sungen, die in herk{\"o}mmlicher Vorgehensweise ausgearbeitet wurden, zeigt sich die gute Leistungsf{\"a}higkeit des Optimierungssystems. Bei den verschiedenen Anwendungsbeispielen wird stets der richtige L{\"o}sungsansatz erkannt, und die Feinabstimmung erm{\"o}glicht die Ausarbeitung sehr detaillierter und kostenoptimierter Vorzugsvarianten. Aufgrund der Automatisierung der Variantenstudie wird es m{\"o}glich, nach der Konfiguration des Systems ohne viel Aufwand des Ingenieurs, die Auswirkungen von verschiedenen Bemessungsgr{\"o}ßen wie Durchfluss und Freibord auf die Kosten zu ermitteln. Die Ergebnisse der automatischen Optimierung sind gut nachvollziehbar, weil eine transparente Aufbereitung der kalkulierten Kosten m{\"o}glich ist. Dar{\"u}ber hinaus liegt von jeder optimierten Vorzugsvariante der Geometriedatensatz des hydraulischen Modells vor, so dass die M{\"o}glichkeit zur Pr{\"u}fung der hydraulischen Berechnungen gegeben ist. Die im Rahmen dieser Arbeit untersuchten Fragestellungen k{\"o}nnen ohne Anpassungen am Optimierungssystem auf andere Fließgew{\"a}sser angewendet werden. Es sind lediglich die f{\"u}r die Planung relevanten Randbedingungen {\"u}ber Schnittstellen einzupflegen.}, subject = {Fliessgew{\"a}sser; Hochwasserschutz; Kostenoptimierung; Automatische Optimierung; Hochwasserschutz; Wirtschaftliche Mittelverwendung; Wirtschaftlichkeit; Kostenfunktionen; Automatic optimization; Flood protection; Financial resources; Cost-efficient; Cost functions}, language = {de} }