Wasserbewirtschaftung von Binnenschifffahrtsgewässern auf Basis einer modellgestützten Vorhersage des Systemverhaltens:
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Göttingen
Cuvillier
2006
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis ix
Symbolverzeichnis xi
1 Einführung 1
1.1 Untersuchte Binnenwasserstraßen 2
1.1.1 Mittellandkanal/Elbe-Seitenkanal 2
1.1.2 Mosel 3
1.2 Aufgaben und bisherige Ansätze zur Bewirtschaftung 4
1.2.1 Allgemeine Anforderungen an den Betrieb von Binnenwasserstraßen 4
1.2.2 Ansätze zur lokalen Bewirtschaftung von Flußstauhaltungen .... 6
1.2.3 Bisherige Bewirtschaftungspraxis an den untersuchten Binnenwas¬
serstraßen 7
1.3 Prädiktive Regelung zur Wasserbewirtschaftung von Binnenschiffahrts¬
gewässern 8
1.4 Ziel der Arbeit 9
1.5 Übersicht über diese Arbeit 10
2 Modellbildung 11
2.1 Modellierung instationärer Strömungsvorgänge 12
2.1.1 Beschreibung instationärer Fließprozesse in Gewässern 13
2.1.2 Numerische Methoden für Erhaltungsgleichungen 15
2.1.3 Godunov-Methode 18
2.1.4 Näherungsweise Lösung von Riemann-Problemen 19
2.1.5 Lösung des Riemann-Problems für die Saint-Venant-Gleichungen . . 20
2.1.6 Randbedingungen und Diskretisierung 21
2.1.7 Anpassung und Validierung des Prozeßmodells 22
2.2 Modellierung der Steuereinrichtungen 30
2.2.1 Flußkraftwerk 30
2.2.2 Wehr 35
2.2.3 Pumpwerke und Entlastungen 36
3 Modellbasierte prädiktive Regelung 39
3.1 Prädiktiver Regelungsalgorithmus 40
3.2 Berücksichtigung langfristiger Bewirtschaftungsziele 41
ix
3.2.1 Mittellandkanal/Elbe-Seitenkanal 42
3.2.2 Mosel 48
3.3 Stabilität 52
3.4 Vermeidung unzulässiger Problemstellungen 54
3.5 Numerische Lösung des zeitdiskreten Optimalsteuerungsproblems 54
3.5.1 Interior-Point Verfahren 57
4 Zustandsschätzung 61
4.1 Zustandsschätzung auf gleitendem Horizont 61
4.2 Bewertung der Schätzresultate 62
4.3 Mittellandkanal/Elbe-Seitenkanal 63
4.4 Mosel 68
5 Projekt Mittellandkanal/Elbe-Seitenkanal 73
5.1 Parametrierung des prädiktiven Reglers 73
5.2 Umsetzung der Bewirtschaftungsanforderungen in Gütefunktional 74
5.3 Bestimmung von Maschineneinsatzplänen 77
5.4 Simulativer Test des prädiktiven Reglers 78
5.5 Implementierung und praktischer Einsatz des Bewirtschaftungsmoduls ... 81
6 Simulationsstudie zur Unteren Mosel 87
6.1 Regelungstechnische Struktur 87
6.2 Umsetzung der Bewirtschaftungsanforderungen 88
6.3 Bestimmung des Stauzieles 92
6.4 Simulativer Test des Regelungskonzeptes 93
6.4.1 Vergleichmäßigung des Abflusses 95
6.4.2 Maximierung des Kraftwerksertrages 98
6.4.3 Hochwasser 100
6.4.4 Wehr 103
7 Zusammenfassung und Ausblick 107
Literaturverzeichnis 111
Anhang 119
A.l Simulationsergebnisse für das Mittelwasser - Abflußvergleichmäßigung . . . 120
A.2 Simulationsergebnisse für das Mittelwasser - Ertragsmaximierung 122
A.3 Simulationsergebnisse für das leichte Hochwasser 124
x
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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis ix
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1 Einführung 1
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3.2 Berücksichtigung langfristiger Bewirtschaftungsziele 41
ix
3.2.1 Mittellandkanal/Elbe-Seitenkanal 42
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5.1 Parametrierung des prädiktiven Reglers 73
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6.1 Regelungstechnische Struktur 87
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6.3 Bestimmung des Stauzieles 92
6.4 Simulativer Test des Regelungskonzeptes 93
6.4.1 Vergleichmäßigung des Abflusses 95
6.4.2 Maximierung des Kraftwerksertrages 98
6.4.3 Hochwasser 100
6.4.4 Wehr 103
7 Zusammenfassung und Ausblick 107
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Anhang 119
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