Ein risikobasierter Planungsansatz für homogene Flussdeichquerschnitte

Die Erfassung des bestehenden Hochwasserrisikos (HWR) und dessen Steuerung durch Maßnahmen des Hochwasserrisikomanagements (HWRM) stehen seit Beginn der 2000er-Jahre gleichsam im Fokus der nationalen als auch internationalen Forschung. Gründe dafür sind u. a. die mitunter verheerenden und zunehmenden Konsequenzen von Hochwasserereignissen (HW) sowie ihre mediale Aufmerksamkeit (z. B. in Verbindung mit HW in Mitteleuropa 2021 oder in Australien, Bangladesch und Südafrika 2022). Aus der Risikodefinition als Produkt von Wahrscheinlichkeit und Konsequenzen eines HW leiten sich zur Steuerung des HWR zwei Handlungsoptionen ab. Diese sind (1) die Beeinflussung der Überflutungs- bzw. der Versagenswahrscheinlichkeit und (2) die Beeinflussung der HW-Konsequenzen. Für beide bedarf das HWRM geeigneter Werkzeuge, um planerisch mit dem bestehenden HWR umzugehen. Vor diesem Hintergrund entwickelt diese Arbeit am Beispiel homogener Flussdeichquerschnitte einen risikobasierten Planungsansatz und im Zuge dessen Methoden zur indirekten Bestimmung stochastischer Bodeneigenschaften, zur Identifikation von Steuerungsvariablen in Grenzzuständen und zur ökonomischen Optimierung von Deichquerschnitten. Dafür erfasst diese Arbeit zunächst einen überregionalen Datensatz zu bodenmechanischen Klassifikationsversuchen. An deren statistischer Auswertung anschließend wird eine Methodik zur indirekten Bestimmung stochastischer Bodeneigenschaften erarbeitet. Die Ergebnisse ihrer Anwendung ermöglichen schließlich die stochastische Modellierung von zuverlässigkeitsrelevanten Bodenkenngrößen, welche wiederum die Grundlage für probabilistische Zuverlässigkeitsanalysen in der Geotechnik bilden. Im nächsten Schritt werden die gewonnenen stochastischen Ergebnisse für probabilistische Zuverlässigkeitsanalysen der Böschungsstabilität verwendet. Auf diese Weise quantifiziert diese Arbeit die Sensitivität der Wahrscheinlichkeit eines landseitigen Böschungsbruchs auf geometrische und materialtechnische Eingangsgrößen. Auf diese Weise können schließlich vier Steuerungsvariablen der Böschungsstabilität identifiziert werden. Abschließend modelliert diese Arbeit die Zuverlässigkeits- und Risikokosten entlang einer idealisierten Deichlinie. Diese fließen in einen genetischen Algorithmus ein mit dessen Hilfe sich eine ökonomische Optimierung von Deichquerschnitten realisieren lässt. Im Ergebnis resultieren eine Methodik zur risikobasierten Optimierung sowie eine Empfehlung hinsichtlich des ökonomischen Anwendungsbereichs des für die Methodikentwicklung definierten Referenzdeichs. Mit den entwickelten Methoden und den beispielhaft für homogene Flussdeiche gewonnenen Erkenntnissen leistet diese Arbeit einen Beitrag zur volkswirtschaftlich orientierten Flussdeichkonfiguration. Dafür spannt sie den Bogen von den Verteilungen der Eingangsvariablen (bodenmechanische Mikroebene) über die Zuverlässigkeitsanalysen (geotechnische Mesoebene) bis zur risikobasierten Optimierung (volkswirtschaftliche Makroebene). Damit schafft sie einen methodischen Ansatz zur lokalen, risikobasierten Planung von Flussdeichen als Bestandteil eines ganzheitlichen HWRM. Abschließend empfiehlt diese Arbeit zum einen die Verbesserung der bodenmechanischen Datengrundlage. Zum anderen werden Potenziale zur methodischen Weiterentwicklung des hier vorgestellten Planungsansatzes aufgezeigt, welche insbesondere die Anwendbarkeit sowohl technischer als auch nicht-technischer Maßnahmen des HWRM betreffen.:Inhaltsverzeichnis Kurzfassung ............................................................................................................... II Abstract ..................................................................................................................... IV Inhaltsverzeichnis .................................................................................................... VI Abbildungsverzeichnis .......................................................................................... VIII Tabellenverzeichnis ................................................................................................. XI Abkürzungsverzeichnis .......................................................................................... XII Symbolverzeichnis ................................................................................................. XIII Danksagung ........................................................................................................... XVII 1 Einleitung .........................................................................................................1 2 Die stochastische Beschreibung von Bodeneigenschaften .......................6 2.1 Einführung ....................................................................................................... 6 2.2 Mathematische Erfassung von Ungewissheit ............................................... 8 2.3 Bodenklassifikation ....................................................................................... 15 2.4 Datengrundlage ............................................................................................ 17 2.5 Bodenmechanische Kenngrößen ................................................................ 23 2.5.1 Allgemeines .......................................................................................... 23 2.5.2 Porenraum und Wassergehalt ........................................................... 23 2.5.3 Bodenwichte ........................................................................................ 25 2.5.4 Scherfestigkeit ..................................................................................... 26 2.5.5 Gesättigte Durchlässigkeit .................................................................. 29 2.5.6 Transformationsmodelle und ihre physikalischen Grundzüge ....... 30 2.5.7 Allgemeines .......................................................................................... 30 2.5.8 Transformationsmodell zur Porenzahl .............................................. 30 2.5.9 Transformationsmodell zur Bodenwichte ......................................... 32 2.5.10 Transformationsmodelle zum inneren Reibungswinkel .................. 32 2.5.11 Transformationsmodelle zur gesättigten Durchlässigkeit ............... 36 2.6 Stochastische Eigenschaften ........................................................................ 38 2.6.1 Allgemeines .......................................................................................... 38 2.6.2 Ergebnisse der Literaturrecherche .................................................... 38 2.6.3 Ergebnisse aus der Transformation von Klassifikationsdaten ........ 41 2.6.4 Möglichkeiten zur Ergebnisvalidierung ............................................. 45 3 Das Versagen von Flussdeichen ................................................................. 46 3.1 Einführung ..................................................................................................... 46 3.2 Versagensmechanismen .............................................................................. 48 3.3 Versagenswahrscheinlichkeit ....................................................................... 52 3.4 Steuerung der Versagenswahrscheinlichkeit ............................................. 58 3.5 Übertragbarkeit auf gegliederte und bestehende Deiche ........................ 68 3.6 Ungewissheiten im Kontext ......................................................................... 70 4 Die hochwasserrisikobasierte Querschnittsgestaltung ......................... 74 4.1 Einführung ..................................................................................................... 74 4.2 Risikooptimierung ......................................................................................... 76 4.2.1 Allgemeines .......................................................................................... 76 4.2.2 Genetischer Algorithmus .................................................................... 78 4.2.3 Ökonomisches Optimum einer HWRM-Maßnahme ......................... 81 4.3 Risikooptimierung am Beispiel des landseitigen Böschungsbruchs homogener Flussdeiche ............................................................................... 83 4.3.1 Allgemeines .......................................................................................... 83 4.3.2 Zuverlässigkeitskostenfunktion ......................................................... 84 4.3.3 Ergebnisse ............................................................................................ 87 5 Der Beitrag zu einem ganzheitlichen HWRM ........................................... 93 5.1 Einführung ..................................................................................................... 93 5.2 Entwicklungen auf dem Gebiet des HWRM ................................................ 94 5.2.1 Allgemeines .......................................................................................... 94 5.2.2 Veränderung des Wasserkreislaufs ................................................... 94 5.2.3 Gesellschaftliche Entwicklungen ........................................................ 96 5.2.4 Entwicklungen zum Prozessverständnis der Deichzuverlässigkeit ............................................................................ 98 5.3 Einordnung des vorgeschlagenen Ansatzes ............................................... 99 5.4 Fazit und Ausblick ....................................................................................... 107 Literaturverzeichnis ............................................................................................. 110 Anhänge ................................................................................................................. 12

Vom Gelände zur Karte...: Festschrift anlässlich des 65. Geburtstages von Prof. Dr. phil. habil. Manfred F. Buchroithner

Anlässlich des Festkolloquiums zum 65. Geburtstag von Manfred Buchroithner publiziert das Institut für Kartographie die vorliegende Festschrift. Die wissenschaftlichen Beiträge reflektieren ausgewählte Forschungsthemen zu Grundsatzfragen der raum-zeitlichen kartographischen Visualisierung, Gestaltungsoptionen in digitalen 3D-Landschaftsmodellen, weiteren Problemen der 3D-Kartographie über Analysen und Wertungen der Hochschulausbildung Kartographie in Deutschland, dem Gletschermonitoring in Hochasien, der Höhlenvermessung auf Borneo bis hin zur Modellierung des landwirtschaftlichen Flächenpotentials im Sudan.:Zum Wirken von Manfred Buchroithner, Dirk Burghardt 5 Knowledge about Glacier Mass Changes in High Asia Significantly Improved due to TUD-IfK Research, Tobias Bolch, Tino Pieczonka, Nicolai Holzer, Juliane Peters, Kriti Mukherjee, Atanu Bhattacharya 13 Kartographie: Visualisierung von Objekten und Phänomenen in Raum und Zeit – Ein Essay in zehn Aspekten, Lorenz Hurni 25 Autostereoskopie am Institut für Kartographie der TU Dresden, Claudia Knust 49 Speleology of the Gomantong Karst Systems beyond the Edible Birds’ Nest, Mohammed Oludare Idrees, Biswajeet Pradhan 59 Anmerkungen zu Gestaltungsoptionen in digitalen 3D-Landschaftsmodellen, Nikolas Prechtel 75 Studienangebote im Umfeld Kartographie und Geomatik an den traditionellen Stätten grundständiger Kartographie-Lehre in Deutschland – ein Vergleich, Gertrud Schaab 97 Modelling the Restoration Potential of Abandoned Agricultural Land in Gadarif Region, Sudan, Hussein M. Sulieman 117 Verzeichnis der Habilitationen 127 Verzeichnis der Promotionen 129 Verzeichnis der Publikationen Manfred F. Buchroithner 13

Forking, Scratching und Re-Merging : Ein informatischer Blick auf die Rechtsinformatik

Der Beitrag zeichnet die Entwicklung der Rechtsinformatik seit 1970 nach. Unter Zuhilfenahme von Methoden und Einsichten des modernen Software-Engineering wird ein bestimmter Strang der Entwicklung genauer betrachtet: das «Forking», die frühe Abspaltung eines Zweiges der Rechtsinformatik in 1974. Aus diesem Strang der Entwicklung ist inzwischen eine eigenständige Berliner Regulationstheorie entstanden. Die Autoren geben diesem Ansatz den Arbeitsbegriff «Neue Rechtsinformatik» (NRI). Ein Teil der Arbeiten führt über den Umweg der USA wahrscheinlich in den Kern der juristischen Wissenschaften zurück. Dies ist ein Beispiel eines erfolgreichen Re-Merging. Ob der in der Informatik verbliebene Strang der Regulationstheorie auch in Zukunft ertragreich ist, ist natürlich nicht abzusehen. Der Beitrag eröffnet Evidenz (am Beispiel von IT-Sicherheit und Datenschutz), dass ohne die Hereinnahme der «Neuen Institutionenökonomik» (NIE) eine wie auch immer konzipierte «Rechtsinformatik» nicht überlebensfähig wäre. Das Neue der NRI ist die Anerkennung von Code als eigenständiger Modalität der Regulation. Die drei Teile des Beitrags, für die je verschiedene Autoren zuständig waren, sollen deren unterschiedliches Lebensalter, die unterschiedlichen Qualifikationen und Lebenssituationen widerspiegeln: Teil 1 behandelt die vergangene Zeit von den Anfängen bis ca. 1995, Teil 2 die Gegenwart mit der neuen Entität Internet, Teil 3 zeigt eine mögliche Zukunft auf. Zusammenfassend ist es evident, dass die von Steinmüller begründete Schule der Rechtsinformatik erfolgreich war. Dazu hat das Forking der Rechtsinformatik von 1974 maßgeblich beigetragen

Organisationsinformatik und Digitale Bibliothek in der Wissenschaft: Wissenschaftsforschung Jahrbuch 2000

Wissenschaft als publiziertes methodische Problemlösen ist eine gesellschaftlich organisierte Wissensproduktion, die durch moderne Informations- und Kommunikationstechnologien wirksam unterstützt und durch modernes Management gefördert werden kann. Dabei erweitert und vervielfacht der Transfer von wissenschaftlichen, d.h. begründeten Informationen einen zunehmend arbeitsteiligen, aber gemeinschaftlichen Arbeitsprozesses, den man auch als eine Form der Wissens-Ko-Produktion bezeichnen könnte. Dieser Vorgang ist Wissenschaftlern seit den dreißiger Jahren des 20. Jahrhunderts mehr oder weniger geläufig. In den letzten Jahrzehnten entstand die Notwendigkeit, diesen Prozess mit Mitteln der Informatik und Informationswissenschaft zu fördern, und zwar ganz im Sinne des von Nicholas Rescher sogenannten Planckschen Prinzip vom wachsenden Aufwand. Untersuchungen über diesen grundlegenden Vorgang neuerer Wissenschaftsentwicklung sind ein wichtiges Anliegen der Wissenschaftsforschung. Die Gesellschaft für Wissenschaftsforschung hat sich dieser Fragestellung angenommen und sie im Rahmen ihrer Jahrestagung 2000 unter dem Thema „Organisationsinformatik und Digitale Bibliothek in der Wissenschaft“ analysiert. Die Ergebnisse dieser Tagung vom März 2000 werden teils in einer Festschrift zum 65. Geburtstag von Klaus Fuchs-Kittowski und teils in diesem Jahrbuch 2000 der Gesellschaft für Wissenschaftsforschung dem interessierten Leser vorgestellt.Peer Reviewe

Ambivalenz der Wissenschaft: Wissenschaftsforschung Jahrbuch 2017

Peer Reviewe

Formalized Terminologies of Technical Systems and their Reliability

Während des Lebenslaufs eines technischen Systems kommunizieren Fachleute mit verschiedenen Ausbildungs- und Erfahrungshintergründen miteinander. Nur ein gleiches Verständnis auf der Grundlage eines gemeinsamen Terminologoegebäudes ermöglicht zueinander passendes Handeln. Existierende Ansätze der Terminologiearbeit erfüllen die Ansprüche an eine eindeutige, widerspruchsfreie, präzise, mehrsprachige und domänenübergreifende terminologische Basis allerdings nicht. Um einen reibungslosen Ablauf der gewerkeübergreifenden Zusammenarbeit über den gesamten Lebenslauf technischer Systeme zu ermöglichen, müssen die Grenzfälle und Unschärfen bestehender Terminologieabbildungen gelöst werden. Die in dieser Arbeit ausgearbeitete methodische Grundlage besteht in einer eindeutigen Festlegung von Termini durch die durchgängige Nutzung einheitlicher formaler Beschreibungsmittel. Auf dieser Basis aufbauend wird die Basisterminologie der leittechnischen Modellwelt beschrieben. Sie stellt das Fundament für eine weitergehende Modellbildung dar. Die im Rahmen dieser Arbeit konzipierte Vorgehensweise wird auf die Modellierung eines formalisierten Terminologiegebäudes zur Verlässlichkeit technischer Systeme angewendet. Die einzelnen Termini werden hierbei durch ein Netz zwischen ihnen bestehender Bedeutungsbeziehungen abgebildet und so zu einem neuen Terminologiegebäude zusammengefügt. Gleichwertige Benennungen werden identifiziert und somit ein Beitrag zur Eindeutigkeit des Fachvokabulars geleistet. In dieser Arbeit wird ein Terminologiemanagementsystem konzipiert, welches die Sprache in ihrer Komplexität abzubilden vermag und somit über eine bloße Auflistung von Bezeichnungen und den ihnen zugeordneten Definitionen hinausgeht. Es erlaubt die verteilte Erarbeitung und Abstimmung eines Fachwortschatzes in der Normungsarbeit und in der industriellen Praxis und ermöglicht dort eine fachübergreifende Kommunikation, wo bisher nur Unverständnis, Missverständnis und Ablehnung bestanden.In the lifecycle of a technical system experts with different educational backgrounds and experiences communicate with each other. Only a common understanding allows for coordinated and coherent action. Existing approaches of terminology management can not adequately fulfill the unambiguous, consistent, precise, multilingual conceptualization across different domains. In order to allow for an unobstructed interdisciplinary cooperation a harmonization of heterogeneous information is required and the fuzziness of the currently existing terminology needs to be overcome. The methodical framework to do this is developed in this work. The formalization of unambiguously defined technical terms is supported by the integrated use of formal means of description. Based on this approach the basic terms and definitions of control technology can be formally described. A standardized and well defined vocabulary is the basis for subsequently defined concepts and models. The methodical approach outlined in this work is applied to the formalization of a concept system of the dependability of technical systems. The individual concepts will be identified and integrated into a network structure by means of semantic relations. Equivalent designations for identical concepts can be identified and the currently existing frequent use of synonyms can be avoided. This helps to overcome the existing problems and to improve communication across different domains. As language is a complex phenomenon tool support is of utmost importance. This work lays the basis for a terminology management system which can model various facets of language and thus goes far beyond the scope and expressiveness of currently existing terminology management systems. The terminology management system introduced allows for the distributed and collaborative development of a terminology in standardization as well as in industrial applications