Das Hochwasserrückhaltebecken Rennersdorf befindet sich im Tal der Pließnitz in der Gemeinde Berthelsdorf (Landkreis Görlitz). Dieses hochwassergefährdete Gebiet schließt die Orte Rennersdorf, Altbernsdorf, Bernstadt, Schönau-Berzdorf und Tauchritz ein. Hier kam es in der Vergangenheit immer wieder zu extremen Hochwasserereignissen, welche teilweise enorme Schäden anrichteten und auch Menschenleben kosteten. Redaktionsschluss: 12.12.2019

Die Trinkwassertalsperre Saidenbach wurde zwischen 1929 und 1933 nordöstlich von Pockau-Lengefeld gebaut. Sie staut mehrere Zuflüsse der Flöha, nämlich Forchheimer Dorfbach, Haselbach, Hölzelbergbach, Lippersdorfer Bach und Saidenbach. Mit über 146 Hektar Wasserfläche ist die Talsperre der größte Stausee im mittleren Erzgebirge und gleichzeitig der größte Trinkwasserspeicher im Verbundsystem Mittleres Erzgebirge. Zusammen mit den Talsperren Neunzehnhain 1 und 2 sowie Einsiedel stellt die Stauanlage Saidenbach Rohwasser für das Wasserwerk Einsiedel bereit, das Trinkwasser nach Chemnitz und Südsachsen liefert. Redaktionsschluss: 27.02.2020

Die Talsperre Schömbach liegt etwa 50 Kilometer südlich von Leipzig auf der Grenze zwischen Sachsen und Thüringen. Sie wird von der Wiera und dem Leubabach gespeist. Abgegeben wird das Wasser in die Wyhra, einem Gewässer das nördlich von Borna in die Pleiße fließt. Wegen ihrer Bedeutung für die sächsischen Unterlieger gehört die Stauanlage zu Sachsen und wird von der Landestalsperrenverwaltung betrieben. Redaktionsschluss: 17.04.2019

Die Talsperre Sosa wird aus der Kleinen Bockau und dem Neudecker Bach gespeist. Das natürliche Einzugsgebiet der Talsperre beträgt nur rund 8,45 Quadratkilometer. Da dies für das Versorgungsgebiet nicht ausreichte, wurde schon bei der Planung des Bauwerkes eine Überleitung aus dem Einzugsgebiet der Großen Bockau anvisiert. So kamen noch einmal rund neun Quadratkilometer dazu. Redaktionsschluss: 12.12.2019

Im Betrieb Zwickauer Mulde / Oberere Weiße Elster der Landestalsperrenverwaltung (LTV) gibt es drei Flussmeistereien. Sie sind verantwortlich für die Gewässer 1. Ordnung in u.a. den Gebieten der Zwickauer Mulde, Teile des Erzgebirges und des Vogtlandkreises. Nähere Informationen finden Sie im Faltblatt. Redaktionsschluss: 12.12.2019

Die Trinkwassertalsperre Werda liegt im Vogtland nahe der Stadt Falkenstein. Sie wird wegen des angestauten Gewässer auch als »Geigenbachtalsperre« bezeichnet. Von 1904 bis 1909 gebaut ist sie eine der ältesten Talsperren in Sachsen. Sie versorgt die Region Plauen. Die Staumauer der Talsperre Werda bestand ursprünglich aus Bruchsteinmauerwerk. 1986-91 erhielt sie wasserseitig eine 2,5 Meter starke, dichtende Vorsatzmauer und einen Kontrollgang. Zwischen 2010 und 2012 wurde der Vorsperrendamm instandgesetzt und um 1,45 Meter auf 14,80 Meter erhöht. Im Normalfall läuft das Wasser vom Verteilerwehr in die Vorsperre. Mit einem automatisierten Steuerungssystem kann getrübtes Wasser um die Talsperre herumgeleitet und vom Trinkwasserspeicher ferngehalten werden. Andererseits kann qualitativ gutes Wasser ohne die Vorsperre zu durchfliessen, direkt in die Hauptsperre eingeleitet werden. Das System der Wassertrennung mit Wehr, Stollen und Kanälen wurde bereits vor über 100 Jahren gebaut und zwischen 2015 und 2016 wurde es grundlegend instandgesetzt und modernisiert. Redaktionsschluss: 14.04.2017

Managed Aquifer Recharge (MAR) can be conducted via wells or by spreading the water on a surface (e.g, during basin infiltration). While the former has the advantage of minimal area demand and the possibility of dual-use for groundwater abstraction, the latter usually has smaller construction costs and offers additional treatment to the water during infiltration via the vadose zone. Vadose Zone Wells (VZWs) combine many of these advantages, but as their hydraulics are more complex, infiltration rates and the degradation processes in the subsurface are more difficult to determine. Furthermore, they are prone to clogging and redevelopment has not been documented in the literature. Therefor, low-quality waters - with high content of suspended solids or dissolved contaminants/nutrients - are rarely infiltrated via VZWs. In this study, I will (1) evaluate the hydraulic advantage, VZWs can have over other vadose zone infiltration systems in a synthetical modeling study, (2) assess the spatial variability of key parameters for aerobic degradation below a VZW in a small-scale experiment, (3) determine the relationship between clogging dynamics and a well’s diameter and setup (gravel pack) in an experimental study and (4) demonstrate that the backflush of a VZW is possible - in contrast to the literature’s suggestions. All in all, VZWs appear to offer potential even for low-quality waters, and a further investigation for economical operation seems worthwhile. / Managed Aquifer Recharge' ('MAR' = 'Künstliche Grundwasseranreicherung') kann mit Brunnen oder über flächenhafte Versickerung erfolgen (z.B. durch Infiltrationsbecken). Während Brunnen wenig Platz benötigen und neben der Infiltration auch für die Grundwasserentnahme genutzt werden können, sind Becken meist günstiger in Errichtung und Erhaltung und die Versickerung durch die ungesättigte Zone kann die Wasserqualität erheblich verbessern. 'Vadose Zone Wells' ('VZWs' ≈ 'Ungesättigte Schluckbrunnen') verbinden einige dieser Vorteile, allerdings sind Infiltrations- und Abbauprozess aufgrund der ungleich komplizierteren Hydraulik schwer vorherzusagen. Darüber hinaus sind sie anfällig für Kolmation/Clogging und über ihre Regenerierung ist nach jetzigem Stande nichts bekannt. Im Allgemeinen werden deshalb Wässer mit niedriger Qualität - hohe Trübung und/oder Schad- und Nährstoffgehalte - selten durch VZWs versickert. In dieser Studie, werde ich (1) in einer synthetischen Modellstudie die hydraulichen Vorteile aufzeigen, die VZWs gegenüber anderen Versickerungsformen haben, (2) die räumlichen Unterschiede von Schlüsselparametern für den aeroben Abbau unter einem VZW in einem Laborexperiment untersuchen, (3) die Verbindung zwischen Kolmationsdynamik sowie Brunnendurchmesser und -aufbau (insb. der Kiesschüttung) herausarbeiten und (4) demonstrieren, dass eine Rückspülung von VZWs möglich ist - anders als es die Literatur nahelegt. Insgesamt, bieten VZWs ein hohes Potential - auch für Wasser niedriger Qualität, die allerdings noch durch weitere Untersuchungen bzgl. Kosten/Nutzen und Nachhaltigkeit bestätigt werden müssen.

Der verschärfte Wettbewerb auf den globalisierten Märkten, wachsender Termindruck sowie steigende Qualitätsanforderungen machen das betriebsspezifische Know-how bei der Anfertigung von Betriebsmitteln zum entscheidenden Wettbewerbsfaktor. Durch die in Werkzeug- und Formenbaubetrieben traditionell anzutreffende Werkstattorganisation wird dieses Wissen individuell durch die Erfahrungen der Facharbeiter gehalten, woraus eine geringe Transparenz der Fertigungsabläufe sowie ein hoher Anteil manueller Tätigkeiten bei der Arbeitsplanung resultiert. Zur Standardisierung und Automatisierung von Fertigungsabläufen ist folglich die Akquisition internen Erfahrungswissens erforderlich, die sowohl bei organisationalen als auch IT-orientierten Wissensmanagement-Ansätzen als hochaufwändig gilt. Anhand vorhandener globaler Modelle wurde in dieser Arbeit ein Ansatz entwickelt, der mit Hilfe maschineller Lernverfahren eine automatisierte Wissensakquisition ermöglicht. Auf Grundlage der abgeleiteten Wissensbedarfe „Werkzeuge“ und „Schnittwerte“ und den besonderen Randbedingungen bei der NC-Programmierung mit Hilfe eines grafisch interaktiven CAM-Systems wurden Verfahren konzipiert, die eine automatisierte Akquisition, Standardisierung und regelbasierte Repräsentation von Erfahrungswissen auf Basis einer großen Anzahl an Fallbeispielen ermöglicht. Die entworfenen Lernverfahren wurden prototypisch implementiert und ihre Funktionsfähigkeit anhand einer Datenbasis mit 24.000 realen Fallbeispielen (1 Fallbeispiel entspricht 1 Operation/NC-Programm) nachgewiesen. Die Plausibilität des akquirierten Wissens sowie seine automatisierte Verarbeitung mit Hilfe moderner kommerzieller CAM-Systeme wurde abschließend durch die NC-Programmierung eines Beispielwerkstücks unter Verwendung einer kommerziellen CAM-Software demonstriert.:1. Einleitung 15 2. Stand der Technik 17 2.1. Allgemeines Umfeld 17 2.1.1. Produktspektrum 17 2.1.2. Technologie 18 2.2. Rechnergestützte Arbeitsplanung im Werkzeug- und Formenbau 25 2.2.1. Grundlagen und Begriffsklärung 25 2.2.2. NC-Verfahrenskette 28 2.2.3. CAPP-Systeme 31 2.2.4. CAM-Systeme 32 2.2.5. Organisation 40 2.3. Herausforderung Wissensnutzung (Zwischenfazit) 44 2.4. Rechnergestützte Nutzung von Erfahrungswissen 45 2.4.1. Grundlagen und Begriffsabgrenzung 45 2.4.2. Wissensmanagement und Wissensbasierte Systeme 47 2.4.3. Wissensrepräsentation 49 2.4.4. Wissensakquisition 53 2.5. Automatisierte Wissensverarbeitung in der Arbeitsplanung 59 3. Fazit und Lösungsansatz 63 4. Datenbeschaffung 69 4.1. Konvertierung des Datenbestandes 69 4.2. Aufbereitung des Datenbestandes 73 4.2.1. Identifizierung nicht aussagefähiger Attribute 73 4.2.2. Identifizierung nicht aussagefähiger Datenobjekte 74 4.2.3. Syntaktische und semantische Inkonsistenzen 74 4.2.4. Fehlende Werte 75 4.2.5. Fehlerhafte Werte 76 4.3. Fazit 76 5. Analyse der Wissensdomäne 77 5.1. Vorbetrachtungen 77 5.2. Informationsstruktur: Das CAD/CAM-Informationsmodell 80 5.2.1. Beschreibung des Werkstücks 81 5.2.2. Beschreibung der Bearbeitungsprozesses 82 5.3. Informationsgenerierung: CAD/CAM- gestützte NC-Programmierung 84 5.3.1. Geometrievorbereitung 85 5.3.2. Bestimmung des Operationsplans 86 5.3.3. Berechnung, Simulation und Bereitstellung 98 5.4. Ableitung und Formalisierung der Wissensziele 99 5.5. Zusammenfassung und weitere Vorgehensweise 100 6. Automatisierte Wissensakquisition 103 6.1. Lernen von sequenziellen Beziehungen 103 6.1.1. Analyseverfahren 103 6.1.2. Modellierung von Markov-Ketten 103 6.2. Lernen von ableitenden Beziehungen 106 6.2.1. Analyseverfahren 107 6.2.2. Induktion von Entscheidungsbäumen 111 6.3. Evaluation 120 6.4. Applikation 123 6.5. Standardisierung 124 6.5.1. Attribute mit diskretem Wertebereich 125 6.5.2. Attribute mit kontinuierlichem Wertebereich 127 6.6. Fazit 129 7. Ergebnisse 131 7.1. Datenselektion 131 7.2. Untersuchungsfeld 1: Regeln für Werkzeugfolgen 133 7.2.1. Transformation 134 7.2.2. Modellbildung 138 7.2.3. Regel-Anwendung 143 7.3. Untersuchungsfeld 2: Regeln für Werkzeuge 145 7.3.1. Transformation 145 7.3.2. Modellbildung (univariater Entscheidungsbaum) 148 7.3.3. Modellbildung (multivariater Entscheidungsbaum) 150 7.3.4. Standardisierung 154 7.3.5. Regel-Anwendung 161 7.4. Untersuchungsfeld 3: Regeln für Schnittwerte 162 7.4.1. Transformation 162 7.4.2. Modellbildung 162 7.4.3. Standardisierung 167 7.4.4. Regel-Anwendung 169 7.5. Fazit 170 8. Prototypische Realisierung 175 8.1. Wissensakquisitionsmodul 176 8.1.1. Datenkonverter 176 8.1.2. Lernprozessor 178 8.2. Wissensspeicherung und -verarbeitung im CAD/CAM-System 181 8.2.1. Automatische Verarbeitung von Anwendungswissen 181 8.2.2. Manuelle Verarbeitung von Anwendungswissen 183 8.2.3. Wissensspeicherung und -verarbeitung in hyperMILL® 185 8.3. Beispielhafte Anwendung 189 8.3.1. Globale Eingangsinformationen 189 8.3.2. Rechnergestützte wissensbasierte NC-Programmierung 190 9. Zusammenfassung und Ausblick 197 10. Anhang 201 Anhang A 201 Anhang B 202 Abkürzungsverzeichnis 203 Literaturverzeichnis 207 / The intensive competitive environment on globalized markets, the growing deadline pressure caused by shortened product life cycles as well as increasing quality requirements emphasize the company-specific know-how as a decisive competitive factor for toolmakers. Due to the traditional shop floor organization within toolmaking companies, this knowledge is individually held by experiences of the single skilled worker which a low transparency of manufacturing processes as well as a high degree of manual activities at the operation planning process results from. In that form of representation the existing manufacturing knowledge of the company can not be, independent of individual people, integrated in the value-adding process and hence can not be used consequently. Therefore the standardization and automation of manufacturing processes requires the acquisition of internal experience-based knowledge, what is deemed to be a complex task in organizational as well as in IT-based approaches. Based on existing global models the present work develops an approach that enables an automated acquisition of knowledge using methods of data mining based on an amount of real sample data. For that purpose, methods for the automatic extraction, preparation and structured storage of sample data sourced from a commercial CAM system were developed and prototypically implemented. Based on the specified knowledge demands, „milling tools“ and „cutting data“ as well as the special environment of the shop-floor oriented NC programming by using a graphically interactive CAM system, adequate learning methods were conceived that enable an automated acquisition, standardization and rule based representation of experiential knowledge. The conceived methods were prototypically implemented and their functional capability was verified on the basis of the mentioned amount of real sample data. The plausibility of the acquired knowledge as well as its automated processing capability within modern CAM systems was finally proved by the NC programming of a sample part using the CAM software hyperMILL®.:1. Einleitung 15 2. Stand der Technik 17 2.1. Allgemeines Umfeld 17 2.1.1. Produktspektrum 17 2.1.2. Technologie 18 2.2. Rechnergestützte Arbeitsplanung im Werkzeug- und Formenbau 25 2.2.1. Grundlagen und Begriffsklärung 25 2.2.2. NC-Verfahrenskette 28 2.2.3. CAPP-Systeme 31 2.2.4. CAM-Systeme 32 2.2.5. Organisation 40 2.3. Herausforderung Wissensnutzung (Zwischenfazit) 44 2.4. Rechnergestützte Nutzung von Erfahrungswissen 45 2.4.1. Grundlagen und Begriffsabgrenzung 45 2.4.2. Wissensmanagement und Wissensbasierte Systeme 47 2.4.3. Wissensrepräsentation 49 2.4.4. Wissensakquisition 53 2.5. Automatisierte Wissensverarbeitung in der Arbeitsplanung 59 3. Fazit und Lösungsansatz 63 4. Datenbeschaffung 69 4.1. Konvertierung des Datenbestandes 69 4.2. Aufbereitung des Datenbestandes 73 4.2.1. Identifizierung nicht aussagefähiger Attribute 73 4.2.2. Identifizierung nicht aussagefähiger Datenobjekte 74 4.2.3. Syntaktische und semantische Inkonsistenzen 74 4.2.4. Fehlende Werte 75 4.2.5. Fehlerhafte Werte 76 4.3. Fazit 76 5. Analyse der Wissensdomäne 77 5.1. Vorbetrachtungen 77 5.2. Informationsstruktur: Das CAD/CAM-Informationsmodell 80 5.2.1. Beschreibung des Werkstücks 81 5.2.2. Beschreibung der Bearbeitungsprozesses 82 5.3. Informationsgenerierung: CAD/CAM- gestützte NC-Programmierung 84 5.3.1. Geometrievorbereitung 85 5.3.2. Bestimmung des Operationsplans 86 5.3.3. Berechnung, Simulation und Bereitstellung 98 5.4. Ableitung und Formalisierung der Wissensziele 99 5.5. Zusammenfassung und weitere Vorgehensweise 100 6. Automatisierte Wissensakquisition 103 6.1. Lernen von sequenziellen Beziehungen 103 6.1.1. Analyseverfahren 103 6.1.2. Modellierung von Markov-Ketten 103 6.2. Lernen von ableitenden Beziehungen 106 6.2.1. Analyseverfahren 107 6.2.2. Induktion von Entscheidungsbäumen 111 6.3. Evaluation 120 6.4. Applikation 123 6.5. Standardisierung 124 6.5.1. Attribute mit diskretem Wertebereich 125 6.5.2. Attribute mit kontinuierlichem Wertebereich 127 6.6. Fazit 129 7. Ergebnisse 131 7.1. Datenselektion 131 7.2. Untersuchungsfeld 1: Regeln für Werkzeugfolgen 133 7.2.1. Transformation 134 7.2.2. Modellbildung 138 7.2.3. Regel-Anwendung 143 7.3. Untersuchungsfeld 2: Regeln für Werkzeuge 145 7.3.1. Transformation 145 7.3.2. Modellbildung (univariater Entscheidungsbaum) 148 7.3.3. Modellbildung (multivariater Entscheidungsbaum) 150 7.3.4. Standardisierung 154 7.3.5. Regel-Anwendung 161 7.4. Untersuchungsfeld 3: Regeln für Schnittwerte 162 7.4.1. Transformation 162 7.4.2. Modellbildung 162 7.4.3. Standardisierung 167 7.4.4. Regel-Anwendung 169 7.5. Fazit 170 8. Prototypische Realisierung 175 8.1. Wissensakquisitionsmodul 176 8.1.1. Datenkonverter 176 8.1.2. Lernprozessor 178 8.2. Wissensspeicherung und -verarbeitung im CAD/CAM-System 181 8.2.1. Automatische Verarbeitung von Anwendungswissen 181 8.2.2. Manuelle Verarbeitung von Anwendungswissen 183 8.2.3. Wissensspeicherung und -verarbeitung in hyperMILL® 185 8.3. Beispielhafte Anwendung 189 8.3.1. Globale Eingangsinformationen 189 8.3.2. Rechnergestützte wissensbasierte NC-Programmierung 190 9. Zusammenfassung und Ausblick 197 10. Anhang 201 Anhang A 201 Anhang B 202 Abkürzungsverzeichnis 203 Literaturverzeichnis 207

In der Arbeit werden Möglichkeiten des Einsatzes von Digitalen Geländemodellen (DGM) im Kontext des Hochwasserrisikomanagements aufgezeigt, wobei die Anwendung hochauflösender Laserscandaten im Fokus steht. Zunächst wird die Notwendigkeit der wissenschaftlichen Auseinandersetzung mit Hochwassergefahren hervorgehoben. Dies schließt die Betrachtung der Bedeutung von Geodaten (insbesondere DGM) im Hochwasserrisikomanagement ein. Es folgt eine Darstellung der verwendeten Daten, begleitet von einer Zusammenstellung von Methoden zur großflächigen Erfassung des Georeliefs und einer kurzen Einführung in die Hochwassermodellierung. Die wissenschaftlichen Arbeitsziele werden im Kontext eines interdisziplinären Projektes zur Hochwasserrisikoforschung definiert, in welchem DGM erstmals auch als dynamische Komponente des Risikosystems aufgefaßt werden. Die Arbeitsziele umfassen in diesem Zusammenhang die Entwicklung von automatisierten Methoden zur Gewinnung von Informationen über Deiche, insbesondere über deren genaue Lage und Höhe, und zur Modellierung von Deichgeometrien. Nach der Umsetzung und Erprobung der Verfahren in einem Geoinformationssystem wird der Prototyp einer Softwareanwendung vorgestellt, der eine automationsgestützte und nutzerfreundliche Realisierung der entwickelten Methoden erlaubt. Der Teil Deichmodellierung in Digitalen Geländemodellen beschreibt theoretische Grundlagen zur Realisierung eines speziell auf Hochwasserschutzdeiche ausgerichteten Geoinformationssystems. Es wird der Begriff des Digitalen Deichmodells (DDM) eingeführt und dessen Modellstruktur sowie Möglichkeiten zu Datenerfassung und -pflege mittels hochauflösender Laserscan-DGM erläutert. Weiterhin werden bestehende Methoden der Objekterkennung in DGM zum Zweck der Deichdetektion und -extraktion adaptiert und ein neues Verfahren entwickelt, das speziell die geometrischen Spezifika von Deichen berücksichtigt. Mit den vorgestellten Verfahren wird deren weitgehend automatisierte Erfassung und Kartierung ermöglicht. Das DDM wird derart konzipiert, daß sowohl Rückbau, Verlegung als auch die Erhöhung von Deichen im Modell umsetzbar sind. Damit wird letztlich die Simulationsfähigkeit bzw. Veränderlichkeit eines DGM als Basis für Hochwassersimulationen realisiert. Im Kapitel Vereinfachte GIS-basierte Überflutungssimulationen wird ein Konzept zur vereinfachten GIS-basierten Folgenabschätzung von Deichbrüchen vorgestellt. Dafür werden bestimmte Modellannahmen getroffen und zur Überflutungsmodellierung herangezogen. Die Ergebnisse werden im Rahmen der Modellannahmen kritisch als Möglichkeit der Abschätzung von im Extremfall zu erwartenden Wasserständen in Überschwemmungsgebieten bewertet. Nach der Dokumentation der praktischen Umsetzung der vorgestellten Verfahren werden die Ergebnisse diskutiert und Ausblicke zur nötigen bzw. möglichen weiteren Forschungsarbeiten gegeben. Der Anhang der Arbeit enthält Karten und eine Dokumentation des Programms Diketools, das als Prototyp einer Deichmodellierungssoftware implementiert wurde. / This study examines possibilities of using Digital Terrain Models (DTM) in the context of flood risk management. Thereby the focus lies on the application of high-resolution laserscan data. First the necessity of the scientific examination of flood hazards is underlined which implies the consideration of geodata (especially DTM). This is followed by an overview of methods of large-area data acquisition of the earth surface as well as a short introduction into flood modelling. The scientific objectives of this study are defined within the context of a multidisciplinary research project which for the first time considers DTM as a dynamic component in the flood risk system. The objectives resulting from this point of view comprise the development of automated methods of acquiring information on dikes. Here the exact locations of dikelines and their crest levels are of special interest. The modelling of new dike geometries and their implementiation into existing DTM data is also included. Chapter 4 (Deichmodellierung in Digitalen Geländemodellen, engl.: Dike Modelling in Digital Terrain Models) describes the theoretical fundamentals of the realisation of an information system focused on flood protection dikes. Here the term Digital Dike Model (DDM) is introduced. Accordingly its model structure is defined and possibilities of data retrieval and data management by means of high-resolution laserscan terrain models are shown. The detection and extraction of dikes is accomplished by the adaption of existing object-extraction methods. Also a new procedure has been developed which accounts for dike-specific geometrical characterisations. The presented methods enable the automated identification and mapping of dikes. The Digital Dike Model has been designed to allow the removal and relocation of dikes as well as their heightening within the model. Hereby the desired changeability of Digital Terrain Models is realised as a basis for flood simulations. In Chapter 5 (GIS-basierte Überflutungssimulationen, engl.: Simplified GIS-based Flood Modelling) a concept for a simplified estimation of dike-breach induced floodings by means of GIS-based procedures is presented. This implies the definition of certain model assumptions which are adopted when performing flood simulations. The results are discussed and the use of this method for estimating maximum flood impacts is evaluated. These parts of the thesis are followed by the discussion of the results. In the end an outlook for further research is given. The appendix of this work includes maps and a documentation of the Diketools which has been implemented as a prototype of a dike-modelling software.

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