KTau-Funktionen können auch extern mittels hydraulischer Programme berechnet werden, was eigentlich die Vorzugsvariante ist, da die hydraulischen Ansätze die Retentionsprozesse physikalisch fundierter betrachten als hydrologische.
Eine KTau-Funktion ist eine Abfluss [m3/s] – KTau-Wert [s] Beziehung. Da verschiedene Abflussbereiche durch unterschiedliche Retentionscharakteristika gekennzeichnet sind, sind für verschiedene Abflüsse/Abflussstufen die entsprechenden KTau-Werte zu ermitteln.
Für die Übergabe an ArcEGMO können die KTau-Werte auf Profile/Stationen oder schon auf die Fließgewässerabschnitte des ArcEGMO-Gisdatenmodells bezogen sein.
Im Laufe der Zeit haben sich durch die Verwendung verschiedener hydraulischer Programme verschiedene Formate zum Einlesen von KTau-Tabellen entwickelt.
Das klassische Format beruht auf dem Ausgabeformat des Hydraulikprogramms WSPWIN (Rechenkern Knauf).
Um aus verschiedenen Hydraulikprogrammen, besonders 2-D Hydraulikprogrammen, KTau-Werte nutzen zu können wurde das flexible Format geschaffen. Das flexible Format kann auch Fließgeschwindigkeiten [m/s] und Volumen [m3] verarbeiten, welche programmintern in KTau-Werte umgerechnet werden.
Die folgende Tabelle stellt die zwei Formen den zwei Formaten gegenüber. Sie enthält das jeweils zu aktivierende Hauptsteuerwort der modul.ste Block KalMil (siehe Abbildung 3‑2) und die jeweiligen einlesbaren Größen.
Tabelle 3‑2: Datenformate für externe KTau-Funktionen
| Formen (GIS-Bezug) | |||
| Profil-bezogen | Fgw-bezogen | ||
| Formate | klassisch | PROF2FGWID_TABELLE Q [m3/s] – KTau [s] (s. Kapitel 3.2.1) | STAT2FGW_TABELLE Q [m3/s] – KTau [s] (s. Kapitel 3.2.1.2) |
| flexibel | KTAU_Tabelle Q [m3/s] – KTau [s] (s. Kapitel 3.2.2) | FGW_KTAU_Tabelle Q [m3/s] – KTau [m/s] oder v [m/s] (s. Kapitel 3.2.2.2) | |
3.2.1 Nutzung von KTau-Tabellen im WSPWIN-Format
3.2.1.1 Profilbezogene Zuordnung
Für die Zuordnung der extern ermittelten KTau-Funktionen zu Gewässerabschnitten besteht die Möglichkeit, das Gewässernetz an die Profile anzupassen, was i.d.R. mit einer Zerlegung von Gewässerabschnitten in Teilstücke verbunden ist. Damit kann dann jedem Gewässerabschnitt genau ein Profil zugeordnet werden.
Diese Option wird aktiviert, wenn das Steuerwort PROF2FGWID_TABELLE gefunden wird. Mit diesem Steuerwort wird eine Zuordnungstabelle vorgegeben, die den Gewässerabschnitten genau eine Station und damit genau ein Profil zuweist.
FGWID STAT1 PROFIL 1 168280.000 Profilkoordinaten 2 168374.000 Profilkoordinaten 2 168427.000 Profilkoordinaten 2 168590.000 Profilkoordinaten 3 168711.000 Profilkoordinaten
Abbildung 3‑7: Auszug aus der Datei <PROF2FGWID_TABELLE >
3.2.1.2 Fgw-bezogene Zuordnung
Die Zuordnung mehrerer Profile zu einem Gewässerabschnitte erfolgt über das Steuerwort STAT2FGWID_TABELLE. Hier wird jedem Abschnitt ein Stationsbereich zugeordnet.
Jedes Profil innerhalb dieses Bereichs wird dann gemäß seines Abstandes zum nächsten Profil bei der Ermittlung der gewässerabschnittsbezogenen KTau-Werte berücksichtigt, d.h. i.d.R. eine Aggregierung auf die Längen der Gewässerabschnitte.
FGW STAT_VON STAT_BIS STRANG 216 0 547 1 104 547 1012.1 1 225 0 57.5 2 73 57.5 879 2 ...
Abbildung 3‑8: Auszug aus der Datei <Stat2Fgw_TABELLE >
Über die Angabe einer STRANGZUORDNUNG können verschiedene, u.U. gleiche Stationierungen für verschiedene Gewässerstränge (Nuthe, Nieplitz, …) konfliktfrei benutzt werden. Gewässerabschnitte innerhalb eines Stranges, denen kein Profil zugeordnet werden konnte (meist sehr kurze Abschnitte, die zwischen 2 Profilen liegen), werden mit dem nächstliegenden Profil parametrisiert. Die den Strängen zugeordneten KTau-Tabellen sind in der KTau-tab.txt (Abbildung 3‑9) anzugeben.
KTAU_Nuthe.TXT Strang 1 KTAU_Nieplitz.TXT Strang 2 ...
Abbildung 3‑9: Auszug aus der Datei <ktau-tab.txt>
Bei Nutzung extern ermittelter KTau-Funktionen wird erwartet, dass diese und weitere Informationen, die aus Wasserspiegellagenanalysen abgeleitet wurden, in einem gemeinsamen WSP-Verzeichnis stehen. Dieses Verzeichnis ist inklusive seines kompletten Pfades anzugeben (siehe Abbildung 3‑2, Steuerwort WSP_Pfad).
3.2.1.3 Format und Inhalt der KTau-Tabelle
Die Abbildung 3‑10 zeigt die eigentliche KTau-Tabelle, die aus dem Wasserspiegellagenprogramm WSPWIN ausgegeben werden kann. Aus dieser Tabelle werden die Spalten Q, KTAU, WSP (=(WSPU+WSPO)/2), VOLUMEN sowie die Angabe der Stationierung und die Entfernung zur nächsten Station (LAENGE) verwendet. Innerhalb eines Stranges müssen immer die gleichen Abflussstufen gegeben sein. Dies wird im Ausgabeformat dieses Hydraulikprogramms automatisch unterstützt.
Jede dieser Dateien beinhaltet letztlich die Ergebnisse der Wasserspiegellagenberechnungen für einen größeren Gewässerbereich. WSPWIN beschränkt die Wertetabelle auf max. 99 Intervalle und äquidistante dQ. ArcEGMO gestattet auch die Verarbeitung beliebig komplexer KTau-Tabellen mit nicht äquidistanten dQ, so dass z.B. mit kleinen dQ-Werten im Niedrigwasser- und größeren dQ-Werten im Hochwasserbereich gearbeitet werden kann. Für diesen Fall können verschiedene KTau-Tabellen mit WSPWIN erstellt und dann (per Hand) zusammengeführt werden. Durch die Zusammenfassung der profilbezogenen KTau-Tabellen für größere Gewässerabschnitte ist es möglich, die KTau-Tabellen auch räumlich differenziert den vorkommenden Abflussspannen (Qmin bis Qmax) anzupassen.
Abbildung 3‑10: Auszug aus der Datei <ktau_Nuthe.txt>
Auf eine wesentliche Bedingung muss allerdings noch hingewiesen werden. Ein Gewässerabschnitt (im GIS-Datenmodell) darf entweder nur durch genau eine Wertetabelle beschrieben werden (à eventuell zusätzliche Knoten setzen) oder die beiden Wertetabellen müssen identisch dimensioniert sein (Qmin, Qmax, dQ).
Die Profile können den Gewässerabschnitten GIS-gestützt zugeordnet werden (z.B. mit den RiverTools). Im Ergebnis dieser Zuordnung ist eine der oben genannten Dateien vorzugeben, in der die Stationierung der Profile [m], die ID des zugeordneten Gewässerabschnittes (FGWID), die Strangnummer (Strang) und der Typ des Profils (PROFIL, z.Z. nicht verwendet) enthalten sind. Beispiele für solche Zuordnungstabellen zeigen Abbildung 3‑8 und Abbildung 3‑7.
3.1.2 Nutzung von KTau-Tabellen im flexiblen Format
Um hydraulisch ermittelte KTau-Werte, Volumen oder Fließgeschwindigkeiten in verschiedenen Abflussstufen auch von anderen Wasserspiegellagenprogrammen als WSPWIN nutzen zu können, wurden folgende weitere Möglichkeiten geschaffen, solche Werte flexibel einlesen zu könnente flexibel eiten in verschiedenen Abflussstufen auch von .
Bei diesem Eingabeformat werden die Abflüsse und die dazu gehörenden KTau-Werte bzw. Fließgeschwindigkeiten oder Volumen entweder für Profile, die eine FGW-Zuordnung aufweisen müssen oder schon aggregiert für Gewässerabschnitte vorgegeben. In beiden Formaten müssen die Spaltenbezeichner für die Abflusswerte und die KTau-Werte numerisch fortlaufend vorgegeben werden. Die Zeichen vor der fortlaufenden Nummerierung sind frei wählbar und werden über die Steuerwörter ABFLUSSWERT und KTAUWERT bzw. GESCHWINDIGKEIT, VOLUMEN in der modul.ste im Block Q_KalMil festgelegt.
3.1.2.1 Profilbezogene Zuordnung
Die folgende Tabelle 3‑3 KTau_profil.dbf dient als Beispiel für das profilbezogene Format, bei dem es i.d.R. mehrere Profilpunkte für einen Fließgewässerabschnitt (fgwid) gibt. Programmintern werden alle KTau-Werte des jeweiligen Abflusses innerhalb eines Fließgewässerabschnitts summiert. Bedingung dafür ist, dass die zugeordneten Abflüsse Q_1, Q_2, Q_3 … innerhalb eines Fließgewässerabschnitts (fgwid) gleich sind.
KTAU_Tabelle DBASE KTau_profil.dbf Prof_IDENTIFIKATION ProfID FGW_IDENTIFIKATION FgwID ABFLUSSWERT Q_ KTAUWERT KTau_
Abbildung 3‑11: Auszug aus der modul.ste im Block Q_KalMil
Tabelle 3‑3: Tabelle KTau_profil.dbf (Q [m3/s], KTAU [s])
| ProfID | FGWID | Q_1 | Q_2 | Q_3 | KTAU_1 | KTAU_2 | KTAU_3 |
| 1 | 20051 | 2.77 | 5.54 | 8.31 | 559.58 | 384.98 | 315.82 |
| 2 | 20051 | 2.77 | 5.54 | 8.31 | 300.32 | 239.04 | 209.89 |
| 3 | 18600 | 1.77 | 4.53 | 6.30 | 388.36 | 314.18 | 277.41 |
Sollen profilbezogene Geschwindigkeiten in gewässerabschnittsbezogene KTau-Werte umgewandelt werden, ist die Angabe der Fließstrecke erforderlich, die über das jeweilige Profil repräsentiert wird, im einfachsten Fall der Profilabstand.
KTAU_Tabelle DBASE KTau_profil_v.dbf Prof_IDENTIFIKATION Prof_ID FGW_IDENTIFIKATION FgwID PROFILABSTAND Laenge ABFLUSSWERT Q_ GESCHWINDIGKEIT v_
Abbildung 3‑12: Auszug aus der modul.ste im Block Q_KalMil
Tabelle 3‑4: Tabelle ktau_profil_v.dbf (Q [m3/s], v [m/s])
| ProfID | Laenge | FGWID | Q_1 | Q_2 | Q_3 | v_1 | v_2 | v_3 |
| 1 | 45 | 20051 | 2.77 | 5.54 | 8.31 | 1.58 | 1.98 | 2.82 |
| 2 | 56 | 20051 | 2.77 | 5.54 | 8.31 | 1.32 | 2.04 | 2.89 |
| 3 | 89 | 18600 | 1.77 | 4.53 | 6.30 | 0.36 | 1.18 | 2.41 |
3.1.2.2 Fgw-bezogene Zuordnung
Im Fgw-bezogenen Format liegen die Abflussstufen und die zugeordneten KTau-Werte bzw. Fließgeschwindigkeiten schon aggregiert für Fließgewässerabschnitte (fgwid) vor. Die Datentabelle sieht ähnlich der profilbezogenen aus. Unterschiedlich ist aber, dass pro Fließgewässerabschnitt nur eine Zeile mit Werten existieren darf. Um Zuordnungsfehler zu vermeiden, wird empfohlen, die Daten direkt in das FGW-Cover zu integrieren. Ist ein KTau-Wert als Fehlwert (-9999) gekennzeichnet oder gleich Null, so wird dies als Ende der KTau-Tabelle für diesen Gewässerabschnitt interpretiert. Über diese Endkennzeichung kann erreicht werden, dass den Gewässerabschnitten unterschiedlich dimensionierte KTau-Tabellen zugeordnet werden können. Gewässerabschnitte ohne KTau-Werte haben dann schon als ersten Wert eine Null oder einen Fehlwert.
Dem Programm wird dieses Format über den Eintrag FGW_KTAU_Tabelle statt KTAU_Tabelle mitgeteilt.
FGW_KTAU_Tabelle DBASE KTau_fgw.dbf FGW_IDENTIFIKATION FgwID ABFLUSSWERT Q_ KTAUWERT KTau_
Abbildung 3‑13: Auszug aus der modul.ste im Block Q_KalMil
Tabelle 3‑5: Tabelle Ktau_fgw.dbf (Q [m3/s], KTAU [s/m])
| FGWID | Q_1 | Q_2 | Q_3 | KTAU_1 | KTAU_2 | KTAU_3 |
| 20051 | 2.77 | 5.54 | 8.31 | 8.90 | 7.98 | 5.82 |
| 18600 | 2.77 | 5.53 | 8.30 | 3.36 | 3.18 | 2.41 |
In diesem Format ist es auch möglich, die Fließlängen pro KTau-Wert [m/s analog einer Geschwindigkeit] einzulesen. D.h. über die Vorgabe von Fließgeschwindigkeiten werden KTau-Werte ermittelt, die zur Parametrisierung des Kalinin-Miljukov-Verfahrens dienen.
Damit soll auch für Gewässer mit unbekannter Profilgeometrie die Anwendung dieses sehr effektiven Verfahrens ermöglicht werden. Programmintern werden aus den Geschwindigkeiten und den Längen der Gewässerabschnitte wieder Zeiten ermittelt, die ein Wasserteilchen im Mittel für das Durchfließen dieses Abschnittes benötigt. Diese Zeit wird dann im Weiteren wie ein KTau-Wert behandelt.
Die Aktivierung dieser Option erfolgt in der modul.ste Steuerwort „GESCHWINDIGKEIT“, sowie durch die Angabe der Geschwindigkeiten und der zugeordneten Abflussgrenzwerte, bis zu denen die Geschwindigkeiten gelten, in der ktau_fgw_v.dbf.
FGW_KTAU_Tabelle DBASE ktau_fgw_v.dbf FGW_IDENTIFIKATION FgwID ABFLUSSWERT Q_ GESCHWINDIGKEIT v_
Abbildung 3‑14: Auszug aus der modul.ste im Block Q_KalMil
Tabelle 3‑6: Tabelle ktau_fgw_v.dbf (Q [m3/s], v [m/s])
| FGWID | Q_1 | Q_2 | Q_3 | v_1 | v_2 | v_3 |
| 20051 | 10 | 20 | 30 | 1.58 | 1.65 | 1.71 |
| 18600 | 10 | 20 | 30 | 1.52 | 1.74 | 1.77 |