3.4.1 Elementarflächenmodell
Die Ermittlung der elementarflächenbezogenen Abflussbildungsparameter (Tabelle 3‑1) erfolgt unter Einbeziehung der GIS-Informationen des Coverage EFL und der diesem Cover zugeordneten Relate-Tabellen (s. Basisdokumentation, Kapitel 4). Da die Werte in den Relate-Tabellen in Form einer Spannweite (im Sinne eines Fehlerbereichs) angegeben sind, können die Modellparameter unter Nutzung der Minimal- und der Maximalwerte ermittelt werden. Damit kann im Zuge der Modellrechnungen eine Spannweite für die Ergebnisse erhalten werden, womit unter anderem Rückschlüsse auf die Auswirkungen falsch geschätzter Parameter und Sensitivitätsanalysen möglich sind.
Tabelle 3‑1: Parameter des Elementarflächenmodells
| Parameter | Bedeutung | Ableitung |
Bemerkung | |
| WOM | Interzeptions- speicherkapazität |
INTC * BED | ||
| WMM | Muldenspeicher- kapazität |
f(Gefälle, Nutzung) | ||
| HSM | Kapillarwasser- speicherkapazität |
Σ[(FK-WP) * DICKE] | Summe der schicht- bezogenen Speicher- kapazitäten |
betrachtet wird Bodenprofil bis: • Wurzeltiefe • Grundwasser-flurabstand • Fels bzw. Festgestein anstehend |
| SMM | Speicherkapazität des Luftporenraumes |
Σ[(GVP-FK) * DICKE] | ||
| KFH | gesättigte hydraulische Leitfähigkeit | MIN(KF) * DT | Minimum der KF-Werte | |
3.4.2 Hydrotopklassenmodell
Hydrotopklassen sind eine Zusammenfassung von ähnlichen Elementarflächen innerhalb einer übergeordneten Raumeinheit. Diese Bezugsgeometrien können sein:
- das Untersuchungsgebiet (GEB) insgesamt,
- die Teileinzugsgebiete in TG oder
- die Kaskadensegmente in KAS.
Im Zuge der Modellinitialisierung werden die folgenden Schritte abgearbeitet, wobei die im Cover EFL abgelegten Informationen der GIS-Datenbasis und die im Elementarflächenmodell (s. Kapitel 3.1) ermittelten Parameter genutzt werden:
- Ermittlung der Anzahl der belegten Hydrotopklassen innerhalb der auszuwertenden Bezugsgeometrien als Grundlage für die Dimensionierung des Modells (s. Kapitel 3.3)
- Ermittlung der hydrotopklassenbezogenen Abflussbildungsparameter (s. Tabelle 3‑2: Parameter des Hydrotopklassenmodells
- unter Einbeziehung der zuvor ermittelten Elementarflächenparameter (s. Tabelle 3‑1).
Tabelle 3‑2: Parameter des Hydrotopklassenmodells
| Parameter | Bedeutung | Bemerkung |
| AREA | Fläche | jeweils bezogenauf die übergeordnete Bezugsgeometrie (GEB, TG oder KAS) |
| GEF | mittleres Gefälle | |
| AIMP | versiegelter Flächenanteil | |
| AW | Wasserflächenanteil | |
| AeHy | Flächenanteil der Hydrotopklasse | für jede belegte Hydrotopklasse innerhalb der übergeordneten Bezugsgeometrie |
| WMM | Mittelwert der Muldenspeicherkapazität WMM(*) | |
| WOM | Mittelwert der Interzeptionsspeicherkapazitäten WOM(*) | |
| HSC | Minimum der Flächenverteilungsfunktion der HSM(*)-Werte | |
| HMX | Maximum der Flächenverteilungsfunktion der HSM(*)-Werte | |
| GMN | Minimum der Flächenverteilungsfunktion der KFH(*)-Werte | |
| GMX | Maximum der Flächenverteilungsfunktion der KFH(*)-Werte | |
| SNM | Speicherkapazitäten des Luftporenraumes auf AN, Fak * SMXN, entspricht ca. SMM-Werte(*) | |
| (*) – s. Tabelle 3‑1 | ||
Zur Ermittlung der hydrotopklassenbezogenen Abflussbildungsparameter werden die Flächenverteilungsfunktionen der Elementarflächenparameter abgeleitet, die nicht zur Hydrotopklassifizierung genutzt wurden und die deshalb innerhalb einer Hydrotopklasse nicht einheitlich sind. Dabei werden die folgenden Arbeitsschritte durchlaufen:
- a) Selektion aller Elementarflächen eines Teileinzugsgebietes und einer Hydrotopklasse,
- b) Berechnung der Gesamtfläche aller mit Parametern wertmäßig belegten[1] Elementarflächen einer Hydrotopklasse innerhalb der übergeordneten Bezugsgeometrie,
- c) Ermittlung der Wasserflächenanteile AW,
- d) Ermittlung der versiegelten Flächenanteile AIMP,
- e) Ordnen der selektierten Elementarflächen entsprechend der Werte der Elementarflächenparameter, mit dem kleinsten beginnend,
- f) Bildung kumulativer, auf die Flächengröße 1 normierter Flächenanteile x, indem die Flächen entsprechend der Reihenfolge (nach b) fortlaufend aufsummiert und durch die Gesamtfläche dividiert werden,
- g) Berechnung der Parameter a und b der linearen Regression in der Form y=a*x+b zwischen den Elementarflächenparametern y und der aufsummierten Fläche x,
- h) Berechnung des flächenbezogenen Mittelwertes und des Minimums und Maximums der Flächenverteilungsfunktion der Elementarflächenparameter,
- i) Ermittlung der Flächenanteile AeHy der Hydrotopklassen am der übergeordneten Bezugsgeometrie, indem die Gesamtfläche auf die Fläche dieser Bezugsgeometrie bezogen wird,
- j) Abgleich der Flächenanteile AeHy unter Einbeziehung von AW und AIMP auf 1.
Bei der Ermittlung der Flächenverteilungsfunktionen wird also davon ausgegangen, dass diese linear verlaufen. Ist dies nicht der Fall, sollte die Hydrotopklasseneinteilung entsprechend verfeinert werden. Ein Beispiel dafür wird in Abbildung 3-6 gegeben.
Abbildung 3-6: Ausgliederung von Hydrotopklassen
Die Schritte a) und b) werden programmintern für jedes Teileinzugsgebiet und alle Hydrotopklassen durchgeführt, e) bis h) außerdem für jeden Abflussbildungsparameter.
Folgende Besonderheiten bilden die Ausnahmen bei obiger Vorgehensweise:
SMXN wird nur für die grundwassernahen Flächen als Maximum der Flächenverteilungsfunktion der elementarflächenbezogenen Speicherkapazitäten des Luftporenraumes ermittelt. Geht man davon aus, dass es auch Flächen gibt, deren Speicherraum Null ist, weil das Grundwasser an der Geländeoberkante ansteht, so ergibt sich der flächenbezogene Speicherraum zu
wobei Fak = 0.5 wäre, wenn sich für die Flächenverteilung der EFL-Speicherkapazitäten ein Dreieck (s. Abbildung 2-2) ergäbe.
Für die Regressionsanalysen der hydraulischen Leitfähigkeiten KFH wird auf Grund des großen Schwankungsbereichs dieser Werte eine logarithmische Transformation durchgeführt.
Teilgebietsbezogene Verwaltung von Abflussbildungsparametern in der GIS-Datenbasis
Sofern in einem großräumigen, z.B. länderübergreifenden Modell unterschiedliche Bodendatenbasen verwendet werden, kann es sich als notwendig erweisen, bestimmte Abflussbildungsparameter, die bisher einheitlich für das Gesamtgebiet vorgegeben wurden, räumlich differenziert zu belegen.
Diese räumlich differenzierte Vorgabe von Modellparametern wurde bisher integriert für die
VERDUNSTUNGSREDUKTION und den SAETTIGUNGSABFLUSSFAKTOR. Beide Parameter sind empirisch und können global innerhalb der modul.ste belegt werden.
Sollen sie räumlich differenziert angegeben werden, so ist das dann möglich, wenn mit EGMO auf der Basis von Teileinzugsgebieten gearbeitet werden soll. Den Teilgebieten sind dann als Attribute Werte für die Verdunstungsreduktion und/oder die Sättigungsflächenbildung zuzuweisen, deren Namen über die tg.sdf dem Programm bekanntgemacht werden müssen.
###### Attribut-Tabelle ####################################################
TG_PAT DBASE tg3.dbf
TG_FLAECHE AREA
TG_IDENTIFIKATION Tg_dis
GW_Unterlieger GW_uli1
GW_Verlust GW_out1
X_WERT_TG X_Coord
Y_WERT_TG Y_Coord
MITTLERE_HOEHE Hoehe
GEFAELLE Gef
EXPOSITION Aspect
VERDUNSTUNGSREDUKTION Verd_Red /* 0. fuer stark bis 1.0 fuer schwach */
SAETTIGUNGSABFLUSSFAKTOR Satt_Fak /* wachsender Faktor bewirkt eine Reduzierung */
/* des Saettigungsflaechenabflusses (0.5 default*/
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
Die beiden Parameter wirken erst im Zuge der Modellrechnung, d.h. die Speicherkapazitäten werden ohne die Korrekturfaktoren abgespeichert.
[1] Wertmäßig nicht belegt bedeutet, dass kein Wert für die Elementarflächenparameter berechnet werden kann, weil entweder in den Ausgangskarten zur Erzeugung der Elementarflächen Informationslücken vorhanden sind (z.B. sind in den meisten Bodenkarten Ortschaften und größere Standgewässer ausgespart) oder im Zuge der Flächenverschneidung Splitterpolygone erzeugt wurden. Ein Vorteil dieses Konzeptes ist es also, dass auch bei Informationsdefiziten ohne größere Fehler flächendeckend gearbeitet werden kann, da für die nicht belegten Flächen indirekt mittlere Eigenschaften angesetzt werden.