04.5 Elementarflächen EFL – ArcEGMO Dokumentation

EFL.DB

Der Mindestdatenbedarf zur Erstellung des Cover EFL besteht aus einer Boden- und einer Landnutzungskarte, denen über Tabellen hydrologisch relevante, physikalisch Kennwerte zugeordnet werden können.

Die folgenden digitalen Informationen können zusätzlich einbezogen werden:

Höhe, Gefälle und Exposition, ableitbar aus einem digitalen Höhenmodell (DHM),
Grundwasserflurabstand,
Meliorationsflächen,
Sonderstrukturen wie Halden und kanalisierte Flächen.

Eine schematische Darstellung zur EFL-Erzeugung gibt Abbildung 4.5‑1.

Das Ziel bei der Erzeugung des Elementarflächencoverage EFL ist es, Flächen zu erhalten, die bzgl. der entscheidenden Systemausgänge quasihomogen reagieren. Die Art und Weise der Erzeugung ist deshalb abhängig von der zur Verfügung stehenden Datenbasis und von der Aufgabenstellung, den damit verbundenen Genauigkeitsanforderungen und dem Maßstabsbereich, in dem modelliert wird. Es ist die Frage zu klären, welche Flächeneigenschaften dominierend sind und deshalb für die Geometriebildung genutzt werden sollten und für welche Flächeneigenschaften es ausreichend ist, nur als „repräsentativer“ Wert berücksichtigt zu werden.

Für Wasserhaushaltsmodellierungen im Tiefland hat sich eine Elementarflächengliederung als günstig erwiesen, bei der Flächennutzung und Bodenkarte für die Geometriebildung genutzt werden und deshalb flächenscharf verschnitten werden.

Sind Abflussberechnungen durchzuführen, ist eine räumliche Zuordnung der Elementarflächen zu Teileinzugsgebieten und/oder zu Kaskadensegmente (je nach Detailliertheit der ortsabhängigen Diskretisierung) erforderlich, die über eine zusätzliche Verschneidung mit deren Geometrien erfolgt.

Für den Grundwasserflurabstand und das Gefälle können für die so entstandenen Flächen „repräsentative“ Mittelwerte ermittelt werden, indem der Grundwasserflurabstand und das DGM innerhalb jeder Elementarfläche ausgewertet werden, ohne dass eine weitere Verschneidung stattfindet. Die hier entstehenden Elementarflächen sind also Flächen mit homogenen Nutzungs- und Bodenverhältnissen, denen jeweils ein repräsentativer Wert für den Grundwasserflurabstand und das Gefälle zugeordnet wurde.

Es können aber auch z.B. im DGM Gefälleklassen zu neuen Geometrien zusammengefasst werden und diese für eine flächenscharfe Verschneidung genutzt werden.

Abbildung 4.5‑1: Übersichtsschema zur EFL-Erzeugung

In Regionen, in denen das Abflussverhalten weitgehend durch das Relief geprägt wird, ist es u.U. günstiger, eine „harte Verschneidung“ des Covers mit einem vorhandenen digitalen Höhenmodell durchzuführen. Unterschiede in der Landnutzung dagegen könnten zu einer geringeren räumliche Differenzierung führen und sollten so ggf. als Mittelwert den Elementarflächen des aus der harten Verschneidung mit den Reliefdaten resultierenden Covers zugeordnet werden.

Die Art und Weise der Erzeugung des Elementarflächen-Covers kann also weitestgehend vom Anwender gesteuert werden, lediglich die im Ergebnis entstehende Struktur der dem Cover zugeordneten Attributtabelle muss der in Tabelle 4.5‑1 aufgeführten entsprechen.

Dabei gibt es eine Reihe grundsätzlich notwendiger Eigenschaften, die in der nachfolgenden Tabelle als obligatorisch bezeichnet werden.

Die Nutzbarkeit von Gefälleinformationen wird in Kap. 4.5.4 beschrieben. Werden keine Gefälleinformationen bereitgestellt, so wird für sämtliche Flächen ein Gefälle von 0 % angenommen. Analoges gilt für Höhenwerte. Fehlen Angaben zu den Grundwasserflurabständen, so wird davon ausgegangen, dass sämtliche Flächen grundwasserfern sind. Bei „Halden“ handelt es sich um Sonderstandorte, die nur selten in Datensätzen zur Landnutzung gesondert ausgewiesen werden.

Tabelle 4.5‑1: Struktur der Tabelle EFL.DB

Attribut	Inhalt	Bemerkung
EFL-ID	ARC/INFO-interne Schlüsselnummer	obligatorisch
AREA	Fläche der EFL	obligatorisch
TG-ID	Kennung des zugeordneten Teileinzugsgebietes	obligatorisch
KASEG-ID	Kennung des zugeordneten Kaskadensegments	fakultativ
RAS-ID	Kennung der zugeordneten Rasterzelle	Fakultativ
HYD-ID	Kennung des zugeordneten Hydrotops	Fakultativ
BODEN-ID	Zeiger auf Bodenformentabelle BODEN (Abbildung 4.5‑11)	obligatorisch
GEO-ID	Zeiger auf Geologie-Tabelle	Fakultativ
LNTZ-ID	Zeiger auf Landnutzungstabelle LNTZ (Tabelle 4.5‑2)	obligatorisch
GEF	Gefälle [%]	Fakultativ
Aspekt	Ausrichtung der Fläche [in 0 bis 360 °]	Fakultativ
FLURAB-ID	Zeiger auf die Grundwasserflurabstandsklassen (Tabelle 4.5‑5)	Fakultativ
GWH	Mittlerer Grundwasserstand	Fakultativ
HALDEN-ID	Zeiger auf Sonderstrukturen (Tabelle 4.5‑6)	Fakultativ
MELIO-ID	Meliorationstyp	Fakultativ
F-NR	Zeiger auf kanalisierte Teilgebiete (noch nicht implementiert)	Fakultativ
X_COORD	X-Koordinate des Flächenschwerpunktes	obligatorisch
Y_COORD	Y-Koordinate des Flächenschwerpunktes	obligatorisch
HOEHE	mittlere Höhe	Fakultativ
VersGrad	Versiegelungsgrad [0 … 1]	Fakultativ
KanArt	Art der Kanalisation [1 – Misch, 2 – Trenn, default – nicht]	Fakultativ
AnGrad	Kanalisationsgrad [0 … 1]	Fakultativ
X,Y planimetrische Koordinaten (z.B. Gauß-Krüger) in [m] HOEHE Höhe ü NN in [m]

Als Schnittstelle zwischen Modell und den elementarflächenbezogenen GIS-Daten steht die Beschreibungsdatei DESCRIBEEFL.SDF (s. Abbildung 4.5‑2) zur Verfügung. In dieser Steuerdatei ist die projektbezogene Tabellenstruktur (Bezeichnungen der Dateien, Attribute etc.) gespeichert, die sich weitestgehend selbst erläutert, so dass hier darauf verzichtet werden kann.

##### Attribut-Tabelle ################################################# 
EFL_PAT DBASE          efl.dbf 
EFL_IDENTIFIKATION     EFL-ID 
EFL_FLAECHE            AREA 
TG_ZUORDNUNG           TG-ID 
*KASEG_ZUORDNUNG       KASEG-ID 
*RASTER_ZUORDNUNG      RAS-ID 
*HYDROTOP_ZUORDNUNG    HYD-ID 
BODEN                  BODEN-ID 
GEOLOGIE               GEO-ID 
NUTZUNG                LNTZ-ID 
GEFAELLE               GEF 
EXPOSITION             ASPECT 
GRUNDWASSERFLURABSTAND FLURAB-ID 
*mittlGRUNDWASSERHOEHE GWH 
MELIORATION            MELIO-ID /* [0=nein, größer 0 Zeiger auf Tabelle]*/ 
*HALDEN                HALDEN-ID 
*ENTWAESSERUNGS_TG     F_NR 
X_WERT_EFL             X_COORD 
Y_WERT_EFL             Y_COORD 
MITTLERE_HOEHE         HOEHE 
*Kanalisationsart      KanArt       /* 1 : Mischkanalisation */ 
                                    /* 2 : Trennkanalisation */ 
                                    /* 3 bis 8 (bisher nicht belegt) */ 
                                    /* 9 : nicht belegt, da lokal unbekannt */ 
                                    /* -9999, Kanalisationsart nicht vorhanden */ 
*AnSchlussGRAD         AnGrad       /* 0 - 1 für 0-100%, wenn bekannt */ 
*Efl_Versiegelungsgrad VersGrad     /* 0-1 für 0-100%*/ 
*Efl_Muldenspeicher    MuldKap      /* in [mm],-9999 à default = f(Gefaelle) 
###########################################################################

Abbildung 4.5‑2: Steuerdatei EFL.SDF – Abschnitt EFL.DB

Direkte Zuordnung von Versiegelungsgraden zu den Elementarflächen

Versiegelungsgrade wurden bisher in ArcEGMO als Kennwert/Parameter der Landnutzung behandelt und über den Landnutzungstyp den Elementarflächen zugeordnet. Diese Verfahrensweise hat sich insbesondere bei mittelmaßstäbigen und großräumigen Untersuchungen bewährt, bei denen meist landes- oder bundesweit verfügbare Datenbestände wie CORINE, ATKIS oder insbesondere in den neuen Bundesländern auch CIR-Biotoptypen verwendet werden.

Sofern allerdings detaillierte Angaben zur Versiegelung vorliegen, mussten diese bisher klassifiziert und den Landnutzungen zugeordnet werden.

Um diese aufwändige Verfahrensweise zu umgehen, wurde jetzt eine Möglichkeit in ArcEGMO integriert, mit der Versiegelungsgrade direkt als Elementarflächeneigenschaft eingelesen werden können. Dazu ist dem ElementarflächenCover eine Attributspalte <Versiegelungsgrad> zuzuordnen, in der der Versiegelungsgrad als Wert zwischen 0 und 1 einzutragen ist. Dieser Versiegelungsgrad wird als „Sonderinformation“ aufgefasst. EFL, für die diese Informationen nicht vorliegen, sind mit dem Wert -9999. zu kennzeichnen. Diesen wird dann programmintern der Versiegelungsgrad der Flächennutzung zugeordnet.Ist dort kein Wert angegeben (Feldelement ist leer), wird dies als „Null“ interpretiert, d.h. diese Fläche wäre dann nicht versiegelt.

Aktiviert wird die Verarbeitung elementarflächenspezifischer Versiegelungsgrade über das Schlüsselwort Efl_Versiegelungsgrad (exakte Schreibweise beachten – case sensitiv!) und die nachfolgende Bezeichnung des Attributes, das den Versiegelungsgrad enthält.

Zu beachten ist, dass die Nutzung elementarflächenspezifischer Versiegelungsgrade nicht kombiniert werden kann mit der Vorgabe von Entwicklungen des Versiegelungsgrades über Zeitfunktionen.

Klassifizierung von Elementarflächen nach ihrer Höhenstufe

In Untersuchungsgebieten, die sich über viele Höhenstufen ziehen, muss je nach Aufgabenstellung die dieses Höhenspektrum mit in die Elementarflächenbasis und später dann auch in Hydrotopklassenzuordnung übernommen werden.

Zum Beispiel ist das Untersuchungsgebiet der Mulde (Projekt Hochwassermanagement Mulde – Teilprojekt Erstellung des Hochwasser-Vorhersagemodells) durch Geländehöhen von 70 m bis 1200 m charakterisiert. Damit eine bessere Abbildung der Schneeschmelze als wesentlicher HW-Bildungsprozess im für die Mulde zu erstellenden NA-Modell erfolgen kann, muss bei der Erstellung der Elementarflächenbasis zusätzlich die Höhendifferenzierung berücksichtigt werden.

Die untenstehende linke Abbildung zeigt als Beispiel für die Mulde die 379.664 Elementarflächen, die bei einer Verschneidung ohne Berücksichtigung der Höhen entstanden sind. Jeder Elementarfläche wurden der Mittelwert, das Minimum und das Maximum aller in ihr liegenden Gridzellen des digitalen Geländemodells zugewiesen. Die linke Abbildung zeigt über die Spannweite als Differenz zwischen dem höchsten und niedrigsten Höhenwert den Bereich, in der die Höhen innerhalb der Elementarflächen liegen. Danach ergeben sich Spannweiten von bis zu 382 m. Der Grund für diese großen Höhenunterschiede sind große Elementarflächen, die sich bei gleicher Landnutzung und gleichen Böden über mehrere Höhenstufen ziehen.

Im Zuge der Datenaufbereitung wurden verschiedene Möglichkeiten untersucht, über die Einbeziehung von Höhenstufen in die Flächengliederung die Höhendifferenzierung innerhalb der Modellierungseinheiten zu minimieren.

Dazu wurden u.a. die Elementarflächen mit einer aus dem DGM ermittelten Höhen-stufen-Klassifizierung (Schrittweite 50 m) verschnitten. Das Ergebnis dabei sind Elementarflächen, in denen die Spannweite der Höhenwerte 50m nicht übersteigt (s. rechte Abbildung). Die Anzahl der neu entstandenen Elementarflächen ist nun allerdings um 25 % auf 505.010 angestiegen.

ohne Höhenstufen

mit Höhenstufen

Abbildung 4.5‑3: Höhenverteilung innerhalb der Elementarflächen

4.5.2 Relate-Tabelle LNTZ.TAB

Die hydrologisch relevanten Eigenschaften unterschiedlicher Landnutzungen werden in der Tabelle LNTZ.TAB verwaltet, auf die über das Schlüsselattribut LNTZ_ID zugegriffen werden kann. Zur Berücksichtigung nutzungsbedingter Unterschiede in den Flächeneigenschaften werden den im Untersuchungsgebiet vorkommenden Flächennutzungen Kennwerte zugeordnet (s. Tabelle 4.5‑2).

Tabelle 4.5‑2: Struktur der Tabelle LNTZ.TAB – Nutzungskennwerte

LNTZ‑ID	LNTZ_K	VERS in [%]	WE in [m]	INTC in [mm]	BED in [%]	RAUH in [s/m^1/3]
1	Wasser	0	0	10000	0	0
3	Acker	0	0,4	3	40	0.02
…	…	…
mit VERS (_MIN, _MAX) minimaler und maximaler VersieglungsgradWE (_MIN, _MAX) minimale und maximale WurzeltiefeINTC (_MIN, _MAX) min. und max. Interzeptionsspeicherkapazität

BED (_MIN, _MAX) minimaler und maximaler Bedeckungsgrad
auf der nicht versiegelte Fläche

RAUH (_MIN, _MAX) minimale und maximale Rauhigkeit n nach Manning [1]

Dies kann erfolgen unter Angabe von Minimal- und Maximalwerten (hier nicht wiedergegeben), die jahreszeitliche Änderungen wie bei der Wurzeltiefe ausdrücken können oder im Sinne eines Toleranz- oder Fehlerbereichs zu interpretieren sind.

Für diese Zuordnung werden eigene Erfahrungswerte und Literaturangaben verwendet, z.B. für die Interzeptionsspeicherkapazität als Richtwerte für Brache 1.3 mm, Acker und Weide 3 mm, Wald und Gebüsch 5 mm nach Hills (1971).

Wasserflächen sind für die spätere Abflussbildungsmodellierung gesondert zu kennzeichnen. Dazu erhalten sie eine fiktive Interzeptionspeicherkapazität > 100 mm.

Über die SELECT-Angabe (s. Abbildung 4.5‑4 unter INFORMATIONSAUSWAHL) kann für die Modellierung festgelegt werden, ob das Minimum oder das Maximum oder aber der Mittelwert aus beiden für die Modellierung verwendet werden soll.

INFORMATIONSAUSWAHL
SELECT_TYPE_NUTZUNG 1    /* 0 Minimum,
                         /* 1 Mittelwert,
                         /* 2 Maximum der Attribute
SELECT_TYPE_NUTZUNG 1    /* 0 Minimum, 1 Mittelwerte, 2 Maximum der Attribute*/
+++++++ Relate-Tabellen +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
NUTZUNG_TABELLE ASCII       lntz.tab
NUTZUNGS_IDENTIFIKATION     LNTZ-ID
NUTZUNGSNAME                BEZEICHNUNG
VERSIEGLUNGS_MIN            VERS_MIN
VERSIEGLUNGS_MAX            VERS_MAX
WURZELTIEFE_MIN             WE_MIN
WURZELTIEFE_MAX             WE_MAX
INTERZEPZIONSSPEICHER_MIN   INTC_MIN
INTERZEPZIONSSPEICHER_MAX   INTC_MAX
BEDECKUNGSGRAD_MIN          BED_MIN
BEDECKUNGSGRAD_MAX          BED_MAX
RAUHIGKEITS_MIN_MANNING     RAUH_MIN
RAUHIGKEITS_MAX_MANNING     RAUH_MAX

Abbildung 4.5‑4: Steuerdatei EFL.SDF – Abschnitt Landnutzung

4.5.3 Relate-Tabellen für die BODEN-Parametrisierung

Für die hydrologische Modellierung der Direktabflussbildung, der Infiltration und des Bodenwasserhaushaltes werden die folgenden Bodeninformationen in ihrer räumlichen Verteilung benötigt:

k_f-Werte der Bodenschichten innerhalb der wechselfeuchten Bodenzone,
Bodenkapillarwasserspeicherkapazität.

Die Bodenkapillarwasserspeicherkapazität wird ermittelt aus der nutzbaren Feldkapazität, bezogen auf die Mächtigkeit aller Bodenschichten innerhalb der wechselfeuchten Bodenzone. Die Mächtigkeit der wechselfeuchten Bodenzone wird als das Minimum aus effektiver Wurzeltiefe, Grundwasserflurabstand und Bodenmächtigkeit an sich geschätzt. Letztere Bedingung wird wirksam, wenn oberflächennah Fels ansteht bzw. bei geringmächtigen Lockergesteinsschichten.

INFORMATIONSAUSWAHL
SELECT_TYPE_BODENART      -2  /* 0 Minimum, 1 Mittelwerte, 2 Maximum der Attribute*/
                              /* (MIN-MAX-Format) */
                              /* 3 Auswertung der Lagerungsdichte (KA3-Format) */
                              /* 4 Auswertung der Lagerungsdichte (KA4-Format) */
                              /* -1 direkte Kennwertzuordnung (Direkt-Format) */
                              /* -2 gemessene Bodenparameter für jedes Profil */
###################################################################################
###### Relate-Tabellen #########################################################
BODEN_TABELLE                   ASCII lntz.tab
BODENFORM_IDENTIFIKATION        PROFIL
*BODENTYP                       Bodentyp
HORIZONTNUMMER                  HorizontNr
BODENART                        BoArt
SCHICHTMAECHTIGKEIT             DICKE // [mm]
WURZELINTENSITAET               Wurzel // Durchwurzelungsintensitaet nach KA4
SKELETTANTEIL                   Skelett // [Vol.%]
LAGERUNGSDICHTE                 dB // [g/cm3]
WELPEPUNKT                      PWP // [Vol.%]
FELDKAPAZITAET                  FK // [Vol.%]
PORENVOLUMEN                    GPV // [Vol.%]
HYD_LEITFAEHIGKEIT              Ksat // [mm/h]
KOITZSCH_LAMBDA                 LAMBDA // Leitfaehigkeitsparameter nach Koitzsch
PH_WERT                         pH     // [auf H2O-Basis]
KOHLENSTOFF                     Corg // [%]
STICKSTOFF                      Norg // [%]
TON                             Ton  // [Masse%]
SCHLUFF                         Schluff // [Masse%]
SAND                            Sand // [Masse%]
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
BOART_TABELLE                  ASCII boart.ka4
BODENART_IDENTIFIKATION        BOART-ID
BODENART                       ADV_K
NUTZBARE_FELDKAPAZITAET        nFK
LUFTKAPAZITAET                 lk
HYD_LEITFAEHIGKEIT             Kf
Humuskorrekturklasse           Humuskorrekturklasse
KAPILLARE_AUFSTIEGSRATE        KrWe_
KAPILLARE_AUFSTIEGSHOEHE       KRH

Abbildung 4.5‑5: Steuerdatei EFL.SDF – Abschnitt Boden

Zur Berücksichtigung der Bodeneigenschaften werden im Zuge der Modellparametrisierung 2 Tabellen aufgebaut – eine Bodenformentabelle, die u.a. den Schichtaufbau des Bodens beschreibt und Verweise auf die Substrattabelle enthält. Diese zweite Tabelle die für die hydrologische Modellierung relevanten bodenphysikalischen Kennwerte.

Beide Tabellen sind Bestandteil des GIS-Datenmodells des Systems ArcEGMO. Die Bodendaten werden vorzugsweise im

1, Messwertformat, mit einer Zuordnung von Parametern zu jedem Horizont,

erwartet. Weiterhin unterstützt werden die folgenden Formate [2]für die Substrattabellen:

2. KA4-Format, KA5-Format

3. KA3-Format,

4. MIN-MAX-Format,

5. Formate für die direkte Kennwertzuordnung.

Bis auf das Format für die direkte Kennwertzuordnung werden für obige Formate Beispieltabellen zur Verfügung gestellt. Diese zeigen die prinzipielle Struktur dieser Tabellen, können aber bedarfsweise modifiziert, ergänzt oder reduziert werden, so dass eine variable Anpassung auf die konkreten Erfordernisse gegeben ist.

Das Messwertformat beruht auf der Parametrisierung jeden Bodenhorizontes und orientiert sich an den Bodeninformationen der meisten Länder. In der Bodentabelle sind die Horizonte untereinander angeordnet (s. Abbildung 4.5‑6), so dass jetzt für jeden Horizont eine eigene Tabellenzeile zur Verfügung steht, in der die in Tabelle 4.5‑3 aufgeführten Informationen bereitstehen.

PROFIL Herkunft  Bodentyp HorNr Horizont        BoArt Dicke Tiefe Skelett
3001   'BUEK300' 'pBB-RQ' 1     'L+Of:'         M     50    500   0
3001   'BUEK300' 'pBB-RQ' 2     'Oh:'           M     30     80   0
3001   'BUEK300' 'pBB-RQ' 3     'Aeh:a-s'       Ss   100    180   0
3001   'BUEK300' 'pBB-RQ' 4     'Ahe:a-s'       Ss    50    230   0
3001   'BUEK300' 'pBB-RQ' 5     'Bsv-ilCv:a-s'  Ss   200    430   0
3001   'BUEK300' 'pBB-RQ' 6     'Bv-ilCv:a-s'   Ss   150    580   0
3001   'BUEK300' 'pBB-RQ' 7     'ilCv:a-s'      Ss  1500   2080   0
3002   'BUEK300' 'BB-PP:' 1     'L+Of:'         M     50     50   0
3002   'BUEK300' 'BB-PP:' 2     'Oh:'           M     30     80   0
3002   'BUEK300' 'BB-PP:' 3     'Aeh:a-s'       Ss   100    180   0.01
…

Abbildung 4.5‑6: Auszug aus der Bodentabelle im Messwertformat

Tabelle 4.5‑3: Bodenparameter für jeden Bodenhorizont jeder Bodenform, Dimensionsangabe für das Messwertformat (+ Angabe erforderlich, – optional)

Parameter/Bezeichnung	Dimension	Bemerkung
Profil-Nummer	–	Schlüsselattribut zur Verknüpfung mit der Hydrotopkarte
Horizontnummer	–	+ muss mit 1 beginnen und fortlaufend nummeriert sein
Horizontmächtigkeit	mm	+
Bodenart	–	+ Kurzbezeichnung nach KA4
Skelettanteil	Vol.%	–
Humusanteil	Masse%	–
Tongehalt	Masse%	–
Schluffgehalt	Masse%	–
Sandgehalt	Masse%	–
Durchwurzelungsintensität	–	– Klasse 0 bis 6 nach KA5
Lagerungsdichte	g/cm²	nur PSCN
Welkepunkt	Vol.%	+ alternativ: nutzbare Feldkapazität
Feldkapazität	Vol.%	+
Gesamtporenvolumen	Vol.%	+ alternativ: Luftkapazität
Gesättigte Leitfähigkeit	mm/h	+
pH-Wert	–	nur PSCN
Gesamtkohlenstoffgehalt C_t	%	nur PSCN
Gesamtstickstoffgehalt N_t	%	nur PSCN

Wenn Speicherkapazitäten und/oder K_f-Werte nicht bekannt sind, können diese Einträge über den Wert -9999. gekennzeichnet werden. Diese Informationen werden programmintern über die Bodenart und die Lagerungsdichte aus der KA4 zugeordnet und bei Angabe eines Skelettanteils und eines Humusgehaltes entsprechend korrigiert. Sofern die derzeit aktuelle KA5 genutzt werden soll, müssen deren Kennwerte manuell den eventuellen Fehlstellen zugewiesen werden. Eine automatische Zuordnung ist derzeit nicht vorgesehen.

Da programmintern die Mächtigkeit der wechselfeuchten Bodenzone aus dem Minimum von effektiver Wurzeltiefe, Grundwasserflurabstand und Bodenmächtigkeit an sich geschätzt wird, kann über die Angabe der Schichtmächtigkeit der letzten Bodenschicht erreicht werden, dass für tiefgründige Böden die über Wurzeltiefe bzw. Grundwasserflurabstand definierte Mächtigkeit maßgebend wird und wertmäßig mit Bodeninformationen belegt ist (s. ID=5 in Abbildung 4.5‑11, fiktive Mächtigkeit 10000). Für geringmächtige bzw. gesteinsunterlagerte Böden (s. ID=4 in Abbildung 4.5‑11) dagegen wird die wechselfeuchte Bodenzone über die Bodenmächtigkeit definiert.

Für Flächen in der Bodenkarte, die wie versiegelte Flächen reagieren (Fels) oder von denen bekannt ist, dass sie versiegelt sind (Autobahnen etc.) wird über die Angabe einer „0“ für die Anzahl der Bodenschichten erreicht, dass sie auch vom Modell als versiegelte Flächen erkannt und entsprechend modelliert werden.

Zu ergänzen ist diese Tabelle noch um bebaute Flächen und Wasserflächen, um unter Einbeziehung dieser i.d.R. nicht mit Bodeninformationen belegten Einheiten eine flächendeckende Modellierungsdatenbasis zu erhalten. Über die Angabe einer „-9999“ für die Anzahl der Bodenschichten wird erreicht, dass sie programmintern mit mittleren Bodeninformationen belegt werden und dadurch modellmäßig beschreibbar sind.

Die weiteren Formate sind älteren Ursprungs und wurden Mitte der 90er Jahre geschaffen, um die damals in den verschiedenen Bundesländern sehr heterogenen Datenstrukturen möglichst umfassend zu unterstützen.

Beim Einlesen der Bodendaten kann eine Humus- und/oder Skelettkorrektur vorgenommen werden. Für Bodendaten im Messwertformat wird angenommen, dass die Porositätskennwerte humus-, aber nicht skelett-korrigiert sind. Eine Skelettkorrektur kann auch programmintern und damit nachträglich vorgenommen werden. Eine Skelettkorrektur der Porositäten bewirkt verkleinerte Speicherräume, was zu größeren Abflüssen und verringerten Verdunstungen führt. Für eine nachträgliche Skelettkorrektur ist in der Bodentabelle eine Spalte <SKELETTKORREKTUR> vorzugeben, über die für jeden Boden bzw. jede Bodenschicht angegeben werden kann, ob eine Skelettkorrektur durchgeführt werden soll (0) oder nicht, weil die Werte schon korrigiert sind (1). Fehlt der Eintrag SKELETTKORREKTUR in der efl.sdf oder ist in der Bodentabelle keine Spalte <SKELETTKORREKTUR> angegeben, wird programmintern keine Korrektur durchgeführt, also (1) angenommen. Der Skelettanteil ist über das Attribut (anzugeben in [Vol.%]), vorzugeben. Fehlt dieser Eintrag SKELETTANTEIL in der efl.sdf oder wird das Attribut in der Bodentabelle nicht gefunden, so wird programmintern der Skelettanteil auf 0. gesetzt. Sollen (im Falle von geeichten Modellen) die bisherigen Parameter erhalten werden, muss das Einlesen der Spalte verhindert werden, indem das entsprechende Schlüsselwort auskommentiert wird oder diese Spalte mit 1 gefüllt wird.

Auch die Humuskorrektur kann flexibel angewendet werden. Für Porositätskennwerte, die in der Messwerttabelle angegeben sind, wird angenommen, dass diese aus Laboruntersuchungen stammen, d.h. schon eine Humuskorrektur enthalten ist. Die Humuskorrektur kann jedoch auch explizit herbeigeführt werden, wenn dies erforderlich ist. Über das Attribut <Humuskorrektur> in der Messwerttabelle kann für jeden Eintrag angegeben werden, ob eine Humuskorrektur schon durchgeführt wurde (1) oder nicht nicht (0). Der Default-Wert ist 1 und kommt zum Tragen, wenn entweder der Eintrag Humuskorrektur (Achtung – Schreibweise case sensitiv!) fehlt oder das Attribut selbst in der Messwertabelle nicht gefunden wird. Soll eine Humuskorrektur durchgeführt werden, ist eine Humusklasse anzugeben. Dies ist die nach KA4 geltende Klasseneinteilung der Humusanteile 1 bis 5 für h1 bis h5. Sind keine Angaben zur Humusklasse vorhanden, wird diese auf 0 gesetzt, d.h. keine Humuskorrektur durchgeführt.

SCHICHTTIEFE               Tiefe
Humuskorrektur             Humuskorrektur     /* 0 – Werte sind nicht korrigiert –> Korrektur durchfuehren */
/*                                             /* 1 – Werte sind korrigiert */
Humusklasse                  Humus
SKELETTKORREKTUR       skel_kor              /* 0 – Werte sind nicht korrigiert –> Korrektur durchfuehren */
/*                                                             /* 1 – Werte sind korrigiert */
SKELETTANTEIL            Skelett                 /* [Vol.%] */
MAKROPOROSITAET       Makroporositaet     /* [Vol.%] */
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Abbildung 4.5‑6a: Auszug aus der Efl.sdf

Das KA4-Format beruht auf der „Bodenkundlichen Kartieranleitung“ (Ag Bodenkunde 1995) und ermöglicht die direkte Nutzung der in dieser Anleitung vorgeschlagenen Werte für die Luftkapazität lk [in Vol.%], die nutzbare Feldkapazität nFK [in Vol.%] und die hydraulische Leitfähigkeit K_f[in cm/d]. Diese Werte sind nach der Lagerungsdichte LD differenziert, wobei die Lagerungsdichten 1 bis 2 zu 1/2 und 4 bis 5 zu 4/5 zusammengefasst wurden. Abbildung 4.5‑7 zeigt einen Auszug aus der Datei BOART.KA4, die beispielhaft die Werte der Kartieranleitung enthält. Fehlende Angaben für einige Bodenarten bzw. Substrattypen wurden interpolativ ergänzt und zur Unterscheidung von den Werten der KA4 mit einer „9“ hinter dem Dezimalpunkt ergänzt.

BOART-ID ADV_K   lk_LD1/2  lk_LD3  lk_LD4/5  nFK_LD1/2 nFK_LD3  nFK_LD4/5  Kf_LD1/2  Kf_LD3  Kf_LD4/5
1        Ss      22.5      19.5    16.9      12.0      10.5     8.9        349       229     126
2        Sl2     16.5      12.5       9        19      17.5     16         109       49      36
3        Sl3     12.5        11       7      21.5      18       15.5       47        33      15
...

Abbildung 4.5‑7: Auszug aus der Datei BOART.KA4

Weiterhin sind im KA4-Format, wie Abbildung 4.5‑8 zeigt, Angaben

1. zur mittleren kapillaren Aufstiegsrate (KRWe_t) in [mm/d] aus dem Grundwasser bis zur Untergrenze des effektiven Wurzelraumes bei einer mittleren Lagerungsdichte (LD 2 bis 3) in Abhängigkeit vom Abstand t in [dm] zwischen Grundwasseroberfläche und Untergrenze des effektiven Wurzelraumes und

2. zur kapillaren Aufstiegshöhe KRH [dm]

möglich. Die in den Beispielstabellen verwendeten Werte sind der KA4 entnommen (Tabelle 65, Seite 308 und Tabelle 67, Seite 310).

Die Angaben zur kapillaren Aufstiegsrate und -höhe werden nur von einigen Abflussbildungsmodulen genutzt, so dass deren Angabe wahlfrei ist.

BOART-ID KRWe_2 KRWe_3 KRWe_4 KRWe_5 KRWe_6 KRWe_7 KRWe_8 KRWe_9 … KRWe_20 KRH
1        7.5    5      1.5    0.5    0.2    0.05   0      0        0       6
2        12     10     8      6      4.5    2.5    1.5    0.7      0       18
3        12     10     8      6      5      3.5    2      1.5      0       22
...

Abbildung 4.5‑8: Auszug aus der Datei BOART.KA4 – Fortsetzung

Für die Verwendung des KA5-Formates ist es erforderlich, die Bodentabelle im Messwertformat komplett mit Werten zu belegen, indem u.U. nicht vorliegende Werte in der Bodenformentabelle im Vorfeld aus der KA5 übernommen werden (z.B. mittels ACCESS oder unter Excel).

Es wird also eine Tabelle erwartet, in der alle schicht- bzw. horizontbezogenen Kennwerte vorliegen. Eine Auffüllung durch ArcEGMO aus einer Bodenarttabelle, basierend auf der KA5 erfolgt nicht mehr.

Für die Kennwerte, die den Kapillaraufstieg charakterisieren, wird jetzt eine weitere Tabelle eingelesen, die die Aufstiegsraten für verschiedene Flurabstände und die Aufstiegshöhe für jede Bodenform beinhaltet. Auch diese Tabelle ist im Vorfeld zu erstellen, indem für jede Bodenform die Aufstiegshöhe, die dem Substrat der untersten Bodenschicht zugeordnet ist und die Aufstiegsraten als Minimum aller Bodenschichten zugewiesen wird.

Wenn in der efl.sdf die Bodentabelle auf das Messwertformat (SELECT_TYPE_BODENART -2) eingestellt und der Eintrag BOART_TABELLE auskommentiert ist, wird eine zweite Bodentabelle eingelesen, die pro Bodenform eine Zeile mit den kapillaren Aufstiegsraten und der Aufstiegshöhe beinhaltet.

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
BODEN_TABELLE2            ASCII Boden_KapAuf.ka5
BODENFORM_IDENTIFIKATION  Profil
KAPILLARE_AUFSTIEGSRATE   KrWe_
KAPILLARE_AUFSTIEGSHOEHE  KH_GFab
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

PROFIL KRWe_1 KRWe_2 KRWe_3 KRWe_4    …   KRH_alt      KH_GFab
51424  11.00  11.00  10.00  9.00      …   26.00         21.00
51425  11.00  11.00  9.00   6.00   …      26.00         18.00
51426  11.00  11.00  9.00   7.00   …      26.00         30.00
…

Das KA3-Format ist ähnlich dem KA4-Format aufgebaut und ermöglicht die Kennwertzuordnung in Abhängigkeit von der Lagerungsdichte der betrachteten Schicht. Allerdings werden andere Kennwerte und Einheiten unterstützt. Neben der hydraulischen Leitfähigkeit K_f[in mm/h] sind der Permanente Welkepunkt WP, die Feldkapazität FK und das Gesamtporenvolumen GVP [alle in mm/m] bereitzustellen. Programmintern werden dann daraus wieder die nutzbare Feldkapazität und die Luftkapazität ermittelt. Die mitgelieferte Datei BOART.KA3 ist für viele Anwendungsfälle direkt nutzbar, kann aber auch modifiziert bzw. ergänzt werden.

Das MIN-MAX-Format unterstützt ähnlich dem KA3-Format die Bereitstellung der hydraulischen Leitfähigkeit K_f[in mm/h], des Permanenten Welkepunktes WP, der Feldkapazität FK und des Gesamtporenvolumens GVP [alle in mm/m]. Allerdings erfolgt hier keine Differenzierung nach Lagerungsdichten. Dafür ist es möglich, über die Angabe eines Minimums und Maximums einen Toleranz- bzw. Fehlerbereich festzulegen. Bei den Modellrechnungen, in denen angegeben werden kann, ob mit dem Minimum, dem Maximum oder dem Mittelwert aus beiden gearbeitet werden soll, ist es dann möglich, die Auswirkungen fehlerhaft geschätzter Bodenkennwerte zu quantifizieren. Abbildung 4.5‑9 zeigt einen Auszug aus der Datei BOART.TAB, die beispielhaft mögliche Wertbelegungen innerhalb dieser Tabelle beinhaltet.

BOART-ID ADV_K WP_MIN WP_MAX FK_MIN FK_MAX GPV_MIN GPV_MAX KF_MIN KF_MAX
1        Ut4   150.00 170.00 360.00 370.00 440.00  460.00  10.00  10.00
2        Ut3   120.00 140.00 360.00 370.00 430.00  450.00  10.00  10.00
3        Ut2   100.00 120.00 350.00 370.00 430.00  450.00  10.00  10.00
...

Abbildung 4.5‑9: Auszug aus der Datei BOART.TAB – MIN-MAX-Format

Das Format für die direkte Kennwertzuordnung ist als variables Format für Anwendungsfälle vorgesehen, in denen die Ausgangsbodeninformationen schon mit Kennwerten belegt sind. Eine Rückführung dieser Kennwerte auf Substrattypen bzw. Bodenarten entsprechend den bisher vorgestellten Tabellenstrukturen wäre ein zusätzlicher und unnötiger Arbeitsschritt. Unter Nutzung dieses Formats können deshalb die gegebenen Kennwerte für die hydraulische Leitfähigkeit K_f[in mm/h] und die nutzbare Feldkapazität nFK [in mm/m] dem Programm direkt zur Verfügung gestellt werden. Abbildung 4.5‑10 zeigt beispielhaft einen Auszug aus der Datei BOART_DI.TAB.

BOART-ID nFK    KF
12       35.51  12.63
18       88.05  31.70
21       53.00  19.08
84      110.00  39.60
...

Abbildung 4.5‑10: Auszug aus der Datei BOART_DI.TAB

Die eigentliche Parametrisierung der gegebenen Bodendaten besteht in ihrer Rückführung auf eine dieser Bodenartentabellen, wobei die gewählte Tabellenstruktur bedarfsweise mit Werten, die den konkreten Gegebenheiten adäquat sind, anzupassen ist.

Diese Rückführung erfolgt über eine Bodenformentabelle.

In der Regel liegt als Eingangsinformation über die Bodenverhältnisse eine Karte mit der räumlichen Verteilung der Bodenformen als kleinster systematischer Einheit (zur Kennzeichnung des Bodenprofils) vor. Diesen Bodenformen sind dann jeweils die Anzahl der Bodenschichten (ANZSCH) und jeder Bodenschicht eine Mächtigkeit (DICKE in [mm]), eine Lagerungsdichte (LD [3]) und ein Verweis auf ein Substrat (BOART1) in einer der obigen Bodenartentabellen zuzuweisen. Sofern Substrat- oder Bodenartenkarten die Eingangsinformation bilden, können diese problemlos als „einschichtige Bodenformen“ in dieses Konzept eingepasst werden.

Abbildung 4.5‑11 zeigt beispielhaft die Struktur einer solchen Bodenformentabelle. Programmintern ist die maximale Anzahl Bodenschichten auf 10 begrenzt, was in den meisten Fällen ausreichen sollte.

ID BEZEICHNUNG               ANZSCH DICKE1 LD1 BOART1 DICKE2 LD2 BOART2
4 "Bergloess ueber Gestein"       1 500      2  4
5 "Loess LD2 ueber Salm"          2 500      2  4     10000   3   20
...
34 "Fels"                         0
36 "Wasser"                   -9999
37 "bebaut"                   -9999

Abbildung 4.5‑11: Struktur der Bodenformentabelle

Im GIS-Datenmodell von ArcEGMO sind die Bodeninformationen an die Elementarflächen gebunden. Als Nutzerschnittstelle dienen zwei Abschnitte in der Datei EFL.SDF, die in Abbildung 4.5‑12 dargestellt sind.

Zu beachten ist hier, dass die Tabellenstrukturen sich für die verschiedenen Tabellenformate unterscheiden.

Welches Tabellenformat für die Modellierung verwendet werden soll bzw. in welchem Format die Bodenartentabelle vorliegt, kann über die SELECT-Angabe (s. unter INFORMATIONSAUSWAHL) für die Modellierung festgelegt werden.

Bei Verwendung des MIN-MAX-Formats kann außerdem angegeben werden, ob das Minimum, das Maximum oder aber der Mittelwert aus den jeweiligen Bodenparametern in die Modellierung eingehen soll. Letztere Möglichkeit gestattet sehr leicht Abschätzungen der Modellsensitivität bzgl. der Bodenkennwerte.

Weiterhin kann hier über die Option SELECT_KF festgelegt werden, ob als repräsentativer K_f-Wert einer Elementarfläche der K_f-Wert der obersten und damit für die Infiltration maßgeblichen Schicht verwendet werden soll (SELECT_KF=0, default) oder das Minimum der K_f-Werte aller Bodenschichten als maßgeblich gelten soll (SELECT_KF=1).

INFORMATIONSAUSWAHL
SELECT_TYPE_BODENART 3 /* 0 Minimum, MIN-MAX-Format
                       /* 1 Mittelwerte, MIN-MAX-Format
                       /* 2 Maximum der Attribute MIN-MAX-Format
                       /* 3 Auswertung der Lagerungsdichte KA3-Format
                       /* 4 Auswertung der Lagerungsdichte KA4-Format
                       /* -1 direkte Kennwertzuordnung Direkt-Format
                       /* -2 Messwertformat
SELECT_KF            0 /* Festlegung, welcher Kf-Wert bei geschichteten Boeden*/
                       /* als der massgebliche gelten soll */
+++++++ Relate-Tabellen ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
BODEN_TABELLE              ASCII boden.tab
BODENFORM_IDENTIFIKATION   BODEN-ID
BODENFORM_NAME             BEZEICHNUNG
ANZAHL_BODENSCHICHTEN      ANZSCH
SCHICHTMAECHTIGKEIT        DICKE
LAGERUNGSDICHTE            LD /* nur fuer KA3 u. KA4*/
ZEIGER_AUF_BODENART        BOART-ID
SKELETTANTEIL              SKEL
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
BOART_TABELLE              ASCII boart.tab /* KA3-Tabelle und */
BODENART_IDENTIFIKATION    BOART-ID /* MIN-MAX-Format */
WELPEPUNKT                 WP
FELDKAPAZITAET             FK
PORENVOLUMEN               GPV
HYD_LEITFAEHIGKEIT         KF
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

alternativ

BOART_TABELLE             ASCII boart.KA4 /* KA4-Tabelle */
BODENART_IDENTIFIKATION   BOART-ID
LUFTKAPAZITAET            LK
NUTZBARE_FELDKAPAZITAET   nFK
HYD_LEITFAEHIGKEIT        KF
*KAPILLARE_AUFSTIEGSRATE  KR
*KAPILLARE_AUFSTIEGSHOEHE KH
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

oder

BOART_TABELLE             ASCII boart_di.tab /* Direkt-Format */
BODENART_IDENTIFIKATION   BOART-ID
NUTZBARE_FELDKAPAZITAET   nFK
HYD_LEITFAEHIGKEIT        KF
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Abbildung 4.5‑12: Steuerdatei EFL.SDF – Abschnitt Boden

4.5.4 Relate-Tabelle GEF.TAB

Die Tabelle der Gefälleklassen GEF.TAB (s. Tabelle 4.5‑4) dient einmal während der Erstellung der GIS-Datenbasis zur Ausgliederung der Gefälleklassen innerhalb des dem Elementarflächencover zugeordneten Grid-basierten Höhenmodells, zum anderen zur Festlegung der Kapazität des Muldenspeichers WMM. Die hier gewählte Differenzierung des Gefälles entspricht den Neigungsgruppen nach ATV-Richtlinie 128. Das Gefälle bzw. die Gefälleklasse geht außerdem in die Modellierung des Abflusskonzentrationsprozesses (kinematische Welle) ein.

Tabelle 4.5‑4: Struktur der Tabelle GEF.TAB – Gefälleklassen nach ATV 128 und hydrologisch relevante Kennwerte

GEF-ID	GRENZ_GEF	WMM
1	1	2,0
2	4	1,5
3	10	1,0
4	20	0,5
WMM Muldenspeicherkapazität in [mm], GRENZ_GEF max. Gefälle in [%] innerhalb der Gefälleklasse bzw. Grenzwert für die Zuordnung

+++++++ Relate-Tabellen ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
GEFAELLE_TABELLE           ASCII gef.tab
GEFAELLE_IDENTIFIKATION    GEF-ID
GRENZ_GEFAELLE             GRENZ_GEF
MULDENSPEICHER_KAPAZITAET  WMM
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Abbildung 4.5‑13: Steuerdatei EFL.SDF – Abschnitt Gefälle

4.5.5 Relate-Tabelle FLURAB.TAB

Die Tabelle der Grundwasserflurabstandsklassen FLURAB.TAB (s. Tabelle 4.5‑5) kann wie die Tabelle der Gefälleklassen einmal während der Erstellung der GIS-Datenbasis zur Ausgliederung der Grundwasserflurabstandsklassen innerhalb eines Grid-basierten Grundwasserflurabstandsmodells genutzt werden. Im Rahmen der Modellierung können die Informationen über die Grundwasserflurabstände zur Steuerung der Verdunstungsreduktion und der Sättigungsflächenbildung genutzt werden.

Tabelle 4.5‑5: Struktur der Tabelle FLURAB.TAB – Grundwasserflurabstände

FLURAB-ID	FLURAB_MAX	FLURAB_REP
1	0.0	0.0
2	2.0	0.4
…	…	…
FLURAB_MAX max. Flurabstand in [m] innerhalb der Klasse bzw. Grenzwert für die Zuordnung,FLURAB_REP repräsentativer Grundwasserflurabstand innerhalb der Klasse

+++++++ Relate-Tabellen ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
FLURABSTAND_TABELLE        ASCII flurab.tab
FLURAB_IDENTIFIKATION      FLURAB-ID
FLURAB_NAME                BEZEICHNUNG
FLURAB_MAXIMUM             FLURAB_MAX
FLURAB_REPRAESENTATIV      FLURAB_REP
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Abbildung 4.5‑14: Steuerdatei EFL.SDF – Abschnitt Grundwasserflurabstand

4.5.5.1 Vorgabe von Grundwasserständen pro Elementarfläche

Wenn bekannt, kann der Grundwasserstand auch für jede Elementarfläche vorgegeben werden, der dann z.B. als Startwert für detailliertere GW-Modelle verwendet werden kann.

Sofern in der EFL.sdf (siehe Abbildung 4.5‑2) ein Attribut <mittlGRUNDWASSERHOEHE> für das EFL-Cover gefunden wird, wird diese Grundwasserhöhe [m NHN] verwendet, um den Grundwasserflurabstand und die Zuordnung zu einer über die Flurabstandtabelle vorgegebenen Flurabstandsklasse vorzunehmen. Sofern außerdem die Flurabstandsklasse im Datenbestand vorgegeben ist, wird diese überschrieben.

Alternativ ist es auch möglich, ein Einlesen des Grundwasserstands für jede Elementarfläche über die Modul.ste anzusteuern.

GW_MODELL
EFL_TABELLE           DBASE efl.dbf
EFL_IDENTIFIKATION    ID
GRUNDWASSERSTAND      Gwh
*TESTDRUCK

Abbildung 4.5‑15: Modul.ste

4.5.6 Relate-Tabelle Halden.TAB

Unter Nutzung der folgenden Tabelle HALDEN.TAB (s. Tabelle 4.5‑6) ist es möglich, Sonderstrukturen wie Halden u.ä. zu berücksichtigen. Unter diesen Sonderstrukturen werden hier Flächen innerhalb des Untersuchungsgebietes verstanden, deren hydrologisch relevante Eigenschaften wie Boden, Gefälle oder Landnutzung sich ändern und deren Auswirkungen für verschiedene Zeitzustände zu untersuchen sind. Hierbei wurde von der Überlegung ausgegangen, dass es effektiver ist, flächenmäßig begrenzte Änderungen durch eine zusätzliche Attributierung dieser Flächen zu berücksichtigen, als die gesamte Datenbasis für verschiedene Zustände zu erstellen.

Die Wirkungsweise dieser Tabelle ist wie folgt. Sofern eine Datei HALDEN.TAB vorhanden ist, werden für Elementarflächen, deren Halden-ID eine Referenzierung einer Zeile in HALDEN.TAB gestattet, die Elementarflächenattribute BODEN-ID, LNUTZ-ID und GEF durch die hier gegebenen Attribute ersetzt. Eine Ersetzung erfolgt aber nur dann, wenn die in der Tabelle HALDEN.TAB angegebenen Attribute einen Verweis auf die entsprechenden Relate-Tabellen BODEN.TAB, LNTZ.TAB bzw. GEF.TAB gestatten. Ist z.B. der Wert -9999 angegeben, so wird das ursprüngliche Attribut beibehalten.

Mit dieser Verfahrensweise ist es möglich, z.B. die Auswirkungen von Haldensanierungen – Aufbringung einer Bodenabdeckung, Minderung der Böschungsneigung, Bepflanzung – auf die hydrologischen Verhältnisse abzuschätzen. Es können aber auch beliebige andere, örtlich begrenzte Änderungen wie die Zunahme der Versiegelungsgrade im Zuge einer Bebauung oder die Folgen einer geänderten Vegetationsbedeckung (z.B. Entwaldung) berücksichtigt werden.

Tabelle 4.5‑6: Struktur der Tabelle HALDEN.TAB

HALDEN-ID	BEZ	BODEN-ID	GEF	LNTZ-ID
1	H127	9	-9999	7
2	…	…	…	…

+++++++ Relate-Tabellen ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
*HALDEN_TABELLE         ASCII halden_i.tab
HALDEN_IDENTIFIKATION   HALDEN-ID
HALDEN_BEZEICHNUNG      BEZ
HALDEN_BODENFORM        BODEN-ID
HALDEN_NUTZUNG          LNTZ-ID
HALDEN_GEFAELLE         GEF
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Abbildung 4.5‑16: Steuerdatei EFL.SDF – Abschnitt Sonderstrukturen

4.5.7 Meliorierte Flächen

Für die Abbildung meliorierter Flächen bzw. der dort gebildeten Drainageabflüsse wurde die schon im EFL-Datenmodell enthaltene Kennzeichnung des Meliorationstyp aufgegriffen und als Zeiger auf eine jetzt neu ins Datenmodell integrierte Kennwerttabelle für Drainagen genutzt.

Wird nicht mit einem GW-Strömungsmodell gerechnet, so muss beim Erstellen des GIS_Modells darauf geachtet werden, dass der GW-Flurabstand bei meliorierten Flächen tiefer als die in der meli.tab angegebene Drainagetiefe liegt!

Im Gegensatz zum bisherigen Vorgehen, wird der Drainageabfluss nun separat gehandhabt und nicht mehr dem hypodermischen Abfluss zugeordnet.

4.5.8 Muldenspeicherkapazität

Dem ElementarflächenCover kann analog zum Versiegelungsgrad auch ein Attribut für den Muldenspeicher zugewiesen werden. Der Name des Attributs für den Muldenspeicher wird in der EFL.sdf über das Schlüsselwort Efl_Muldenspeicher dem Programm bekannt gegeben.

Über dieses Attribut kann jetzt je nach örtlichen Reliefgegebenheiten die Muldenspeicherkapazität in mm direkt vergeben werden. Flächen, für die der Muldenspeicher so wie bisher über die Flächennutzung und das Gefälle festgelegt werden soll, sind mit einem Eintrag von -9999. zu kennzeichnen. Analog und damit abwärtskompatibel wird vorgegangen, wenn keine elementarflächenbezogene Muldenspeicherkapazität angegeben wurde (kein Schlüsselwort gefunden oder kein Attribut gebunden).

4.5.9 Wasserflächenanteil

Ähnlich dem Versiegelungsgrad kann den Elementarflächen auch ein Wasserflächenanteil zuzuweisen, um auch diesen Flächentyp angemessen berücksichtigen zu können.

Dazu ist im ElementarflächenCover ein Attribut anzulegen, dass den Wasserflächenanteil (0 … 1) einer Fläche enthält. Ist kein Wert oder ein Fehlwert angegeben, wird der Wasserflächenanteil der betreffenden EFL programmintern auf 0 gesetzt. Lediglich Flächen, die gemäß ihrer Landnutzung Wasserflächen sind, erhalten eine 1 als Wasserrflächenanteil.

In efl.sf ist der Name des Attributes dem Programm bekannt zu geben.

Efl_Wasserflaechenanteil     aw_ant

4.5.10 FLAECHENSTATISTIK

Über das Steuerwort FLAECHENSTATISTIK in der efl.sdf kann eine Analyse der Flächenanteile für alle Klassen der Landnutzungs-, Boden, Grundwasserflurabstands- und Meliorationstabelle erfolgen. Ausgegeben werden für das Simulationsgebiet (Gesamtgebiet oder Teilgebiet, wenn eine Selektion vorgenommen wurde) in der Datei RelateStat.txt für jede Klasse die ID der Klasse, die Flächensumme aller Elementarflächeninhalte [m³] und der Anteil am Gesamtgebiet [0 … 1].

efl.sdf

################################################################################
INFORMATIONSAUSWAHL
…
FLAECHENSTATISTIK
################################################################################

4.5.11 Gruppierung der Landnutzung zu Nutzungstypen

Nutzungstypen können verwendet werden, um einfacher einer Gruppe von Landnutzungen (z.B. verschiedene Waldtypen) einen Modelltyp oder bestimmte Modellparametrisierungen zuweisen zu können.

Die Nutzungstypen sind als Spalte in der Landnutzungstabelle anzugeben. Folgende Typen werden unterschieden:

A	Acker, landwirtschaftliche Nutzfläche
F	Wald, forstliche Nutzung
G	Grünland, Wiesen, Weiden
S	Siedlungsflächen, teilweise oder komplett versiegelt, u.U. mit Angaben zur Kanalisation
W	Wasserflächen mit Anschluss an das Fließgewässersystem
B	Binnengewässer ohne Gewässeranschluss
D	devastierte Flächen wie Tagebaue, Kippen, Halden

Dem Programm wird über den zusätzlichen Eintrag NUTZUNGSTYP im Block NUTZUNG_TABELLE der Datei efl.sdf der Name der Spalte mit den Nutzungstypen mitgeteilt (i.d.R. TYP).

Ist kein Typ angegeben oder stimmt die Typfestlegung nicht mit einer der zugelassenen 7 Typen überein, bricht das Programm mit der Fehlermeldung „Hauptnutzungstyp ist nicht oder falsch definiert (A|F|G|S|W|B|D) !!!“ ab.

4.9.12 Erweiterung der Anschlussarten an die Kanalisation

Die bisher verwendeten Anschlussarten (1 für Misch- und 2 für Trennkanalisation) ordneten den Anteil des Niederschlagsüberschusses PP

$\boldsymbol{PP = PI - EP}$ (1)

der auf den versiegelten und angeschlossenen Anteil einer Fläche fällt, dem Kanalisationsabfluss wie folgt zu:

$\boldsymbol{RKan = PP \cdot aipm \cdot agrad}$

(2)

mit aimp als Versiegelungsgrad [/] und agrad als Anschlussgrad [/].

Der Niederschlagsüberschuss auf den versiegelten, aber nicht angeschlossenen Flächenanteil

$\boldsymbol{RKan = PP \cdot aipm \cdot 1 - agrad}$

(3)

bildet gemeinsam mit dem auf natürlichen Flächen durch Infiltrationsüberschuss oder auf gesättigten Flächenanteilen gebildeten Landoberflächenabfluss RO_nat den Landoberflächenabfluss

$\boldsymbol{RO = ROnat + RnKan}$ (4)

Dieser Landoberflächenfluss RO versickert zum Teil auf dem Weg zum Vorfluter und nur ein Teil des ursprünglich gebildeten Landoberflächenabflusses wird im Vorfluter effektiv abflusswirksam.

$\boldsymbol{ROeff \leq RO}$ (5)

Die bisherige Vorgehensweise bildete ab, dass ein Teil des Niederschlages auf versiegelten, aber nicht angeschlossene Flächen innerhalb des Teileinzugsgebietes diffus versickerte, ohne dass ein genauer Ortsbezug hergestellt wurde.

Soll eine dezentrale Versickerung innerhalb der Elementarfläche, in der sich die versiegelte Fläche befindet, abgebildet werden, so ist dieser Fläche die Anschlussart 5 zuzuweisen, sofern die Restfläche (1-agrad) * aimp an keine Kanalisation angeschlossen ist. Damit wird der Abfluss auf dieser Restfläche dem Landoberflächenabfluss RO der Elementarfläche zugewiesen und kann mit diesem auf dem Weg zum Vorfluter wiederum zum Teil diffus, d.h. innerhalb des Teileinzugsgebietes versickern.

Wird der Regenabfluss der Restfläche von der Kanalisation gefasst, so ist die Anschlussart auf 51 bzw. 52 (Misch- bzw. Trennkanalisation) zu setzen.

noch nicht realisiert

Sollen dezentrale Versickerungsanlagen (Mulden, Rigolen o.ä.) abgebildet werden, ist diesen Flächen die Anschlussart 4 zuzuordnen.

Flächen, deren Regenentwässerung an Versickerungsanlagen angeschlossen ist, beschicken diese mit dem Zufluss RO_Anl wie folgt:

$\boldsymbol{ROAnl = PP \cdot aimp \cdot agrad}$ (6)

Die Anschlussart dieser Flächen wird nochmals differenziert in Abhängigkeit von der Entwässerung der Restfläche (1-agrad) * aimp.

Ist dieser restliche Flächenanteil nicht angeschlossen, entwässert also diffus, so entspricht dies der Anschlussart 5.

Wird der Regenabfluss der Restfläche von der Kanalisation gefasst, so ist die Anschlussart auf 51 bzw. 52 (Misch- bzw. Trennkanalisation) zu setzen.

Programmintern wird der Zufluss RO_Anl zur Versickerungsanlage zwar berechnet und steht für die betreffenden Flächen auch als Ausgabegröße zur Verfügung, wird aber nicht in die zugeordnete Versickerungsfläche eingeleitet.

Die Beschickung der Versickerungsanlage erfolgt, indem der Niederschlagsüberschuss PP auf die Gesamtfläche A_ges bezogen wird, die sich aus der Fläche der Versickerungsanlage A_Anl selbst und der Summe der angeschlossenen Flächen A_S ergibt. Der Flächenfaktor Fak_A, mit dem PP zu multiplizieren ist, ergibt sich zu:

$\boldsymbol{FakA = (AAnl + AS) / AAnl = 1. + AS/AAnl}$ (7)

Dieser Faktor ist im pro-processing zu ermitteln und in der GIS-Datenbasis im Anschlussgrad der Versickerungsanlage bzw. der EFL, die diese Versickerungsanlage repräsentiert abzulegen. Versickerungsanlagen sind also einmal durch die Anschlussart 4 und zusätzlich durch einen Anschlussgrad > 1 gekennzeichnet.

4.5.12 Kapillaraufstieg

Über das Rahmenprogramm wird der Kapillaraufstieg gemäß KA4 für geschichtete Böden wie folgt angesetzt und den Abflussbildungsroutinen zur Verfügung gestellt:

Es wird die geringste Aufstiegsrate aller Horizonte eines Bodens als die maßgebliche angesetzt.
Hinsichtlich der Aufstiegshöhe wird die der untersten Bodenschicht verwendet.

[1]DYCK, S. u. G. Peschke (1995): Grundlagen der Hydrologie. 3. Auflage. Verlag für Bauwesen, Berlin, S. 358.

[2]Die Bezeichnungen dieser Formate sind frei gewählt, entsprechen keinerlei Richtlinien und gelten nur innerhalb dieser Dokumentation.

[3] nur für die Formate KA3 und KA4 notwendig