5.3.1 Pegeldaten
Die Verwaltung hydrologischer Eingangszeitreihen und ihre Zuordnung auf die zu modellierenden Raumelemente erfolgt in der Programmkomponente HYD_DATA.
Sie bietet derzeit folgende Funktionalitäten:
- Verwaltung gemessener Wasserstände und Abflüsse und
- räumliche Verknüpfung dieser Zeitreihen mit Gewässerabschnitten.
Die Verwaltung der Daten erfolgt analog zu den meteorologischen Eingangsgrößen in Tabellen. Im Gegensatz zu den meteorologischen Daten, die notwendig für die Modellierung sind, ist die Einbeziehung obiger, hydrologischer Größen nur dann erforderlich, wenn während der Modellrechnung, z.B. für eine Eichung, ein Vergleich mit gemessenen Abflusswerten erfolgen soll.
Über die Steuerdatei HYD_DATA.STE (s. Abbildung 5.3-1) werden dem Programm die Namen der Dateien mitgeteilt, die die Strukturdefinitionen der Datendateien beinhalten. Unterschieden wird zwischen
- einer Stammdatentabelle (Strukturdefinition über HYD_STAT_DESCRIBE) und
- einer Datentabelle (STRUKTURDEFINITION über HYD_DAT_DESCRIBE).
Über den Eintrag FEHLWERTBELEGUNG kann angegeben werden, wie Fehlwerte in den Zeitreihen definiert worden sind. Default-Wert ist der Wert –9999.
###### Hydrologie ###########################################################
HYD_STAT_DESCRIBE hyd_stat
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HYD_DAT_DESCRIBE hyd_data
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FEHLWERTBELEGUNG FEHLWERT /* Kennzeichnung nichtgemessener Daten */
/* z.B. Geraeteausfall */
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Abbildung 5.3-1: Steuerdatei HYD_DATA.STE
Abbildung 5.3-2 zeigt die Datei HYD_STAT.SDF zur Definition der Stammdatentabelle, die über das Schlüsselwort HYD_STAT eingeleitet wird. Hier wird die Struktur der DBASE-Tabelle PEGEL.DBF beschrieben, die als Attribute eine verbale Bezeichnung für die Lage des Pegels, eine Datendateibezeichnung, den Datentyp, die zeitliche Auflösung und die Lagekoordinaten definiert.
Die Zuordnung der hydrologischen Daten kann über die Angabe
- der Gewässerstrecke <FGW-ID>,
- des Teileinzugsgebietes <TG-ID> oder
- der Lagekoordinaten der Station erfolgen.
Sind mehrere dieser Attribute angegeben, werden bevorzugt die IDs verwendet, wobei die Wahl zwischen den IDs wiederum durch die gewählte Raumauflösung bei der Abflusskonzentrationsmodellierung bestimmt wird.
Ist keine ID vorgegeben, wird unter Nutzung der Lagekoordinaten der jeweils nächste Gewässerabschnitt (aus den Knotenkoordinaten) bzw. das nächste Teileinzugsgebiet (nach den Koordinaten des Flächenschwerpunktes) für die Zuordnung verwendet.
Diese Zuordnung ist in beiden Fällen mit Unsicherheiten behaftet. So muss die Selektion des zugeordneten Gewässerabschnittes über den oberen Knoten erfolgen, weil nur so überhaupt eine Eindeutigkeit gesichert ist (bei den in ArcEGMO zugelassenen Baumstrukturen des Gewässernetzes können mehrere Gewässer denselben unteren Knoten besitzen).
Pegelabflüsse werden programmintern u.a. zur Schätzung bestimmter Anfangszustände (insbesondere der Grundwasserspeicher) verwendet. Für diese Schätzung ist die Kenntnis der Einzugsgebietsflächen der Pegel erforderlich. Diese Einzugsgebietsflächen werden normalerweise innerhalb des Programms gleich den kumulativen Einzugsgebietsflächen der zugeordneten Gewässerabschnitte bzw. Teileinzugsgebiete gesetzt. Wenn allerdings die Lage der Pegel nicht bei der Gebietsgliederung berücksichtigt wurde, ergeben sich bei dieser Verfahrensweise größere Differenzen zu den wirklichen Pegeleinzugsgebieten. In solchen Fälle können die EINZUGSGEBIETSFLAECHEn der Pegel auch direkt vorgegeben werden (Einheit [m2]).
Über den DATENFAKTOR können Korrekturen/Umrechnungen der Zeitreihen vorgenommen werden. Alle Pegelabflüsse werden mit dem Datenfaktor multipliziert. Ist er nicht angegeben, wird er auf 1. gesetzt. Über die Angabe von -1 kann eine Entnahme der Abflusszeitreihe vorgenommen werden, wenn die ID’s der zugeordneten Gewässerabschnitte ein negatives Vorzeichen erhalten (siehe Kapitel 5.4.1).
HYD_STAT DBASE pegel.dbf /* Tabelle der Pegel */
VERBALE_ORTSBEZEICHNUNG NAME /* Pegelname oder Lagebezeichnung */
GEWASSERSTRECKE FGW_ID
TEILEINZUGSGEBIET TG_ID
DATEI_BEZEICHNUNG DATEI
DATEN_TYP TYP
DATENZEITINTERVALL DTD
X_WERT X_COORD
Y_WERT Y_COORD
EINZUGSGEBIETSFLAECHE AREA [qm]
DATENFAKTOR FAKTOR /* Datenfaktor für Korrektur/Umrechnung */
Abbildung 5.3-2: Datei HYD_STAT.SDF – Definition der Stammdatentabelle
Abbildung 5.3-3 beinhaltet die Stammdatentabelle. Diese befindet sich, sofern es sich um eine ASCII-Tabelle handelt, im Verzeichnis GISDESCRIBE. Hier ist zu sehen, dass die Reihenfolge der Spalten nicht mit der Definitionsreihenfolge in der Steuerdatei übereinstimmen muss.
FGW-ID DATEI TYP DTD NAME X-COORD Y-COORD
40 test wqt 24 'Pegelname' 4472131.000 5709110.000
Abbildung 5.3-3: Beispiel für eine Stammdatentabelle
Die Datei HYD_DATA.SDF beinhaltet die Strukturdefinition für die eigentlichen Datentabellen (s. Abbildung 5.3-4) und wird über das Schlüsselwort HYD_DATEN eingeleitet. Die Datentabellen sind i.d.R. ASCII-Tabellen. Der Dateiname setzt sich aus der DATEI_BEZEICHNUNG und dem DATEN_TYP zusammen. Als Datentyp ist ‘wt’, ‘qt’ oder ‘wqt’ möglich, je nachdem, ob Wasserstände, Abflüsse oder beides in der zugeordneten Datentabelle verwaltet werden. Bezüglich der zeitlichen Auflösung gilt, wiederum analog zu den meteorologischen Daten, dass diese für alle Daten gleich sein muss.
Neben den Datenarten werden wiederum die Attributbezeichnungen für die zeitliche Zuordnung festgelegt. Standardmäßig werden die Datentabellen im Zeitreihen-Verzeichnis gespeichert, und zwar alle Daten einer Station in einer Datendatei.
Es ist aber auch möglich, die Zeitreihendaten in einem projektunabhängigen Verzeichnis zu verwalten, beispielsweise um Redundanzen zu vermeiden. In diesem Fall wird neben dem Datenformat (ASCII- oder DBASE) auch der Pfad zu diesen Datendateien angegeben. Zu beachten ist hierbei, dass der komplette Pfad angegeben wird und dass die Pfadangabe mit einem Slash abgeschlossen wird.
HYD_DATEN ASCII H:\Alle_Zeitreihen
Termin termin /* durch "." getrennte Datumszeichenkette */
JAHR y
MONAT m
TAG d
STUNDE h
MINUTE min
GEMESSENER_PEGELABFLUSS QT [m**3/s]
GEMESSENER_WASSERSTAND WT [cm]
Abbildung 5.3-4: Datei HYD_DATA.SDF – Definition der Datentabellen
Abbildung 5.3-5 zeigt einen Auszug aus der Pegeldatentabelle TEST.WQT, die entsprechend des Datentyps ‘wqt’ Abflusswerte und Wasserstände beinhaltet.
d m y QT WT
01 11 1978 0.20 0.5
02 11 1978 0.25 0.51
03 11 1978 0.30 0.52
04 11 1978 0.25 0.51
Abbildung 5.3-5: Beispiel für eine Pegeldatentabelle
5.3.2 Externe Zuflüsse zum Gewässer
Am Gebietsrand sind Fremdzuflüsse zu verwenden. Sie berücksichtigen die außerhalb des Modellgebiets gelegene Flächengröße des Einzugsgebiets. Dazu muss die Externe Einzugsgebebietsgröße an den jeweiligen Rand-FGW-Abschnitten, die von dem Fremdzufluss gespeist werden, über das Steuerwort „FGW_extZuflussgebiet“ in der fgw.sdf und einer neuen Spalte mit der Flächengröße am fgw.dbf angegeben werden.
Zuordnung der Einzugsgebietsflächen zum Gewässernetz
Sofern für die Modellebene Q_Mod auf der Basis von Gewässerabschnitten gearbeitet wird, wird vom Programm eine Datei fgw_area.xlx im <Ergebnisverzeichnis>para ausgegeben. Diese beinhaltet für jeden Gewässerabschnitt die folgenden Größen:
Tabelle 5-5.3-1: Auszug aus der Datei fgw_area.xlx
| e_area | Eigeneinzugsgebiet, das sich durch längengewichtete Aufteilung der zugeordneten Teileinzugsgebietsfläche auf sämtliche Gewässerabschnitte in diesem Einzugsgebiet ergibt |
| k_area | kumulatives Einzugsgebiet, das sich aus der Summe des aktuellen Eigeneinzugsgebietes und der Einzugsgebiete aller oberliegenden Gewässerabschnitte ergibt, |
| g_area | Grundwassereinzugsgebiet, das sich durch Auswertung der Kennungen für den Grundwasseranschluss ergibt (nur für detaillierte Grundwassermodellierung interessant) |
Diese Werte sind vor allem für die Darstellung des Gewässernetzes nützlich, weil so sehr schnell die Hauptgewässer identifiziert werden können.
Sämtliche Flächengrößen wurden bisher aus den Flächen der Einzugsgebiete im Modellierungs-Cover TG abgeleitet.
Wenn wesentliche Randzuflüsse ins Modellgebiet integriert wurden, war es bisher nicht möglich, ohne großen Aufwand die zugeordneten Einzugsgebiete dieser Zuflüsse in obige Flächenberechnung einzubeziehen.
Dies ist jetzt möglich, indem der Gewässerdatenbasis ein zusätzliches Attribut zugewiesen wird, das die dem externen Zufluss zugeordnete Einzugsgebietsfläche [km2] beinhaltet. Der Name dieses Attributs wird dem Programm über den neuen Eintrag FGW_extZuflussgebiet in der Datei …GISDescribefgw.sdf wie folgt mitgeteilt:
FGW_extZuflussgebiet f_area
Abbildung 5.3-6: Auszug aus der Datei …GIS\Describe\fgw.sdf
Fremdzuflüsse werden allein über die Pegel-Tabelle organisiert. In der Pegel.dbf wird die ID des Fließgewässerabschnitts mit einem Minuszeichen versehen. Ein Eintrag in der GWP.tab ist nicht erforderlich.
Name DATEI FGW_ID TG_ID TYP DTD AREA FAKT
meisd meisdorf -6 6 qt 24 184000000 1
Abbildung 5.3-7: Auszug aus der Datei …GIS\ascii.pat\pegel.dbf
Die Abflussreihen der Fremdzuflüsse werden unter …Zeit.dat\Hyd.data<Pegelname>.tab gespeichert.
Über die Angabe eines negativen Datenfaktors (siehe Kapitel 5.4.1) in der Pegeltabelle kann eine Entnahme vorgenommen werden.
5.3.3 Pegel – Simulationsergebniszuordnung
Für die Ausgabe der Gütekriterien für jeden Pegel ist es jetzt auch möglich, nicht nur wie bisher den Abfluss des Gewässerabschnittes „qc“ mit der Pegelzeitreihe zu vergleichen, sondern auch mit dem Abfluss des Oberliegers „qo“ zu vergleichen.
Dazu muss in der hyd_stat.sdf das Steuerwort SIM_ERGEBNISZUORDNUNG angegeben werden. Es wird intern nur auf qo getestet. Wenn ungleich oder diese Spalte nicht gegeben ist, bleibt alles wie bisher.
hyd_stat.sdf
SIM_ERGEBNISZUORDNUNG Qc_oder_qo /* getestet wird intern nur auf qo, wenn */
/* ungleich oder diese Spalte nicht */
/* gegeben ist, alles wie bisher */
5.3.4 PI2Pegel
Über die Aktivierung des Steuerwortes „PI2Pegel“ in der hyd_data.ste wird die Tabelle „pegel2tg.txt“ erzeugt.
hyd_data.ste
###### Hydrologie ##########################################################
HYD_STAT_DESCRIBE hyd_stat
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HYD_DAT_DESCRIBE hyd_data
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*PI2Pegel 1
FEHLWERTBELEGUNG -999. /* Kennzeichnung nichtgemessener Daten */
/* z.B. Geraeteausfall */
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Diese Tabelle enthält die Zuordnung des Pegeleinzugsgebietes (alle zugehörigen TGs) zur PegelID (z.B. zur Messstellennummer) und deren Flächenanteil am Pegeleinzugsgebiet.
pegel2tg.txt
Pegel TG_ID Anteil
563745 376 0.632732
563745 379 0.343717
563745 377 0.006020
563745 375 0.017531
568400 319 0.175335
568400 274 0.198216
568400 306 0.113704
568400 273 0.161592
568400 265 0.175977
568400 259 0.175176
Es wird für alle Pegel, an denen Zeitreihen vorliegen, das Pegeleinzugsgebiet ermittelt. Danach stoppt ArcEGMO automatisch. Für eine Simulation muss nach erfolgter Ausgabe der Zuordnungstabelle das Steuerwort PI2Pegel wieder deaktiviert werden.
Wenn in der hyd_stat.sdf keine Pegelkennung angegeben ist, erhalten alle Pegel eine fortlaufende ID. In der hyd_stat.sdf kann über das Steuerwort „Pegelkennung“ eine PegelID/-Kennung (z.B. die Angabe der Messstellennummer) aktiviert werden (Pegelkennung PEG_MSTNR).
hyd_stat.sdf
###### Hydrologie ########################################################
…
Pegelkennung PEG_MSTNR
…
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Über die Ausgabe der Ergebnisse auf Teileinzugsgebiete können die Simulationsergebnisse mit dem Programm table.exe flächengewichtet für Pegeleinzugsgebiete aggregiert werden. Dafür ist die einmalige Erzeugung der Tabelle pegel2tg.txt notwendig. Der Befehl für table.exe lautet „PegelPi“ und die zugehörige Beschreibung ist der Dokumenation Tools zu entnehmen.