6. Modellergebnisse

6.1 Ausgabe von gebietsbezogenen Bilanzgrößen
6.2 Möglichkeiten der Ergebnisausgabe mit RESULTS
6.3 Ermittlung von Gütekriterien


6.1 Ausgabe von gebietsbezogenen Bilanzgrößen

Eine einfache Möglichkeit, im Rahmen der Modelluntersuchungen einen ersten Überblick über die Wasserhaushalts- und die Abflusssituation im Gebiet zu bekommen, bieten Bilanzausgaben.

Sie werden in der modul.ste in den Blöcken ABI_MODELL und NA_MODELL wie in Abbildung 6.1‑1 dargestellt aktiviert, wobei für die Bilanz der Wasserhaushaltsgrößen auch die Ausgabeeinheiten [m3/s, mm/DT, l/(s*km²)] gewählt werden kann.

+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
ABI_MODELL
…
Bilanzausdruck   2     /* mit 0=kein, 1=m3/s, 2=mm/DT, 3=l/s*km2 */
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
NA_MODELL
Bilanzausdruck? Ja
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Abbildung 6.1‑1: Bilanzausgabenaktivierung in der modul.ste

Am Ende der Protokolldatei arc_egmo.txt werden dann die folgenden Größen ausgegeben:

image

Ergänzend zur Bilanz über den gesamten Berechnungszeitraum werden in den Dateien ABI_Bilanz.txt für jeden Zeitschritt die Wasserhaushaltsgrößen (Einheit je nach Wahl in [m3/s, mm/DT oder l/(s*km²)]) ausgegeben.

PIkorrigierter Niederschlag
ERreale Verdunstung
ROLandoberflächenabfluss von natürlichen Flächen
RKTAbflussabgabe in die Trennkanalisation
RKMAbflussabgabe in die Mischkanalisation
RHhypodermischer Abfluss (PSCN)
RGSschneller Grundwasserabfluss (SlowComp)
GWNGrundwasserneubildung (Input ins Grundwassersystem)
D_SSpeicherinhaltsänderung über alle Speicher im Abflussbildungsmodul
ErrBilanzfehler

Diese Wasserhaushaltsgrößen sind zum Teil Komponenten der im Zuge der Abflussbildungsberechnungen ermittelten Abflüsse von den Bildungsflächen.

Sie finden ihre Entsprechung in den Zuflüssen zum Gewässer und sollten mit diesen übereinstimmen.

Nachfolgend ist der Inhalt der Datei Q_Bilanz (in [m3/DT],meist [m3/Tag]) aufgelistet.

RoutAbfluss aus dem Gebiet (Summe aller Abflusse für Gewässerelemente mit Uli=-1)
ROLandoberflächenabfluss von natürlichen Flächen
RKTAbfluss aus der Trennkanalisation
RHhypodermischer Abfluss (PSCN)
RGSschneller Grundwasserabfluss (SlowComp)
RGGrundwasserzufluss (Input aus dem Grundwassersystem)
REXFremdzufluss (z.B. aus Kläranlagen)
D_SSpeicherinhaltsänderung über alle Speicher im Gewässerabflussmodul
ErrBilanzfehler

Diese Bilanzauswertungen können also auch zur Überprüfung verwendet werden, inwiefern die verwendeten Modelle bilanztreu arbeiten (Bilanzfehler) und sind somit für Modellentwickler eine einfach nutzbare Prüfmöglichkeit für ihre Modelle. Kontrolliert werden kann außerdem, wie die Weitergabe der Wassermengen von der Modellebene ABI zur Modellebene Q funktioniert. Problematisch ist allerdings, dass die Modellebenen RD und GW keine separaten Bilanzauswertungen besitzen.

Es muss allerdings darauf hingewiesen werden, dass bei Nutzung bestimmter Module wie die „kinematische Welle“ die Bilanzauswertung Bilanzfehler vortäuscht, die in der Realität gar nicht vorhanden sind. Das liegt z.B. daran, dass der Oberflächenflächenabfluss RO auf dem Weg zum Vorfluter wieder infiltrieren kann, wodurch der oberirdische Zufluss RO zum Gewässer nicht mit dem RO der Abflussbildung übereinstimmen muss. Gleiches trifft für die Grundwasserneubildung zu, die u.U. von der Versickerung aus dem RO profitiert.

Ein Beispiel dafür zeigt die nachstehende Bilanzauswertung.

image

6.2 Möglichkeiten der Ergebnisausgabe mit RESULTS

Je nach gewählter räumlicher und zeitlicher Diskretisierung fallen im Zuge der Modellrechnungen zum Teil beträchtliche Datenmengen an, die in geeigneter Form für weitere Auswertungen gespeichert werden müssen. Eine direkte Einspeisung ins GIS ist nur bedingt möglich, da diese Systeme die Zeit als 4. Dimension nicht unterstützen. Deshalb werden die Modellierungsergebnisse prinzipiell in ASCII-Tabellen (Dateien) gespeichert.

Für die Verwaltung der Modellergebnisse steht die Programmkomponente RESULTS zur Verfügung, deren Arbeitsweise über die Datei RESULTS.STE gesteuert werden kann.

6.2.1 Raumbezüge

In jeder Ergebnistabelle kann genau eine Datenart gespeichert werden. Der Name der Tabelle wird aus dem Raumbezug und der Datenart gebildet. Die folgende Tabelle 6.2‑1 zeigt die möglichen Raumbezüge für die Ergebnisauswertungen.

Tabelle 6.2‑1: Mögliche Raumbezüge für die Modellierungsergebnisse

RaumbezugCode
UntersuchungsgebietGEB
GewässerabschnitteFGW
RegionenREG
TeileinzugsgebieteTG
KaskadensegmenteKAS
Hydrotopklassen[1]HYD
RasterzellenRAS
ElementarflächenEFL

6.2.2 Tabellenformate

Je nachdem, wie die Ergebnisse weiter ausgewertet werden sollen, können verschiedene Tabellenformate für die Speicherung genutzt werden. Folgenden Tabellenformate werden unterstützt:

  • EXCEL_MOD mit spaltenbezogenem Raum- und zeilenbezogenem Zeitbezug, vorrangig für eine zeitbezogene Auswertung, z.B. innerhalb der Tabellenkalkulation EXCEL©,
  • GIS_MOD mit zeilenbezogenem Raumbezug und spaltenbezogenem Zeitbezug vorrangig für eine raumbezogene Auswertungim GIS.

Zur Verdeutlichung der Unterschiede zwischen den beiden Datenformaten zeigt Abbildung 6.2‑1 Auszüge aus verschiedenen Ergebnisdateien.

Die Abschnitte a) und b) beziehen sich auf das GIS-Format. Die erste Spalte beinhaltet hier die ID’s der zugeordneten Raumeinheiten, also z.B. die EFL-ID oder die TG-ID. Über diese ID können in ARC/INFO oder ArcView Relationen zu den zugeordneten Geometrien hergestellt werden. Die nachfolgenden Spalten enthalten die Berechnungsergebnisse mit ihrem zeitlichen Bezug. So beziehen sich in a) die Ergebnisse auf den Gesamtzeitraum und in b) auf einzelne Monate während des Simulationszeitraumes. Durch ‘t’ als Spalten- und ‘.’ als Dezimaltrenner wird der Import in obige GIS-Systeme problemlos möglich.

Der Abschnitt c) der nachfolgenden Abbildung zeigt einen Ausschnitt einer Datei im Excelformat. Hier fungiert das ‘,’ als Dezimaltrenner, was den Import in Excel erleichtert. Die erste Spalte beinhaltet den Zeitbezug der Ergebnisse – unterschiedlich in Abhängigkeit von der gewählten Zeitaggregierung („JJ“, „MM.JJ“, „TT.MM.JJ“, „TT.MM.JJ HH“ oder „TT.MM.JJ. HH.MIN“). In den nachfolgenden Spalten sind dann die Ergebnisse mit ihren Raumbezügen (ID’s) angegeben.

KEN Gesamt                                       a)
56    13.172
9    197.429
11   162.712
...
KEN "01.81" "02.81" "03.81" ...                  b)
11   170.91  80.859  219.095
40   203.570 97.340  253.663
...
time    11     40                                c)
"01.81" 4,31   4,366
"02.81" 5,9338 5,941
...

Abbildung 6.2‑1: Auszüge aus verschiedenen Ergebnisdateien

6.2.3 Umrechungen

In jedem Ergebnisblock kann eine Umrechnung vorgegeben werden, um die Modellgrößen für die Ergebnisausgabe in handhabbare oder praktikable Größen umzurechnen. Das macht vor allem dann Sinn, wenn die Berechnungsgrößen in unüblichen Einheiten verwendet werden oder die zum Vergleich herangezogenen Werte (Kalibrierung) in einer anderen Einheit vorliegen.

UMRECHNUNG   * 10  /* Operator {*|:} und Operand, um Ergebnisse in eine handhab- */
                   /* bare Groesse oder eine andere Einheit zu transformieren */

Abbildung 6.2‑2: Auszüge aus der result.ste

6.2.4 Aggregierungen und Selektionen

Prinzipiell können alle Datenarten für die Raumbezüge, für die sie berechnet werden, in quasi beliebiger zeitlicher Auflösung gespeichert werden. Dies kann aber zu nicht mehr handhabbaren Datenmengen führen.

Deshalb werden vom Programm die folgenden Möglichkeiten unterstützt:

  • verschiedene zeitliche und räumliche Selektionskriterien (s. Tabelle 6.2‑2) und
  • verschiedene zeitliche und räumliche Aggregierungen (s. Tabelle 6.2‑3).

In Kombinationen mit den Möglichkeiten von GIS und Tabellenkalkulationsprogramme sind mit diesen Selektions- und Aggregierungsmechanismen effektive Datenanalysen durchführbar.

Weitere Ausführungen sind dazu im Kapitel 6.2.6 zu finden.

Tabelle 6.2‑2: Mögliche räumliche und zeitliche Selektierungen der Ergebnisse

DatenartenMögliche AuswahloptionenZweck
PI, EP, ER, PEF, RO, GWN, RBF, ABFeinzelne ElementarflächenVergleich mit punktbezogenen Messdaten
EigenschaftskombinationenModelleichung
Teilzeiträume flächendeckendProzessstudium, Visualisierung
(Auffeuchtung während Hochwasser)
QDZ, QDA
WC, QCeinzelne GewässerabschnitteBemessung

Tabelle 6.2‑3: Räumliche und zeitl. Aggregierung der Berechnungsergebnisse

DatenartRaumbezug der Berechnungenunterstützte räumliche AggregierungenZeitbezug der Berechnungenunterstützte zeitliche Aggregierungen
EREFL, KASEG, TG, REG, GEB, HYD KASEG, TG,REG, GEBZeitintervall der meteorologischen Daten1, 2, 3, 6, 12 Stunden, 1 Tag, 1 Monat, 1 Jahr
PEF
RO
GWN
RBFkeinekeine
ABF
WCFGWabhängig von Prozessdynamik1, 2, 3, 6, 12 Stunden, 1 Tag, 1 Monat, 1 Jahr
QGA
QGZ
QC
QDZ
QDZKASEG
QDA

6.2.5 Datenarten

Welche Möglichkeiten zur bedarfsgerechten Ergebnisauswertung schon während des Simulationslaufes bestehen, wird in den weiteren Ausführungen erläutert.

Tabelle 6.2‑4 listet einen kleinen Auszug aus den Datenarten auf, die derzeit von ArcEGMO unterstützt werden. Inwiefern diese Datenarten während der Modellrechnungen mit Werten belegt werden, ist wiederum abhängig von der gewählten Modellkonfiguration. So wird der Wasserstand (im Gewässer) von einfachen systemhydrologischen Modellen zur Beschreibung der Abflusskonzentration im Gewässer nicht berechnet und dementsprechend nicht wertmäßig belegt. Gleiches gilt für den hypodermischen Abfluss, der zwar als Speicherplatz im System ArcEGMO vorgehalten wird und auf Anforderung des Nutzers ausgewertet wird, aber derzeit nur von einem Modul (s. Kapitel 2) wertmäßig belegt wird.

Darüber hinaus gibt es, je nach Einsatz spezieller Module, eine Reihe weiterer Ausgabegrößen wie z.B. die Stoffkonzentrationen bei der Verwendung des Stoffmoduls oder Größen der Vegetationssimulation bei Nutzung des Vegen-Ansatzes im PSCN.

Tabelle 6.2‑4: Auszug aus den möglichen Berechnungsdatenarten

DatengruppeDatenart/SchlüsselwortEinheitSymbol [2]
Meteorologiekorrigierter Niederschlagmm/DTPI
potentielle Verdunstung (gegeben)mm/DTEPM
Wasserhaushaltpotentielle Verdunstung (berechnet)mm/DTEP
reale (aktuelle) Verdunstungmm/DTER
Landoberflächenabflussmm/DTRO
DirektabflüsseRD-InhaltmmRDI
Direktabfluss (aus Kaskade)mm/DTRDA
Direktzufluss (Oberliegerzufluss)mm/DTRDZ
GrundwasserSpeicherinhaltmmGS_
Speicher_Outputmm/DTGO_
Gesamtabfluss
(Gewässersystem)
Gesamtabfluss (kumulativ)m3/sQC
Wasserstandmwc
Direktzuflussm3/sQD
Bauwerke (Speicher)(GWP)WASSERSTANDmwp
SPEICHERINHALTm3s

6.2.6 Schnittstelle results.ste

Die Steuerung, in welcher Form welche Daten berechnet und gespeichert werden, erfolgt über die Steuerdatei RESULTS.STE. Um verschiedene Kombinationen der Ergebnisauswertung für unterschiedliche Daten zu ermöglichen, werden diese zu den folgenden Ergebnisgruppen zusammengefasst, die den jeweiligen Modellebenen zugeordnet sind:

  • Meteorologie,
  • Wasserhaushalt,
  • Direktabfluss,
  • Grundwasser,
  • Gewässerabflüsse und Gewässerpunkte.

Jeder dieser Ergebnisgruppen ist ein Anweisungsblock zugeordnet, der durch den Namen der Ergebnisgruppe als Schlüsselwort eingeleitet wird. Wird ein Schlüsselwort für eine Datengruppe oder eine Datenart nicht gefunden, erfolgt keine Auswertung. So kann durch ein vorangestelltes ‘*’ gesteuert werden, welche Auswertungen erfolgen sollen.

Über das TABELLEN_FORMAT kann eine raum- oder zeitbezogene Tabellenstruktur gewählt werden (s. Kapitel 6.2.2).

Für jede Datengruppe können separat verschiedene Selektions- und Aggregierungskriterien angegeben werden.

Die Art der Aggregierung wird in der Steuerdatei ARC_EGMO.STE (s. Kapitel 3) festgelegt. Dabei werden nur die Datengruppen Meteorologie und Wasserhaushalt unterstützt, also Gruppen, die streng flächenbezogen die vertikalen Flüsse erfassen. Keine Aggregierung wird für die laterale Flüsse zwischen Geometrieelementen angeboten, da hier die räumliche Aggregierung vom Modell selbst im Rahmen der Abflusskonzentration beschrieben wird.

Über die räumliche Aggregierung wird realisiert, dass die Berechnungen zwar für kleinere Geometrieeinheiten und damit prozessadäquat erfolgen (z.B. Elementarflächen) können, die Ergebnisse dann aber bezogen auf größere Einheiten wie Teileinzugsgebiete gespeichert werden.

Für jede Datengruppe können die in Abbildung 6.2‑3 angegebenen zeitlichen und räumlichen Selektionsmöglichkeiten genutzt werden.

Sofern das Steuerwort RAUMSELEKTION gefunden wird, erfolgt die Ergebnisauswertung nur für vorgegebene Geometrieelemente. Die Vorgabe dieser Geometrieelemente erfolgt über die ASCII-Dabei <Raumbezug>.sel, wobei „Raumbezug“ gleich dem Raumbezug sein muss, für den die Berechnungen in der zugeordneten Modellebene durchgeführt werden (z.B. EFL oder TG in ABI_MOD). Diese Datei wird im Verzeichnis GISSELECT erwartet.

TABELLEN_FORMAT    GIS_MOD          /* EXCEL_MOD oder GIS_MOD=Raum */
RAUMSELEKTION                       /* wenn aktiviert, Vorgabe der Selektion */     
                                    /* ueber eine Datei ..GISSelect&lt;RB&gt;.SEL */
ZEITAGGREGATION    0                /* 0 Tag, 1 Monat, 2 Jahr, 3 Stunden, */
                                    /* 5, 10, 15 (in Minuten) */
                                    /* -1 Mittel, -2 Sommer, -3 Winter */
ZEITSELEKTION                       /* wenn aktiviert, Beruechsichtigung */
                                    /* der folgenden Terminangaben */
STARTDATUM         1 1 79           /* Tag Monat Jahr */
STARTZEIT          0 0              /* Stunde Minute */
ENDDATUM           31 12 93         /* ENDDATUM bzw. ENDZEIT muss einen Zeit- */
ENDZEIT            0 0              /* schritt groesser gewaehlt werden */
UMRECHNUNGSFAKTOR  10               /* Faktor, um Ergebnisse in eine handhabbare */
                                    /* Groesse oder eine andere Einheit zu */
                                    /* transformieren */
DATEN_MODUS        MIT              /* MIT, MIN, MAX innerhalb des Auswerte- */
                                    /* intervalls entsprechend ZEITAGGREGATION */

Abbildung 6.2‑3: Steuerdatei RESULTS.STE – Selektionsmöglichkeiten 1

Eine weitere Möglichkeit der Raumselektion kann auch ohne das Select-Verzeichnis erfolgen, in dem eine (beliebige) DBASE- oder ASCII-Tabelle mit einer Attributspalte angegeben wird, die die IDs der zu selektierenden Geometrieelemente beinhaltet. Erforderlich sind hier also exakt 3 Angaben (Dateityp ASCII|DBASE, die Datei selbst, die sich im GIS-Verzeichnis befinden muss und der Name des Attributs mit den Selektionen). Werden nur 2 Angaben gefunden, werden diese als Dateityp und Dateiname interpretiert und „Select“ als Name der Selektionsspalte angenommen. Um hier ein sicheres Einlesen dieser Informationen zu gewährleisten, empfiehlt es sich, in der Zeile RAUMSELEKTIONEN keine weiteren Kommentare anzugeben.

Es empfiehlt sich weiterhin, als Grundlage für die vorzunehmenden Selektionen eine Datei zu verwenden, die im inhaltlichen Zusammenhang zu den auszuwertenden Geometrien steht und dieser eine Selektionsspalte anzufügen. Diese Tabelle kann z.B. das für die Modellierung verwendete Gewässernetz sein, indem in der Select-Spalte die auszuwertenden Abschnitte gekennzeichnet sind oder die Pegeltabelle, in der die Zuordnung der Pegel zu den Fließgewässerabschnitten in einer Select-Spalte gehalten wird. Die entsprechende Tabelle muss in der results.ste beim Steuerwort RAUMSELEKTION angegeben werden (s. Abbildung 6.2‑4).

TABELLEN_FORMAT        GIS_MOD               /* EXCEL_MOD oder GIS_MOD=Raum */
RAUMSELEKTION          DBASE FGW.dbf 
ZEITAGGREGATION        0                     /* 0 Tag, 1 Monat, 2 Jahr, 3 Stunden, */
                                             /* 5, 10, 15 (in Minuten) */
                                             /* -1 Mittel, -2 Sommer, -3 Winter */
…

Abbildung 6.2‑4: Steuerdatei RESULTS.STE – Selektionsmöglichkeiten 2

In der Select-Spalte werden die zu selektierenden IDs eingetragen. Weitere Zeilen dürfen nicht leer bleiben, sondern müssen mit -9999 gekennzeichnet werden.

Die Zuordnung der IDs zu einem Raumbezug richtet sich dabei nach dem in der ArcEGMO.ste gewählten Raumbezug für die Ergebnisse und dem thematischen Block der results.ste in dem die Raumselektion aktiviert ist. Bei mehrfacher Raumselektion ist darauf zu achten, dass die zu selektierenden IDs eindeutig zugeordnet werden können. Es muss dementsprechend für jeden neuen Raumbezug, für den eine Raumselektion vorgenommen werden soll, eine eigene Select-Spalte angelegt werden. Jede Tabelle kann maximal eine Select-Spalte enthalten.

Ist das Steuerwort RAUMSELEKTION auskommentiert, so werden die Ergebnisse für sämtliche Raumbezüge ausgewertet und gespeichert.

In der angegebenen Datei bzw. Selektionstabelle wird nach den Attributen ‘ID’ oder ‘X-COORD’ und ‘Y-COORD’ gesucht. Wird ein Attribut ‘ID’ gefunden, so erfolgt eine Referenzierung auf das entsprechende Attribut der Polygon- oder Arc-Attributtabelle (z.B. EFL-ID oder FGW-ID). Abbildung 6.2‑5 gibt ein Beispiel für die Selektion einzelner Elementarflächen über ihre ID. Werden nur die Attribute ‘X-COORD’ und‘Y-COORD’ in der Selektionstabelle gefunden, so wird das nächstgelegene Geometrieelement entsprechend der Entfernung zum

  • unteren Knoten für Gewässerabschnitte bzw.
  • Flächenschwerpunkt für Elementarflächen, Kaskadensegmente bzw. Teileinzugsgebiete

ermittelt.

Für Gewässerabschnitte ist auf diese Weise allerdings keine eindeutige Zuordnung möglich, da z.B. bei Zusammenflüssen zwei Gewässerabschnitte die gleichen Koordinaten für den unteren Knoten besitzen. In diesem Fällen erfolgen die Ergebnisauswertungen dann für beide Gewässerabschnitte.

Sind in der angegebenen Selektionstabelle ID’s und Koordinaten gegeben, erfolgt die Selektion nach den ID’s, weil diese Methode eindeutig und schneller ist.

ID REF_X   REF_Y
27 3491671 5564387
35 3477367 5557010
73 3471354 5545917

Abbildung 6.2‑5: Selektion von Elementarflächen über EFL.SEL

Die nächsten Optionen in Abbildung 6.2‑3 betreffen zeitliche Aspekte. Über ZEITAGGREGATION ist es möglich, eine Auswertung auf Stunden-, Tages-, Monats- oder Jahresbasis durchzuführen. Es können aber auch nur die Sommer- oder Winterwerte ermittelt werden. Programmintern werden hier die Monatswerte Mai bis Oktober zum Sommerwert bzw. November bis April zum Winterwert summiert. Insbesondere für zeitlich sehr hoch aufgelöste Simulationsrechnungen ist eine Ergebnisauswertung im Minutenbereich möglich (ganzzahlige Vielfache von 5 Minuten). Sämtliche Zeitaggregationen sind aber nur dann möglich, wenn der Berechnungszeitschritt kleiner als die angegebene Aggregationsbasis ist.

Für die gewählte zeitliche Basis der Aggregierung wird dann entsprechend des angegebenen DATEN_MODUS entweder die Summe oder der Mittelwert ermittelt oder das Minimum oder Maximum der Berechnungsergebnisse registriert. Zu beachten ist hierbei, dass sich der Mittelwert immer auf die Zeitbasis des Berechnungszeitschrittes und damit die der meteorologischen Daten bezieht.

Über die Option ZEITSELEKTION kann gesteuert werden, ob der gesamte Berechnungszeitraum ausgewertet werden soll oder nur ein Teilzeitraum, der dann über STARTDATUM, STARTZEIT, ENDDATUM und ENDZEIT spezifiziert werden muss. Diese Option kann sinnvoll zur Reduktion des Datenumfanges eingesetzt werden, wenn im Rahmen des Prozessstudiums Ergebnisse in hoher räumlicher Auflösung (und zeitlicher Auflösung) benötigt werden. So kann z.B. die Gebietsauffeuchtung während eines Hochwassers auf diese Weise analysiert werden.

Abbildung 6.2‑6 zeigt zum besseren Verständnis noch einmal den Auszug aus der Steuerdatei RESULTS.STE, über den die Art und Weise der Ergebnisauswertung beeinflusst werden kann. Die in Abbildung 6.2‑3 gezeigten Selektionsmöglichkeiten, die für alle Datengruppen gleich sind, wurden hier weggelassen.

Nach diesen Optionen zur Art der Auswertung erfolgt dann die Angabe der Ergebnisdaten, für die die Auswertungen erfolgen sollen. Die nach den Schlüsselworten angegebenen Datenbezeichnungen werden genutzt zur Bildung des jeweiligen Tabellen- bzw. Dateinamens.

Wie schon erwähnt wurde, können über Auskommentierungen, z.B. durch ein vorangestelltes ‘*’, einzelne Datenarten oder ganze Datengruppen von der Auswertung ausgeschlossen werden.

Für die Speicherung der Ergebnistabellen im GIS- bzw. ZEITREIHEN-Verzeichnis werden die gewählten Auswerteoptionen wie folgt in der Verzeichnisstruktur und im Dateinamen kodiert:

  • die gewählte ZEITAGGREGATION über das Anlegen eines Verzeichnisses MINUTE, STUNDE, TAG, MONAT, SOMMER, WINTER, JAHR bzw. GESAMT – letzteres, sofern der Gesamtzeitraum die Bezugsbasis bildet,
  • der Raumbezug EFL, KAS, TG, REG oder FGW bzw. GEB, über die ersten Zeichen des Dateinamens,
  • der DATEN_MODUS SUM, MIT, MIN oder MAX über die letzten Zeichen des Dateinamens,
  • die Datenart über den Dateityp.

So beinhaltet bei einer Berechnung auf Tagesbasis die Tabelle EFL_MAX.ER im Verzeichnis MONAT für alle Elementarflächen für jeden Monat des Auswertezeitraums den maximalen Tageswert der realen Verdunstung.

Lediglich für die Grundwasserdaten wird die Datenart im Dateityp um die Bezeichnung der Abflusskomponenten ergänzt, die in der Modul.ste unter ABFLUSS-KOMPONENTEN festgelegt wurde, so dass hier z.B. die Ergebnisdatei tg_sum.go_RH die Summe über alle Berechnungszeitschritte innerhalb eines Auswertezeitintervalls der Abflusskomponente RH aller Teileinzugsgebiete beinhaltet.

*METEOROLOGIE
Einfügung s. Abbildung 6.2‑3
KOR_NIEDERSCHLAG          pi       /* [mm/DT] DT lt. ZEITDISKRETISIERUNG     */
POT_VERDUNSTUNG           epm      /* [mm/DT] DT lt. ZEITDISKRETISIERUNG     */
KLIMATISCHE_WASSERBILANZ  wb       /* [mm/DT] DT lt. ZEITDISKRETISIERUNG     */
LUFTTEMPERATUR            lt       /* [mm/DT] DT lt. ZEITDISKRETISIERUNG     */
GLOBALSTRAHLUNG           glo      /* [mm/DT] als Wasseräquivalent           */
…
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
WASSERHAUSHALT
Einfügung s. Abbildung 6.2‑3
Niederschlagsdargebot     nd       /* [mm/DT] DT lt. ZEITDISKRETISIERUNG     */
POT_VERDUNSTUNG           ep       /* [mm/DT] DT lt. ZEITDISKRETISIERUNG     */
REL_VERDUNSTUNG           er       /* [mm/DT] DT lt. ZEITDISKRETISIERUNG     */
…
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
DIREKTABFLUSS
Einfügung s. Abbildung 6.2‑3
…
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
GRUNDWASSER
…
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
GEWAESSERABFLUESSE
Einfügung s. Abbildung 6.2‑3
GESAMTABFLUSS               qc     /* [m**3/s]                               */
OBERLIEGERZUFLUSS           qo     /* [m**3/s]                               */
…
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
GEWAESSERPUNKTE
Einfügung s. Abbildung 6.2‑3
WASSERSTAND          wp      /* [m]    aktueller Wasserstand                      */
SPEICHERINHALT       s       /* [qm]   aktuelle Speicherfuellung 

Abbildung 6.2‑6: Steuerdatei RESULTS.STE – Auswerteoptionen

6.2.7 Zusammenstellung der unterstützten Ergebnisgrößen

Die folgende tabellarische Zusammenstellung umfasst sämtliche, derzeit unterstützte Ergebnisdatenarten des Rahmenprogramms. Weitere Ergebnisse werden durch die einzelnen Module bereitgestellt und demzufolge auch in der Moduldokumentation erläutert.

Die Zusammenstellung wurde gegliedert nach den 5 Modellebenen in ArcEGMO zzgl. der Gewässerpunkte/Bauwerke (d.h. METEOROLOGIE, WASSERHAUSHALT, DIREKTABFLUSS, GRUNDWASSER, GEWAESSERABFLUESSE, GEWAESSERPUNKTE).

Eine weitere Unterteilung erfolgt nach den klassischen Mengen- bzw. Wasserhaushalts- und Abflussgrößen, die über die results.ste angesteuert werden und den Stoffflüssen, die über die results_s.ste verwaltet werden.

Damit ergeben sich die insgesamt 10 verschiedenen Tabellen.

Die in diesen Tabellen angegebenen Kürzel zur Bezeichnung der Ergebnisdatenarten können frei gewählt werden. Sie werden bei der Namensbildung der Ergebnisdateien als Dateityp verwendet. Die vorgeschlagenen Kürzel dienen nur dazu, die weiteren Erläuterungen zu vereinfachen, stellen jedoch gleichzeitig einen Diskussionsvorschlag für eine Vereinheitlichung vor, auf die z.B. Auswerte- oder Visualisierungsprogramme aufsetzen könnten.

6.2.7.1 Ergebnisgrößen für den Block METEOROLOGIE

Tabelle 6.2‑5: Ergebnisdatenarten MENGE in der results.ste

SchlüsselwortSymbol [3]EinheitErläuterung/Beschreibung
KOR_NIEDERSCHLAGPImm/DTkorrigierter Niederschlag
POT_VERDUNSTUNGEPMmm/DTpotentielle Verdunstung (gegeben)
LUFTTEMPERATURLT°CLufttemperatur
rel_SONNENSCHEINDAUERN_rel/Relative Sonnenscheindauer
GLOBALSTRAHLUNGGLOmm/DTGlobalstrahlung (als Wasseräquivalent)
rel_LUFTFEUCHTErelF/Relative Luftfeuchte
DAMPFDRUCKEhPaDampfdruck
WINDGESCHWINDIGKEITUm/sWindgeschwindigkeit

Tabelle 6.2‑6: Ergebnisdatenarten STOFFE in der results-s.ste

SchlüsselwortSymbolEinheitErläuterung/Beschreibung
ATMOSPHAERISCHE_ DEPOSITION _Natmo_Ng/( m2 * DT )
ATMOSPHAERISCHE_ DEPOSITION _Patmo_Pg/( m2 * DT )
6.2.7.2 Ergebnisgrößen im Block WASSERHAUSHALT

Tabelle 6.2‑7: Ergebnisdatenarten MENGE in der results.ste

SchlüsselwortSymbolEinheitErläuterung/Beschreibung
NiederschlagsdargebotNDmm/DT
POT_VERDUNSTUNGEPmm/DT
REL_VERDUNSTUNGERmm/DT
SICKERWASSERSICMm/DTVersickerung aus der wechselfeuchten Bodenzone
GRUNDWASSERNEUBILDUNGGWNmm/DT
EFFEKTIVNIEDERSCHLAGPEFmm/DT
LANDOBERFLAECHENABFLUSSROmm/DT
MISCHKANALISATIONSABFLUSSMKRmm/DT
TRENNKANALISATIONSABFLUSSTKRmm/DT
ZulaufVersickerungsmuldezuVmm/DT
HYPODERMISCHERABFLUSSRHmm/DT
DrainabflussRDrainmm/DT
SchnellerGrundwasserAbflussRG1mm/DT
KAPILLARWASSERAUSTAUSCHAU/Perkolationsrate, bezogen auf die Kapillarwasserspeicherkapazität
BODENFEUCHTEBFmm/DT
SCHMELZWASSERABGABESWAmm/DT
SCHNEEMENGESMmm
SCHNEEHOEHESHmm
MULDENSPEICHERINHALTMuldemm
GRUNDWASSERFLURABSTANDgwamm

Tabelle 6.2‑8: Ergebnisdatenarten STOFF in der Stoffe results-s.ste

SchlüsselwortSymbolEinheitErläuterung/Beschreibung
N_Ausgasungcover
Ro_Nro_Ng N/m²Stickstoffabtrag mit Oberflächenabfluss
Ro_Pro_Pg P/m²Phosphorabtrag mit Oberflächenabfluss
Rh_Nrh_Ng N/m²Stickstoffauswaschung mit Interflow
Rh_Prh_Pg P/m²Phosphorauswaschung mit Interflow
RDrain_N
RDrain_P
Rg_Nrg_Ng N/m²Stickstoffauswaschung ins Grundwasser
Rg_Prg_Pg P/m²Phosphorauswaschung ins Grundwasser
6.2.7.3 Ergebnisgrößen für den Block DIREKTABFLUSS

Tabelle 6.2‑9: Ergebnisdatenarten MENGE in der results.ste

SchlüsselwortSymbolEinheitBeschreibung
RD_INHALTrdimm/DT
RD_ZUFLUSSrdzmm/DTDirektzufluss (Oberliegerzufluss)
RD_ABFLUSSrdamm/DTDirektabfluss (aus Kaskade)
RD_MISCHKANALISATIONSABFLUSSrdmkmm/DT
RD_TRENNKANALISATIONSABFLUSSrstkmm/DT
RD_Hypodermischer_ABFLUSSrdhymm/DT

Tabelle 6.2‑10: Ergebnisdatenarten STOFF in der results-s.ste

SchlüsselwortSymbolEinheitBeschreibung
RD_Inhalt_N_ROrd_INrog/m²*DTsN im Oberflächenabfluss im Gebiet
RD_Inhalt_N_RHrd_INrhg/m²*DTsN im Zwischenabfluss im Gebiet
RD_Inhalt_N_RDrainrd_INdrg/m²*DTsN aus Drain im Gebiet
RD_Inhalt_N_Erord_INerog/m²*DTsN aus Erosion im Gebiet
RD_Abfluss_N_ROrd_QNrog/m²*DTsN im Oberflächenabfluss im Abfluss
RD_Abfluss_N_RHrd_QNrhg/m²*DTsN im Zwischenabfluss im Abfluss
RD_Abfluss_N_RDrainrd_QNdrg/m²*DTsN aus Drain im Abfluss
RD_Abfluss_N_Erord_QNerog/m²*DTsN aus Erosion im Abfluss
RD_Inhalt_P_ROrd_IProg/m²*DTsP im Oberflächenabfluss im Gebiet
RD_Inhalt_P_RHrd_IPrhg/m²*DTsP im Zwischenabfluss im Gebiet
RD_Inhalt_P_RDrainrd_IPdrg/m²*DTsP aus Drain im Gebiet
RD_Inhalt_P_Erord_IPerog/m²*DTsP aus Erosion im Gebiet
RD_Abfluss_P_ROrd_QProg/m²*DTsP im Oberflächenabfluss im Abfluss
RD_Abfluss_P_RHrd_QPrhg/m²*DTsP im Zwischenabfluss im Abfluss
RD_Abfluss_P_RDrainrd_QPdrg/m²*DTsP aus Drain im Abfluss
RD_Abfluss_P_Erord_QPerog/m²*DTsP aus Erosion im Abfluss
6.2.7.4 Ergebnisgrößen für den Block GRUNDWASSER

Tabelle 6.2‑11: Ergebnisdatenarten MENGE in der results.ste

SchlüsselwortSymbolEinheitErläuterung/Beschreibung
SPEICHER_INHALTgs_mm
SPEICHER_INPUTgi_mm/DT
SPEICHER_OUTPUTgo_mm/Dt
HYPODERMISCHER_OUTPUTzw
GRUNDWASSERSTANDGWH

Tabelle 6.2‑12: Ergebnisdatenarten STOFF in der results-s.ste

SchlüsselwortSymbolEinheitErläuterung/Beschreibung
SPEICHER_INHALT_NGw_iNg/m2Stoffinhalt im Grundwasser
GW_KONZ_NGw_cNg/m3Stoffkonzentration in Grundwasser
SPEICHER_INHALT_PGw_iPg/m2Stoffinhalt im Grundwasser
GW_KONZ_PGw_cPg/m3Stoffkonzentration in Grundwasser
SPEICHER_INHALT_ClGw_iClg/m2Stoffinhalt im Grundwasser
GW_KONZ_ClGw_cClg/m3Stoffkonzentration in Grundwasser
6.2.7.5 Ergebnisgrößen für den Block GEWÄSSERABFLÜSSE

Tabelle 6.2‑13: Ergebnisdatenarten MENGE in der results.ste

SchlüsselwortSymbolEinheitErläuterung/Beschreibung
GESAMTABFLUSSqcm3/s
OBERLIEGERZUFLUSSqzum3/s
DIREKTZUFLUSSqdm3/sLandoberflächenabfluss
HYPODERMISCHERZUFLUSS_RDqintm3/saus ABI_MOD, d.h. PSCN
HYPODERMISCHERZUFLUSS_GWqhm3/sEGMO_GW 2. Schicht oder von SlowComp im TG-Modus
GRUNDWASSERZUFLUSSqgm3/s
EIGENGEBIETZUFLUSSqeim3/s
Q_Inhalt_H2Oqvolm3Abflussvolumen
WASSERSTANDwsm
Q_Verzweigungsflussqzm3/s
Q_UnterliegerRueckflussqrueckm3/s
Q_Externzuflussqexm3/s
Q_Wassertiefewtiefem
Q_ MISCHKANALISATIONSABFLUSSqmkm3/s
Q_TRENNKANALISATIONSABFLUSSqtkm3/s
Q_DRAINAGEZUFLUSSqdrm3/s
SCHNELLERGRUNDWASSERZUFLUSSqgwsm3/sVon SlowComp (im EFL-Modus)
LEAKAGEVERLUSTEqleakm3/s
WASSERSTANDSAENDERUNGdwsm
WASSERSPIEGELBREITEbrm

Tabelle 6.2‑14: Ergebnisdatenarten STOFF in der results-s.ste

SchlüsselwortSymbolEinheitErläuterung/Beschreibung
Q_RD_Chlorideintragqrd_clg/sEintrag in gelöster Form mit dem Oberflächenabfluss
Q_RD_Phosphoreintragqrd_pg/s
Q_RD_Stickstoffeintragqrd_ng/s
Q_GW_Chlorideintragqgw_clg/sEintrag mit dem Grundwasser
Q_GW_Phosphoreintragqgw_pg/s
Q_GW_Stickstoffeintragqgw_ng/s
Q_Hyp_Chlorideintragqqhy_clg/sEintrag mit HYPODERMISCHERZUFLUSS_GW
Q_Hyp_Phosphoreintragqqhy_pg/s
Q_Hyp_Stickstoffeintragqqhy_ng/s
Q_Externzufluss_Clqex_clEintrag über externe Quellen, z.B. Kläranlagen
Q_Externzufluss_Pqex_p
Q_Externzufluss_Nqex_n
Q_KlaerwerksZufluss_Pqklz_pSim. Klärwerkseintrag (z.B. in URBAN)
Q_KlaerwerksZufluss_Nqklz_n
Q_ErosionPartikulaer_Clqpart_cl
Q_ErosionPartikulaer_Pqpart_p
Q_ErosionPartikulaer_Nqpart_n
Schmutzfrachteinträge aus der Trennkanalisation
Q_Trennkanalisationsabfluss_Pqtk_P
Q_Trennkanalisationsabfluss_Nqtk_N
Schmutzfrachteinträge aus der Mischkanalisation (noch nicht implementiert)
Q_Mischkanalisationsabfluss_Pqmk_P
Q_Mischkanalisationsabfluss_Nqmk_N
Q_DRAIN_Pqrdrain_pg/sP-Eintrag aus Drainagen
Q_DRAIN_Nqrdrain_ng/sN-Eintrag aus Drainagen
Q_RH_Pqrh_pg/sEintrag HYPODERMISCHERZUFLUSS_RD
Q_RH_Nqrh_ng/s
Q_Eigengebietszufluss_Nqei_Ng/sSumme aller seitlichen Zuflüsse
Q_Eigengebietszufluss_Pqei_Pg/s
Q_Eigengebietszufluss_Clqei_Clg/s
Q_Abbau_ClQabb_clg/s
Q_Abbau_PQqabb_pg/s
Q_Abbau_NQqabb_ng/s
Q_Konzentration_Clqconz_clg/m3Konzentration
Q_Konzentration_Pqconz_p
Q_Konzentration_Nqconz_n
Q_Abfluss_Clqq_clg/sAbgabe (Fracht) aus dem Gewässerabschnitt
Q_Abfluss_Pqq_pg/s
Q_Abfluss_Nqq_ng/s
6.2.7.6 Ergebnisgrößen für den Block GEWAESSERPUNKTE

Tabelle 6.2‑15: Ergebnisdatenarten MENGE in der results.ste

SchlüsselwortSymbolEinheitErläuterung/Beschreibung
WASSERSTANDwpmAktueller Wasserstand
SPEICHERINHALTsm3Aktuelle Speicherfüllung
Abflussqcm3/s
Überleitunguelm3/s
SollWasserstandswmaktuell anzusteuernder Wasserstand
Verdunstungwepmmaktuelle Gewässerverdunstung
Mindestabgabeqlm3/saktuell notwendige Mindestabgabe
DefMindestabgabeqldm3/sDefizit zur aktuell notwendigen Mindestabgabe
Nutzerbedarf_ULqnum3/saktuelle Nutzeranforderungen Unterlieger
DefNutzerbedarf_ULqnurm3/sDefizit zur aktuellen Nutzeranforderung UL
Nutzerbedarf_TSqndm3/saktuelle Nutzeranforderungen direkt aus TS
Nutzerabgabe_TSqndrm3/saktuell realisierte Nutzerabgabe direkt aus TS
DefizitTage_TSSqndrxxx
Zuflussqzum3/s

Tabelle 6.2‑16: Ergebnisdatenarten STOFF in der results-s.ste

SchlüsselwortSymbolEinheitErläuterung/Beschreibung
Gwp_Inhalt_Ns_ngInhalt N im Gewässerpunkt
Gwp_Fracht_Nfracht_ng/sAbgabe N aus dem Gewässerpunkt
Gwp_Konz_Nconz_ng/m3Konzentration N im Gewässerpunkt
Gwp_Abbau_Nabbau_ngAbbau von N im Gewässerpunkt
Gwp_Inhalt_Ps_pgInhalt P im Gewässerpunkt
Gwp_Fracht_Pfracht_pg/sAbgabe P aus dem Gewässerpunkt
Gwp_Konz_Pconz_pg/m3Konzentration P im Gewässerpunkt
Gwp_Abbau_Pabbau_pg/sAbbau von P im Gewässerpunkt
Gwp_Inhalt_Cls_clgInhalt Cl im Gewässerpunkt
Gwp_Fracht_Clfracht_clg/sAbgabe Cl aus dem Gewässerpunkt
Gwp_Konz_Clconz_clg/m3Konzentration Cl im Gewässerpunkt
Gwp_Abbau_Clabbau_clg/sAbbau von Cl im Gewässerpunkt

[1] kein direkter Raumbezug sondern indirekt über zugeordnete Elementarflächen und Teileinzugsgebiete bzw. Kaskadensegmente

[2] Die Symbole zur Bezeichnung der Ergebnisdatenarten können frei gewählt werden. Die hier vorgeschlagenen Symbole dienen nur dazu, die weiteren Erläuterungen zu vereinfachen, stellen jedoch gleichzeitig einen Diskussionsvorschlag für eine Vereinheitlichung vor.

[3] Die Symbole zur Bezeichnung der Ergebnisdatenarten können frei gewählt werden. Die hier vorgeschlagenen Symbole dienen nur dazu, die weiteren Erläuterungen zu vereinfachen, stellen jedoch gleichzeitig einen Diskussionsvorschlag für eine Vereinheitlichung vor.


6.3 Ermittlung von Gütekriterien

Die folgenden Gütekriterien werden ermittelt:

Name (allgemein) (in der Gue_Ges.xlx) (in der arc_egmo.txt)GleichungEignung für
Bias (normiert und in %) Bilanz[%] Bil\fn_jvn \small 100\cdot \frac{\frac{1}{n}\displaystyle\sum_{t=1}^{n}(Q_{sim} - Q_{gem})}{\displaystyle\overline{Q}_{gem}}Bilanzierung
ED (nur intern verwendet) \fn_jvn \small \frac{\displaystyle\sum_{t=1}^{n}(Q_{sim} - Q_{gem})^2}{\displaystyle\sum_{t=1}^{n}(Q_{gem} -\overline{Q}_{gem})^2}gesamtes Abflussspektrum,
Optimum 0
Effizienz (Nash-Sutcliffe) Effizienz E\fn_jvn \small 1-EDgesamtes Abflussspektrum,
Optimum 1
Absoluter Standardfehler abs.Fehler aF \sqrt{\frac{1}{n}\sum_{t=1}^{n}(Q_{sim} - Q_{gem})^2}Niedrig- bis Mittelwasserbereich,
Optimum 0
Relativer Standardfehler relat.Fehler rF \frac{\sqrt{\frac{1}{n}\displaystyle\sum_{t=1}^{n}(Q_{sim} - Q_{gem})^2}}{\overline{Q}_{gem}}Hochwasserbereich,
Optimum 0

In der Datei Gue_Ges.xlx werden die Größen (Effizienz, Bilanz[%], Qpeg, Qsim, abs.Fehler, abs.Fehler_NW, abs.Fehler_HW, relat.Fehler, Vol.Defizit[m3proJahr], Vol.Ueberschuss[m3proJahr]) für den Gesamtzeitraum herausgeschrieben. Die ZuordnungsID beinhaltet die Pegelkennung wenn diese in der hyd_stat.sdf angesteuert wird. Ist die Pegelkennung deaktiviert, wird für die ZuordnungsID die Zeilennummer des jeweiligen Pegels in der Pegeltabelle verwendet.

Die Datei Eff_NS.xlx, die im Ergebnisverzeichnis abgelegt wird, beinhaltet die Jahreswerte der Effizienzen für alle im Modell verwalteten Pegel in einer direkt in Excel einlesbaren Form. Diese jahresbezogenen Gütekriterien gestatten ein schnelles Auffinden von Problemperioden auf der einen oder von besonders gut angepassten Zeiträumen auf der anderen Seite.

Ebenfalls neu ist die ins Arc_EGMO-Verzeichnis ausgegebene Datei Gue_ges.xlx, welche die Gütekriterien über den jeweils über die Pegel abgedeckten Beobachtungszeitraum beinhaltet.

Als Gütekriterien werden ausgegeben:

Die Datei Gusumtmp.txt enthält die Summenwerte der obigen Gleichungen zur Berechnung der Gütekriterien. Diese Werte sind für den normalen Anwendungsfall ohne Bedeutung.

ArcEGMO wurde aber auch insofern erweitert, dass das Programm zu Beginn eines Berechnungslaufes prüft, ob eine Datei Gusumtmp.tmp existiert. Ist dies der Fall, werden die Werte eingelesen und bilden die Startbelegung der Summenfelder für die Berechnung der Gütekriterien.

Gerade in der Hochwassermodellierung, in der das Modell oft an verschiedene Einzelereignisse angepasst werden muss, kann durch eine Umbenennung der vom Programm erzeugten Ausgabedatei Guetekrit.txt in Gusumtmp.tmp ein Gütekriterium über mehrere Einzelereignisse berechnet werden. Durch eine geschickte „batch-gestützte“ Steuerung des Berechnungsablaufes über mehrere Einzelereignisse lässt sich dies auch effektivieren.

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