03. Programmtechnische Umsetzung

Das Modul Q_KalMil wird über die Steuerdatei arc_egmo.ste aktiviert. Voraussetzung ist, dass der Gesamtabfluss auf Basis des Gewässernetzes FGW berechnet wird.

GESAMTABFLUSS             fgw     
...
MODUL_Q                   Q_KalMil

Abbildung 3 1: Steuerdatei arc_egmo.ste

Als Nutzerschnittstelle für die Modellparametrisierung exis-tiert in der Datei Arc_EGMO\modul.ste ein Block Q_ KalMil.

Hier kann über den ModellTyp (0|1|2|3|4) angegeben werden, ob in Abhängigkeit von der Verfügbarkeit von Profildaten oder retentionsbeschreibenden Kennwerten wie KTau-Werten, Volumen oder Fließgeschwindigkeiten für verschiedene Abflussstufen der Kalinin-Miljukov-Ansatz (ModellTyp=1, 4) gerechnet werden soll oder aber lediglich die Spei-cherkaskade (ModellTyp = 0).
Für verrohrte Gewässerabschnitte steht ein weiterer Ansatz zur Verfügung, der gemeinsam mit der Speicherkaskade im Kapitel 4 beschrieben wird.

ModellTypBeschreibung
0analog Q_ELS
1für alle Gewässerabschnitte mit Profil oder KTau
Information wird Kalinin-Miljukov angewandt, sonst
Speicherkaskade analog Q_ELS
2derzeit nicht belegt
3Q_Muskingum (wird derzeit nicht unterstützt)
4Q_RetKTauRS (Kalinin-Miljukov mit Rückstau)
9Verrohrte Gewässerabschnitte
Q_KalMil                 
ModellTyp                1    /* 0 - komplett mit Speicherkaskade analog Q_ELS   */
			      /* 1 - Kalinin-Miljukov für Gewaesser mit          */
                              /*     Profilinformationen, sonst Speicherkaskade  */
                              /* 2 - Q_RetW					 */
                              /* 3 - Q_Muskingum				 */
                              /* 4 - Q_RetKTauRS				 */
RUECKGANGSFAKTOR         0.10 /* Dient der Skalierung der modellintern           */
                              /* ermittelten Rückgangskonstanten, je größer      */
                              /* der Wert, desto höher die Dämpfung              */
RUECKGANGSEXPONENT       1.0  /* Dient der Skalierung der modellintern           */
                              /* ermittelten Rückgangskonstanten, je größer      */
                              /* der Wert, desto höher die Dämpfung              */
*Ausuferungsabfluss        3  /* Ausuferungsabfluss                              */
Ausuferungsabflussspende   9  /* wenn angegeben, wird diese Spende in Abfluesse  */
                              /* umgerechnet. Bei Ueberschreitung des            */
                              /* Ausuferungsabflusses wird die Speicherkonstante */      
                              /* mit steigender Ueberschreitung reduziert        */
VorlandRetentionsfaktor  0.5  /* größer 1, verstärkt  Retention,                 */
                              /* kleiner 1, verringert Retention, default 1.0    */
Zwei-Stufen-ELS           0   /* {0|1}, default 0                                */
*Grenzabflussspende	  6   /* wenn angegeben, wird diese Spende in Abfluesse  */
                              /* umgerechnet                                     */
                              /* Bei Rohrduchlaesse wird sichergestellt, dass    */
                              /* zumindest dieser Abfluss den Durchlass          */
                              /* passieren kann */
Q_KalMil_Parameter_speichern?  Y
-----------------------------------------------------------------------------------
*KTAU_Tabelle		 DBASE  KTau_profil.dbf      /* Profilbezogen */
FGW_KTAU_Tabelle         DBASE  KTau_fgw.dbf         /* fgw-Abschnittsbezogen */
Prof_IDENTIFIKATION      ProfID
FGW_IDENTIFIKATION       FgwID
PROFILABSTAND            Laenge 
ABFLUSSWERT              Q_
KTAUWERT                 Ktau_               /* [s/m] KTau-Werte normiert auf die */
                                             /* Fliessgewaesserabschnittslaenge,  */    
                                             /* wird programmintern mit Laenge    */
                                             /* multipl. um [s] zu erhalten       */ 
*GESCHWINDIGKEIT         v_                  /* [m/s] */
*VOLUMEN		 Vol_                /* [m³]  */
-----------------------------------------------------------------------------------
WSP_Pfad                 e:\Unstrut\Modelle\Glowa\WSP\
WSP_KTAU_Werte           ktau-tab.txt
------------------------------------------------------
STAT2FGW_TABELLE         ASCII stat2fgw.txt
FGW_IDENTIFIKATION       FgwID 
STATION_von              Start
STATION_bis              Ende
Strangzuordnung          Strang
------------------------------------------------------
*PROF2FGWID_TABELLE       DBASE prof2fgw.dbf
*FGW_IDENTIFIKATION       FgwID
*STATION_von              stat1 
------------------------------------------------------
*UferHoehen               Ufer_H.txt
*Ausuferungsabfluesse     QBordVoll.txt
------------------------------------------------------
*RegimeAbfluesse          ASCII RegimeQ.tab
*FGW_IDENTIFIKATION       FgwID 
*RegimeAbflussBett        Qb
*RegimeAbflussVorland     Qv

Abbildung 3 2:    Auszug aus der Datei modul.ste – Modulsteuerung Q_KalMil

Wird das Verfahren nach Kalinin-Miljukov gewählt, unterstützt ArcEGMO

  1. die Nutzung extern (1) ermittelter KTau-Funktionen, Volumen oder Fließgeschwindigkeiten
  2. die programminterne Ermittlung von KTau-Funktionen
    1. aus vermessenen Querprofilen oder
    2. aus repräsentativen Regelprofilen.

Stehen zur Modellparametrisierung unterschiedliche Informationen für die einzelnen Gewässerabschnitte zur Ver-fügung, werden diese wie folgt genutzt:

  1. Parametrisierung gemäß (1),
  2. die verbleibende gemäß (2),
  3. die restlichen über Q_ELS.

Der KalMil-Geschwindigkeitsfaktor dient der Verkürzung (< 1) oder der Verlängerung (> 1) der über die ktau-Werte angegeben Retentionszeiten. Wenn der Geschwindigkeitsfaktor auf 0 gesetzt oder nicht gegeben ist, wird der dummy-Wert 1 verwendet.

GESCHWINDIGKEITS_FAKTOR var_ktau   /* dient der Verkuerzung (größer 1) oder der
                                      Verlaengerung (kleiner 1) der Retentionszeiten */

Abbildung 3 3:    Auszug aus der Datei fgw.sdf
Die folgende Tabelle stellt die verschiedenen Datenarten gegenüber, die programmintern (intern) oder programmextern (extern) eingelesen werden können.  In den angegeben Kapiteln sind weitere Erläuterungen dazu finden.

Tabelle 3 1: Datenformate für die Ermittlung/Einlesen der KTau-Werte

intern
Kapitel 3.1
extern
Kapitel 3.2

Gewässer-
profile

WSP_KTAU

Werte
KTAU_Tabelle
(profilbe-
zogen)
FGW_KTAU_Tabelle
(fgw-bezogen)
 Ktau-
Tabelle
 Ktau-Tabelle
wird
programm-
intern aus Profilen
ermittelt
     ABFLUSS-WERT  [m3/s]
+
 KTAUWERT
[s]
 KTAUWERT
[s]
 KTAUWERT
[s/m]
VOLUMEN
[m3]
 GESCHWINDIGKEIT
[m/s]

(1) in Wasserspiegellagenprogrammen wie z.B. WSPWIN/WSP-ASS (Knauf 2000)

Weiterentwicklung der Parametrisierung des Kalinin-Miljukow-Ansatzes

  • Interpolation von Werten für nicht über Profile belegte Gewässerabschnitte innerhalb eines Stranges
  • Ausgabe der Anzahl von Ausuferungen pro Gewässerabschnitt (z.Z. in der arc_egmo.txt)

Modul.ste

ModellTyp              1      /* 0 - komplett mit Speicherkaskade analog Q_ELS*/
                              /* 1 - Kalinin-Miljukov fuer Gewaesser mit      */
                              /*     Profilinformationen, sonst Speicherkaskade/
RUECKGANGSFAKTOR       0.001  /* Dient der Skalierung der modellintern        */
                              /* ermittelten Rueckgangskonstanten im Gewaesser*/
*Ausuferungsabflussspende  9  /* wenn angegeben, wird diese Spende in Abfluesse */
                              /* umgerechnet. Bei Ueberschreitung des Ausuferungs-/*
                              /* abflusses wird die Speicherkonstante 0.0003 */  
-----------------------------------------------
WSP_Pfad                   e:\Unstrut\Modelle\Glowa\WSP\
WSP_KTAU_Werte             ktau-tab.txt
-----------------------------------------------
STAT2FGW_TABELLE           ASCII stat2fgw.txt
FGW_IDENTIFIKATION         FgwID
STATION_von                Start
STATION_bis                Ende
Strangzuordnung            Strang
----------------------------------------------
UferHoehen                 Ufer_H.txt
Ausuferungsabfluesse       QBordVoll.txt
-----------------------------------------------
RegimeAbfluesse            ASCII RegimeQ.tab
FGW_IDENTIFIKATION         FgwID
RegimeAbflussBett          Qb
RegimeAbflussVorland       Q
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Rauhigkeitsbeiwerte bei Q_KalMil

Im Modul Q_KalMil wird der Modelltyp 0 (Speicherkaskade analog Q_ELS, wenn keine Profilinformationen vorliegen) ab sofort unter Einbeziehung des Rauhigkeitsbeiwerte nach Manning-Strickler gerechnet. Der Rauhigkeitsbeiwert wird dazu aus der fwg_typ.tab eingelesen. Im FließgewässerCover ist dazu den Gewässerabschnitten das Attribut FGW_TYP zuzuordnen. Damit können nun räumlich differenzierten Rauhigkeitsverhältnissen berücksichtigt werden.

Fgw.sdf

FGW_AAT                     DBASE fgw.dbf
FGW_TYP                     FGW_TYP
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
FGW_TYP_TABELLE               ASCII fgw_typ.tab
FGW_TYP_IDENTIFIKATION        TYP_ID
MANNING_WERT_MAX              M_MAX
*MANNING_WERT_MIN              M_MIN

Gewässerabschnittsbezogene Verwaltung von Abflusskonzentrationsparametern

Neben den in der modul.ste gegebenen Möglichkeiten, die Abflusskonzentration im Gewässer global, d.h. für alle Gewässerabschnitte einheitlich im Rahmen der Modellanpassung zu modifizieren, wurden neue Möglichkeiten geschaffen, dies auch räumlich differenziert für einzelne Gewässerabschnitte zu tun. Wenn Kal_Mil als Gewässermodell ausgewählt wurde, wird bei der Parametrisierung des Modells geprüft, ob dem Gewässernetz die folgenden Attribute zugeordnet wurden:

GESCHWINDIGKEITS_FAKTOR    vFak
RUECKGANGSFAKTOR_FGW       rFak
Ausuferungsabfluss         Qaus

Fgw.sdf

Diese oder eins dieser sind direkt der Gewässerdatenbasis zuzuordnen und über die fgw.sdf ist wiederum dem Programm mitzuteilen, welche Attributnamen konkret gewählt wurden.

Mit dem Geschwindigkeitsfaktor werden alle KTAU-Werte einer dem Gewässerabschnitt zugeordneten KTau-Tabelle multipliziert, d.h. der Faktor wirkt über alle Abflussbereiche, aber nur dann, wenn für diesen FGW eine KTau-Tabelle vorliegt.

Liegen keine KTau-Werte vor, d.h. es wird QELS angewendet, so kann mit dem Rückgangsfaktor bestimmt werden, wie schnell der den Gewässerabschnitt beschreibende Einzellinearspeicher entleert wird. Die Wirkungsweise ist also analog zum RUECKGANGSFAKTOR, der in der modul.ste global, d.h. für alle Gewässerabschnitte einheitlich vorgegeben werden kann. Dieser sollte auf 1. gesetzt werden, wenn mit räumlich differenzierten Faktoren gearbeitet wird. Der Ausuferungsabfluss stellt einen Grenzwert dar, bei dessen Überschreibung der Rückgang bzw. das Auslaufen des Einzellinearspeichers verlangsamt wird. Im Gegensatz zur in der modul.ste global vorzugebenden Ausuferungsabflussspende ist hier den Gewässerabschnitten ein Abfluss in [m³/s] vorzugeben. Ist dieser Abfluss nur für einige Gewässer bekannt, kann dieser Wert für die anderen FGW unwirksam gemacht werden, indem er auf 0. oder einen negativen Wert gesetzt wird.

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