Der Ansatz für die Transferzone stellt die Schnittstelle zwischen Oberflächen- und Grundwassermodell dar. Modelltechnisch wird der Ansatz zwischen die Modellebenen ABI und GW in ArcEGMO eingebunden.

Der Input für SlowComp ist die Versickerung, die in SlowComp zwischengespeichert wird. Diesem Speicher ist die Auslaufkonstante RG1 der Litho-Einheit zugeordnet, in der die Elementarfläche (EFL) liegt. Die Speicherabgabe RG1 erfolgt als schneller Zufluss Input ins nächstliegende Gewässer. Über die Angaben NaechsterVorfluter und EntfernungZumVorfluter in der Elementarflächendatenbasis erfolgt die Zuordnung der Abflüsse zu einem Gewässerabschnitt.

Der Überlauf über Smax ist die Grundwasserneubildung, die den Grundwasserspeicher füllt. In jedem TG wird für jede Litho-Einheit, die im Gebiet vorkommt, ein GW-Speicher angelegt, der durch die Grundwasserneubildung (GWNB) der EFLs dieser Litho-Einheit gefüllt wird. D.h. jeder Einzellinearspeicher (ELS) kann durch mehrere ELS gespeist werden. In jedem Teileinzugsgebiet (TG) sind so viele GW-Speicher und werden demzufolge so viele GW-Komponenten RG2 gebildet, wie Litho-Einheiten sich in dem TG befinden. Die Rückgangskonstante dieser Speicher ist die des RG2. Sie wird nicht direkt aus der Litho-Tabelle ausgelesen, sondern aus der modul.ste (Block EGMO_GW oder EGMO_GW1).

Das Submodul Transferzone besteht aus den beiden Komponenten SlowComp2 zur Komponententrennung und SicTrans zur zeitlichen Verzögerung der Tiefenversickerung. Die Trennung wurde vorgenommen, um beide Ansätze jeweils separat anwenden zu können. Beide Ansätze arbeiten in der gleichen räumlichen Auflösung wie das Abflussbildungsmodell. Derzeit ist allerdings nur die Anwendung für elementarflächenbezogene Ansätze wie PSCN oder Siwa freigeschaltet.

Die Elementarflächen kommunizieren nicht untereinander, d.h. die Aufteilung des Versickerungswassers wird für jede Elementarfläche einzeln vorgenommen. Der errechnete Anteil von RG1 wird dem am nähesten gelegenen Flussabschnitt übergeben.

Der vertikale Anteil RG2 wird dem Grundwassermodell übergeben, hierzu müssen die Elementarflächeneinheiten, auf die im Grundwassermodell verwendeten Rasterelemente umgerechnet werden.

Als Nutzerschnittstelle für die Modellparametrisierung existiert in der Datei ARC_EGMO\modul.ste ein Bereich SLOWCOMP2.

SLOWCOMP2
FORMPARAMETER_C    	-0.5
FORMPARAMETER_D         0.55
ZEITVERSCHIEBUNG        15
LITHOFAZIESEINHEIT      litho_id
NaechsterVorfluter      Next_fgw
EntfernungZumVorfluter  Weg2Fgw
TESTDRUCK
------------------------------------------------------------------------------
LITHOFAZIESKENNWERTE   ASCII litho.tab
LITHOFAZIES_IDENT      LIT_ID
RUECKGANG_RG1          K_RG1 	/* oder K_RG1o als oberer bzw. K_RG1u unterer*/
RUECKGANG_RG2	       K_RG2    /* Grenzwert, mit DIFGA empirisch ermittelte Werte*/
GRENZWERT_SMAX         SMAX  	/* oder SMAXo  als oberer bzw. SMAXu  unterer */

Abbildung 3‑1: Auszug aus der Datei modul.ste – Transferzone

Haupteingangsgröße ist die Sickerwasserrate, die in dem Modul ABI für jede Elementarfläche berechnet wird. Sie gibt die für die Aufteilung und Retention verfügbare Wassermenge vor:

• P: Sickerwasser (Gesamtzufluss zur ungesättigten Bodenzone) [mm/dt]

Für die Berechnung der Speichergröße werden lithofaziesbezogene Parameter verwendet, die aus unter LITHOFAZIESKENNWERTE (s. Abbildung 3‑2) angegebenen Tabelle gis/ascii.rel/Litho.tab eingelesen werden:

• Smax: empirisch ermittelte durchschnittlich maximal mögliche Speicherfüllung einer Lithofazieseinheit verschiedener Standorte, sowie deren Maximal- (Smax_o) und Minimalwert (Smax_u). Sofern Smax mittels Gl. 1 zeitlich variabel angesetzt werden soll, müssen in der Steuerdatei die Formparameter c und d und die zeitliche Verschiebung t angegeben werden.

• K_RG1: empirisch ermittelter durchschnittlicher Speicherkoeffizient für den schnellen Basisabfluss einer Lithofazieseinheit verschiedener Standorte, sowie deren Maximal- (K_RG1o) und Minimalwert (K_RG1u).

• K_RG2: empirisch ermittelter durchschnittlicher Speicherkoeffizient für den langsamen Basisabfluss einer Lithofazieseinheit verschiedener Standorte, sowie deren Maximal- und Minimalwert.

ID LITHOFAZIES	 K_RG1   K_RG1u   K_RG1o  SMAX   SMAXu 	SMAXo
1  lithofazies1	 ...	 ...	  ...	  ...	 ...	...
2  lithofazies2	 ...	 ...	  ...	  ...	 ...	...

Abbildung 3‑2: Litho.tab in der die Speichergrößen für die jeweiligen Lithofazieseinheiten eingetragen werden

Über die Angaben zum nächst gelegenen Gewässerabschnitt NaechsterVorfluter und der Entfernung zu diesem EntfernungZumVorfluter in der Elementarflächendatenbasis erfolgt die Zuordnung der RG2-Abflüsse zu einem Gewässerabschnitt.

in SLOWCOMP kann auch ein Jahresgang für den schnellen Grundwasserspeicher vorgegeben werden.

Dazu werden in der modul.ste unter SLOWCOMP folgende Parameter benötigt:

##############################
SlowComp2
…

FORMPARAMETER_C         -0.5
FORMPARAMETER_D          0.55
ZEITVERSCHIEBUNG        15

…

##############################

Über die drei Parameter wird eine Sinusfunktion der Speicherschwankung definiert:

• FORMPARAMETER_C => definiert die Schwingungsweite der Kurve
• FORMPARAMETER_D => definiert die Amplitude der Kurve
• Zeitverschiebung => bewirkt eine Zeitverschiebung um eine entsprechende Anzahl an Tagen.

Sind FORMPARAMETER_C und FORMPARAMETER_D gleich 0, wird der SLOWCOMP-Ansatz ohne Jahresgang gerechnet.

Ist nur der FORMPARAMETER_C gleich 0, kann der FORMPARAMETER_D zum Kalibrieren der Speichergröße Smax verwendet werden.

Das Modul SicTrans besitzt keine eigenen Eingangsgrößen. Deshalb ist in der modul.ste lediglich anzugeben, ob es gerechnet werden soll oder nicht.

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*SicTrans                     /* wenn aktiviert, TIEFENVERSICKERUNG für      */
                              /* grundwasserferne Standorte nach GLUGLA 1970 */
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Abbildung 3‑3: Auszug aus der Datei modul.ste – Transferzone

Für die Tiefenversickerung wird außerdem ein bodenspezifischer Parameter C nach Glulga (1969) benötigt:

• C : Bodenspezifischer Parameter nach Glugla [1/(m*s)]

Er kann für Lockergesteinsgebiete in Abhängigkeit von der nutzbaren Feldkapazität nach folgender Formel berechnet werden:

Gl. 16

Dieser Ansatz wurde direkt ins Programm integriert. Tabelle 3-1 zeigt die sich dabei für verschiedene Substrate ergebende Werte.

Tabelle 3-1: Abbildung der bodenartspezifischen C-Werte durch eine Potenzfunktion der nutzbaren Feldkapazität

Für die Berechnung der Schichtmächtigkeit (Mx) und Schichtanzahl (k) werden folgende Größen verwendet:

• f : Durchlässigkeitsbeiwert [m/s]
• Fl : Flurabstand [m]
• wzt : Wurzeltiefe [m]

Ebenso ist die Angabe, ob der Standort grundwassernah oder grundwasserfern ist von Bedeutung, da die Anwendung des Perkolationsansatzes nur auf grundwasserfernen Flächen Sinn macht.

• GW: GWnah (1) oder GWfern (2)

Weitere Größen, die zusätzlich in die Berechnung eingehen, werden intern im Programmablauf ermittelt. Es sind dies einerseits Größen, die mehrfach auftretende Formelteile zur besseren Übersichtlichkeit repräsentieren und andererseits Parameter, die für die Ermittlung der Outputdaten intern im Programm verwendet werden:

• x : exp(-t/K_RG1)

• y: WURZEL*(Mx^2*RG2pot_(k-1)/C)

• Alpha: (WSA-y)/(WSA+y)*EXP(-2*(WURZEL(C*RG2pot_(k-1)/(Mx^2))*dt)

• Sanf: Anfangsspeicherfüllung (Sanf = Smax/2, oder gemessen)

• Send: Endspeicherfüllung zur Berechnung der Aufteilung in RG2 und RG1

• P1pot: Potenziell mögliche Versickerungsmenge (in Abhängigkeit von der Speicherfüllung)

• P1: Tatsächliche Versickerungsmenge (in Abhängigkeit von Speicherfüllung und Sickerwasserangebot)

• RG2pot: Vertikale Versickerungsmenge die potenziell dem Grundwasser zukommen kann

• S3: dicke der Bodenschicht zwischen durchwurzelter Bodenzone und Grundwasseroberfläche [m] (S3 = Fl-wzt)

• k : Anzahl der Schichten für die Tiefenversickerung (k = S3/Mx)

• Mx : Mächtigkeit der k Schichten [m] (Mx =86400*kf)

• WSA: Anfangswasserfüllung für die k Schichten (WSA = Sanf/k)

• WSE: Endwassergehalt jeder der k Schichten, wird als Anfangswassergehalt für den folgenden Zeitschritt verwendet

• RG2pot_(k-1): Zusickerung zu jeder Schicht k aus der darüber liegenden Schicht. Wenn keine weitere Schicht vorhanden ist, wird RG2pot_(k-1) = GWN.

Die Outputdaten bestehen aus Zeitreihen für den Interflow (laterale Versickerungskomponente RG1) und die Grundwasserneubildung (vertikale Versickerungskomponente RG2) in Tagesschritten.

• RG1: Interflow

• RG2: Grundwasserneubildung

Die Zeitreihen können in den Ergebnisstabellen von ArcEGMO für jede Elementarfläche gespeichert werden. Die Aktivierung dieser Ausgabe erfolgt über das Steuerwort SchnellerGrundwasserAbfluss im Block WASSERHAUSHALT der results.ste.

Zusätzlich kann der aus dem Interflow resultierende Gewässerzufluss für jeden Gewässerabschnitt ausgegeben werden.

Die Aktivierung dieser Ausgabe erfolgt über das Steuerwort SCHNELLERGRUNDWASSERZUFLUSS im Block GEWAESSERABFLUESSE der results.ste.