EGMO GW – Notizen – ArcEGMO Dokumentation

Modifikation der Vegetationsfunktion in EGMO-GW (07.01.2015)

Die grundlegende Beschreibung des möglichen Verdunstungsverlustes aus RG und RH wird unter Modul/EGMO-GW beschrieben.

Die positive Halbwelle der Cosinusfunktion (die das Transpirationsvermögen der Vegetation widerspiegelt) kann seit 07.01.2015 über drei neue Steuerwörter in der modul.ste modifiziert werden.

$VEG = max(0, -cos((TN+30)\cdot 3.1416)))$

TN = Tagesnummer

Auszug aus modul.ste

EGMO-GW
VEGFUNKT_MIN_REDUK -0.3 /* Modifikationssfaktor fuer die Vegetationsfunktion
VEGFUNKT_START_REDUK 180 /* Startwert für die Modifikation der Vegetationsfunktion
VEGFUNKT_END_REDUK 400 /* Startwert für die Modifikation der Vegetationsfunktion

Dies geschieht über einen Start- und einen Endpunkt (VEGFUNKT_START_REDUK und VEGFUNKT_END_REDUK) zwischen denen die Modifikation um einen Faktor (VEGFUNKT_MIN_REDUK) vorgenommen wird. Start- und Endpunkt wird als Tagesnummern (1-365) vorgegeben. Werte größer 365 werden nie erreicht, so dass einen Modifikation nicht beginnt (graue Linie) bzw. endet (rote Linie).

Die Modifikation erfolgt folgendermaßen:

Für negative Werte wird die Funktion mit dem Betrag des angegebenen Faktors multipliziert (blaue Linie ab TN 180)
Bei positiven Werten ersetzt der angegebene Wert die Cosinusfunktion (rote Linie ab TN 150)

Abb. 1: Verschiedene Modifikationen der Funktion, die das Transpirationsvermögen der Vegetation beschreibt.

Die graue Linie zeigt die Standardfunktion, die in ArcEGMO aber immer schon defaultmäßig modifiziert wurde.

Bis zum 13.11.2012 wurde nach 180 Tagen mit dem Modifikationsfaktor von -0.3 reduziert (blaue Linie).
Am 13.12.2012 wurde im Rahmen des Niedrigwasserprojektes BB zur Reduzierung der Niedrigwasserabflüsse im Sommer programmintern eine Änderung vorgenommen, die das Transpirationsvermögen bis zum 330. Tag auf dem Niveau des Scheitelwertes hielt (rote Linie). Dies ist jetzt auch die Default-Modifikation in der aktuellen ArcEGMO-Version, wenn die drei Steuerwörter auskommentiert sind.
Um Ergebnisse aus alten Projekten vor dem 13.11.2012 zu rekonstruieren sollten die drei Steuerwörter mit den hier angegebenen Größen verwendet werden.

Änderungen am Grundwassermodell (01.12.2015)

Ziel: Mengenbilanzierung des Grundwassers pro Teileinzugsgebiet

Dazu werden sämtliche In- und Outputs, also neben der Grundwasserneubildung auch die Leakageverluste aus dem Gewässersystem ins Grundwasser, Grundwasserentnahmen und Einleitungen und Grundwasserverlagerungen pro Bezugsgebiet (meist TG) bilanzierbar gemacht. Als Grundlage für die Auswertungen wurde eine weitere Ergebnis-Ebene, die Grundwasserbilanz, eingeführt.

Auszug aus der Steuerdatei results.ste

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GRUNDWASSERBILANZ

TABELLEN_FORMAT         EXCEL_MOD /* EXCEL_MOD oder GIS_MOD=Raum           */

…

GW_FROM_FGW gwFromFgw /* [mm] - summarischer Input in die GW-Speicher des Teilgebietes aus dem Gewaesser ReInfiltration/Leakage)*/

GW_FROM_GWN gwFromGwn /* [mm] - summarischer Input in die GW-Speicher des Teilgebietes aus der Grundwasserneubildung */

GW_FROM_GW   gwFromGw /* [mm] - summarischer Input in die GW-Speicher des Teilgebietes aus oberliegenden GW-Speichern */

GW_NUTZUNG   gwNutz   /* [mm] - summarischer Input (+) oder Entnahme (-) in die aus dem/n GW-Speicher(n) des Teilgebietes */

GW_TO_FGW   gwToFgw  /* [mm] - summarischer Output aus den GW-Speichern des Teilgebietes ins Gewaessersystem */

GW_TO_GW   gwToGw  /* [mm] - summarischer Output aus den GW-Speichern des Teilgebietes in unterliegende GW-Speicher */

GW_DIFFS     gwdS     /* [mm] - summarische Speicheraenderung in den GW-Speichern des Teilgebietes */

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Standardmäßig werden die Ergebnisgrößen zur Grundwasserbilanzierung für die der Modellierung zugrunde liegenden Raumeinheiten, d.h. Teileinzugsgebiete (TG) ausgegeben. Sofern in der Arc_EGMO.ste eine geringer aufgelöste Raumeinheit angegeben ist, erfolgt eine räumliche Aggregierung auf diese.

Auszug aus der Steuerdatei Arc_egmo.ste

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RAUMBEZUEGE_ERGEBNISSE

METEOR                   TG /* EFL, KAS, TG oder GEB                     */

ABFLUSSBILDUNG           TG /* EFL, KAS, TG oder GEB                     */

GRUNDWASSERBILANZ       GEB /* GEB, TG                                 */

Des Weiteren wurden noch Fehler im Modell korrigiert, bei denen die Inputgrößen auf das ELS-Area bezogen wurden. Da sämtliche Speicherfüllungen der einzelnen Komponenten aber auf das komplette Teilgebiet (GW_Area) bezogen sind, dürfte diese Zuordnung falsch sein. Betroffen davon sind auch die Grundwasserverlagerungen, bei denen der Flächenfaktor bei der Verlagerung bisher das Verhältnis der ELS_Area beinhaltete. Korrekt müsste es aber das Verhältnis der GW-Area sein.

Eine weitere Änderung betrifft den Speicher, in den die Leakage-Verluste des Fließgewässers eingehen. Bisher war dies der 1. Speicher (meist AG), jetzt wurde der AN-Speicher dafür ausgewählt.

Bisher wurde die GW-Verlagerung über das Steuerwort GW_Tief in der Modul.ste aktiviert. Dies entfällt für EGMO_GW1. Für die Grundwasserverlagerung wird jetzt ausgewertet, ob GW-Unterlieger und GW_Verlust als Attribute der Modellgeometrien der GW-Ebene angegeben sind. Folgende Möglichkeiten zur Ansteuerung der GW-Verlagerung bestehen:

Wenn weder GW-Unterlieger und GW_Verlust angegeben sind, verbleibt der Grundwasserabfluss komplett in der jeweiligen Modellgeometrie (meist TG), in der die Grundwasserneubildung erfolgte.
Wenn GW-Unterlieger und GW_Verlust angegeben sind, wird ein dem GW_Verlust (=0-1) entsprechender Anteil aller Abflusskomponenten bis auf RN in den angegebenen Unterlieger verlagert. Befindet sich der Unterlieger außerhalb des Modellgebietes oder ist nicht zuordenbar (wenn z.B. ein negativer GW_Unterlieger angegeben ist), wird der GW_Verlust als Verlustgröße für die Gebietswasserbilanz ausgewiesen.
Ist ein Unterlieger-Attribut vorgegeben, aber kein GW-Verlust, dann wird der komplette Grundwasserabfluss dieses Gebiet bis auf RN auf den Unterlieger verlagert, sofern dieser existiert (GW_ Verlust = 1.) oder als Bilanzverlust angesehen (Verlust an tiefliegende Grundwasserleiter). Verweist das Unterliegerattribut auf die eigene Adresse, dann erfolgt keine Verlagerung.
Ist kein Unterlieger-Attribut vorgegeben aber ein GW-Verlust, dann wird dieser zur Reduzierung des GW-Abflusses in dem GW-Gebiet verwendet. Für diesen Bilanzverlust wird wiederum angenommen, dass er ins tiefe Grundwasser geht.
Es ist zu unterschieden zwischen abflusslosen und an das Gewässersystem angeschlossenen Teileinzugsgebieten. Bei abflusslosen Gebieten muss der Wirkfaktor (GW_Verlust) = 1 sein, damit kein Wasser verloren geht. Da es auf diesen Gebieten auch keinen Sinn macht oberirdische Abflusskomponenten auszuweisen, wird die Summe aus oberirdischen und unterirdischen Abflusskomponenten verlagert.

Auszug aus der TG.sdf

###### Attribut-Tabelle ####################################################

*TESTDRUCK

TG_PAT               DBASE Tg_2015.dbf

…

GW_Unterlieger       GW_uli

*GW_Verlust          GW_out

Bisheriger Ansatz zur Berechnung der Grundwasserkomponenten am Beispiel eines fiktiven Bilanzgebietes:

Neuer Ansatz zur Berechnung der Grundwasserkomponenten am Beispiel eines fiktiven Bilanzgebietes:

Ziel war es, die Inputgrößen für die GW-Speicher nicht bezogen auf die Fläche des Bezugsgebiets zu erhalten, sondern stattdessen eine Zielgröße zu erhalten, die unabhängig von der Bezugsgebietsfläche ist.

Änderungen in der räumlichen Selektion im Zuge der Grundwasserbilanzierung (21.12.2015)

Ziel: Unterscheidung zwischen externen Speisungen der Grundwasserbilanz und internen Grundwasserverlagerungen

Wenn mit der Option „BERECHNUNGEN_FUER“ gearbeitet wird, um Teilgebiete innerhalb eines größeren Modellgebietes zu rechnen, werden neben den Modellgeometrien (FGW, EFL, TG, GWP), die unmittelbar im Teilgebiet liegen, zusätzlich die TGs inklusive der ihnen zugeordneten EFL ermittelt, die über Grundwasserverlagerungen das betreffende Teilgebiet speisen. Um diese externen Grundwasserspeisungen des Betrachtungsgebietes von den internen, bilanzneutralen Grundwasserverlagerungen unterscheiden zu können, werden nun in den Selektdateien die externen Speisungsgebiete mit einem negativen Vorzeichen gekennzeichnet.

Neuer Ansatz zur Berechnung der Grundwasserkomponenten am Beispiel eines fiktiven Bilanzgebietes:

Ermittlung der Grundwasserflurabstände (23.12.2015)

Ziel: Ableitung zeitlich differenzierter Grundwasserflurabstände im Zuge der Grundwassermodellierung als Randbedingung für die Abflussbildungs- insbesondere Verdunstungsmodellierung

Alternativen:

Verwendung der Grundwasserständen pro EFL als Bezugswerte und Ableitung der Flurabstände unter Einbeziehung der Geländehöhenà Nachteil bei Mittelung z.B. für Hydrotope, da die unterschiedlichen Geländehöhen den Mittelwert beeinflussen
Verwendung der Grundwasserflurabstände pro EFL à Nachteilig ist hier, dass die GW-Höhen, sofern sie für die Ableitung von Fließrichtungen verwendet werden solle, als abgeleitete Größe ungenauer sind

Vorzugsvariante: Vorgabe der Grundwasserstände für jede EFL (werden eingelesen), daraus abgeleitet werden die Grundwasserflurabstände pro EFL, diese werden auf die ELS und TG aggregiert bzw. für diese über Mittelung im Zuge der Modellinitialisierung berechnet, während der Modellsimulation werden die Änderungen der Speicherfüllungen S(rb,i_els) zur Korrektur der GW-Flurabstände genutzt

Erweiterung / Korrektur für die Option BERECHNUNGEN_FUER

Bisher wurden die für die Berechnungen des Abflusses an dem über BERECHNUNGEN_FUER vorgegebenen Gewässerabschnittes benötigten Modellgeometrien selektiert, in dem für diesen FGW sämtliche oberliegenden Gewässerabschnitte und die darin entwässernden Teilgebiete und damit letztlich das oberirdische Einzugsgebiet ermittelt wurden. Anschließend wurden dann noch alle Teilgebiete ermittelt, die über Grundwasserverlagerungen das oberirdische Einzugsgebiet speisen.

Sofern in diesen Grundwasserspeisungsgebieten zusätzliche, bisher nicht selektierte Gewässerabschnitte lagen, wurden diese nicht mit betrachtet. Dies führte dazu, dass es Unterschiede gab zu den Berechnungsergebnissen mit dem Gesamtmodell, weil im Gesamtmodell ein Teil des Direktabflusses dieser Speisungsgebiete den unter BERECHNUNGEN_FUER nicht selektierten Gewässerabschnitten zugewiesen wurden.

Dieses Problem wurde gelöst, in dem nun sämtliche Gewässerabschnitte selektiert werden, die in den ober- und unterirdisch angeschlossenen Teilgebieten liegen. Damit werden nun auch Einzugsgebiete mit mehreren Gebietsauslässen wie TG 2295 in nachfolgender Abbildung korrekt berücksichtigt, die eigentlich ein Fehler in der Datenbasis sind, weil ein Einzugsgebiet laut Definition nur einen Auslass haben darf.

Ausgabe für die GW-Bilanz für ein Bilanzgebiet (27.10.2016)

Die Festlegung eines Bilanzgebietes kann nun wie folgt geschehen:

Es ist ein Attribut BILANZGEBIET in der TG-Datenbasis vorhanden. Dann werden alle TGs mit BilanzAttribut = 1 dem Bilanzgebiet zugeordnet. Gebiete außerhalb des Bilanzgebietes werden durch das BilanzAttribut = 0 gekennzeichnet.
Wenn kein Attribut BILANZGEBIET in der TG-Datenbasis vorhanden ist, wird bei einer ausgewiesenen Selektion das oberirdische Einzugsgebiet als Bilanzgebiet verwendet.
Wenn das Bilanzgebiet weder durch ein Attribut noch durch eine Selektion ausgewiesen wurde, wird über das gesamte Modellgebiet bilanziert.

Auszug aus der TG.sdf

######  Attribut-Tabelle  ####################################################

TESTDRUCK

TG_PAT                 DBASE    weg.dbf

TG_FLAECHE             AREA

TG_IDENTIFIKATION      TGID

BILANZGEBIET           Bilanz

*MODELL_REGION               Owk