Flusslauf-Modell (RIMO)

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Mit dem Flusslauf-Modell wird eine Erweiterung der bisherigen Modellierung des Gesamtabflusses bereitgestellt.

Es gestattet parallel zu den sonst zu verwendenden Abflusskonzentrationsansätzen, die die Retention in Gewässerabschnitten beschreiben, eine Simulation dieser Prozesse mit einer gröberen Raumdiskretisierung.

Diese gröbere Diskretsierung ist notwendig, um die numerische Stabilität solcher Ansätze wie das Translations-Diffusions-Modell zu gewährleisten, die eine gewisse Mindestlänge benötigen, um bilanzrein zu arbeiten.

Die nachfolgende Abbildung zeigt anhand eines Abschnittes der Zwickauer Mulde, dass sich in hoch aufgelösten Gewässernetzen durch die Topologie sehr kurze Gewässerabschnitte ergeben. Während in speicherbasierten Ansätzen über eine Verringerung des Zeitschrittes die Stabilität des Lösungsalgorithmus’ erreicht werden kann, ist dies für #### nicht möglich.

Abbildung 1:    Auszug aus der Datei ..\GIS\relate\fl_Modell.tab

 

Um dennoch die Nutzung solcher Ansätze mit dem in ArcEGMO integrierten, je nach Datenverfügbarkeit hoch aufgelösten GIS-Datenmodellen zu gestatten, wurde ArcEGMO so erweitert, dass gekennzeichnete Gewässerabschnitte zu Strängen zusammengefaßt werden können und jeder Strang dann als eine Modellierungseinheit behandelt werden kann.

 

Das Flusslauf-Modell wird über den Eintrag Flusslaufmodell in der Steuerdatei MODUL.STE aktiviert.

Über die dann folgenden Einträge kann festgelegt werden, welches Flusslauf-Modell angewendet werden soll. Z.Z. ist allerdings nur Rimo (s. u.a. Polte & Schmahl 1980) verfügbar.

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Flusslaufmodell
TESTDRUCK
MODELLNAME          Rimo
STRANG_ID           Rimo_rido            /* StrangID am GewässerCover */
FL_PARAMETER        ASCII Fl_Modell.tab
STRANG_IDENT        FL_ID                /* StrangID in der Parametertabelle */
FL_PARA1            D1
FL_PARA2            U1
FL_PARA3            QL1
FL_PARA4            f1
FL_PARA5            D2
FL_PARA6            U2
FL_PARA7            QL2
FL_PARA8            f2
FL_PARA9            D3
FL_PARA10           U3
FL_PARA11           ce
FL_PARA12           is
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Abbildung 2:    Auszug aus der Datei ..\arc_egmo\modul.ste

Abbildung 3:    Strangkennzeichnung in der GIS-Datenbasis

Über die <STRANG_ ID> ist eine Attributspalte im Fließgewässer-Cover anzugegeben (s. nebenstehende Abb.), über die eine Zusammenfassung von Gewässerabschnitten zu größeren Strängen erfolgen kann.  Mit „0“ werden die Abschnitte markiert, für die das Flusslauf-Modell nicht angewendet werden soll. Wichtig ist, dass die Zusammenfassung zu Strängen so erfolgen kann, dass im Anschluss an die Zusammenfassung an die Stränge die gleichen Anforderungen gestellt werden können wie an das Basisgewässernetz.

Jeder Strang muss genau einen Linienzug ergeben, d.h. keine Verzeigungen, Zusammenflüsse oder Lücken aufweisen. Aus der Anordnung der Stränge müssen sich eindeutige Oberlieger-Unterlieger-Beziehungen ableiten lassen. Stränge dürfen miteinander nur an den oberen oder unteren Knoten verknüpft sein.

Die Strangparameter und die Anzahl der Stränge werden über eine ASCII-Tabelle vorgegeben, deren Namen in der modul.ste über den Schlüssel FL_PARAMETER anzugegeben ist.

Für eine korrekte Ableitung der Berechnungsreihenfolge ist sicherzustellen, dass der unterste Strang als letzter in dieser Tabelle angegeben ist (z.B. Strang 105 im nachfolgenden Beispiel).

FL_ID  BEZEICHNUNG  D1     U1     QL1    D2     U2
101    'Pegel 1 bis Pegel 2'      9.1    13.3   15.6   32.0   40.0
102    'Pegel 2 bis Pegel 1'      19.1   43.3   25.6   42.0   45.0
105    'Pegel 3 bis Pegel 2'      29.1   33.3   55.6   12.0   20.0

Abbildung 4:    Auszug aus der Datei ..\GIS\relate\fl_Modell.tab

 

Die Impulsantwort wird programmintern aus den eingelesenen Strangparametern ermittelt.

Abbildung 5:   Prinzipdarstellung zum Ansatz

Anhand der folgenden Abbildung soll nun die Integration des Flusslaufmodells in das standardmäßig laufende Gewässermodell erläutert werden.

Wenn das Flusslaufmodell innerhalb ArcEGMO läuft, wird aus den folgenden 3 Systemgrößen der Input für die Stränge ermittelt:

Soll ein extern laufendes Flusslaufmodell mit obigen Systemgrößen gespeist werden, können die in den Ergebnisdateien von ArcEGMO gespeicherten Zuflusswerte verwendet werden. Diese sind dann aber manuell, am besten unter Excel, für die Input in das Flusslaufmodell aufzubereiten.

Größe Erläuterung Gewässerabschnitte in
Abbildung 6
Eigengebietsabfluss qei Zufluss der Zwischengebietes 1133, 1199, 1235
Abfluss qc Seitliche Zuflüsse 707, 1236
Oberliegerzufluss qo Zufluss von „oben“, d.h. in die „Quelle“ eines Strangnetzes 1235 (wäre identisch mit qc von 1234 + 1223)

 

Abbildung 6:    GIS-gestützte Inputermittlung

Ein RIMO-Abschnitt darf nicht mit 2 Zuflüssen beginnen, sondern darf nur einen Oberlieger haben, wie folgende Abbildung zeigt (RIMO-Abschnitt = 6372, Oberlieger 3344).

 

Weiterführende Literatur

Becker, A.  (1983): Grundla­gen, Ein­zugsge­biets­mo­delle und Ar­beits­tech­ni­ken zur Berech­nung von Durch­fluß­meß­rei­hen aus me­teo­rolo­gi­schen Grö­ßen; In : Mitt. des In­stitu­tes für Was­ser­wirt­schaft, Heft 46, Ber­lin, VEB Ver­lag für Bau­we­sen

Becker, A., Glos E., Melcher M. und Sosnovski, P., 1977. Mathematisches Modellsystem zur kontinuierlichen Prozeßvorhersage und -steuerung in der mittleren Saale. Mitt. des Instituts für Wasserwirschaft, Sonderheft 25 Jahre IfW.

Becker, A. und Glos, E., 1971. Flußgebietsmodell zur Hochwasservorhersage für das Bodegebiet. Wasserwirtschaft-Wassertechnik, Berlin, 21, 4, 133-140.

Becker, A., Sosnowski, P., 1977. Mathematical model system for continous operational control of river flow and salt concentration in an industrialized river basin. In: Effects of urbanisation and industrialization in the hydrological regime and on water quality. Proc. of the Amsterdam Symposium.

Becker, A., Polte, B., Schmahl, 1981. Computerized streamflow forecasting system for the Elbe river in the GDR. Proc. of the Int. Conference on Numerical Modelling of channel and overland flow, Bratislava.

Becker, A. and Kundzewicz, Z., 1987. Nonlinear flood routing with multilinear models. Water Res. Res., 23, 1043‑1048.

Polte,B., Schmahl, W., 1980. Teilbericht 6. Programmsystem für das Durchflußvorher-sagemodell „Zentralmodell Elbe“ Unveröffentlichter Bericht des Instituts für Wasserwirtschaft /1980.

Sosnowski, P.,1971. Optimierung der Parameter hydrologischer Modelle. Institut für Wasserwirtschaft, WWT 21, 8, 265-270