1 Grundsätzliche Überlegungen
Im Rahmen der gekoppelten Modellanwendungen wurde ein einfaches Grundwassermodell GwRasIntern benötigt, das in einer vergleichbaren räumlichen Auflösung wie die externen Grundwassermodelle arbeitet. Dieses Modell GwRasIntern sollte in der Lage sein, auf einfache Art und Weise bilanzrelevante Randgebiete beschreiben zu können, für die aber (aus Aufwandsgründen) keine externen Grundwassermodelle aufgebaut wurden.
1.1 Prozesse und Modellansätze
GwRasIntern berechnet das Grundwasser jeder Elementarfläche als einzelnen Speicher.
Angesteuert wir das Modul, in dem in der ArcEGMO.ste für das Grundwassermodul GwRasIntern eingetragen wird. Der Raumbezug für die Modellierung muss gleichzeitig auf Raster (RAS) eingestellt werden.
Auszug aus der ArcEgmo.ste
| PROJEKT F:\Paulinenaue +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ STEUERDATEIEN ELEMENTARFLAECHEN EFL *TEILEINZUGSGEBIETE TG /* oberirdisches Einzugsgebiet */ RASTERFLAECHEN RAS … ERGEBNISSE results /* Ergebnisse */ +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ RAUMBEZUEGE_MODELLIERUNG … ABFLUSSKONZENTRATION_GW RAS /* FE, KAS, TG oder GEB */ GESAMTABFLUSS FGW /* FGW, TG oder GEB */ +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ RAUMBEZUEGE_ERGEBNISSE METEOR efl /* EFL, KAS, TG oder GEB */ ABFLUSSBILDUNG efl /* EFL, KAS, TG oder GEB */ +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ MODUL_MET met_mod1 /* met_mod1 */ MODUL_ABI PSCN /* PSCN SiWaE, EGMO_WH, EGMO_NA */ MODUL_RD KINWAVE /* KINWAVE, RD_SIMP */ MODUL_GW GwRasIntern /* EGMO_GW */ MODUL_Q Q_KalMil /* Q_ELS, FALTUNG, Q_KalMil */ |
Über die EFL.sdf wird dem Modell mitgeteilt, wie die Elementarflächen der Abflussbildung mit den Rasterflächen des Grundwassermodells verknüpft werden sollen.
Derzeit wird nur eine 1:1-Zuordnung unterstützt. Deshalb sollten die Elementarflächengeometrien gleich den Rasterzellen des Grundwassermodells sein. Ist dies der Fall, so können die zusätzlich einzulesenden Parameter auch direkt über die EFL.dbf vorgegeben werden.
Auszug aus der EFL.sdf
| ###### Attribut-Tabelle#################################################### EFL_PAT DBASE efl.dbf EFL_FLAECHE AREA EFL_IDENTIFIKATION ID RASTER_ZUORDNUNG Grid_Id TG_ZUORDNUNG TGdis *HYDROTOP_ZUORDNUNG Hydtyp BODEN Bod_2300 … |
Über die Raster-Datenbasis werden zusätzliche Parameter für das Grundwassermodell eingelesen.
- Der Kennwert GW_RUECKGANG beinhaltet die Rückgangskonstante „K“ [d] des Einzellinearspeichers, der das Leerlaufverhalten gemäß einer e-Funktion beschreibt. Er kann zur Kalibrierung des Modells verwendet werden.
- Die Porosität wird auf allen Flächen mit 0.2 programmintern vorgegeben. Es ist vorgesehen, dass der Nutzer diesen Kennwert ebenfalls flächendifferenziert vorgeben kann und so eine weitere Möglichkeit zur Modellkalibrierung erhält.
- Die FGW_IDENTIFIKATION gibt die ID des Fließgewässerabschnittes an, in den diese Rasterzelle entwässert.
- Die GRUNDWASSERHoehe GWH [m üNN] wird als Startwert für die fortlaufende Berechnung des Grundwasserstandes verwendet. Dazu wird die aktuelle Änderung der Speicherfüllung unter Berücksichtigung der Porosität (derzeit als fester Wert von 0.2) für die Korrektur des Grundwasserstandes verwendet.
- Die MITTLERE_HOEHE (Geländehöhe [m üNN]) wird verwendet, um den aktuellen Grundwasserflurabstand zu ermitteln.
Auszug aus der Raster.sdf
| ###### Attribut-Tabelle #################################################### TESTDRUCK RASTER_PAT DBASE Raster.dbf RASTER_FLAECHE Area RASTER_IDENTIFIKATION Grid_id GRUNDWASSERHoehe GWH X_WERT_RAS X_coord Y_WERT_RAS Y_coord MITTLERE_HOEHE Hoehe GW_RUECKGANG K GW_PORO Poro FGW_IDENTIFIKATION NextFGW |
Das Grundwassermodell GWRasIntern kann auch als eigenständiges, alleiniges Grundwassermodell im Rahmen einer NA-Modellierung genutzt werden.
Jede Rasterzelle oder Elementarfläche besitzt einen Grundwasserspeicher, dessen Parametrisierung über GW_RUECKGANG (ELS-Rückgangskonstante in [d]) und Speisung über Grundwasserneubildung erfolgt.
Der Abfluss aus den GW-Zellen wird dem jeweiligen, über die FGW_IDENTIFIKATION zugeordneten Gewässerabschnitt oder dem über die Rand_IDENTIFIKATION zugeordneten Modellrand zugewiesen.
Besitzt eine GW-Zelle eine Gewässer- und eine Randzuordnung, so wird der GW-Abfluss komplett dem Gewässer zugeordnet, d.h. die Randzuordnung ignoriert, es sei denn, dass ein AUFTEILUNGSFAKTOR fak angegeben ist. Dieser Faktor wird wie folgt interpretiert:
- 1) Besitzt eine Zelle eine Gewässer- und eine Randzuordnung, wird der GW-Abfluss QGW wie folgt zugewiesen:
– zum Gewässer QGW * fak,
– zum Rand QGW * (1 – fak) - 2) Besitzt eine Zelle nur eine Gewässerzuordnung, wird der GW-Abfluss QGW wie folgt zugewiesen:
– zum Gewässer QGW * fak,
– Tiefenversickerung QGW * (1 – fak) - 3) Besitzt eine Zelle nur eine Randzuordnung, wird der GW-Abfluss QGW wie folgt zugewiesen:
– zum Rand QGW * fak,
– Tiefenversickerung QGW * (1 – fak)
| ###### Attribut-Tabelle #################################################### TESTDRUCK RASTER_PAT DBASE efl_Kopplung.dbf RASTER_FLAECHE Area RASTER_IDENTIFIKATION VALUE //Element1 RASTER_Typ Grid_typ GRUNDWASSERHoehe GW_H3 X_WERT_RAS X_COORD Y_WERT_RAS Y_COORD MITTLERE_HOEHE Hoeheneu2 GW_RUECKGANG K2 //K2 mit 0 für FEFLOW Modell Fläche GW_PORO Poro Rand_IDENTIFIKATION Rand *FGW_IDENTIFIKATION NextFGW *FGW_IDENTIFIKATION FGWID_SEE AUFTEILUNGSFAKTOR AFak // Wertebereich 0-1 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ################################################################################# |
Tiefenversickerung und Abflüsse über den Modellrand werden im Gebietsmodell nicht weiter betrachtet, sind also Verluste für die Gebietsbilanz.
Demzufolge ist eine Differenzierung der Bilanzverluste in eine Tiefenversickerung und in Flüsse über den Modellrand bei einer eigenständigen Nutzung von GWRasIntern eigentlich nicht notwendig.
Die gleichen Ansätze werden aber auch genutzt im Rahmen gekoppelter Modellierungen mit Grundwasserströmungsmodellen. Ist hier das ArcEGMO-basierte Gebietswasserhaushaltsmodell größer und läuft das Grundwassermodell quasi als Lupe genestet mit, dann können mit GWRasIntern Grundwasserzuflüsse aus dem ArcEGMO-Modellgebiet als Randzuflüsse ins Grundwassermodellgebiet übergeben werden.