Die Anzahl der Abflusskomponenten und ihre jeweiligen Einzellinearspeicher werden in der Steuerdatei MODUL.STE festgelegt. Programmintern werden dann verschiedene Hydrotopklassen zusammengefasst und ihre Grundwasserneubildung in den jeweils zugeordneten, gemeinsamen Einzellinearspeicher konzentriert. Die vorgeschaltete Modellierung der Abflussbildung muss dabei nicht unbedingt für Hydrotopklassen erfolgen. Es ist auch möglich, die Abflussbildungsberechnung elementarflächenbezogen durchzuführen. Dann erfolgt für die Elementarflächen lediglich eine Hydrotopklassenzuordnung innerhalb der Programmkomponente HYD (s. Basisdokumentation, Kapitel 4).
Die Anweisungszeilen in der Steuerdatei beginnen mit der Modulbezeichnung EGMO_GW. Anschließend wird AFMN festgelegt als der Anteil grundwasserferner Flächen (Parameter im EGMO-Modell), dessen Basisabfluss nicht auf grundwassernahen Flächen reduziert werden kann. Dies ist in der derzeitigen Modellversion ein Parameter, der z.Z. noch nicht physikalisch fundiert, beispielsweise aus GIS-Informationen, abgeleitet werden kann. Weil die Festlegung solcher Parameter schwierig und unsicher ist, gehen sie in die Modellierung global ein, d.h. es erfolgt weder eine Differenzierung nach Teileinzugsgebieten noch nach Hydrotopklassen.
Nun werden, beginnend mit dem Schlüsselwort ABFLUSSKOMPONENTEN diese definiert. Jeder Eintrag für eine Abflusskomponente beginnt mit einer freiwählbaren Bezeichnung. Anschließend wird die Einzellinearspeicherkonstante [in Tagen] vorgegeben. Es folgen die Hydrotopklassen, deren Grundwasserneubildungen in diesen Einzellinearspeicher geleitet werden sollen. Die Bezeichnungen der Hydrotopklassen müssen mit den bei der Hydrotopklassenfestlegung gewählten Bezeichnungen (s. Basisdokumentation, Kapitel 4) übereinstimmen. Kommentare sind hier innerhalb dieser Zeilen nicht erlaubt! Die Anzahl der Komponenten und damit die Anzahl der Einzellinearspeicher wird durch die Anzahl der Anweisungszeilen bis zur Endzeile (mit ‘+’ beginnend) festgelegt. In stark meliorierten Einzugsgebieten wäre so z.B. durchaus die Betrachtung einer zusätzlichen Komponente für diesen Flächentyp sinnvoll. Insgesamt darf die Anzahl der Abflusskomponenten die Anzahl der Hydrotopklassen nicht überschreiten, weil eine Aufteilung der Grundwasserneubildung einer Hydrotopklasse auf mehrere Speicher nicht vorgesehen ist.
Diese komponentenbezogene Vorgabe von Einzellinearspeicherkonstanten ist in kleinen bis mittelmaßstäbigen Untersuchungsgebieten mit geringer hydrogeologischer Differenzierung meist ausreichend. In heterogenen Gebieten oder bei großräumigen Modellierungen ist jedoch vielfach eine weitere Differenzierung notwendig.
In ArcEGMO wird dazu eine flächendifferenzierte Vorgabe der Einzellinearspeicherkonstanten angeboten, die über das Schlüsselwort SPEICHERUNG_-DER_ELS_KONSTANTEN? JA im Block EGMO_GW in der Steuerdatei MODUL.STE aktiviert werden kann. Dann werden die Einzellinearspeicherkonstanten und der Parameter AFMN in der Datei results\< VARIANTE>\para\<rb>_gw.par mit ihren Raumbezügen gemäß des gewählten Raumbezugs für die Modellierung (KAS, TG, REG oder GEB) gespeichert. Zu beachten ist, dass dieses Schlüsselwort vor dem Eintrag ABFLUSSKOMPONENTEN stehen muss!
Existiert diese Datei beim Simulationsstart bereits, wird sie eingelesen und überschreibt die sonst in der MODUL.STE global gesetzten Einzellinearspeicherkonstanten. Damit ist eine Möglichkeit gegeben, die Einzellinearspeicherkonstanten für alle oder nur für einzelne Modellierungseinheiten (z.B. Regionen oder Teileinzugsgebiete gemäß dem für die Grundwassermodellierung gewählten Raumbezug) gezielt zu verändern.
############################################################################### EGMO_GW AFMN 0.0 SPEICHERUNG_DER_ELS_KONSTANTEN? JA GW_Tief RG ABFLUSSKOMPONENTEN RG 365 AGw AGl AHAL RH 50 AHw AHl AM RN 3 ANw Anl +2.Schicht /* eintragen: Komponente, K2 und SGrenz, EntwaesserungsZuordnung */ RG 36 1000 RH RH 0.5 20 RN RN 1 5 +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ###############################################################################
Abbildung 3-1: Modulsteuerung EGMO_GW
Über das Schlüsselwort „+2.Schicht“ kann jedem dieser Einzellinearspeicher eine 2. Konstante und ein Grenzwert, ab welcher Speicherfüllung diese 2. Einzellinearspeicherkonstante wirksam werden soll, zugeordnet werden.
Eine weitere Möglichkeit, die insbesondere im Tiefland eine Rolle spielt, kann über die Option GW_Tief aktiviert werden.
Über diese Option sind Abflussvorgänge abbildbar, bei denen die Versickerung in einem Einzugsgebiet einen Grundwasserleiter gespeist, der erst außerhalb des Speisungsgebietes ins Gewässersystem entwässert.
Zur modellmäßigen Berücksichtigung dieser Verlagerungsprozesse wurde das Grundwassermodul EGMO-GW um eine tiefe Grundwasserkomponente erweitert.
Wird diese über das Schlüsselwort GW_Tief im Block EGMO_GW der Steuerdatei ARC_EGMO\modul.ste aktiviert, so kann nachfolgend angegeben werden, welche Komponenten (im oberen Beispiel RG) im zugeordneten Grundwasserunterlieger entwässert. Die „Entwässerung„ erfolgt prinzipiell nicht direkt in das dortige Gewässer, sondern in den dortigen Feuchtflächenspeicher SN, führt also zur Erhöhung der RN-Komponente.
Bei der räumlichen Zuordnung der Grundwasserunterlieger ist demzufolge sicherzustellen, dass der jeweilige Grundwasserunterlieger grundwassernahe Flächen besitzt (großräumige Grundwasserleiter entwässern i.d.R. ins Urstromtal).
Die räumliche Zuordnung der Grundwasserunterlieger erfolgt über die Teilgebietsgeometrien. Dazu ist für die Teileinzugsgebiete TG ein Attribut anzugeben, das auf die TG-ID des Teilgebietes verweist, an das das aktuelle Gebiet gebunden werden soll. Für Teilgebiete, in denen der Grundwasserleiter in das teilgebietsinterne Gewässernetz entwässert, ist die eigene TG-ID anzugeben.
Der Attributname für die GW-Unterliegerzuordnung ist dem Programm über das Schlüsselwort GW_UNTERLIEGER in der Datei GIS\DESCRIBE\tg.sdf mitzuteilen.
Hier kann auch über das Attribut GW_Verlust {0 … 1} angegeben werden, welcher Anteil dieser Abflusskomponente das Gebiet verlässt, was einen Bilanzverlust für das Teilgebiet bedeutet.
GW_UNTERLIEGER Gw_unterl GW_Verlust GW_verlust
Abbildung 3-2: Datei tg.sdf
Wird das über die Grundwasserverlagerung zu speisende Gebiet nicht in der Datenbasis gefunden, wird dieser Grundwasserexport in ein fiktives, externes Gebiet realisiert. Grundwasserverluste in einem Gebiet können also modelliert werden, in dem bewusst ein nicht existierendes Einzugsgebiet als Unterlieger angegeben wird.
Sollen dagegen Grundwassereinspeisungen in das Untersuchungsgebiet berücksichtigt werden, ohne das Modellgebiet auf das unterirdische Einzugsgebiet zu erweitern, so kann dies erfolgen, in dem der Grundwasserunterlieger die mit negativem Vorzeichen versehene TG-ID erhält. Der GW_Verlust ist auch als negativer Wert (< -1) anzugeben. Wird z.B. eine 20%iger Erhöhung des Grundwasserabflusses z.B. aus Isohypsen-Analysen als realistisch angesehen, so ist GW_Verlust auf -1.2 zu setzen.
Abflusskonzentration im Grundwasser, Kopplung an das Gewässernetz
Anbindung des Moduls EGMO_GW an geodätische Höhen das reale Gewässernetz
Zur besseren Abbildung der Wechselwirkung zwischen Grund- und Oberflächenwasser im Modell werden die bisher über „frei im Raum schwebenden Einzellinearspeicher“ realisierte Grundwassermodell jetzt an reale Höhenbezüge angepasst.
Als Basismodul wird dazu das 2-Schicht-Modell verwendet, bei dem beim Überschreiten eines Schwellenwertes die diesen Grenzwert übersteigende Speicherfüllung einer anderen Auslaufcharakteristik gehorcht (=andere Einzellinearspeicherkonstante).
Bisher verhinderte das Fehlen einer deterministisch untersetzten Schätzmethodik für diesen Grenzwert eine erfolgreiche Anwendung des 2-Schicht-Modells.
Die nun erfolgte Anbindung des Grundwasserspeichers an reale Höhen geht von folgender Überlegung aus:
Bei einer hinreichend detaillierten Gebietsgliederung für die Modellierung des Grundwasser (TG-Basis, kleine TG’s) wird von einer ebenen Grundwasseroberfläche ausgegangen, die je nach Höhe vom Gewässernetz des Teileinzugsgebietes nicht, teilweise oder komplett angeschnitten wird.
- Gliederung in 3 oder mehr ELS innerhalb einer GW-Modellierungseinheit würde hier entfallen
- Modellierung mit hydrotopklassenbezogenen (EGMO-)ansätzen ist nicht mehr bzw. zumindest nicht mehr effektiv möglich, da die Grundwasserstände nun zeitvariabel und damit auch die bisherige Hauptuntergliederung in grundwassernahe und grundwasserferne Flächen zeitvariabel und damit nach jedem Berechnungsschritt neu festzulegen wäre
- Abflussbildungsmodellierung muss demzufolge auf der Basis von Elementarflächen erfolgen
Anbindung des Moduls EGMO_GW an das Gewässernetz
Insbesondere im Tiefland werden über die Versickerung in einem Einzugsgebiet Grundwasserleiter gespeist, die erst außerhalb des Speisungsgebietes ins Gewässersystem entwässern.
Zur modellmäßigen Berücksichtigung dieser Verlagerungsprozesse wurde das Grundwassermodul EGMO-GW erweitert um eine tiefe Grundwasserkomponente.
Wird diese über das Schlüsselwort GW_Tief im Block EGMO_GW der Steuerdatei ARC_EGMO\modul.ste aktiviert, so kann nachfolgend angegeben werden, welche Komponenten (im unteren Beispiel RG) im zugeordneten Grundwasserunterlieger entwässert. Die „Entwässerung„ erfolgt prinzipiell nicht direkt in das dortige Gewässer, sondern in den dortigen Feuchtflächenspeicher SN, führt also zur Erhöhung der RN-Komponente.
############################################################################### EGMO_GW AFMN -0.010 SPEICHERUNG_DER_ELS_KONSTANTEN? JA GW_Tief RG ABFLUSSKOMPONENTEN RG 365 AGw AGl AHAL RH 50 AHw AHl AM RN 3 ANw Anl +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ###############################################################################
Modulsteuerung EGMO_GW
Bei der räumlichen Zuordnung der Grundwasserunterlieger ist demzufolge sicherzustellen, dass der jeweilige Grundwasserunterlieger grundwassernahe Flächen besitzt (großräumige Grundwasserleiter entwässern i.d.R. ins Urstromtal).
Die räumlichen Zuordnung der Grundwasserunterlieger erfolgt über die Teilgebietsgeometrien. Dazu ist für die Teileinzugsgebiete TG ein Attribut anzugeben, das auf die TG-ID des Teilgebietes verweist, an das das aktuelle Gebiet gebunden werden soll. Für Teilgebiete, in denen der Grundwasserleiter in das teilgebietsinterne Gewässernetz entwässert, ist die eigene TG-ID anzugeben.
Der Attributname für die GW-Unterliegerzuordnung ist dem Programm über das Schlüsselwort GW_UNTERLIEGER in der Datei GIS\DESCRIBE\tg.sdf mitzuteilen.
GW_UNTERLIEGER Gw_unterl