Sollen Grundwasserzuflüsse, die extern z.B. mit einem detaillierten Grundwassermodell berechnet wurden, innerhalb eines komplexen Flussgebietsmodells genutzt werden, übernimmt die Programmkomponente FE für diese Grundwasserzuflüsse

• die räumliche Zuordnung zu Gewässerabschnitten und
• die richtige zeitliche Bereitstellung innerhalb der Modellierung.

Extern berechnete Grundwasserzuflüsse sind in einer Datei bereitzustellen, deren Struktur dem ASCII-Export-Format der Tabellenkalkulation EXCELentspricht. Diese Dateistruktur wurde gewählt, weil extern berechnete Daten i.d.R. einer vorherigen Plausibilitätsprüfung unterzogen werden sollten, wozu Excel gut geeignet ist.

Abbildung 5.5-1 zeigt die zugehörige Definitionstabelle GW_DATA.SDF, die sich im Verzeichnis ZEIT.DATDESCRIBE befindet. Über diese Datei wird außerdem festgelegt, auf welche Datentabelle zugegriffen werden soll.

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BERECHNETER_GW_ZUFLUSS    ASCII   gw_zu2   biln34a   [m**3/s]
ZEIT                      time
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Abbildung 5.5-1: Datei GW_DATA.SDF – Definition der Datentabellen

Abbildung 5.5-2 zeigt beispielhaft einen Auszug aus einer solchen Datentabelle. Diese hat keine Ähnlichkeit mit den Datentabellen der hydrologischen Messwerte oder der meteorologischen Eingangsgrößen. In der ersten Spalte ist zwar wiederum die zeitliche Zuordnung zu erkennen, allerdings hier durch ‘.’ getrennt, während als Spaltentrenner das Semikolon genutzt wird.

Im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Datentabellen wird hier die räumliche Zuordnung direkt über die Spaltenbezeichner realisiert. Spaltenbezeichner sind hier also bis auf ‘time’ die ID’s der Gewässerabschnitte, denen die Grundwasserzuflüsse zugeordnet werden sollen.

Programmintern wird dazu das BASEFLOW-Attribut des FGW-Covers (s. Kapitel 4) herangezogen. Wie in Kapitel 4.3 beschrieben wurde, können mehrere Gewässerabschnitte die gleiche Zuordnung besitzen. In diesem Fall werden für die Aufteilung der Grundwasserzuflüsse Aufteilungsfaktoren entsprechend der Flächenverhältnisse der Eigeneinzugsgebiete der Gewässerabschnitte zueinander ermittelt.

Wie an den Zeitbezügen erkennbar ist, liegen in der Beispielstabelle die Grundwasserzuflüsse in einer zeitlichen Auflösung von 15 Tagen vor. Sofern die Berechnungszeitschrittweite geringer ist, wird programmintern die richtige zeitliche Zuordnung gewährleistet, indem z.B. bei Tageswertrechnungen für 15 Tage derselbe Grundwasserzufluss verwendet wird.

time;         1;          2;          3;          4;          5;          6;          7
01.01.1979;   0.013176;   0.019608;   0.016587;   0.017185;   0.013512;   0.009487;   0.018423
16.01.1979;   0.004993;   0.012557;   0.0107;     0.009918;   0.007566;   0.004729;   0.014518
31.01.1979;   0.00103;    0.008819;   0.0077;     0.006568;   0.005981;   0.002848;   0.013556

Abbildung 5.5-2: Beispiel für eine Grundwassertabelle

Das Grundwassermodell

• ordnet extern berechnete Grundwasserzuflüsse den Gewässerabschnitten zu
• oder berechnet intern Grundwasserabflüsse für Teileinzugsgebiete oder das Gesamtgebiet bzw. Grundwasserzuflüsse für Gewässerabschnitte und stellt diese der nachgeordneten Modellebene Q zur Verfügung.

In welcher Form das Grundwassermodell arbeitet, wird in der Steuerdatei ARC_EGMO.STE (s. Kapitel 3) unter RAUMBEZUEGE_MODELLIERUNG, Option ABFLUSSKONZENTRATION_GW, sowie über die Steuerdatei MODUL.STE festgelegt.

Sollen Grundwasserzuflüsse, die extern z.B. mit einem detaillierten Grundwassermodell berechnet wurden, innerhalb eines komplexen Flussgebietsmodells genutzt werden, übernimmt die Programmkomponente FE (s. Kapitel 5.4) für diese Grundwasserzuflüsse

• die räumliche Zuordnung zu Gewässerabschnitten und
• die zeitgerechte Bereitstellung innerhalb des Simulationszyklus.

Das Grundwassermodell GW_MOD leitet diese Grundwasserzuflüsse dann lediglich an die nachfolgende Modellebene Q weiter.

Bei Verwendung „externer“ Grundwasserzuflüsse ist in der Steuerdatei ARC_EGMO.STE für ABFLUSSKONZENTRATION_GW die Option FE, für den GESAMTABFLUSS die Option FGW zu wählen.

Das interne Grundwassermodell wird aktiviert, wenn der Raumbezug in der Modellebene GW auf Teileinzugsgebiete TG, Regionen REG oder das Gesamtgebiet GEB gesetzt wurde. Es beruht auf Einzellinearspeicheransätzen, die entsprechend den vorhandenen Parametrisierungsmöglichkeiten unterschiedlich detailliert angewendet werden können. Da derzeit nur unzureichende Möglichkeiten existieren, die Einzellinearspeicherkonstanten C aus GIS-Informationen abzuleiten, müssen diese als einzulesender Parameter vorgegeben werden.

Auf Grund dieser Schwierigkeiten bei der Parameterschätzung ist es nicht sinnvoll, die quasi beliebig feine Diskretisierung bei der Abflussbildungsmodellierung für das Grundwasser beizubehalten.

Eine Zusammenfassung zu Abflusskomponenten ist angebracht, weil

• z.B. durch die ortsunabhängige Hydrotopklassengliederung eine räumliche Zuordnung der Abflüsse ohnehin nicht möglich ist,
• die Beschreibung der Abflusskonzentration deshalb generalisiert mit vereinfachten Ansätzen erfolgt und deren Modellparameter in der Regel aus beobachteten Ganglinien abgeleitet werden, was eine beliebige Differenzierung nicht zulässt und
• eine zu große Anzahl von Abflusskomponenten auch interpretatorisch schwer handhabbar ist.

Diese Modellebene dient der Ermittlung des Gesamtabflusses als Überlagerung von Grundwasser- und Direktabfluss unter Berücksichtigung von Retentionseffekten. In das System integriert sind derzeit systemhydrologische Ansätze wie die Faltung und verschieden detaillierte Linearspeicherkaskaden (Parallel- und Reihenschaltung, Kalinin-Miljukov).

Die Faltung ist anwendbar, sofern als räumliche Diskretisierung in dieser Modellebene Teileinzugsgebiete, Modellregionen oder das Gesamtgebiet gewählt wurden.

Die Linearspeicherkaskade beschreibt die Abflusskonzentration in Abhängigkeit vom Gewässergefälle und der Gewässerlänge als Charakterisierung der Retention. Sie kann angewendet werden, wenn eine räumliche Diskretisierung der Modellebene Q in Gewässerabschnitte vorgenommen wurde. Es können aber auch Teileinzugsgebiete oder für großräumige Modellierungen Modellregionen oder das Gesamtgebiet gewählt werden. In diesen Fällen werden nicht mehr die Eigenschaften (Gefälle, Länge) des einzelnen Gewässerabschnittes, sondern die aller Gewässerabschnitte innerhalb dieser flächigen Raumuntergliederung berücksichtigt (z.B. mittleres Gefälle bzw. Summe aller Gewässerabschnittslängen innerhalb eines Teilgebietes).

Von großer Wichtigkeit für die Berechnung der Abflusskonzentration ist die richtige Wahl der Berechnungszeitschrittweite.

Dazu ist es notwendig, über den Abschnitt Q-Modell in der Steuerdatei Modul.Ste die Zeitschrittweite [Minuten] anzugeben, mit der im Regelfall die Konzentrationsrechnungen durchgeführt werden sollen. Der Zeitschritt ist in Abhängigkeit von der Detailliertheit der räumlichen Diskretisierung und den Gebietseigenschaften so zu wählen, dass die Gebietsdynamik angemessen beschrieben werden kann. Diese Zeitschrittweite sollte außerdem kleiner oder gleich der Zeitauflösung der meteorologischen Daten sein.

Der so vorgegebene Standardzeitschritt wird in Abflussbildungsperioden aus Stabilitätsgründen programmintern verringert.

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Q_MODELL
ZEITSCHRITTWEITE       1440.   /* in Minuten */
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Abbildung 7.7‑1: Steuerdatei MODUL.STE – Block Q_MODELL