Ein GIS gekoppeltes rasterbasiertes Modell zur Berechnung des Wasserhaushaltes kleiner Einzugsgebiete:
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| Published: |
Darmstadt
Inst. für Wasserbau und Wasserwirtschaft
2000
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| Series: | Mitteilungen / Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft, Technische Universität Darmstadt
110 |
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TECHNISCHE UNIVERSITAET DARMSTADT MITTEILUNGEN HEFT 110 2 0 00 MARCUS
LEMPERT EIN GIS GEKOPPELTES RASTERBASIERTES MODELL ZUR BERECHNUNG DES
WASSERHAUSHALTES KLEINER EINZUGSGEBIETE INHALTSVERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS ABBILDUNGSVERZEICHNIS I TABELLENVERZEICHNIS IV 1 DIE
BEDEUTUNG HYDROLOGISCHER MODELLE IN DER WASSERWIRTSCHAFT EINE KURZE
EINFUEHRUNG 1 2 HYDROLOGISCHE MODELLE UND IHRE KLASSIFIZIERUNG 7 2.1
KRITERIEN ZUR KLASSIFIZIERUNG VON MODELLIERUNGSSYSTEMEN 8 2.1.1
KLASSIFIZIERUNG ANHAND DER PROZESSBESCHREIBUNG UND DEREN LOESUNG 8 2.1.2
KLASSIFIZIERUNG ANHAND DER RAEUMLICHEN DISKRETISIERUNG 9 2.1.3
KLASSIFIZIERUNG ANHAND DER RAEUMLICHEN UND ZEITLICHEN ANWENDUNGSSKALA 12
2.1.4 KLASSIFIZIERUNG ANHAND DES MODELLENTWICKLUNGSSTANDES 12 2.2
KLASSIFIZIERUNG VORHANDENER MODELLIERUNGSSYSTEME 14 2.2.1 HEC1 14 2.2.2
TOPMODEL 15 2.2.3 PRECEPITATION RUNOFF MODELLING SYSTEM (PRMS) 16 2.2.4
NASIM 16 2.2.5 EGMO 17 2.2.6 INSTITUTE OF HYDROLOGY DISTRIBUTED MODEL
(IHDM) 18 2.2.7 THALES 18 2.2.8 CATFLOW 19 2.2.9 SYSTEM HYDROLOGIE
EUROPEAN (SHE) 20 2.2.10 DISTRIBUTED HYDROLOGIE SOIL-VEGETATION MODEL
(DHSVM) 20 2.2.11 HILLFLOW, SAKE 21 2.2.12 WASIM-ETH 22 2.2.13 MODELL
VONFETT 22 2.2.14 SOIL MOISTURE-BASED RUNOFF MODEL (SMORMOD) 23 2.3
ZUSAMMENFASSUNG 24 3 DAS MODELLIERUNGSSYSTEM WB*M 27 3.1 MODELLKONZEPT
AM PUNKT - DIE ELEMENTARFLAECHE 27 3.1.1 KLIMARANDBEDINGUNGEN 29 3.1.2
PROZESSMODELLE 31 INHALTSVERZEICHNIS 3.1.2.1 SCHNEE 31 3.1.2.2
INTERZEPTION 32 3.1.2.3 OBERFLAECHENABFLUSS 34 3.1.2.4 GERINNEABFLUSS 38
3.1.2.5 MAKROPORENABFLUSS 39 3.1.2.6 BODENFEUCHTESIMULATION 41 3.1.2.6.1
INFILTRATION 42 3.1.2.6.1.1 INFILTRATION AUS DEN MAKROPOREN 43 3.1.2.6.2
WASSERBEWEGUNG IM BODEN 44 3.1.2.6.3 KAPILLARER AUFSTIEG 46 3.1.2.6.4
VERDUNSTUNG 47 3.2 MODELLKONZEPT IN DER FLAECHE 50 3.2.1 TOPOGRAPHISCHE
ANALYSE ALS BASIS DER FLAECHENHAFTEN VERKNUEPFUNG VON ELEMENTARFLAECHEN 50
3.2.2 LATERALE TRANSPORTMECHANISMEN IM GEKOPPELTEN
ELEMENTARFLAECHENSYSTEM ... 53 3.2.2.1 LATERALER TRANSPORT AUF DER
GELAENDEOBERFLAECHE 53 3.2.2.2 LATERALER TRANSPORT IM BODEN 55 3.2.2.2.1
STAUBERECHNUNG BEI LATERALEM FLUSS IN DER BODENMATRIX 55 3.2.2.3
TRANSPORT IM GRUNDWASSER 57 3.3 EIN NICHT LINEARER SPEICHER ALS
GRUNDELEMENT HYDROLOGISCHER, KONZEPTIONELLER BERECHNUNGSANSAETZE 59 3.3.1
BERECHNUNG DES OBERFLAECHENABFLUSSES DEFINIERTER FLAECHEN 61 3.3.2
ANWENDUNG DES BODENFEUCHTEMODELLS AM BEISPIEL DER LYSIMETERANLAGE SENNE
65 3.4 DATENGRUNDLAGE UND G1S KOPPLUNG 69 3.5 ZUSAMMENFASSUNG 71 4 DAS
MODELLIERUNGSSYSTEM WB R M IN DER ANWENDUNG 72 4.1 DAS EINZUGSGEBIET DES
WEIHERBACHES 72 4.1.1 DATENGRUNDLAGE UND DIE UMSETZUNG IM MODELL 73
4.1.1.1 TOPOGRAPHIE 73 4.1.1.2 GEOLOGIE UND PEDOLOGIE 74 4.1.1.3
LANDNUTZUNG 76 4.1.1.4 HYDROLOGIE 78 4.1.1.4.1 NIEDERSCHLAG 78 4.1.1.4.2
ABFLUSS 79 4.1.1.4.3 VERDUNSTUNG UND TEMPERATUR 79 4.1.1.5 GERINNEDATEN
80 INHALTSVERZEICHNIS 4.1.2 DIE BERECHNUNG DER KONTINUIERLICHEN ABFLUESSE
UND DER WASSERBILANZEN AUF DER BASIS VON TAGESWERTEN 81 4.1.2.1
ERGEBNISSE 82 4.1.2.1.1 ABFLUSS 82 4.1.2.1.2 WASSERBUEANZGROESSEN 84 4.1.2.2
SENSITIVITAETSBETRACHTUNG ZU AUSGEWAEHLTEN MODELLPARAMETERN
(KONTINUIERLICHES MODELL) 90 .2.2.1 VERSIEGELUNGSGRAD 90 .2.2.2
BODENMERKMALE 91 .2.2.3 GEBIETSNIEDERSCHLAG 93 .2.2.4
LANDNUTZUNGSAENDERUNG 94 1.2.2.5 NIEDERSCHLAGSKORREKTUR 95 4.1.3 DIE
BERECHNUNG EINZELNER HOCHWASSEREREIGNISSE 97 4.1.3.1 ERGEBNISSE 98
4.1.3.2 SENSITIVITAETSBETRACHTUNG ZU AUSGEWAEHLTEN MODELLPARAMETERN
(HOCHWASSERMODELL) 102 4.1.3.2.1 OBERFLAECHENRAUHIGKEIT (KS) 103
4.1.3.2.2 ANFANGSBODENFEUCHTE 104 4.1.3.2.3 GEBIETSNIEDERSCHLAG -
BODENKENNWERTE - NIEDERSCHLAGSKORREKTUR 105 4.1.4 ZUSAMMENFASSUNG 106
4.2 MODELL EINER KAPILLARSPERRE AUF DER DEPONIE *MONTE SCHERBELINO 108
4.2.1 EINLEITUNG 108 4.2.2 DIE DEPONIE *MONTE SCHERBELINO 109 4.2.3
SIMULATIONSGRUNDLAGEN 109 4.2.3.1 BODEN 109 4.2.3.2 KLIMARANDBEDINGUNGEN
110 4.2.3.2.1 NIEDERSCHLAG 110 4.2.3.2.2 VERDUNSTUNG UND TEMPERATUR 111
4.2.3.3 SIMULATIONSKONZEPT 112 4.2.4 ERGEBNISSE 112 4.2.5
ZUSAMMENFASSUNG 116 5 BEWERTUNG UND DISKUSSION 117 5.1 EINLEITUNG 117
5.2 SKALENPROBLEME BEI DER HYDROLOGISCHEN SIMULATION 118 5.2.1
VARIABILITAET INNERHALB DER ELEMENTARFLAECHE 120 5.3 VALIDIERUNGSPROBLEME
BEI DER HYDROLOGISCHEN SIMULATION 121 INHALTSVERZEICHNIS 5.4
DATENANFORDERUNGEN UND GIS-KOPPLUNG 124 5.5 ZUSAMMENFASSENDE BEWERTUNG
126 6 ZUSAMMENFASSUNG 129 LITERATURVERZEICHNIS 133 ANHANGVERZEICHNIS 155
ANHANG 157
|
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3A W TOJICFC.") 2800-^3? INSTITUT FUER WASSERBAU UND WASSERWIRTSCHAFT
TECHNISCHE UNIVERSITAET DARMSTADT MITTEILUNGEN HEFT 110 2 0 00 MARCUS
LEMPERT EIN GIS GEKOPPELTES RASTERBASIERTES MODELL ZUR BERECHNUNG DES
WASSERHAUSHALTES KLEINER EINZUGSGEBIETE INHALTSVERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS ABBILDUNGSVERZEICHNIS I TABELLENVERZEICHNIS IV 1 DIE
BEDEUTUNG HYDROLOGISCHER MODELLE IN DER WASSERWIRTSCHAFT EINE KURZE
EINFUEHRUNG 1 2 HYDROLOGISCHE MODELLE UND IHRE KLASSIFIZIERUNG 7 2.1
KRITERIEN ZUR KLASSIFIZIERUNG VON MODELLIERUNGSSYSTEMEN 8 2.1.1
KLASSIFIZIERUNG ANHAND DER PROZESSBESCHREIBUNG UND DEREN LOESUNG 8 2.1.2
KLASSIFIZIERUNG ANHAND DER RAEUMLICHEN DISKRETISIERUNG 9 2.1.3
KLASSIFIZIERUNG ANHAND DER RAEUMLICHEN UND ZEITLICHEN ANWENDUNGSSKALA 12
2.1.4 KLASSIFIZIERUNG ANHAND DES MODELLENTWICKLUNGSSTANDES 12 2.2
KLASSIFIZIERUNG VORHANDENER MODELLIERUNGSSYSTEME 14 2.2.1 HEC1 14 2.2.2
TOPMODEL 15 2.2.3 PRECEPITATION RUNOFF MODELLING SYSTEM (PRMS) 16 2.2.4
NASIM 16 2.2.5 EGMO 17 2.2.6 INSTITUTE OF HYDROLOGY DISTRIBUTED MODEL
(IHDM) 18 2.2.7 THALES 18 2.2.8 CATFLOW 19 2.2.9 SYSTEM HYDROLOGIE
EUROPEAN (SHE) 20 2.2.10 DISTRIBUTED HYDROLOGIE SOIL-VEGETATION MODEL
(DHSVM) 20 2.2.11 HILLFLOW, SAKE 21 2.2.12 WASIM-ETH 22 2.2.13 MODELL
VONFETT 22 2.2.14 SOIL MOISTURE-BASED RUNOFF MODEL (SMORMOD) 23 2.3
ZUSAMMENFASSUNG 24 3 DAS MODELLIERUNGSSYSTEM WB*M 27 3.1 MODELLKONZEPT
AM PUNKT - DIE ELEMENTARFLAECHE 27 3.1.1 KLIMARANDBEDINGUNGEN 29 3.1.2
PROZESSMODELLE 31 INHALTSVERZEICHNIS 3.1.2.1 SCHNEE 31 3.1.2.2
INTERZEPTION 32 3.1.2.3 OBERFLAECHENABFLUSS 34 3.1.2.4 GERINNEABFLUSS 38
3.1.2.5 MAKROPORENABFLUSS 39 3.1.2.6 BODENFEUCHTESIMULATION 41 3.1.2.6.1
INFILTRATION 42 3.1.2.6.1.1 INFILTRATION AUS DEN MAKROPOREN 43 3.1.2.6.2
WASSERBEWEGUNG IM BODEN 44 3.1.2.6.3 KAPILLARER AUFSTIEG 46 3.1.2.6.4
VERDUNSTUNG 47 3.2 MODELLKONZEPT IN DER FLAECHE 50 3.2.1 TOPOGRAPHISCHE
ANALYSE ALS BASIS DER FLAECHENHAFTEN VERKNUEPFUNG VON ELEMENTARFLAECHEN 50
3.2.2 LATERALE TRANSPORTMECHANISMEN IM GEKOPPELTEN
ELEMENTARFLAECHENSYSTEM . 53 3.2.2.1 LATERALER TRANSPORT AUF DER
GELAENDEOBERFLAECHE 53 3.2.2.2 LATERALER TRANSPORT IM BODEN 55 3.2.2.2.1
STAUBERECHNUNG BEI LATERALEM FLUSS IN DER BODENMATRIX 55 3.2.2.3
TRANSPORT IM GRUNDWASSER 57 3.3 EIN NICHT LINEARER SPEICHER ALS
GRUNDELEMENT HYDROLOGISCHER, KONZEPTIONELLER BERECHNUNGSANSAETZE 59 3.3.1
BERECHNUNG DES OBERFLAECHENABFLUSSES DEFINIERTER FLAECHEN 61 3.3.2
ANWENDUNG DES BODENFEUCHTEMODELLS AM BEISPIEL DER LYSIMETERANLAGE SENNE
65 3.4 DATENGRUNDLAGE UND G1S KOPPLUNG 69 3.5 ZUSAMMENFASSUNG 71 4 DAS
MODELLIERUNGSSYSTEM WB R M IN DER ANWENDUNG 72 4.1 DAS EINZUGSGEBIET DES
WEIHERBACHES 72 4.1.1 DATENGRUNDLAGE UND DIE UMSETZUNG IM MODELL 73
4.1.1.1 TOPOGRAPHIE 73 4.1.1.2 GEOLOGIE UND PEDOLOGIE 74 4.1.1.3
LANDNUTZUNG 76 4.1.1.4 HYDROLOGIE 78 4.1.1.4.1 NIEDERSCHLAG 78 4.1.1.4.2
ABFLUSS 79 4.1.1.4.3 VERDUNSTUNG UND TEMPERATUR 79 4.1.1.5 GERINNEDATEN
80 INHALTSVERZEICHNIS 4.1.2 DIE BERECHNUNG DER KONTINUIERLICHEN ABFLUESSE
UND DER WASSERBILANZEN AUF DER BASIS VON TAGESWERTEN 81 4.1.2.1
ERGEBNISSE 82 4.1.2.1.1 ABFLUSS 82 4.1.2.1.2 WASSERBUEANZGROESSEN 84 4.1.2.2
SENSITIVITAETSBETRACHTUNG ZU AUSGEWAEHLTEN MODELLPARAMETERN
(KONTINUIERLICHES MODELL) 90 .2.2.1 VERSIEGELUNGSGRAD 90 .2.2.2
BODENMERKMALE 91 .2.2.3 GEBIETSNIEDERSCHLAG 93 .2.2.4
LANDNUTZUNGSAENDERUNG 94 1.2.2.5 NIEDERSCHLAGSKORREKTUR 95 4.1.3 DIE
BERECHNUNG EINZELNER HOCHWASSEREREIGNISSE 97 4.1.3.1 ERGEBNISSE 98
4.1.3.2 SENSITIVITAETSBETRACHTUNG ZU AUSGEWAEHLTEN MODELLPARAMETERN
(HOCHWASSERMODELL) 102 4.1.3.2.1 OBERFLAECHENRAUHIGKEIT (KS) 103
4.1.3.2.2 ANFANGSBODENFEUCHTE 104 4.1.3.2.3 GEBIETSNIEDERSCHLAG -
BODENKENNWERTE - NIEDERSCHLAGSKORREKTUR 105 4.1.4 ZUSAMMENFASSUNG 106
4.2 MODELL EINER KAPILLARSPERRE AUF DER DEPONIE *MONTE SCHERBELINO" 108
4.2.1 EINLEITUNG 108 4.2.2 DIE DEPONIE *MONTE SCHERBELINO" 109 4.2.3
SIMULATIONSGRUNDLAGEN 109 4.2.3.1 BODEN 109 4.2.3.2 KLIMARANDBEDINGUNGEN
110 4.2.3.2.1 NIEDERSCHLAG 110 4.2.3.2.2 VERDUNSTUNG UND TEMPERATUR 111
4.2.3.3 SIMULATIONSKONZEPT 112 4.2.4 ERGEBNISSE 112 4.2.5
ZUSAMMENFASSUNG 116 5 BEWERTUNG UND DISKUSSION 117 5.1 EINLEITUNG 117
5.2 SKALENPROBLEME BEI DER HYDROLOGISCHEN SIMULATION 118 5.2.1
VARIABILITAET INNERHALB DER ELEMENTARFLAECHE 120 5.3 VALIDIERUNGSPROBLEME
BEI DER HYDROLOGISCHEN SIMULATION 121 INHALTSVERZEICHNIS 5.4
DATENANFORDERUNGEN UND GIS-KOPPLUNG 124 5.5 ZUSAMMENFASSENDE BEWERTUNG
126 6 ZUSAMMENFASSUNG 129 LITERATURVERZEICHNIS 133 ANHANGVERZEICHNIS 155
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