Modellierung der hydrodynamischen Wechselwirkungen einer Flusslandschaft:
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Freiburg i. Br.
Inst. für Hydrologie
2007
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| adam_text | Titel: Modellierung der hydrodynamischen Wechselwirkungen einer Flusslandschaft
Autor: Koch, Andreas
Jahr: 2007
Inhalt
Zusammenfassung....................................................................................................................V
Summary................................................................................................................................VII
1 Einfiihrung...........................................................................................................................1
1.1 Problemstellung...........................................................................................................1
1.2 Zielstellung der Arbeit.................................................................................................2
2 Die Funktion der Flusslandschaft......................................................................................4
2.1 Bedeutung....................................................................................................................4
2.2 Wirkungsgefuge...........................................................................................................5
2.3 Zonierung.....................................................................................................................9
2.4 Böden.........................................................................................................................12
2.5 Folgerungen...............................................................................................................14
3 Die Hydrodynamik der Flusslandschaft..........................................................................15
3.1 Physikalische Prozesse...............................................................................................15
3.1.1 Grundlagen der Oberflächenwasserströmung................................................15
3.1.2 Grundlagen der Grundwasserströmung.........................................................21
3.1.3 Infiltration......................................................................................................26
3.1.4 Kolmation......................................................................................................29
3.1.5 Exfiltration.....................................................................................................33
3.1.6 Die Interaktion von Oberflächen- und Grundwasserströmung......................35
3.2 Numerische Lösungsverfahren..................................................................................40
3.2.1 Die Diskretisierung der Zeit..........................................................................40
3.2.2 Die Diskretisierung des Raumes....................................................................42
3.2.2.1 Die Finite-Differenzen-Methode...................................................42
3.2.2.2 Die Finite-Volumen-Methode.......................................................43
3.2.2.3 Die Finite-Elemente-Methode.......................................................45
3.2.3 Gleichungslöser.............................................................................................47
3.2.4 Randbedingungen..........................................................................................50
3.3 Modellansätze............................................................................................................51
3.3.1 Allgemeine Modellgrundsätze.......................................................................51
3.3.2 Modellübersicht.............................................................................................53
3.4 Folgerungen...............................................................................................................59
I
4 Das Modellsystem..............................................................................................................
4.1 Die Basisplattform: SEDAT-C..................................................................................62
4.1.1 Das Grundsystem...........................................................................................62
4.1.2 Das I/O-Subsystem........................................................................................63
4.1.3 Das GIS-Basissystem.....................................................................................65
4.2 Das Expertensystem: WETLANDS...........................................................................67
4.2.1 Modellkonzept...............................................................................................67
4.2.2 Verwendete Modelle......................................................................................68
4.2.2.1 Das Grundwassermodell FEFLOW...............................................68
4.2.2.2 Das Oberflächenwassermodell MEADFLOW..............................70
4.2.3 Systemaufbau.................................................................................................72
4.2.3.1 FEFLOW Shell..............................................................................73
4.2.3.2 MEADFLOW Shell.......................................................................74
4.2.4 Übertragung der räumlichen Diskretisierung zwischen den Modellen.........75
4.2.5 Die Berechnung der Austauschwassermenge................................................79
4.2.5.1 Randbedingungstypen...................................................................79
4.2.5.2 Interpolation der Oberflächenwasserstände...................................84
4.2.5.3 Berechnung des Gradienten...........................................................86
4.2.5.4 Dämpfung......................................................................................87
4.2.5.5 Berechnung des verfugbaren Elementvolumens und der
Austauschwassermenge.................................................................90
4.2.5.6 Aufstellen der Randbedingungen..................................................91
4.2.6 Die Simulation...............................................................................................92
4.2.6.1 Simulationsoptionen......................................................................92
4.2.6.2 Simulationsmodus.........................................................................93
4.2.6.3 Aufbau und zeitlicher Verlauf der Simulation..............................98
4.2.7 Ergebnisdarstellung.....................................................................................105
5 Modellanwendungen und -analysen.............................................................................106
5.1 Modellgebiet Weser....................................................................................................106
5.1.1 Gebietsbeschreibung....................................................................................107
5.1.1.1 Räumliche Einordnung............................................................................107
5.1.1.2 Geologie, Géomorphologie.........................................................108
5.1.1.3 Boden....................................................................................jgg
5.1.1.4 Klima....................................................................................HO
5.1.1.5 Hydrologie..................................................................................jjO
5.1.2 Grundwassermodell......................................................................HI
5.1.2.1 Modellgeometrie........................................................H3
5.1.2.2 Modellparameter........................................................j j 4
5.1.2.3 Simulationszeiträume....................................................H7
5.1.2.4 Modellrandbedingungen................117
II
5.1.2.5 Messdaten....................................................................................121
5.1.3 Oberflächenwassermodell............................................................................122
5.1.3.1 Modellgeometrie..........................................................................122
5.1.3.2 Modellparameter..........................................................................124
5.1.3.3 Modellrandbedingungen..............................................................124
5.1.4 Kalibrierung.................................................................................................126
5.1.5 Validierung..................................................................................................129
5.2 Modellgebiet Mittlere Elbe......................................................................................134
5.2.1 Gebietsbeschreibung....................................................................................135
5.2.1.1 Räumliche Einordnung................................................................135
5.2.1.2 Geologie, Géomorphologie.........................................................136
5.2.1.3 Boden...........................................................................................138
5.2.1.4 Klima...........................................................................................139
5.2.1.5 Hydrologie...................................................................................140
5.2.2 Grundwassermodell.....................................................................................141
5.2.2.1 Modellparameter..........................................................................142
5.2.2.2 Modellgeometrie..........................................................................142
5.2.2.3 MoleFlow Modellgeometrie........................................................142
5.2.2.4 Feflow Modellgeometrie.............................................................145
5.2.2.5 Vereinfachte Feflow Modellgeometrie........................................145
5.2.3 Oberflächenwassermodell............................................................................146
5.2.3.1 Modellparameter..........................................................................146
5.2.3.2 Modellgeometrie..........................................................................148
5.2.3.3 Modellrandbedingungen..............................................................159
5.2.3.4 Vereinfachte Modellgeometrie....................................................150
5.2.4 Modellkalibrierung und Validierung der Randbedingungen Typ D und E 150
5.2.4.1 Randbedingungen........................................................................151
5.2.4.2 Ergebnisse....................................................................................151
5.2.5 Modellierung der Interaktion von Grund- und Oberflächenwasser.............154
5.2.5.1 Randbedingungen........................................................................154
5.2.5.2 Ergebnisse....................................................................................155
5.3 Diskussion................................................................................................................160
6 Statistisches Modul für abiotische Indikatoren der Landschaftsentwicklung: AIL 162
6.1 Problemstellung.......................................................................................................162
6.2 Modellansatz............................................................................................................164
6.3 Anwendung im Modellgebiet Mittlere Elbe............................................................169
6.4 Diskussion................................................................................................................176
6.5 Ausblick...................................................................................................................177
III
7 Diskussion, Schlussfolgerungen und Ausblick.............................................................179
Verzeichnis der Abkürzungen und Symbole......................................................................184
Abkürzungen.....................................................................................................................184
Symbole und MaBeinheiten...............................................................................................185
Literaturverzeichnis..............................................................................................................187
IV
|
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Titel: Modellierung der hydrodynamischen Wechselwirkungen einer Flusslandschaft
Autor: Koch, Andreas
Jahr: 2007
Inhalt
Zusammenfassung.V
Summary.VII
1 Einfiihrung.1
1.1 Problemstellung.1
1.2 Zielstellung der Arbeit.2
2 Die Funktion der Flusslandschaft.4
2.1 Bedeutung.4
2.2 Wirkungsgefuge.5
2.3 Zonierung.9
2.4 Böden.12
2.5 Folgerungen.14
3 Die Hydrodynamik der Flusslandschaft.15
3.1 Physikalische Prozesse.15
3.1.1 Grundlagen der Oberflächenwasserströmung.15
3.1.2 Grundlagen der Grundwasserströmung.21
3.1.3 Infiltration.26
3.1.4 Kolmation.29
3.1.5 Exfiltration.33
3.1.6 Die Interaktion von Oberflächen- und Grundwasserströmung.35
3.2 Numerische Lösungsverfahren.40
3.2.1 Die Diskretisierung der Zeit.40
3.2.2 Die Diskretisierung des Raumes.42
3.2.2.1 Die Finite-Differenzen-Methode.42
3.2.2.2 Die Finite-Volumen-Methode.43
3.2.2.3 Die Finite-Elemente-Methode.45
3.2.3 Gleichungslöser.47
3.2.4 Randbedingungen.50
3.3 Modellansätze.51
3.3.1 Allgemeine Modellgrundsätze.51
3.3.2 Modellübersicht.53
3.4 Folgerungen.59
I
4 Das Modellsystem.
4.1 Die Basisplattform: SEDAT-C.62
4.1.1 Das Grundsystem.62
4.1.2 Das I/O-Subsystem.63
4.1.3 Das GIS-Basissystem.65
4.2 Das Expertensystem: WETLANDS.67
4.2.1 Modellkonzept.67
4.2.2 Verwendete Modelle.68
4.2.2.1 Das Grundwassermodell FEFLOW.68
4.2.2.2 Das Oberflächenwassermodell MEADFLOW.70
4.2.3 Systemaufbau.72
4.2.3.1 FEFLOW Shell.73
4.2.3.2 MEADFLOW Shell.74
4.2.4 Übertragung der räumlichen Diskretisierung zwischen den Modellen.75
4.2.5 Die Berechnung der Austauschwassermenge.79
4.2.5.1 Randbedingungstypen.79
4.2.5.2 Interpolation der Oberflächenwasserstände.84
4.2.5.3 Berechnung des Gradienten.86
4.2.5.4 Dämpfung.87
4.2.5.5 Berechnung des verfugbaren Elementvolumens und der
Austauschwassermenge.90
4.2.5.6 Aufstellen der Randbedingungen.91
4.2.6 Die Simulation.92
4.2.6.1 Simulationsoptionen.92
4.2.6.2 Simulationsmodus.93
4.2.6.3 Aufbau und zeitlicher Verlauf der Simulation.98
4.2.7 Ergebnisdarstellung.105
5 Modellanwendungen und -analysen.106
5.1 Modellgebiet Weser.106
5.1.1 Gebietsbeschreibung.107
5.1.1.1 Räumliche Einordnung.107
5.1.1.2 Geologie, Géomorphologie.108
5.1.1.3 Boden.jgg
5.1.1.4 Klima.HO
5.1.1.5 Hydrologie.jjO
5.1.2 Grundwassermodell.HI
5.1.2.1 Modellgeometrie.H3
5.1.2.2 Modellparameter.j j 4
5.1.2.3 Simulationszeiträume.H7
5.1.2.4 Modellrandbedingungen.117
II
5.1.2.5 Messdaten.121
5.1.3 Oberflächenwassermodell.122
5.1.3.1 Modellgeometrie.122
5.1.3.2 Modellparameter.124
5.1.3.3 Modellrandbedingungen.124
5.1.4 Kalibrierung.126
5.1.5 Validierung.129
5.2 Modellgebiet Mittlere Elbe.134
5.2.1 Gebietsbeschreibung.135
5.2.1.1 Räumliche Einordnung.135
5.2.1.2 Geologie, Géomorphologie.136
5.2.1.3 Boden.138
5.2.1.4 Klima.139
5.2.1.5 Hydrologie.140
5.2.2 Grundwassermodell.141
5.2.2.1 Modellparameter.142
5.2.2.2 Modellgeometrie.142
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5.2.2.4 Feflow Modellgeometrie.145
5.2.2.5 Vereinfachte Feflow Modellgeometrie.145
5.2.3 Oberflächenwassermodell.146
5.2.3.1 Modellparameter.146
5.2.3.2 Modellgeometrie.148
5.2.3.3 Modellrandbedingungen.159
5.2.3.4 Vereinfachte Modellgeometrie.150
5.2.4 Modellkalibrierung und Validierung der Randbedingungen Typ D und E 150
5.2.4.1 Randbedingungen.151
5.2.4.2 Ergebnisse.151
5.2.5 Modellierung der Interaktion von Grund- und Oberflächenwasser.154
5.2.5.1 Randbedingungen.154
5.2.5.2 Ergebnisse.155
5.3 Diskussion.160
6 Statistisches Modul für abiotische Indikatoren der Landschaftsentwicklung: AIL 162
6.1 Problemstellung.162
6.2 Modellansatz.164
6.3 Anwendung im Modellgebiet Mittlere Elbe.169
6.4 Diskussion.176
6.5 Ausblick.177
III
7 Diskussion, Schlussfolgerungen und Ausblick.179
Verzeichnis der Abkürzungen und Symbole.184
Abkürzungen.184
Symbole und MaBeinheiten.185
Literaturverzeichnis.187
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| spelling | Koch, Andreas Verfasser aut Modellierung der hydrodynamischen Wechselwirkungen einer Flusslandschaft Andreas Koch Freiburg i. Br. Inst. für Hydrologie 2007 VIII, 199 S Ill., graph. Darst., Kt. txt rdacontent n rdamedia nc rdacarrier Freiburger Schriften zur Hydrologie 23 Zugl.: Freiburg (Breisgau), Univ., Diss., 2007 Modellierung (DE-588)4170297-9 gnd rswk-swf Hydrodynamik (DE-588)4026302-2 gnd rswk-swf Flusslandschaft (DE-588)4132857-7 gnd rswk-swf (DE-588)4113937-9 Hochschulschrift gnd-content Flusslandschaft (DE-588)4132857-7 s Hydrodynamik (DE-588)4026302-2 s Modellierung (DE-588)4170297-9 s DE-604 Freiburger Schriften zur Hydrologie 23 (DE-604)BV011313464 23 HBZ Datenaustausch application/pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=016403345&sequence=000002&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA Inhaltsverzeichnis |
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