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Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Themen: Vorlesung 4 Die Phasen der Niederschlag-Abfluss Modellierung Bausteine deterministischer Niederschlag-Abfluss Modelle.

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1 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Themen: Vorlesung 4 Die Phasen der Niederschlag-Abfluss Modellierung Bausteine deterministischer Niederschlag-Abfluss Modelle Prozess- und Speicherabbildung in Modellen Vorlesung Wasserwirtschaftliche Modellierung

2 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken analysieren anwenden verstehen erinnern Lehrziele der Veranstaltung erschaffen bewerten … und verstehen, welche Prozesse dabei wichtig sind. Sie kennen die unterschiedlichen Phasen einer NA Modellierung … Sie erstellen eigenständig ein Modell zur Bodenfeuchtesimulation. Sie können ein Modell für den terrestrischen Wasserkreislauf erstellen und alle stattfindenden Speichervorgänge beschreiben.

3 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Niederschlagsbildung Niederschlagsverteilung Abflussbildung Abflusskonzentration Wellenablauf Niederschlagsentstehung als Regen oder Schnee Räumliche Verteilung des Niederschlags Ermittlung abfluss- wirksamer Niederschlag Flood Routing im Gewässer Translation und Retention Die Phasen der NA - Modellierung

4 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Niederschlagsschreiber

5 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Stationsniederschläge

6 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Niederschlagsverteilung

7 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Niederschlagsverteilung

8 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Niederschlagsverteilung

9 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Quelle: DWD Radarniederschlag

10 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Niederschlag Interzeption Evaporation Evapotranspiration Grundwasserzufluss Effektiver Niederschlag abflusswirksamer Niederschlag Infiltration Bodenfeuchte- speicher Perkolation Grundwasser- speicher Ströme und Speichervorgänge

11 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Speicherbilanzierung B(t) = B(t-1) + [INF(t) – PERK(t) – EPT(t)] x dt B(t) – B(t-1) = + [INF(t) – PERK(t) – EPT(t)] x dt = [INF(t) – PERK(t) – EPT(t)] x dt dB dt Evapotranspiration Infiltration Perkolation

12 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken WelkepunktFeldkapazitätMaximale Bodenfeuchte [mm] [%] Perkolation Infiltration Evapotranspiration Funktionalen Zusammenhänge bei der Bodenfeuchtesimulation

13 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Hausübung: eigenständige Bodenfeuchtebilanzierung

14 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken [mm/h] [t] Niederschlagsbelastung [m³/s] [t] Abfluss [km²] [t] Zeitflächenfunktion Abflusskonzentration mit Zeit-Flächen-Funktion

15 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Q z (t) Q a (t) Einzellinear- speicher Q a (t) = 1/k * S(t) = Q z (t) -Q a (t) dS dt __ + Q a (t) - Q z (t) = 0 dQ a (t) dt _____ k * Q a (t) = * Q a (t -1) * Q z (t) e -dt / k + (1 - e ) S(t) Abflusskonzentration Linearer Einzelspeicher

16 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Abflussszenario

17 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken [mm/h] [m³/s] Niederschlag Gemessener Abfluss Gerechneter Abfluss Kalibrierung von NA - Modellen

18 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken NA Modell Teilgebiete Speicherdaten Bodendaten Zeitflächen- Funktionen Nutzungen Gerinnedaten Zeitreihen Niederschläge Verdunstung Temperatur Abflüsse Zeitreihen Niederschläge Verdunstung Temperatur Abflüsse Digitale Geländedaten Datenbasis für NA - Modelle

19 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Teileinzugsgebiete Teilgebiete Speicher Boden Zeitflächen Nutzungen Gerinne Zeitreihen DGM GIS Anwendung für NA - Modelle

20 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Digitale Bodenkarte Teilgebiete Speicher Boden Zeitflächen Nutzungen Gerinne Zeitreihen DGM GIS Anwendung für NA - Modelle

21 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Landnutzung und Versiegelung Teilgebiete Speicher Boden Zeitflächen Nutzungen Gerinne Zeitreihen DGM GIS Anwendung für NA - Modelle

22 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Teilgebiete Speicher Boden Zeitflächen Nutzungen Gerinne Zeitreihen DGM Digitales Geländemodell DGM 25 DGM mit ATKIS Daten GIS Anwendung für NA - Modelle

23 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Quelle: Topscan Gewinnung von digitalen Höhendaten

24 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken NA Modellierung zur Ausweisung von Überschwemmungsgebieten

25 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Abflussprozess im natürlichen Einzugsgebiet Zeichnen Sie in die Abbildung alle stattfindenden Prozesse ein. (Ströme und Speichervorgänge)

26 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken EVA (t) Verdunstung EPT (t) Verdunstung V (t) B (t) Bodenfeuchte QGW (t) Grundwasserabfluss QZU (t) externer Grundwasserzufluss QD (t) Oberflächenabfluss Niederschlag INF (t) Infiltration PERK (t) Perkolation QINT (t) Interflow Abflussprozess im natürlichen Einzugsgebiet

27 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Kanalsystem Abflussprozess im versiegelten Einzugsgebiet Zeichnen Sie in die Abbildung alle stattfindenden Prozesse ein. (Ströme und Speichervorgänge)

28 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken QD QD Oberflächenabfluss Evaporation Niederschlag Kanalsystem Abflussprozess im versiegelten Einzugsgebiet Q KA Kanalabfluss

29 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Freilandniederschlag Regionale Übertragung ATMOSPHÄRE Hydrometeorologische Daten: - Niederschlag - Temperatur - Wind - Strahlung / Sonnenscheindauer - Luftfeuchte Berechnung der pot. Verdunstung und des Freilandniederschlags Pot. Verdunstung Atmosphärenvorgänge

30 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken - Trockenschnee - Freies Wasser Schneedeckenabfluss Freilandniederschlag Schneespeicher

31 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken (Bestandsniederschlag) bzw. Niederschlag nach Abzug der Interzeptionsverdunstung Interzeptionsspeicher Freilandniederschlag Interzeptionsverdunstung Interzeptionsspeicher

32 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Aktuelle Verdunstung Muldenspeicher Abflusswirksamer Niederschlag Effektiver Niederschlag Muldenspeicher

33 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Nicht durchwurzelte, ungesättigte Zone Durchwurzelter Bodenfeuchtespeicher Infiltration Aktuelle Verdunstung Interflow Kapillaraufstieg Grundwasser- neubildung Bodenfeuchtespeicher

34 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Infiltrat aus Gewässer Grundwasserzustrom Grundwasserspeicher grundwasser- bürtiger Abfluss Kapillarer Aufstieg Tiefenversickerung Grundwasser- neubildung Grundwasserspeicher

35 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken lateraler Zufluss Gerinneabfluss Gewässer- abschnitt mit Vorländern Gerinnezufluss Fließgewässer als Speicher

36 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Seen Talsperren Rückhaltebecken Niederschlag Über- leitung Zufluss aus Einzugsgebiet Entnahmen Verdunstung Gewässerabfluss Gewässer- zufluss Seen und Talsperren


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