Vorlesung Wasserwirtschaftliche Modellierung Themen: Die Phasen der Niederschlag-Abfluss Modellierung Bausteine deterministischer Niederschlag-Abfluss Modelle Prozess- und Speicherabbildung in Modellen

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

Die Phasen der NA - Modellierung Niederschlagsbildung Niederschlagsentstehung als Regen oder Schnee Niederschlagsverteilung Räumliche Verteilung des Niederschlags Abflussbildung Ermittlung abfluss- wirksamer Niederschlag Abflusskonzentration Translation und Retention Wellenablauf Flood Routing im Gewässer

Niederschlagsschreiber

Stationsniederschläge

Niederschlagsverteilung

Niederschlagsverteilung

Niederschlagsverteilung

Radarniederschlag Quelle: DWD

Ströme und Speichervorgänge Niederschlag Evaporation Interzeption Effektiver Niederschlag abflusswirksamer Niederschlag Infiltration Evapotranspiration Bodenfeuchte- speicher Perkolation Grundwasserzufluss Grundwasser- speicher

Speicherbilanzierung Infiltration Evapotranspiration Perkolation 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

Funktionalen Zusammenhänge bei der Bodenfeuchtesimulation [%] 20 40 60 80 100 Perkolation Infiltration Evapotranspiration Welkepunkt Feldkapazität Maximale Bodenfeuchte [mm]

Hausübung: eigenständige Bodenfeuchtebilanzierung

Abflusskonzentration mit Zeit-Flächen-Funktion [mm/h] [t] Niederschlagsbelastung [km²] [t] Zeitflächenfunktion [m³/s] [t] Abfluss

Abflusskonzentration Linearer Einzelspeicher Qz(t) S(t) Einzellinear- speicher Qa(t) = 1/k * S(t) Qa(t) = Qz(t) -Qa(t) dS dt __ + Qa(t) - Qz(t) = 0 dQa(t) dt _____ k * Qa(t) = * Qa(t -1) * Qz(t) e -dt / k + (1 - e )

Abflussszenario

Kalibrierung von NA - Modellen Niederschlag [mm/h] [m³/s] Gerechneter Abfluss Gemessener Abfluss

Datenbasis für NA - Modelle Teilgebiete Bodendaten Nutzungen NA Modell Speicherdaten NA Modell Gerinnedaten Zeitflächen- Funktionen Digitale Geländedaten Zeitreihen Niederschläge Verdunstung Temperatur Abflüsse

GIS Anwendung für NA - Modelle Teilgebiete Speicher Boden Zeitflächen Nutzungen Gerinne Zeitreihen DGM Teileinzugsgebiete

GIS Anwendung für NA - Modelle Teilgebiete Speicher Boden Zeitflächen Nutzungen Gerinne Zeitreihen DGM Digitale Bodenkarte

GIS Anwendung für NA - Modelle Teilgebiete Speicher Boden Zeitflächen Nutzungen Gerinne Zeitreihen DGM Landnutzung und Versiegelung

GIS Anwendung für NA - Modelle Teilgebiete Speicher Boden Zeitflächen Nutzungen Gerinne Zeitreihen DGM Digitales Geländemodell DGM 25 DGM mit ATKIS Daten

Gewinnung von digitalen Höhendaten Quelle: Topscan Quelle: Topscan

NA Modellierung zur Ausweisung von Überschwemmungsgebieten

Abflussprozess im natürlichen Einzugsgebiet Zeichnen Sie in die Abbildung alle stattfindenden Prozesse ein. (Ströme und Speichervorgänge)

Abflussprozess im natürlichen Einzugsgebiet Niederschlag EVA(t) Verdunstung QD(t) Oberflächenabfluss EPT(t) Verdunstung INF(t) Infiltration QINT(t) Interflow B(t) Bodenfeuchte PERK(t) Perkolation QGW(t) Grundwasserabfluss QZU(t) externer Grundwasserzufluss V(t)

Abflussprozess im versiegelten Einzugsgebiet Zeichnen Sie in die Abbildung alle stattfindenden Prozesse ein. (Ströme und Speichervorgänge) Kanalsystem

Abflussprozess im versiegelten Einzugsgebiet Niederschlag Evaporation QD QD Oberflächenabfluss Kanalsystem Q KA Kanalabfluss

Atmosphärenvorgänge ATMOSPHÄRE Hydrometeorologische Daten: - Niederschlag - Temperatur Wind Strahlung / Sonnenscheindauer Luftfeuchte Regionale Übertragung Berechnung der pot. Verdunstung und des Freilandniederschlags Freilandniederschlag Pot. Verdunstung

Freilandniederschlag Schneespeicher Freilandniederschlag Trockenschnee Freies Wasser Schneedeckenabfluss

Interzeptionsspeicher Freilandniederschlag Interzeptionsverdunstung Interzeptionsspeicher (Bestandsniederschlag) bzw. Niederschlag nach Abzug der Interzeptionsverdunstung

Effektiver Niederschlag Muldenspeicher Effektiver Niederschlag Aktuelle Verdunstung Abflusswirksamer Niederschlag Muldenspeicher

Bodenfeuchtespeicher Infiltration Aktuelle Verdunstung Durchwurzelter Bodenfeuchtespeicher Interflow ------------------------------------- Nicht durchwurzelte, ungesättigte Zone Grundwasser- neubildung Kapillaraufstieg

Infiltrat aus Gewässer Grundwasserspeicher Grundwasser- neubildung Kapillarer Aufstieg Infiltrat aus Gewässer Grundwasserzustrom grundwasser- bürtiger Abfluss Grundwasserspeicher Tiefenversickerung

Fließgewässer als Speicher Gerinnezufluss Gewässer- abschnitt mit Vorländern lateraler Zufluss Gerinneabfluss

Zufluss aus Einzugsgebiet Seen und Talsperren Niederschlag Verdunstung Gewässer- zufluss Seen Talsperren Rückhaltebecken Über- leitung Zufluss aus Einzugsgebiet Entnahmen Gewässerabfluss