Vorlesung Wasserwirtschaftliche Modellierung

Präsentation zum Thema: "Vorlesung Wasserwirtschaftliche Modellierung"—  Präsentation transkript:

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

2 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 …

3 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

4 Niederschlagsschreiber

5 Stationsniederschläge

6 Niederschlagsverteilung

7 Niederschlagsverteilung

8 Niederschlagsverteilung

9 Radarniederschlag Quelle: DWD

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

11 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

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

13 Hausübung: eigenständige Bodenfeuchtebilanzierung

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

15 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 )

16 Abflussszenario

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

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

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

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

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

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

23 Gewinnung von digitalen Höhendaten
Quelle: Topscan Quelle: Topscan

24 NA Modellierung zur Ausweisung von Überschwemmungsgebieten

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

26 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)

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

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

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

30 Freilandniederschlag
Schneespeicher Freilandniederschlag Trockenschnee Freies Wasser Schneedeckenabfluss

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

32 Effektiver Niederschlag
Muldenspeicher Effektiver Niederschlag Aktuelle Verdunstung Abflusswirksamer Niederschlag Muldenspeicher

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

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

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

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