Zur räumlichen Variabilität der Abflußbildung im Mittelgebirge - Prozeßstudien für eine Flächenklassifikation nach typischen Abflußbeiträgen : Dissertation, Technische Universität Dresden, Fakultät für Forst-, Geo- und Hydrowissenschaften

Dresden

1998

135 S.

41 Abb., 43 Tab., zahlr. Lit. Ang.

Monographie

3-86005-220-9

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Eine der dringlichsten Aufgaben der Hydrologie ist die Vorhersage globaler Veränderungen im Wasserkreislauf. Physikalisch begründete Modelle sind dafür das geeignete Werkzeug, ihre Anwendung ist aber noch mit zu vielen Problemen verbunden (Abbott & Refsgaard 1996). Als begrenzender Faktor hinsichtlich des Fortschrittes hat sich vor allem das Daten- und Skalenproblem erwiesen. Die vorliegende Arbeit ging einen der möglichen Lösungswege zur Verbesserung der Modellierung, der in den letzten Jahren vernachlässigt wurde, nun aber international immer größere Beachtung erlangt (Pilgrim 1983; Plate 1994a). Entsprechend dem Konzept der "Representative Elementary Areas" ("REA", Wood et al. 1988) bildeten Untersuchungen der räumlichen Variabilität der Abflussbildung im gut beobachteten Einzugsgebiet des Wernersbaches die Grundlage für die Ableitung eines Konzeptes zur Klassifikation von Flächen nach dem auf ihnen dominierenden Abflussbildungsprozess. Die streng auf die Prozessbedingungen ausgerichteten Kriterien für eine solche Flächengliederung helfen dem Anwender von hydrologischen Modellen, sowohl geeignete prozessadäquate Modellansätze auszuwählen wie auch mögliche Vereinfachungen des Modells vorzunehmen und die Parametrisierung zu verbessern. Voraussetzung dafür sind Prozessstudien in verschiedenen Maßstabsebenen (Beven 1995; Blöschl 1996; Kirkby 1997). Die Anwendung verschiedener Modelltypen im EG des Wernersbaches hatte die Probleme der hydrologischen Modellierung sehr deutlich gezeigt und die Notwendigkeit von Prozessanalysen wie die Sinnfälligkeit einer auf dominante Abflusskomponenten bezogenen Flächenklassifikation bestätigt. Für das konzeptionelle Modell Akwa-m haben sich Hydrotope als Diskretisierungseinheit bewährt, deren Festlegung ist aber oft subjektiv. Die praktikablen Berechnungsansätze sind zwar sehr gut in der Lage, den mittleren Wasserhaushalt einschließlich der Abflusskomponenten zu berechnen. Für die Nachbildung der Abflussbildungsprozesse sind sie aber zu grob und zuwenig teilflächenspezifisch differenzierbar (Müller & Münch 1997). Das Topmodel ermittelt für verschiedene Feuchtezustände Flächen, die einen Abflussbeitrag in Form von Sättigungsflächenabfluss liefern. Andere Abflussbildungsmechanismen werden aber nur unzureichend oder gar nicht berücksichtigt. Während das Modell die Ausdehnung der Sättigungsflächen mit Auffeuchtung des Gebietes für den Wernersbach gut erfasste, wurde die gemessene Abflussganglinie schlecht widerspiegelt. Die Verknüpfung von Ansätzen des Topmodel mit einem verbesserten Infiltrationsansatz sowie die Einführung einer Zwischenabflusskomponente im Modell WaSim (Schulla 1996) ergab für das Wernersbachgebiet eine Verbesserung der Modellergebnisse. Die physikalisch begründeten Ansätze des Modells Mike She sind theoretisch am besten geeignet, die hohe Nichtlinearität der Prozesse im Wernersbachgebiet nachzubilden. Praktisch aber war es trotz einer wesentlich besseren Datenlage als üblich nicht möglich, das Modell entsprechend der großen Heterogenität des EG ausreichend zu parametrisieren. Probleme bereiteten vor allem die gesättigte und ungesättigte Zone und die starke Zwischenabflusskomponente im EG (Gerstmann 1995). Die Untersuchungen der räumlichen Variabilität der Abflussbildungsprozesse wurden konsequent von der Maßstabsebene Standort über die Teilfläche, das Teilgebiet bis zum Einzugsgebiet geführt. Die kausale Kette so ineinandergreifend zu verfolgen, ist in den seltensten Fällen möglich. Sow war nachweisbar, wie sich die Prozesse der unteren Ebene in der nächsthöheren widerspiegeln und welche Einflussfaktoren und Steuergrößen jeweils maßgebend sind.