Tracerhydrologische Ansätze in der Niederschlags-Abfluß-Modellierung

Freiburg im Breisgau

1998

IV, 148 S.

graph. Darst., Kt.

Bandaufführung

181022

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, tracerhydrologisch ermittelte Informationen direkt in der Niederschlags-Abfluß-(N-A)-Modellier ung einzubauen. Dabei wurden die tracerhydrologischen Abflußkomponenten und -anteile sowie ihre Verweilzeiten im System Einzugsgebiet verwendet. Diese wurden zu sätzlich zum Gesamtabfluß zur Validierung des N-A-Modells PRMS/MMS eingesetzt. Die tracerhydrologisch ermittelten Verweilzeiten der Basisabflußkomponenten wurden zur Modellkalibrierung der Abflußkonzentration der Grundwasserabflußkomponente verwendet. Um die tracerhydrologischen Ergebnisse direkt zur Modellierung nutzen zu können, mußten Veränderungen am bestehenden Modell PRMS/MMS vorgenommen werden. Die Verbindung zwischen der N-A-Modellierung und den tracerhydrologischen Ergebnissen wurde durch eine dreidimensionale Raum gliederung hergestellt. Diese baut auf einer hydrologischen und einer hydrogeologischen Raum gliederung auf. In der hydrologischen Raumgliederung werden die verteilten Parameter zu Höhe, Hangneigung, Exposition, Niederschlag und Landnutzung aggregiert. Die aggregierten Parameter wurden zur Kalibrierung der oberirdisch ablaufenden Prozesse wie z.B. Schneedeckenaufbau und -abbauverwendet. Die hydrogeologische Raumgliederung wurde auf der Basis der tracerhydrologischen Informationen kombiniert mit einer Rezessionsanalyse abgeleitet. Die hydrogeologische Raumgliederung diente zur Verbesserung der Modellierung der Abflußbildung und -konzentration. Bei der Durchführung der hydrologischen Raumgliederung wurden drei unterschiedliche Aggregierungstechniken eingesetzt. Die erste Variante orientierte sich an den physiographischen Teileinzugsgebieten. Bei der zweiten Variante wurden im Untersuchungsgebiet in Bezug auf die Parameter Höhe, Hangneigung, Exposition, Niederschlagsverteilung und Landnutzung homogene nichtzusammenhängende Teilflächen ermittelt. Bei der dritten Methode wurden die Parameter nach Rasterflächen aggregiert. Es hat sich gezeigt, daß die Art der hydrologischen Raumgliederung auf das Ergebnis der Abflußmodellierung einen deutlich geringeren Einfluß hatte als die Erfassung des hydrologischen Geschehens durch die Modellstruktur. Ingesamt konnte mit allen drei hydrologischen Raumgliederungen in einer ersten Modellierung, in die die hydrogeologische Raumgliederung noch nicht einging, der Gesamtabfluß des Untersuchungsgebietes gut wiedergegeben werden. In Kombination mit einer Rezessionanalyse wurde aus den tracerhydrologischen Ergebnissen die hydrogeologische Raumgliederung aufgebaut. Danach sind am Wasserumsatz im Untersuchungsgebiet vier Speicherräume bzw. Abflußkomponenten beteiligt. Die erste Komponente ist der Direktabfluß, gebild et auf Sättigungsflächen, und auch Makroporenfluß, der in der Untersuchungsperiode durchschnittlich mit 18 % zum Gesamtabfluß beitrug. Die zweite Komponente ist eine schnelle indirekte Komponente aus den oberen Hangschuttdecken des Untersuchungsgebietes. Diese Komponente trägt bei Hochwasserereignissen den überwiegenden Anteil zum Gesamtabfluß bei. Der Abflußanteil dieser Komponente betrug für den Untersuchungszeitraum 45 %. Die dritte und vierte Komponente wurden zusammengefaßt betrachtet.
Niederschlag, Abfluss, Modell, Indikatormethode,
Zusammenfassung Einleitung ; Problemstellung und Zielsetzung ; Theorie ; Mathematische hydrologische Modelle ; Das N-A-Modell PRMS/MMS ; Tracerhydrologie ; Ganglinienseparation ; Verweilzeitbestimmung ; Der Einzellinearspeicher ; Das Diffusions-Translations-Modell ; Das Brugga-Einzugsgebiet ; Lage ; Morphologie ; Geologie ; Böden ; Klima ; Hydrologie ; Hydrologische Raumgliederung ; Ausweisung von Teileinzugsgebieten ; Ausweisung von homogenen Flächen ; Ausweisung von Teilflächen im Rasterformat ; Modellierung des Wasserhaushaltes ; Niederschlagsverteilung im Einzugsgebiet ; Verdunstung ; Schneedecke ; Abfluß ; Ergebnisse ; Modellierung des Wasserhaushaltes ; Optische Bewertung der Modellierungsergebnisse ; Statistische Betrachtung der Modellierungsergebnisse ; ; Bewertung der Raumgliederungsverfahren ; Tracerhydrologische Untersuchungen ; Speicherräume und Abflußkomponenten ; Verweilzeiten der langsamen Abflußkomponenten ; Bestimmung der Verweilzeiten der schnellen Abflußkomponenten ; Bestimmung von Speicherräumen über die Rezessionsanalyse ; Optimierung der N-A-Modellierung anhand tracerhydrologischer Ansätze ; Hydrogeologische Raumgliederung ; Vergleich der modellierten Abflußkomponenten mit den Ergebnissen der Raumgliederung ; Modellierung der Abflußanteile von Ereignis- und Vorereigniswasser ; Verwendung des Dispersionsmodells in der N-A-Modellierung ; Interpretation der Tracerverweilzeiten zur Verwendung in der N-A-Modellierung ; Modellierung des Wasserhaushaltes unter Berücksichtigung der tracerhydrologischen und der dynamischen Verweilzeit