OPAQUE -

Operationelle Abfluss- und Hochwasservorhersage in Quellgebieten   operational discharge and flooding predictions in head catchments

OPAQUE Methods

WaSiM-ETH

WaSiM-ETH (kurz WaSiM) ist ein deterministisches voll distributives hydrologisches Einzugsgebietsmodell für den mesoskaligen Bereich und wird in Schulla (1997) und Schulla & Jasper (1999) genau erläutert. Die ihm zugrundeliegenden Gleichungen sind eine gewogene Mischung physikalisch begründeter und konzeptioneller Ansätze. Das Modell wurde zur Untersuchung des Einflusses von Klimaänderungen auf den Wasserhaushalt hydrologischer Einzugsgebiete entwickelt. Besonders Interesse galt der Interpolation der meteorologischen Eingangsgrößen und die Modellierung der Evapotranspiration. Im Modell wird das Einzugsgebiet in eine regelmäßige Rasterfläche eingeteilt. Die Zeitreihen der meteorologischen Stationen werden für jede Zelle des Einzugsgebietes interpoliert. Bei der Berechnung der Bodenwasserflüsse werden zwei Versionen unterschieden, die Topmodel- und die Richards-Variante. In der Topmodel-Variante wird das Konzept der topographischen Indizes (link?) nach Beven & Kirby (1979) aufgegriffen, um dynamische Sättigungsflächen zu beschreiben. Im Projekt wird mit einer erweiterten Topmodel-Variante von Niehoff et al. (2000) für die Integration von Makroporenprozessen, Verschlämmung und Versiegelung gearbeitet.

Abbildung 1: Speicherkonzept des Bodenmodells von WaSiM-ETH nach Niehoff (2002).

Der Boden beginnt im Modell WaSiM mit der Bodenoberfläche und wird nach unten als unbegrenzt angenommen. Das Bodenwasser wird intern in den verschiedenen Speichern aufgeteilt, die zueinander bestimmte Austauschprozesse erlauben (Abbildung 1). Schneeprozesse, Interzeption, Verdunstung so wie die vertikalen Bodenprozesse werden für jede einzelnes Rasterelement berechnet. Entstehender Oberflächenabfluss wird mittels eines Fliesszeitschemas dem Gerinne zugeführt. Die Abflusskonzentration bis zum Teilgebietsauslas erfolgt anhand von Einzellinearspeichern getrennt für Oberflächen-, Zwischen- und Basisabfluss. Im Gewässernetz vom Pegel des Teileinzugsgebietes bis zum Auslas des Gesamtgebietes wird durch ein Abflussrouting beschrieben. Grundlage bildet die kinematische Wellengleichung, wobei Retention für Hauptbett und Vorland durch zwei Einzellinearspeicher getrennt wiedergegeben wird.

Abbildung 2: Notwendige räumliche Daten für das Model WaSiM-ETH, nach Niehoff (2002), verändert.

Notwendige räumliche Daten für WaSiM sind in der Abbildung 2 dargestellt. Die räumlichen Daten finden als Rasterdaten Eingang. Aus dem digitalen Geländemodell, der Landnutzung und der Bodenverteilung können alle weiteren Sekundärdaten abgeleitet werden. Die Landnutzung und Bodenverteilung werden in der Steuerdatei mit Tabellenwerten verknüpft, die für die Simulation nötig sind. WaSiM soll an Teilgebiete der Weißeritz angepasst werden, um Extremniederschlagsereignisse in ihrer Wirkung auf den Abfluss zu untersuchen und Vergleichsstudien zum Hochwasservorhersagemodell LASIM zu erstellen.

Literatur

Beven, K.J. and Kirkby, M.J. (1979): A physically based variable contributing area model of basin hydrology. Hydrol. Sci. Bull., 24 (1), 43-69
Niehoff, D. , Fritsch, U., Bronstert, A. (2000): Land-use impacts on storm-runoff generation: Scenarios of land-use change and simulation of hydrological response in a meso-scale catchment in SW-Germany. Journal of Hydrology, 267 (1-2), 80-93
Niehoff, D. (2002): Modellierung des Einflusses der Landnutzung auf die Hochwasserentstehung in der Mesoskala. Brandenburgische Umweltberichte, 11 , Dissertation
Schulla, J., Jasper, C. (1999): Modellbeschreibung WaSiM-ETH ETH-Zürich, 180 p.
Schulla, J (1997): Hydrologische Modellierung von Flußgebieten zur Abschätzung der Folgen von Klimaänderungen Züricher Geographische Schriften, 69 161 p.Verlag Geographisches Institut ETH Zürich