Unterteilung in Systemelemente/en: Unterschied zwischen den Versionen

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{{Navigation|vorher=Systemabgrenzung|hoch=Arbeitsschritte zur Modellerstellung|nachher=Systemlogik}}
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Entscheidend dafür, wie ein wasserwirtschaftliches System in einzelne [[Special:MyLanguage/Beschreibung der Systemelemente|Systemelemente]] unterteilt wird, ist die mit dem Modell zu beantwortende Fragestellung und die vorhandene Datengrundlage.  
In order to divide a water resources system into individual [[Special:MyLanguage/Beschreibung der Systemelemente|system elements]] it is vital to consider the problem which the model is used for and the existing data basis.  


Grundsätzlich gibt es für die Unterteilung des Gebietes zwei Möglichkeiten. Diese kann Einzugsgebietsbasiert erfolgen oder Rasterbasiert. Außerdem müssen sämtliche für die Fragestellung relevanten hydrologischen Bauwerke identifiziert werden und durch ein passendes [[Special:MyLanguage/Beschreibung der Systemelemente|Systemelement]] abgebildet werden, z.B. Talsperren durch [[Special:MyLanguage/Speicher|Speicher]], Entnahmen durch [[Special:MyLanguage/Verbraucher|Verbraucher]], usw. Oftmals gibt es mehrere denkbare Lösungen.
Basically there are two possible ways for the division of the system. It can be divided either catchment-based or grid-based. In addition, all hydrological structures relevant to the problem must be identified and represented by a suitable [[Special:MyLanguage/Beschreibung der Systemelemente|system element]], e.g. dams by [[Special:MyLanguage/Speicher|storage]], extractions by [[Special:MyLanguage/Verbraucher|consumer]], etc. Often there are several feasible solutions.


Die Vorarbeiten zur Unterteilung eines Flussgebietes werden üblicherweise in einem GIS durchgeführt.
The preliminary work for dividing a river basin is usually done with a GIS.




==Einzugsgebietsbasierte Unterteilung==
==Catchment-based Division==


Kriterien für die Unterteilung können sein:
Criteria for the division can be:


*Gebietseigenschaften (Topographie)
*Catchment properties (topography)
* punktuelle Änderungen des Abflusses durch
* Punctual changes of the outflow by
** Zuflüsse
** Inflows
** Einleitungen
** Point sources
** Entnahmen
** Extractions
* Lage von hydrologischen Bauwerken
* Location of hydrological structures
* Stationierung von Pegeln
* Location of gauging stations
* Fließgewässertyp und -geometrie
* Flow type and geometry


Das Ergebnis der Unterteilung sind digitale Einzugsgebietsgrenzen und Fließgewässerabschnitte. Ergibt sich aus den vorhandenen Daten zunächst eine grobe Unterteilung, kann diese noch weiter unterteilt werden, insbesondere, wenn es aufgrund der Fragestellung wichtig ist, bestimmte Prozesse im Gewässer abzubilden, die mit der groben Unterteilung nicht mehr darstellbar sind. Im folgenden ist ein hoch aufgelöstes wasserwirtschaftliches System einem gering aufgelösten System gegenübergestellt:
The results of this division are digital catchment boundaries and river sections. If the available data initially results in a rough division, it can be subdivided even further, especially if, due to the problem at hand, certain processes in the waterbody can no longer be represented with the intitial division. In the following, a high resolution water resources system is compared to a low resolution water resources system:


{| class="wikitable" style="width: 30%;"
{| class="wikitable"
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| [[Special:MyLanguage/Datei:System_räumlich_hochaufgelöst.png|400px]] || [[Special:MyLanguage/Datei:System_räumlich_geringaufgelöst.png|400px]]
| [[Datei:System_räumlich_hochaufgelöst.png|400px]] || [[Datei:System_räumlich_geringaufgelöst.png|400px]]
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*Mit zunehmender Genauigkeit der Systemabbildung nimmt die Bedeutung der Hydraulik im Gewässer zu.
*As the accuracy of system mapping increases, the importance of hydraulics in the waterbodies increases.
*Die Parameter der Abflusskonzentration beziehen sich nur auf den Oberflächenabfluss im Teilgebiet, bzw. Interflow und Basisabfluss.
*The parameters of the runoff concentration only refer to the surface runoff in the corresponding sub-catchments, resp. interflow and base flow.
*Die Abbildung des Wellenablaufs in den Gewässer ist möglich.
*The illustration of flood-routing within the waterbodies is possible.
||
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*Einfache Ansätze zur Berechnung der Abflussbildung kommen i.d.R. mit einer groben Systemabbildung besser zurecht.
*Simple approaches to the calculation of runoff generation usually manage better with a rough system illustration.
*Sowohl der Oberflächenabfluss in den Teilgebieten als auch der Wellenablauf der in den Gewässern stattfindet ist in den Parametern der Abflusskonzentration enthalten.  
*Both, the surface runoff in the sub-catchments and the flood-routing that occur in the waterbodies are included in the parameters of the runoff concentration.  
*Die Abbildung des Wellenablaufs in den Gewässer ist kaum möglich
*The illustration of flood-routing within the waterbodies is hardly possible.
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|}
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[[Special:MyLanguage/Datei:Teilgebiet_Auswahl_Systemelemente.png|thumb| Teilgebiete können über ein [[Einzugsgebiet|NA-Modell]][[Special:MyLanguage/Datei:Systemelement001.png|20px]] abgebildet werden oder durch eine am Ausgang vorliegende [[Special:MyLanguage/Einleitung|Ganglinie]][[Special:MyLanguage/Datei:Systemelement002.png|20px]] berücksichtigt werden]]
[[Datei:Teilgebiet_Auswahl_Systemelemente.png|thumb| Sub-catchments can be defined via a [[Einzugsgebiet|Rainfall-Runoff Model]][[Datei:Systemelement001.png|20px]] or can be visualised through a [[Special:MyLanguage/Einleitung|hydrograph]][[Datei:Systemelement002.png|20px]] at the output]]




Im nächsten Schritt wird dann noch abhängig von der Fragestellung und der Datengrundlage entschieden, durch welche Systemelemente die Einzugsgebiete abgebildet werden sollen. Neben dem Systemelement [[Special:MyLanguage/Einzugsgebiet|Einzugsgebiet]], das über eine Niederschlags-Abfluss-Simulation die Belastung ins System bringt, können [[Special:MyLanguage/Einleitung|Einzeleinleiter]] den Abfluss am Ausgang des Einzugsgebietes direkt über eine Abflussganglinie ins System einspeisen. Letzeres ist natürlich nur möglich, wenn eine solche Abflussganglinie vorhanden ist. Dann ist es die weniger rechenintensive Variante, die zudem (bei guter Qualität der Eingangsdaten) am genauesten das tatsächlich stattgefundene Abflussverhalten abbilden kann. Soll aber beispielsweise eine Prognose unter geänderten Landnutzungsbedingungen gerechnet werden oder ist die Abflussganglinie nicht lang genug, bietet es sich an das Systemelement [[Special:MyLanguage/Einzugsgebiet|Einzugsgebiet]] zu verwenden. In Talsim-NG kann die Auswahl des Systemelementes für die Teileinzugsgebiete auch von Teileinzugebiet zu Teileinzugsgebiet variieren.
The next step is to decide which system elements are to be used to map the sub-catchments, depending on the problem and the data basis. Alongside the system element [[Special:MyLanguage/Einzugsgebiet|sub-basin]], which brings the load into the system via a precipitation-runoff simulation, the system element [[Special:MyLanguage/Einleitung|point source]] can feed the outflow from the sub-catchment directly into the system via a hydrograph. The latter is of course only possible if a hydrograph is available. Then it is the solution using the fewest computational resources, which in addition (with good quality of the input data) also illustrates the actual outflow behavior in a realistic manner. If, however, for example, a forecast is to be calculated with changed land use conditions or if the hydrograph is not long enough, it is advisable to use the system element [[Special:MyLanguage/Einzugsgebiet|sub-basin]]. In Talsim-NG the selection of the system element for sub-catchments can also vary from sub-catchment to sub-catchment.


Sind die Systemelemente festgelegt, wird die [[Special:MyLanguage/Systemlogik|Systemlogik]] erstellt, d.h. die Fließbeziehungen zwischen den Elementen werden festgelegt.
Once the system elements are defined, the [[Special:MyLanguage/Systemlogik|flow network]] is created, i.e. the flow relationships between the elements are defined.




==Rasterbasierte Unterteilung==
== Grid-based Division==


Bei der rasterbasierten Unterteilung wird Wasser von einer Zelle im Allgemeinen entsprechend ihrer Fließrichtung in die nächste Zelle weitergegeben.  
In grid-based division, water is generally passed from one cell to the next according to its flow direction.  


Die Übergabe von einer Zelle in die nächste ist je nach Abflusskomponente unterschiedlich:
The transfer from one cell to the next varies depending on the flow component:
* Oberflächenabfluss wird in den Abflussbildungsprozess der nächsten Zelle integriert, d.h. wird dort wie zusätzlicher Niederschlag behandelt.
* Surface runoff is incorporated into the runoff generation process of the next cell, i.e. it is treated like additional precipitation.
* Interflow wird in die Speicherkaskade des Interflows der nächsten Zelle eingespeist
* Interflow is fed into the cascade of storages of the next cell's interflow.
* Basisabfluss wird in die Speicherkaskade des Basisabflusses der nächsten Zelle eingespeist
* Base flow is fed into the cascade of storages of the next cell's base flow.

Aktuelle Version vom 30. August 2021, 11:49 Uhr

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In order to divide a water resources system into individual system elements it is vital to consider the problem which the model is used for and the existing data basis.

Basically there are two possible ways for the division of the system. It can be divided either catchment-based or grid-based. In addition, all hydrological structures relevant to the problem must be identified and represented by a suitable system element, e.g. dams by storage, extractions by consumer, etc. Often there are several feasible solutions.

The preliminary work for dividing a river basin is usually done with a GIS.


Catchment-based Division

Criteria for the division can be:

  • Catchment properties (topography)
  • Punctual changes of the outflow by
    • Inflows
    • Point sources
    • Extractions
  • Location of hydrological structures
  • Location of gauging stations
  • Flow type and geometry

The results of this division are digital catchment boundaries and river sections. If the available data initially results in a rough division, it can be subdivided even further, especially if, due to the problem at hand, certain processes in the waterbody can no longer be represented with the intitial division. In the following, a high resolution water resources system is compared to a low resolution water resources system:

System räumlich hochaufgelöst.png System räumlich geringaufgelöst.png
  • As the accuracy of system mapping increases, the importance of hydraulics in the waterbodies increases.
  • The parameters of the runoff concentration only refer to the surface runoff in the corresponding sub-catchments, resp. interflow and base flow.
  • The illustration of flood-routing within the waterbodies is possible.
  • Simple approaches to the calculation of runoff generation usually manage better with a rough system illustration.
  • Both, the surface runoff in the sub-catchments and the flood-routing that occur in the waterbodies are included in the parameters of the runoff concentration.
  • The illustration of flood-routing within the waterbodies is hardly possible.
Sub-catchments can be defined via a Rainfall-Runoff ModelSystemelement001.png or can be visualised through a hydrographSystemelement002.png at the output


The next step is to decide which system elements are to be used to map the sub-catchments, depending on the problem and the data basis. Alongside the system element sub-basin, which brings the load into the system via a precipitation-runoff simulation, the system element point source can feed the outflow from the sub-catchment directly into the system via a hydrograph. The latter is of course only possible if a hydrograph is available. Then it is the solution using the fewest computational resources, which in addition (with good quality of the input data) also illustrates the actual outflow behavior in a realistic manner. If, however, for example, a forecast is to be calculated with changed land use conditions or if the hydrograph is not long enough, it is advisable to use the system element sub-basin. In Talsim-NG the selection of the system element for sub-catchments can also vary from sub-catchment to sub-catchment.

Once the system elements are defined, the flow network is created, i.e. the flow relationships between the elements are defined.


Grid-based Division

In grid-based division, water is generally passed from one cell to the next according to its flow direction.

The transfer from one cell to the next varies depending on the flow component:

  • Surface runoff is incorporated into the runoff generation process of the next cell, i.e. it is treated like additional precipitation.
  • Interflow is fed into the cascade of storages of the next cell's interflow.
  • Base flow is fed into the cascade of storages of the next cell's base flow.