Unterteilung in Systemelemente

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Entscheidend dafür, wie ein wasserwirtschaftliches System in einzelne Systemelemente unterteilt wird, ist die mit dem Modell zu beantwortende Fragestellung und die vorhandene Datengrundlage.

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 Systemelement abgebildet werden, z.B. Talsperren durch Speicher, Entnahmen durch Verbraucher, usw. Oftmals gibt es mehrere denkbare Lösungen.

Die Vorarbeiten zur Unterteilung eines Flussgebietes werden üblicherweise in einem GIS durchgeführt.

Einzugsgebietsbasierte Unterteilung

Kriterien für die Unterteilung können sein:

• Gebietseigenschaften (Topographie)
• punktuelle Änderungen des Abflusses durch
  • Zuflüsse
  • Einleitungen
  • Entnahmen
• Lage von hydrologischen Bauwerken
• Stationierung von Pegeln
• Fließgewässertyp und -geometrie

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:

Mit zunehmender Genauigkeit der Systemabbildung nimmt die Bedeutung der Hydraulik im Gewässer zu. Die Parameter der Abflusskonzentration beziehen sich nur auf den Oberflächenabfluss im Teilgebiet, bzw. Interflow und Basisabfluss. Die Abbildung des Wellenablaufs in den Gewässer ist möglich.	Einfache Ansätze zur Berechnung der Abflussbildung kommen i.d.R. mit einer groben Systemabbildung besser zurecht. Sowohl der Oberflächenabfluss in den Teilgebieten als auch der Wellenablauf der in den Gewässern stattfindet ist in den Parametern der Abflusskonzentration enthalten. Die Abbildung des Wellenablaufs in den Gewässer ist kaum möglich

Teilgebiete können über ein NA-Modell abgebildet werden oder durch eine am Ausgang vorliegende Ganglinie berücksichtigt werden

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 Einzugsgebiet, das über eine Niederschlags-Abfluss-Simulation die Belastung ins System bringt, können 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 Einzugsgebiet zu verwenden. In Talsim-NG kann die Auswahl des Systemelementes für die Teileinzugsgebiete auch von Teileinzugebiet zu Teileinzugsgebiet variieren.

Sind die Systemelemente festgelegt, wird die Systemlogik erstellt, d.h. die Fließbeziehungen zwischen den Elementen werden festgelegt.

Rasterbasierte Unterteilung

Bei der rasterbasierten Unterteilung wird Wasser von einer Zelle im Allgemeinen entsprechend ihrer Fließrichtung in die nächste Zelle weitergegeben.

Die Übergabe von einer Zelle in die nächste ist je nach Abflusskomponente unterschiedlich:

• Oberflächenabfluss wird in den Abflussbildungsprozess der nächsten Zelle integriert, d.h. wird dort wie zusätzlicher Niederschlag behandelt.
• Interflow wird in die Speicherkaskade des Interflows der nächsten Zelle eingespeist
• Basisabfluss wird in die Speicherkaskade des Basisabflusses der nächsten Zelle eingespeist