Browsing by Author "Rojanschi, Vlad"

Now showing 1 - 1 of 1

Open Access
Abflusskonzentration in mesoskaligen Einzugsgebieten unter Berücksichtigung des Sickerraumes
(2006) Rojanschi, Vlad; Bárdossy, András (Prof. Dr. rer. nat. Dr.-Ing. habil.)
Die physikalisch-basierte Modellierung der Abflusskonzentrationsprozesse in einem Einzugsgebiet wird üblicherweise auf die Modellierung von drei strickt von einander abgetrennten Teilen, dem Boden- (Wurzel-) Raum, dem Grundwasserraum und den Oberflächengewässern, reduziert. Dieses Schema vernachlässigt allerdings, dass sich zwischen dem Boden- und dem Grundwasserraum ein weiterer Bereich befindet, der hier als Sickerraum bezeichnet wird und der aus demjenigen Teil der ungesättigten Zone besteht, der nicht dem Bodenraum zugerechnet wird. Für größere Einzugsgebiete treten im Sickerraum, der bis zu mehreren hundert Metern mächtig sein kann, auch kleinere schwebende gesättigte Bereiche auf, was dazu führt, dass die Strömungsrichtung im Sickerraum nicht nur vertikal, sondern auch horizontal ist. Die Vernachlässigung der dort stattfindenden Prozesse schränkt die Aussagekraft des Gesamtmodells deutlich ein. Deshalb wurde die Modellierung der Abflusskonzentration unter Berücksichtigung der hydrologischen Rolle des Sickerraumes als Hauptthema dieser Arbeit ausgewählt. Untersuchungseinheiten sind das Einzugsgebiet der Oberen Donau (bis zum Pegel Passau-Achleiten, 77.000 km2), das ein Forschungschwerpunkt des BMBF-Projektverbundes GLOWA ist, und zwei ausgewählte Teileinzugsgebiete(Ammer und Naab). Der erste Schritt ist eine umfassende Untersuchung über die Anwendbarkeit von Ganglinienanalyseverfahren für die Abtrennung des Grundwasser- und Sickerraumabflusses von der gemessenen Gesamtabflussganglinie. Ein numerisches Programm, das erstmals zwölf relevante Ganglinienanalyseverfahren in einem einheitlichen Rahmen implementiert, wurde hier entwickelt und auf Ganglinien aus dem gesamten Gebiet der Oberen Donau angewandt. Die Analyse der Ergebnisse, ihrer Abhängigkeit von der Raum und Zeitskala, sowie ihrer Verbindung zu den Gebietseigenschaften führte zu neuen Erkenntnissen über die Verfahren. Eine Schätzung des Grundwasser- und Sickerraumabflusses konnte damit für jedes Teileinzugsgebiet berechnet werden. Die Analyse zeigt aber auch, dass die Verfahren mit Inkonsistenzen und Willkürlichkeiten behaftet sind, was nicht zu einer Anwendung ihrer Ergebnisse für quantitative Aussagen ermutigt. Im zweiten Schritt wurde ein neues Modellkonzept, das die explizite Betrachtung des Sickerraumes ermöglicht und damit die Modellierungslücke zwischen dem Bodenwasserhaushalts- und dem Grundwassermodell schließt, entwickelt, implementiert und auf das Gebiet der Ammer angewandt. Nicht nur die Modellgüte, sondern auch die Unsicherheit der Modellergebnisse und bei der Bestimmung der Modellparameter, die generalisierte und einzelne Sensitivität des Modells im Parameterraum, sowie die Wechselbeziehungen zwischen den Modellparametern wurden ausführlich untersucht. Mehrere Modellversionen mit unterschiedlichen Graden an Konzeptualisierung wurden dabei verglichen. Trotz der allgemein guten Anpassung der Modellergebnisse an die Modelldaten, konnten anhand der inversen Modellierung auf Grund der strukturellen Unsicherheit des Modells und der Eingangsdaten keine gut bestimmten Parameterwerte für den Sickerraum berechnet werden. Das führte dazu, dass interne Modellergebnisse wie der Grundwasserabfluss und der Sickerraumabfluss auch von einer großen Unsicherheit behaftet waren. Die allgemeine Erkenntnis ist, dass nur die Modellergebnisse, die anhand von Messdaten direkt geprüft werden können, als validiert und aussagekraftig gelten sollten. Um das Problem der strukturellen Unsicherheit zu lösen, wurde in einem dritten Schritt die Methode der inversen Modellierung erweitert und verbessert. Ein Regionalisierungsverfahren, dass die Modellparameter mit den Gebietseigenschaften mit Hilfe von linearen Beziehungen verbindet, wurde in den Kalibrierungsprozess direkt integriert. Der Ansatz wurde auf die Einzugsgebiete der Ammer und der Naab angewandt und lieferte gute Modellergebnisse und führte gleichzeitig zu einer viel geringeren strukturellen Unsicherheit des Modells. Durch die Interpretation der linearen Beziehungen konnten auch Schlüsse über die physikalische Plausibilität des Modells gezogen werden.