Ein hydrologisches Modell für tidebeeinflusste Flussgebiete

Riedel, Gerhard

Die Wasserwirtschaft in tidebeeinflussten Einzugsbieten ist durch ein dichtes Grabensystem mit meist künstlicher Entwässerung geprägt. Für einen zu erwartenden Meeresspiegelanstieg müssen Maßnahmen zur Kompensation der verschlechterten natürlichen Entwässerung entworfen und mittels geeigneter Simulations-Modelle überprüft werden. Wasserhaushalt, Zwischenspeicherung im Flussgebiet, die Betriebsweisen von Sielen und Schöpfwerken sowie der rückstaubeeinflusste Abfluss müssen vom Modell berücksichtigt werden. Wegen des hohen Rechenaufwandes und der aufwändigen Parametrisierung sind hydraulisch-numerische Verfahren für die Simulation ganzer Flussgebiete wenig geeignet. In dieser Arbeit wird daher mit dem Kettenspeicheransatz ein hydrologischer Speicherbaustein für das konzeptionelle, GIS-basierte Niederschlag-Abfluss-Modell NAXOS entwickelt, mit dem die Simulation rückstaubeeinflusster Abflüsse im Einzugsgebietsmaßstab ermöglicht wird. Das Gewässernetz eines Einzugsgebiets wird in drei Kategorien untergliedert und zu Kettenspeichern zusammengefasst. Module für die Simulation von Sielen und Schöpfwerken wurden für das Modell entwickelt. Durch die Beschränkung auf die Sohlrauheit und geometrisch erfassbare Modellparameter Querschnitt und Gewässerlänge ist der Kettenspeicheransatz leicht parametrisierbar und auf andere Flussgebiete übertragbar. Die Kalibrierung eines Flussgebietsmodells wird dadurch auf wenige, ereignisabhängige Kenngrößen reduziert. Die Modellanwendung erfolgt an den tidebeeinflussten Untersuchungsgebieten Käseburger Sieltief (72 km²) und Lesum (148 km2, ca. 1 200 km Grabensystem) mittels Hochwasser- und Langfristsimulationen.

Low lying coastal areas with tidal influence are often characterised by a dense stream network with artificial drainage, sluices and pumping stations. Due to climate change and increasing sea water levels the natural drainage is expected to decrease. Compensation methods have to be designed and verified by simulation models. These models have to deal with water balance, runoff with respect to backwater effects and operating methods of sluices and pumping stations. Simulations of unsteady flow with backwater effects are predominantly performed by hydraulic-numeric models (hn-models). Runoff is given by precipitation-runoff models (pr-models) or by recorded hydrographs. But the complexity of calculation and parametrisation reduces hn-models to applications on river sections. The presented thesis shows the development of the chained storage method (Kettenspeicheransatz) as a hydrological component for the GIS based catchment model NAXOS to consider backwater effects on runoff simulation. The drainage network is divided into three categories by cross-section widths with the support of GIS-like functions of NAXOS. Modules for simulation of sluices and pumping stations are integrated into NAXOS as well. Model parameters of chain storages are limited to roughness by Manning-Strickler and geometric parameters length, width and height and can be easily transferred to other catchments. The presented methods are applied on two catchments Käseburg (72 km²) and Lesum (2 200 km²) with tidal impact and drainage network densities higher than 10 000 m/km². Long time simulations of several months and a comparision of NAXOS results with hn-model results prove the applicability of the presented methods.

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Riedel, Gerhard: Ein hydrologisches Modell für tidebeeinflusste Flussgebiete. 2004.

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