Ein 5-Speicher lumped Modell fuer das Einzugsgebiet der Fulda

author:Olivier Canon, Mat-Nr: 1031485

Im Rahmen des Moduls MP 111 „Hydrologische Modellierung“ sollen die Grundlagen der hydrologischen Modellierung erlernt werden. Im Detail geht es darum die chemischen, biologischen und physikalischen Prozesse in einem definierten Einzugsgebiet vereinfacht über die Verknüpfung mit mathematischen Operationen zu beschreiben. Dies kann entweder ausschließlich zeitlich erfolgen (lumped-Modelle) oder mit einem zusätzlichen räumlichen Bezug (destributed oder semi-destributed Modelle). Ein Modell damit immer eine Hypothese der zugrundeliegenden Abläufe und muss nicht zwangsläufig alle Abläufe korrekt beschreiben, um plausible Vorhersagen machen zu können. Ziel der hydrologischen Modellierung kann es z.B. sein Abflusspegel vorherzusagen, um somit präventiven Hochwasserschutz zu betreiben.

Im Folgenden soll das Einzugsgebiet der Fulda modelliert werden, um den Abflusspegel am Pegel Grebenau vorhersagen zu können. Dazu wird die Programmiersprache Pyhton sowie die frei verfügbare „Catchment Modelling Framework“ (CMF) (Kratft et al. 2011) Bibliothek genutzt. Das CMF stellt einen Modellbaukasten zur Beschreibung und Simulation der hydrologischen Flüsse in einem Einzugsgebiet zur Verfügung. Dabei wird die finite Volumen Methode verwendet, die den gesamten Wasserspeicher des Einzugsgebietes in verschiedene diskrete Speicher aufteilt. Diese Speicher können über verschiedene mathematische Beschreibungen miteinander verbunden werden, die das CMF zur Verfügung stellt. Über diese Wasserflüsse innerhalb des Einzugsgebietes lassen sich auch Abflusspegel an einem Auslass berechnen. Anzahl, die Art der Speicher und die Verbindungen sind dabei frei wählbar.

Zunächst wird das konzeptionelle Modell, also die Hypothese über die hydrologischen Prozesse im Einzugsgebiet, die dem Modell zugrunde liegen, vorgestellt und erläutert. Darauf folgt die Beschreibung der Umsetzung mithilfe des programmierten Codes, indem die einzelnen Parameter und Funktionen beschrieben werden. Das aufgestellte Modell, in einem Supercomputer über eine Zeitreihe von 1980 bis 1989 kalibriert, wird anschließend anhand der Zeitreihe evaluiert. In der darauf folgenden Diskussion wird darauf eingegangen, ob das Modell geeignet ist den Abflusspegel in Grebenau zu beschreiben.