Niederschlags-Abfluss-Modelle

Niederschlags-Abfluss-Modelle stellen ein Einzugsgebiet als System konzeptioneller Speicher und Flüsse dar, die Niederschlag in Abfluss umwandeln und sparsame Simulationen und Vorhersagen liefern.

Definition

Niederschlags-Abfluss-Modelle sind mathematische Modelle, oft konzeptionell und konzentriert (lumped), die die Umwandlung von gebietsgemitteltem Niederschlag (und Evapotranspiration) in Abfluss durch eine Struktur von Speichern und Flüssen mit kalibrierten Parametern simulieren.

Scope

Dieses Thema behandelt konzentrierte (lumped) und semi-verteilte konzeptionelle Niederschlags-Abfluss-Modelle, ihre Struktur miteinander verbundener Speicher, ihre Parameter und Eingaben sowie ihre Verwendung in Simulation und Vorhersage. Es ergänzt die räumlich expliziteren physikalisch basierten Modelle sowie die Themen Kalibrierung und Unsicherheit.

Core questions

• Wie stellen konzeptionelle Modelle die Speicherung und den Abfluss im Einzugsgebiet dar?
• Welche Eingaben und Parameter benötigen Niederschlags-Abfluss-Modelle?
• Wie unterscheiden sich konzentrierte (lumped), semi-verteilte und verteilte Ansätze?
• Wo werden Niederschlags-Abfluss-Modelle operationell eingesetzt?

Key concepts

• Konzeptionelle Speicher und Flüsse
• Konzentrierte (lumped) versus semi-verteilte Modelle
• Bodenfeuchtebilanzierung
• Modellparameter und Eingaben
• Abflusssimulation und -vorhersage
• HBV- und Sacramento-Modelle

Key theories

Konzeptionelle Speicher- und Flussmodellierung

Einzugsgebiete werden durch miteinander verbundene konzeptionelle Reservoire (für Bodenfeuchte, Grundwasser, Abflussrouting) dargestellt, deren Füll- und Überlaufverhalten, kalibriert an Daten, den beobachteten Abfluss mit relativ wenigen Parametern reproduziert.

Operationelle konzeptionelle Modelle

Modelle wie HBV und das Sacramento Soil Moisture Accounting Modell sind Beispiele für konzeptionelle Niederschlags-Abfluss-Modelle, die für die operationelle Abflussvorhersage und die Simulation von Wasserressourcen eingesetzt werden.

Clinical relevance

Konzeptionelle Niederschlags-Abfluss-Modelle sind die Arbeitspferde der operationellen Abflussvorhersage, der Planung von Stauseen und Wasserversorgung sowie von Studien zu Klima- und Landnutzungsauswirkungen. Sie bieten ein praktisches Gleichgewicht zwischen Genauigkeit und dem erforderlichen Daten- und Rechenaufwand.

History

Nach dem Unit Hydrograph entstanden ab den 1960er Jahren digitale konzeptionelle Einzugsgebietsmodelle, darunter das Stanford Watershed Model, das Sacramento-Modell und HBV; diese Speicher- und Flussmodelle wurden zum Standard für die operationelle Vorhersage und wurden später zu semi-verteilten und verteilten Formen erweitert.

Key figures

• Keith J. Beven
• Sten Bergstrom
• Robert J. C. Burnash

Seminal works

• beven2012
• bergstrom1976
• burnash1973

Frequently asked questions

Was ist ein konzeptionelles Niederschlags-Abfluss-Modell?

Es ist ein Modell, das ein Einzugsgebiet mit einer kleinen Menge miteinander verbundener konzeptioneller Speicher und Flüsse darstellt, anstatt die vollständige Physik im Raum zu lösen; seine Parameter werden kalibriert, sodass der simulierte Abfluss den Beobachtungen entspricht.

Warum ein konzentriertes (lumped) Modell anstelle eines detaillierten verteilten Modells verwenden?

Konzentrierte konzeptionelle Modelle benötigen weitaus weniger Eingabedaten und Rechenleistung und sind oft genauso genau für den Abfluss am Auslass. Daher bleiben sie für Vorhersagen und Planungen beliebt, insbesondere dort, wo detaillierte räumliche Daten nicht verfügbar sind.