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Die Regenwasserexperten

Hydrologische Modellierung

Die Hydrologie ist die Wissenschaft vom Wasser, von seinen Eigenschaften und seinen Erscheinungsformen auf und unter der Landoberfläche (DYCK, 1980). Sie beschäftigt sich mit dem ober- und unterirdischem Auftreten und der Verteilung von Wasser auf der Erde. Das Auftreten des Wassers ist einem Kreislauf unterworfen, der folgende wesentliche Komponenten beinhaltet:

  • Niederschlag (als Regen oder Schnee)
  • Wasser (oder Eis) in Flüssen, Seen und Speichern (z.B. Talsperren)
  • Verdunstung (direkte und Pflanzenverdunstung)
  • Abfluss + oberirdische Speicherung
  • Versickerung + Bodenspeicher
  • Grundwasser

Die Komponenten des natürlichen Wasserkreislaufes sind in nachstehender Abbildung dargestellt:

Natürlicher Wasserkreislauf

Eine vereinfachte Jahreswasserbilanz in Deutschland für natürliche Gebiete ist im nachstehenden Balkendiagramm dargestellt. Der größte Teil des Regenwassers verdunstet im Jahresverlauf, der zweitgrößte Anteil wird über Versickerung dem Boden und dem Grundwasser zugeführt. Nur ein geringer Teil fließt oberflächennah ab. In Gebirgsregionen ist der Anteil des oberflächennahen Abflusses höher, der Anteil der Versickerung dagegen geringer.

Typische Jahreswasserbilanz für Nordwestdeutschland

Der natürliche Wasserkreislauf mit seiner Wasserbilanz ist in Deutschland i.d.R. stark verändert. Nach Aussagen des statistischen Bundesamtes von 2005 sind 85% der Flächen in Deutschland halbstädtische bis städtische Gebiete (siehe nachstehende Abbildung). Damit geht eine Versiegelung der Landschaft einher, die auf das Abflussverhalten einen großen Einfluss hat.

Zunehmende Urbanisierung der Landschaft in Deutschland

Durch die Versiegelung verändert sich der Wasserkreislauf stark zugunsten des Oberflächenabflusses und zu Ungunsten der Versickerung. Die Grundwasserneubildung wird herabgesetzt und die erhöhten Abflüsse verschärfen die Hochwassergefahr (siehe auch: Wasserhaushalt).

Die nachstehende Abbildung zeigt den Einfluss der Verstädterung auf das Abflussverhalten von Gewässern mit urban geprägten Einzugsgebieten. Der Anteil des Direktabflusses (Oberflächenabfluss und Zwischenabfluss) erhöht sich deutlich. Der Abflussscheitel erreicht schneller seinen Höhepunkt (Änderung der Abflusskonzentration) und vergrößert sich (Änderung des Abflussscheitels).  

Beispiel für Veränderungen des Abflusses im Gewässer durch zunehmende Urbanisierung

Konsequenzen

Die Veränderung der Aufteilung der Abflussanteile in den Städten erhöht die Hochwassergefahren und Schadenspotenziale. Deshalb werden für die Abbildung der hydrologischen Realität und für Zukunftsszenarien Niederschlag-Abfluss-Modelle benötigt und verwendet.

STORM Software

Mit der Software STORM von IPS können die wesentlichen Prozesse der deterministischen Hydrologie in einem Modell abgebildet werden.

STORM ist ein vollwertiges Modell zur Niederschlags Abfluss- und Schmutzfrachtsimulation (Langzeitsimulation und Bemessungsregen) und damit zur Simulation kleiner und großer Einzugsgebiete (Flusseinzugsgebiete) geeignet. Weiterhin können städtische Entwässerungssysteme abgebildet werden, z.B. für Fragestellungen der Generalentwässerungsplanung. Dies wird durch die Abbildung aller wesentlichen Teilkomponenten des hydrologischen Kreislaufs erreicht. In STORM werden die siedlungswasserwirtschaftlichen und natürlichen Abflusskomponenten kombiniert. Durch eine Langzeitsimulation mit hochaufgelösten Niederschlagsdaten (5 min Werte) kann die Abflussbildung, Abflusskonzentration und der Abfluss für unterschiedliche Szenarien (z.B. Hoch- und Niedrigwasser) berechnet und ausgegeben werden.

Beispiel für die Benutzeroberfläche in STORM

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Wegweiser

Autor
Dipl.-Geogr. Stephan Bandermann
+49 3342 3595-14
s.bandermann[at]sieker.de