METHODEN DER HYDROLOGISCHEN REGIONALISIERUNG IM ...

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Wiener Mitteilungen Band 164: Niederschlag-Abfluss Modellierung - Simulation und Prognose Tab. 1: Typische Parameter für die Pedotransferfunktion nach Rawls et al. (1983). Aus Romano and Santini (1997). hi (kPa) ai bi ci di ei 10 0.4118 -0.0030 0 0.0023 0.0317 100 0.0349 0 0.0014 0.0055 0.0251 Pedotransferfunktionen sind attraktiv, da sie auch für Gebiete ohne hydrologische Messungen leicht anwendbar sind. Insbesondere hat der zunehmende Einsatz von Geographischen Informationssystemen in den letzten Jahren vermehrt zur Verwendung von Pedotransferfunktionen geführt. Leider zeigen Feldstudien oft, dass die Korngrößenverteilung nicht sehr aussagekräftig für die hydraulischen Bodeneigenschaften ist. Makroporen und andere Struktureigenschaften sind oft viel wichtiger. Dies führt dazu, dass oft hydraulische Bodeneigenschaften innerhalb des gleichen Bodentyps genauso variieren wie zwischen verschiedenen Bodentypen (z.B. Warrick et al., 1990; Gessler et al., 1995). Im Zusammenhang mit der Niederschlag- Abflußmodellierung ergeben deshalb Pedotransferfunktionen oft keine sehr genauen Werte. Eine Alternative ist die Verwendung von in ähnlichen Gebieten geeichten Modellparametern von Niederschlag-Abflussmodellen, die durch Analogieschlüsse (siehe unten) räumlich übertragen werden. Abb. 9: Definition der Textur (Anteile von Sand, Schluff und Ton) für die Verwendung in Pedostransferfunktionen. Aus Romano and Santini (1997). Jeder Punkt stellt einen Boden dar. Böden mit einem gleichen Tonanteil liegen auf einer horizontalen Linie. Ein anderes wichtiges Beispiel für Regressionsansätze, die für die Regionalisierung von bei der Niederschlag-Abflußmodellierung verwendeten Modellparametern Anwendung finden, sind Ansätze zur Abschätzung von Ereignisabflussbeiwerten aus 162
Wiener Mitteilungen Band 164: Niederschlag-Abfluss Modellierung - Simulation und Prognose Bodeneigenschaften, Landnutzung und anderen Gebietskenngrößen. Das wohl am häufigsten dafür verwendete Verfahren ist das SCS-CN Verfahren (Soil Conservation Service - Curve Number Verfahren (US-SCS, 1972; DVWK, 1984;), bei dem der Ereignisabflussbeiwert als Funktion des Ereignisniederschlages und einer Kurvennummer angegeben wird. Die Kurvennummer wiederum ist tabelliert für verschiedene Bodeneigenschaften, Landnutzung und Vorbefeuchtung angegeben (z.B. DVWK, 1984). Diese Angaben wurden aus beobachteten Ereignissen in vielen Gebieten mittels Regressionen (oder ähnlichen Gegenüberstellungen) rückgerechnet. Auch bei dem SCS-CN Verfahren (und ähnlichen Ansätzen) gilt, dass sie für Gebiete ohne hydrologische Messungen leicht anwendbar sind und sich für die Verwendung mittels Geographischen Informationssystemen sehr gut eignen. Allerdings passen die tabellierte Standardangaben je nach Region unterschiedlich gut. Deshalb werden Standardwerte manchmal abgeändert, um eine bessere Anpassung an in einer konkreten Region beobachteten Abflussbeiwerten zu erzielen. Eine neuere Arbeit, bei dem eine Rückrechnung unter Verwendung von Abflussmessungen von etwa 100 kleinen Einzugsgebieten im südbayerischen Donauraum durchgeführt wurde, ist Koehler (1999). Weitere Modellparameter, die auf Basis von Regressionsbeziehungen regional übertragen werden sind Angaben für die Speicherkonstante von Einzugsgebieten (bzw. der Scheitelverzögerungszeit) als Funktion von Bodeneigenschaften sowie Geländeeigenschaften (z.B. Lutz, 1984), sowie Angaben für die Oberflächenrauhigkeit (z.B. n Wert nach Manning) als Funktion des Oberflächeneigenschaften bzw. Landnutzung (z.B. Chow, 1959). Eine wichtige Anwendung sind auch hydrologische Modelle, bei denen die Modellparameter auf Basis der Landnutzung gewählt werden. Bei Wasserbilanzmodellen, besonders für kleine Gebiete, werden Modellparameter für die Verdunstung und Interzeption oft auf Basis von standardisierten Tabellen als Funktion der Landnutzung angesetzt (z.B. Müller und Münch 1997). Auch für größerer Gebiete ist das eine häufige Vorgangsweise, besonders wenn nur wenige hydrologische Daten für die Modelleichung zur Verfügung stehen. Ein Beispiel ist das SLURP –Modell (Kite, 1995), das für die Kanadischen Prärien entwickelt wurde. Bei diesem Modell werden auch Parameter der Abflussbildung und Abflusskonzentration (Abflussbeiwert, Speicherkonstanten) als Funktion der Landnutzung angesetzt. Die Landnutzung wird bei diesem und anderen Modellen durch den Blattflächenindex LAI beschrieben, der als Verhältnis zwischen Blattoberfläche und Geländegrundfläche definiert ist. Werte des Blattflächenindex liegen typischerweise in der Größenordnung von LAI = 1 für Wiese und LAI = 10 für Nadelwald (z.B. Dingman, 1994). Zwei Alternativen zu den Regressionsansätzen sind gebräuchlich. Die eine Alternative sind Analogieschlüsse. Sie bestehen aus einer direkten Übertragung von Modellparametern, Bemessungsniederschlägen etc. aus ähnlichen Gebieten. Zentral für diesen Ansatz ist die hydrologische Ähnlichkeit zwischen dem Gebiet, in dem die Daten vorhanden sind und dem Gebiet, für das die Modellparameter oder Eingangsdaten für die Niederschlag-Abflußmodellierung abzuschätzen sind. Oft wird dabei die hydrologische Ähnlichkeit nicht explizit definiert sondern durch 163
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