Vergleichende - Friedrich-Schiller-Universität Jena

1. Einleitung 8
verlangen. Zudem können solche Modelle keine Veränderungen im Einzugsgebiet, wie zum
Beispiel Landnutzungsänderungen, nachvollziehen. Vorteil der Modelle ist ihre relativ einfache
Anwendbarkeit, da sie nur wenige Eingabedaten benötigen und einen geringen Rechenaufwand
besitzen. Sie werden vorrangig in der operationellen Hochwasservorhersage (PFÜTZNER et al.
1992) und in kleinen homogenen Einzugsgebieten eingesetzt. Beispielhaft für diese
Modellkonzeption ist die Einheitsganglinie nach SHERMAN (1932) und ihre Modifizierung durch
NASH (1957) und DOOGE (1959).
Die konzeptionellen Modelle nehmen bezüglich dem Grad der Kausalität eine Mittelstellung
zwischen dem deterministischen Ansatz und dem empirischen black-box Konzept ein. Sie können
auch als grey-box Modelle bezeichnet werden, da wesentliche Prozessdynamiken detailliert und
physikalisch begründet beschrieben, aber andere statistisch umgesetzt werden (SCHULZE 1998).
Diesem hybriden Ansatz liegt die Gliederung des physikalischen Wassertransportprozesses in
einzelne Komponenten, die durch einfache, lineare oder nicht-lineare Speicherbeziehungen
wiedergegeben werden, zugrunde (HERRMANN 1992). Je nach Komplexität der Modelle ist eine
räumliche und zeitliche Extrapolierbarkeit möglich. Ein häufiger Nachteil dieser Modelle ist, dass
die Modellparameter teilweise keinen direkt messbaren physikalischen Bezug haben (BLACKIE &
EELES 1985) und daher längere hydrometeorologische Aufzeichnungen zur Kalibrierung
benötigen. Die Modelle finden aufgrund ihrer relativ einfachen Struktur und geringen Anzahl von
Parametern, verglichen mit deterministischen Modellen, sowohl in der Praxis als auch in der
Forschung ihre Anwendung (BEVEN 1989). Beispiel für ein konzeptionelles Modell ist das NAM
(NIELSEN & HANSEN 1973).
Deterministische Modelle (auch aufgrund ihrer Transparenz als white-box Modell bezeichnet)
dienen einer möglichst detaillierten Prozesssimulation (GRAYSON et al. 1992b). Sie besitzen
Parameter, welche sich direkt auf die physikalischen Eigenschaften des Einzugsgebiets
(Topographie, Vegetation, Boden, Geologie) beziehen (REFSGAARD & KNUDSEN 1996). Das
hydrologische Systemverhalten wird dabei unter Berücksichtigung der einzelnen Subsysteme
sowie deren Wechselwirkungen wiedergegeben (MICHAUD & SOROOSHIAN 1994). Verschiedene
physikalische Prozesse werden über partielle Differentialgleichungen und die Oberflächen- und
Bodenwasserflüsse über Kontinuitätsgleichungen beschrieben (CHIEW et al. 1993). Wesentliche
Vorteile der Modelle sind darin begründet, dass sie einerseits wissensbasiert und prozessorientiert
arbeiten und andererseits Veränderungen im Einzugsgebiet nachvollziehen können (MORRIS 1980,
BONELL 1993). Ihre Anwendung wird durch die oft unzureichende Verfügbarkeit der
physikalischen Parameter begrenzt. Als Beispiele deterministischer Modelle sind das Système
Hydrologique Européen (SHE) (ABBOTT et al. 1986a, b) und das Institute of Hydrology Distributed Model
(IHDM) (BEVEN et al. 1987) zu nennen.