Darstellung und Analyse hydrologischer Topologien auf der Basis ...

1.2 Stand der Forschung 5
Leistungsfähigkeit von Computern und die damit einhergehenden Fortschritte bei der Messung, Erfassung
und Verwaltung hydrologischer Daten (Singh 1995). Zusammen mit der Rechenleistung stieg
somit auch die Komplexität der Prozesse, die von hydrologischen Modellen berücksichtigt werden
konnten.
Um die Vielzahl verschiedener Ansätze in der hydrologischen Einzugsgebietsmodellierung bewerten
und bestehende Systeme einordnen zu können, soll ihre Klassifizierung im Folgenden kurz dargestellt
werden.
1.2.1.1 Klassifikation von Einzugsgebietsmodellen
Zunächst können hydrologische Modelle nach der kausalen Bestimmtheit ihrer Einzelprozesse in stochastische
und deterministische unterschieden werden. Viele Autoren (Singh 1995, Beven 1985, Abbott
u. a. 1986a) differenzieren deterministische Modelle weiterhin nach
1. der Diskretisierung des von ihnen berücksichtigten zeitlichen und räumlichen Kontextes sowie
2. der Art der ihnen zugrunde liegenden Prozessbeschreibungen.
Sollen verschiedene Ansätze nach der Form der zeitlichen Diskretisierung unterschieden werden, so
lassen sich ereignisbezogene Modelle, die die Prozesse im Einzugsgebiet für einen einzigen Zeitpunkt
abbilden, von kontinuierlichen Bilanzmodellen unterscheiden, bei denen diese Abbildung in festgelegten
Intervallen (Stunden, Tage, Monate) annähernd kontinuierlich erfolgt (Singh 1995).
Wird hingegen der Ansatz der räumlichen Diskretisierung des Einzugsgebietes zugrunde gelegt, kann
zwischen Mittelwert-Modellen (lumped models) und distributiven Modellen unterschieden (Singh
1995) werden. Während Mittelwertmodelle die räumliche Variabilität der Gebietseigenschaften nicht
erfassen können, da sie jeden der von ihnen berücksichtigten Prozesse über das Gesamtgebiet aggregieren,
bieten distributive Ansätze die Möglichkeit, innerhalb eines heterogenen Einzugsgebietes
einzelne, in sich homogene Teilflächen getrennt voneinander zu berücksichtigen. Als Beispiele für
Mittelwert-Modelle sind das Stanford Watershed Model (Crawford und Linsley 1966) und das Sacramento
Model (Burnash 1995) zu nennen, bekannte distributive Modellsysteme sind das SHE-Modell
(Bathurst 1986) und das IHDM (Calver 1988).
Zur Einteilung hydrologischer Einzugsgebiete in homogene Einheiten zum Zwecke der distributiven
Modellierung existieren verschiedene Ansätze. Ein häufig eingesetztes Verfahren beruht auf der
Klassifikation räumlich variabler Parameter, die für einen gegebenen Modellierungszweck von besonderem
Interesse sind. Die Modellierung erfolgt dann auf Teilräumen, die als Ergebnis dieser Klassifikation
ausgewiesen werden. Oft wird dazu die Topografie (Gerold u. a. 1997, Bergström 1995) oder
die Landnutzung (Kite und Kouwen 1992, Meijerink 1997) herangezogen. Die resultierenden Einheiten
sind im Allgemeinen unregelmäßige Polygone, wodurch jedoch häufig technische Probleme bei
der Darstellung der betrachteten Prozesse auftreten. Aus diesem Grund basieren viele Modelle (SHE-
Modell (Abbott u. a. 1986a,b), WASIM-ETH (Schulla 1997)) auf der Zerlegung des Einzugsgebietes
in gleichförmige Raster, deren Größe von Eingabedaten und Problemstellung abhängig ist.