wasserhaushaltsuntersuchungen im rahmen des forstlichen umwelt

zur Höhe der Sensoren über dem Boden die mittlere
Baumhöhe addiert wird.
2.3.8 Räumliche und zeitliche Diskretisierung
Zur Realisierung des zu Beginn des vorherigen
Abschnitts diskutierten Skalenübergangs ist die
Vereinbarung einer räumlichen und zeitlichen
Diskretisierung erforderlich. Die Mächtigkeit der
räumlichen Kompartimente sollte insbesondere
in Bereichen, in denen eine hohe zeitliche Dynamik
der Wasserfl üsse herrscht, d.h. nahe der
Bodenoberfl äche, möglichst gering sein. Eine
gleichzeitige Berücksichtigung der Horizontierung
des Bodenprofi ls ist wichtig, da den einzelnen
numerischen Kompartimenten defi nierte hydraulische
Eigenschaften zugewiesen werden, die
in der Regel horizontweise ermittelt werden.
Darüber hinaus sollte gewährleistet werden, dass
die Sensorik, mit Hilfe derer die Kalibrierung und
Validierung des Modells erfolgen soll, jeweils
möglichst repräsentative Messwerte für ein
bestimmtes Kompartiment liefert. Die Messtiefe
sollte sich also möglichst nicht mit einer Kompartimentgrenze
überschneiden.
Der Zeitschritt für die Ein- und Ausgabe der
Modellvariablen betrug 1 Tag. Die partiellen
Differentialgleichungen für den Wassertransport
im Boden wurden mit einer Mindestzahl von
128 Iterationen pro Tag gelöst. Die Anzahl der
Iterationen wurde bei Starkregenereignissen und
Bodenfrost verdoppelt, um numerische Instabilität
zu vermeiden.
2.4 Kalibrierung und Validierung
Unter Kalibrierung versteht man die systematische
Veränderung von Eingabeparametern, um
eine möglichst gute Übereinstimmung zwischen
einer unabhängigen Messgröße und einer simulierten
Zielfunktion zu erreichen. Validierung
bezeichnet eine Überprüfung der Zielfunktion
durch unabhängige Messdaten, welche nicht in
den Kalibrierprozess einbezogen waren.
Die Notwendigkeit einer Kalibrierung von Modellen
ergibt sich aus dem Umstand, dass zwischen
dem realen System und dem Modell sowohl ein
zeitlicher als auch räumlicher Skalenunterschied
besteht (BEVEN 1993, ZIMMERMANN 1995), und
der Tatsache, dass ein Modell niemals alle in der
Natur ablaufenden Prozesse in ihrer vollen Komplexität
widerspiegeln kann.
Der zeitliche Skalenübergang beruht auf den
Limitationen bei der Aufzeichnung von Messdaten
im Gelände, welche nicht in Echtzeit erfolgen
sondern stets Mittel- oder Summenwerte für
diskrete Zeitabschnitte sind, und auf den Grenzen
der Rechenleistung von Computern. Der räumliche
Skalenübergang ist darauf zurückzuführen,
dass ein in einer diskreten Messtiefe erfasster
Parameter im Modell stets als repräsentativ für
ein defi niertes Kompartiment erscheint. BEVEN
(1993) verwirft in diesem Zusammenhang den
Begriff eines defi nierten numerischen Wertes für
ein Parameteroptimum und schlägt stattdessen
einen „optimalen Parameterbereich“ vor. Dies
impliziert die Annahme, dass es möglicherweise
keine eindeutige sondern mehrere äquivalente
Lösungen gibt.
Fragestellungen in der Bodenhydrologie stehen
vielfach vor dem Dilemma, dass die entscheidende
unabhängige Messgröße, die Tiefensickerung
(BOUTEN 1995), im Freiland kaum bestimmt
werden kann, ohne das System zu stören. Eine
Überprüfung von Tiefensickerungen ist lediglich
auf der Ebene von Einzugsgebieten in Form von
Quellschüttungen oder Gewässerpegeln möglich.
Selbst dabei können Unsicherheiten aufgrund
mangelnder Abgrenzbarkeit von Einzugsgebieten
verbleiben.
In der Praxis wird daher meist auf die Saugspannung
zurückgegriffen (z. B. BOUTEN 1992, SCHAAF
1992, LISCHEID 1995, ZIMMERMANN 1995). Diese
Größe lässt sich durch Tensiometer relativ einfach
in-situ bestimmen. Gegenüber dem Bodenwassergehalt
hat dies den Vorteil einer theoretischen
Untermauerung durch das Darcy-Gesetz bzw. die
Richards-Gleichung (Abschnitt 2.3.5), in welchen
Bodenwasserfl üsse als Folge von Potenzialgradienten
und nicht von Wassergehalten entstehen.
Darüber hinaus gibt es bei der Wassergehaltsmessung
nach wie vor ungelöste methodische Probleme.
Die Vergleichsgröße Bodenwassergehalt
hingegen hat den Vorteil, dass relative Veränderungen
des Messwerts unmittelbare Informationen
über das sich bewegende Wasservolumen
liefern.
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