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ANAWAK – Erläuterungen

1

Fachliche Erläuterungen zum Modell Game

Stand 05.03.2015

Die Erläuterungen sind in Verbindung mit dem Flussdiagramm (Anlage) zu verste-

hen. Das Flussdiagramm ist auch als VISIO-Datei verfügbar. Alle Bezeichnungen

der Parameter sind am Ende der Erläuterungen beschrieben.

Alle Abflüsse sind in m3/Mon. dimensioniert.

Inhalt: Seite

1 Bilanzmodell 2

2 Wehrmodell (Wehr_BPn), n=2,4,6,8,9 2

3 Wald_1/2 3

4 Flächenversickerung 4

5 See A/B, Feuchtgebiet (FG) 5

6 Wasserwerk 6

7 Gewässergüteklasse_Seen (See n = A oder B) 7

8 Stadtentwässerung 8

9 Gewässergüteklasse Feuchtgebiet (FG) 10

10 Landwirtschaft LW 11

11 Bezeichnungen 12

Anhang: Flussdiagramme der Teilmodelle (aus VISIO) 15


2

1 Bilanzmodell

Das Bilanzmodell ist als Flussdiagramm für einen Monat dargestellt.

Zur Nomenklatur:

Der Block

beschreibt Funktionen zur Ermittlung von Steuergrößen / Nutzeranforderungen, hier Wald 1 = Nutzer Wald 1 im Bilanzgebiet 4.

In der Box sind die Ergebnisparameter angegeben, die vorgehalten. Diese sind far-big gekennzeichnet:

• WA4 Veränderung Wasserbedarf Wald WA4

(wird für Bilanzrechnung benötig)

• H_WA4 Repräsentativer Grundwasserstand Wald 1 am BP 4

(wird für Registrierung benötigt)

Der Block

beschreibt Funktionen zur Ermittlung von Modellgrößen für interne Berechnungen oder zur Bewertung von Nutzeranforderungen (z. B. Gewässergüteklasse in Seen) –

hier See_A.

Nachfolgend sind die fertigen Teilmodelle erläutert (in Visio-Datei als Arbeitsblatt enthalten.

2 Wehrmodell (Wehr_BPn), n=2,4,6,8,9

Annahme: das Wehr ist nur zwischen einem vorgegebenem Qmit und Qmax wirk-sam. In diesem Bereich kann durch einen Faktor SW die Wirksamkeit des Wasser-rückhaltes verändert werden. Qoh ist der Zufluss zum wehr, Q der Abfluss über das Wehr.

Q = Qmit+SW*(Qoh-Qmit)

SW=0 � alles Wasser über Qmit wird zurück gehalten

SW=1 � kein Wasser über Qmit wird zurück gehalten.

Der Wasserrückhalt wird in einen Speicher VR „gefüllt“. Dieser kann dann in Folge-monaten dargebotsstützend Wasser wieder abgeben. Liegt oberhalb des Wehrs ein See oder Feuchtgebiet, entspricht VR dem Speicher See bzw. Feuchtgebiet.

Ermittlung des Wasserrückhalts zwischen einem vorgegebenem Qmitt und Qmax bis zum Erreichen einer Speicherobergrenze VRmax:

VR=VR+Qoh-Q [m3]


3

Ermittlung der Abgabe aus dem Speicher VR bei Qoh < Qmit:

Q = Qoh+(1-SW)*(Qmit-Qoh)

Prüfung der Wasserverfügbarkeit im Speicher:

30,4*86400*Q <= VR ?

Wenn nicht:

Q = VR / (30,4*86400)

Die folgende Abbildung charakterisiert das Vorgehen:

Abbildung 1: Wehrsteuerung


4

3 Wald_1/2

Das Bilanzgebiet ist vollständig mit Kiefern bewaldet. Das Wasserdargebot ändert sich beim Waldumbau durch die Veränderung des Wasserverbrauchs im umgebau-

ten Waldteil. In einem Spieldurchgang wird im September jeden Jahres solange ei-ne gleichbleibende Fläche des Kiefernwaldes zu einem Laubmischwald umgebaut bis die gesamte vorgegeben Waldfläche umgebaut ist.

Aktuell ist im Spiel nur der Waldumbau in Wald 1 vorgesehen.

Vorgaben: 1. a_A_WA_j - Flächenanteil des Waldes j an entsprechende Teileinzugsge-

bietsfläche 2. WD - Wasserdargebot Teileinzugsgebiet [m³/s] 3. AW_j - Waldfläche [m²] 4. AM_j - Waldumbaufläche [m²] - Steuergröße 5. fWA - Änderung des Wasserdargebotes durch Waldumbau [-] (gilt für

Wald = 1 und 2) 6. fAM - jährlicher Flächenanteil des neuen Waldumbaus [-] (gilt für

Wald = 1 und 2)

Rückgaben:

1. WA_j - Änderung des Wasserdargebotes durch Waldumbau [m³/s] 2. AM_j - Waldumbaufläche Wald j [m²]

Waldumbau findet jedes Jahr im September auf einem gleichbleibenden Anteil von 5% der gesamten Umbaufläche des Waldes statt. Er ist abgeschlossen, wenn die gesamte Waldfläche umgebaut ist. ��_� = ��_� + ��_� ∙ �

Monatliche Faktoren für die Änderung des Wasserdargebotes durch Waldumbau fWA: Monat: Faktor: 1: 1,62; 2: 1,75; 3: 2,02; 4: 2,42; 5: 2,76; 6: 1,83; 7: -0,17; 8: -

0,93; 9: 0,56; 10: 1,48; 11: 2,00; 12: 1,63

Die Flächenversicherung ergibt sich aus

�� = a_A_WA_j ∙ �� ∙ �1 + �� − 1� ∙ ��

Die Änderung des Wasserdargebotes durch Waldumbau ergibt sich aus ��_� = � −WD ∙ a_A_WA_j Der Grundwasserflurabstand wird in Abhängigkeit des Wasserstandes (Abflusses)

im nahe gelegenen Gewässer bestimmt. Für den Abfluss wird der Abfluss des Vor-monats eingesetzt. Es wird eine generalisierte Formel zur Berechnung des Grund-wasserstandes eingesetzt fHW(HWmin, QWmax, Q).


5

Abbildung 2: Grundwasserstandsberechnung Wald

4 Flächenversickerung

Annahme: Die Flächenversickerung wird nur realisiert, wenn im entsprechenden Gewässerabschnitt der Abfluss über einem vorgegebenen Qmitt liegt. Steuergröße

ist die Fläche der Versickerung Av. Es wird alles verfügbare Wasser versickert, so-lange ein max. zulässiger Grundwasserflurabstand GOK-1m nicht überschritten wird.

Annahme: nur 50 % der Versickerungsmenge werden gespeichert (als Grundwas-seranreicherung wirksam), der Rest fließt ab.

Versickert wird dann und nur dann, wenn der Abfluss Q3 > Q3mitt ist. Dann wird so viel versickert (aus Q3-Qmittt), wie es die Infiltrationsrate und der Grundwasserflu-rabstand zulassen.

Abgegeben wird aus dem Speicher, wenn Q3<Q3mitt ist. Die Abgabe erfolgt pro-

portional zum Flächenverhältnis Flächenversickerung / Fläche Teileinzugsgebiet BP4.

5 See A/B/FG

Das Volumen berechnet sich aus

VR=VR(Vormonat)+Qoh(Wehr)-Quh(Wehr)

Ist dabei VR < 0, wird VR auf 0 und der Wasserstand H auf Höhe Gewässerboden

BS gesetzt. Anderenfalls berechnet sich der Wasserstand aus

H=VR/A(Fläche des Speichers)

Vereinfacht wird hier angenommen, dass der Speicher „senkrechte Wände“ hat.

Eine See-Verdunstung wird nicht zusätzlich berücksichtigt, diese ist bereits bei der Dargebotsberechnung enthalten.


6

6 Wasserwerk

Dieses Modul dient der Berücksichtigung des Wasserbedarfs des Wasserwerkes aus Uferfiltrat am See A. Dabei wird eine Abhängigkeit vom Wasserstand des Sees A

angenommen. Die maximale Entnahme Q_UF_max ist nur ab einem mittleren See-wasserstand möglich. Davon hängt dann die Bedarfsdeckung ab.

Abbildung 3: Entnahme Uferfiltrat in Abhängigkeit vom See-Wasserstand

WB_UF - Wasserbedarf Uferfiltrat in m3/s

Q_UF - Bereitstellung Uferfiltrat in m3/s

HSmin_A - unterer Grenzwasserstand See A für Uferfiltrat mNN

HSmitt_A - mittlerer (oberer) Wasserstand See A für Uferfiltrat mNN

HS_A - Wasserstand See a mNN (aus Modul See A)

Berechnung: Der Algorithmus ergibt sich einfach aus der obigen Abbildung. Detail s. Modul WW.

7 Gewässergüteklasse_Seen (See n = A oder B)

HS_n = Wasserstand See n [mNN]

AZ_n = Aufenthaltszeit des Wassers im See n [Monate] = VR_n / (Qoh * 86.400 * 30,4)

HS_opt_n = optimaler/natürlicher/Ziel-Seewasserstand [m NN]

BS_n = Seeboden [mNN] See n

T_opt_n = HS_opt_n – BS_n [m]

DH_n = aktuelle Abweichung im Vergleich zum Optimalfall = ABS( HS_opt_n - HS_n)


7

P_n = Hilfsgröße für Bewertung See A/B

Die Gewässergüteklasse GG_n ergibt sich aus folgenden Tabellen:

Wasserstand Punkte (P_n) Erläuterung

DH_n < 0,1*T_opt_n 0 sehr gut

0,1* T_opt_n ≤ DH_n < 0,2* T_opt_n

1 noch ok

0,2* T_opt_n ≤ DH_n ≤ 0,3* T_opt_n

2 nicht gut

DH_n > 0,3* T_opt_n 3 sehr schlecht

Aufenthaltszeit des Was-

sers

Punkte (P_n) Erläuterung

AZ_n > 12 Monate P_n + 0 sehr gut

6 Mon < AZ_n ≤ 12 Mon P_n + 1 ok

1 Mon < AZ_n ≤ 6 Mon P_n + 2 nicht gut

AZ_n ≤ 1 Monat P_n + 3 sehr schlecht

P_n GG_n Erläuterung

0 1 sehr gut

> 0, <= 2 2 akzeptabel

> 2 3 schlecht


8

8 Stadtentwässerung

WD5 ist die vorliegende Input-Größe die zu Berechnungen für das Stadtmodell her-angezogen wird. QSA5 ist der Abfluss der aus der Stadt als Regenwassereinleitung

generiert wird.

Es werden drei Fälle betrachtet:

1. WD5<WD5min – kein Niederschlagsereignis – es wird kein Abfluss generiert (QSA5=0)

2. WD5<WD5max – normales Niederschlagsereignis – der generierte Abfluss ist QSA5

3. WD5>WD5max – Starkniederschlagsereignis- der generierte Abfluss ist QSA5

WD5min wird festgelegt, WD5max ist abhängig von den gewählten Rückhaltemaß-nahmen

Für die Fälle 1-3 gilt:

1. Kein Regen und kein Abfluss aus der Stadt 2. Der Regen ist proportional zum WD5-WD5min: R5=WD5-WD5min der Abfluss

aus der Stadt ist proportional zum Regen; ohne Maßnahmen gilt QSA5= SS*R5 SS = Proportionalitätsfaktor (Abflussbeiwert) WD5 - Wasserdargebot Teilgebiet 5

3. Bei Starkregen kommt die Rückhaltewirkung an die Grenze. 80% der Was-

sermenge (WD5) oberhalb von WD5max trägt zu QSA5 bei

Annahmen:

Zur Vereinfachung ist der Abfluss linear zur Mehrmenge (über WD5) an Wasserdar-gebot. Werden Maßnahmen im Stadtgebiet zur Niederschlagsentwässerung vorge-nommen, reduziert sich dieser Abfluss um den Rückhalt durch die jeweilige Maß-nahme. Die jeweiligen Maßnahmen sind additiv und voneinander unabhängig und können in 3 Stufen gewählt werden (einfach, doppelt, dreifach).

Die Maßnahmen für die Regenentwässerung sind Muldenversickerung (Maßnahme Stadt Mulde = MSM), Dachbegrünung (Maßnahmen Stadt Dachbegrünung = MSD)

und Regenrückhaltebecken (Maßnahmen Stadt Regenrückhaltebecken = MSR). Sie können in den Stufen 0,1,2,3 gewählt werden. 0 bedeutet die Maßnahme ist nicht gewählt, 1,2,3 die Maßnahme ist einfach, zweifach, dreifach ausgebaut.

Als modellinterne Kalibrierungsfaktoren für die Maßnahmen werden verwendet: KM – Faktor Mulde, KD – Faktor Dach, KR – Faktor Regenrückhaltebecken. Sie sind so zu wählen, dass KM+KD+KR= 1/6. Dadurch verdoppelt sich bei maximaler Ausbau-stufe der Maßnahmen (MSM=MSD=MSR=3) die natürliche Rückhaltewirkung der Stadt: QSA5=0,5*SS*R5 (bei Normalregen/Fall2); z. B.: KM=15/600, KD=35/600, KR=50/600 ,

Der Wasserrückhalt aus der Stadt berechnet sich wie folgt:

SWR = (1-MSM*KM-MSD*KD-MSR*KR) charakterisiert die Gesamtrückhaltewirkung der gewählten Maßnahmen. Es gilt 0,5≤SWR≤1.


9

Unter der Einbeziehung von Maßnahmen gilt im Fall 2 („normales“ Niederschlagser-eignis)

QSA5 = SS* R5*SWR = 0,8*SS*(WD5-WD5min)* (1-MSM*KM-MSD*KD-MSR*KR)

Für den Fall 3 (Starkregenereignis) gilt:

Die Grenze WD5max berechnet sich aus der Konstanten QSA5max,

WDA5max = WD5min+QSA5max/(SS*SWR)

WDA5max = WD5min+QSA5max/[SS * [1-(MSM*KM-MSD*KD-MSR*KR)]]

QSA5max beschreibt den Abfluss aus der Stadt, der maximal bei einem Normalre-

genereignis erreicht werden soll, bei einem Starkregenereignis wird er überschrit-

ten.

In diesem Fall gilt

QSA5= QSA5max+0,8*(WD5-WD5max)

QSA5= QSA5max+0,8*(WD5-(WD5min+QSA5max/0,8*SS*SWR))

QSA5= QSA5max+0,8*(WD5-(WD5min+QSA5max/0,8*SS [1-(MSM*KM-MSD*KD-

MSR*KR)]))

Schematisch dargestellt:

Abbildung 4: Niederschlagsereignisse in Abhängigkeit des Wasserdargebots

9 Gewässergüteklasse Feuchtgebiet (FG)

GOK_FG = Höhe GOK

M_FG = Mächtigkeit Torf

FA_FG_ideal = größter, noch für die Gewässergüte „idealer“ Flurabstand

Tol_FG = Schwankungstoleranz, was im Feuchtgebiet als „extremer Wasserstand“ gelten soll


10

N_FG_extrem_max = Anzahl „extremer Monate“, ab der eine starke Beeinträchti-gung der Gewässergüte auftritt.

Berechnungen:

FA_FG(1:12) = monatl. GW-Flurabstand

FA_FG_m = Jahresmittelwert der (monatl.) Flurabstände FA_FG(1:12)

N_FG_extrem = Anzahl Monate, für die |H_FG – H_FG_m| > Tol_FG

Wert für GG_FG aus folgender Tabelle:

Kriterium GG_FG Erläuterung

FA_FG_m <= FA_FG_ideal und

N_FG_extrem <= N_FG_extrem_max

1 „Idealbedingungen“ für Ökologie

und Stoffaustrag

H_FG_m <= M_FG und

N_FG_extrem <= N_FG_extrem_max

2 Flurabstand und Schwankungen noch tolerabel

H_FG_m > M_FG oder

N_FG_extrem > N_FG_extrem_max

3 Trockenfallen (schlecht für Ökolo-gie) oder zu starke Schwankungen (schlecht für Ökologie und Stoffaus-trag)

Problem: Der Wert GG-FG wird nur als Jahreswert berechnet, die Berechnung muss deshalb außerhalb des monatlichen Bilanzalgorithmus ablaufen. Innerhalb der monatlichen Berechnungen werden nur die Größen H_FG und N_FG berechnet. Im

Modell gibt es deshalb zwei Teilmodule: GGK_FG für jeden Monat, und GGK-FG_Jahr für jedes Jahr!


11

10 Landwirtschaft LW

Im Teileinzugsgebiet befinden sich landwirtschaftlich genutzte Flächen ALW („Agrar-fläche“), anteilig Grünland (GL) und Acker (AL). Die Anteile sind Steuergröße,

Startwerte sind AL = 0,8, GL = 0,2. Das Wasserdargebot von Agrarflächen ist so-lange positiv, wie der Niederschlag die reale Evapotranspiration (ETR) der Kulturen übersteigt. Ein vorzugebender Anteil der Ackerfläche wird mit Energiemais bestellt, dabei kommt Beregnung zum Einsatz. Das dafür verwendete Wasser verdunstet vollständig. Entnahme des Beregnungswassers aus dem Grundwasser bedeutet Ver-ringerung des Wasserdargebots aus dem Bilanzgebiet für Unterlieger.

Der Grundwasserstand wird nicht in Betracht gezogen; es handelt sich – mit Aus-nahme von Mais – um gewöhnlichen „Regenfeldbau“!

Vorgaben:

1. WD5 - Wasserdargebot im Teileinzugsgebiet 5 m3/s 2. A_EZG_5 - Fläche Teileinzugsgebiet 5 in m² 3. ALW - Agrarfläche im Teileinzugsgebiet in m² 4. a_AL - Anteil Ackerland an Agrarfläche (Steuergröße 0 - 1) 5. a_M - Anteil Intensivmaiskultur an Ackerland mit Beregnung aus

Grundwasser (Steuergröße 0 - 1) 6. FLW - Versickerung (Wasserbilanz) Agrarfläche m3/s 7. ET(0) - Gras-Referenzverdunstung in mm/Monat - Tabelle 8. F - LN-Faktoren (ETR = F * ET(0)) – Tabelle (LN = Landnutzung)

Rückgabe:

1. WLW - Änderung des Wasserdargebots im Teileinzugsgebiet durch Landwirtschaft in m³/s

2. LW6 - Wasserentnahme (negative Änderung des Wasserdargebots) für Beregnung in m³/s (wird BP 6 zugeordnet)

Vorgehen: Monatlich errechnet sich die Änderung des Wasserdargebots (die Wasserbilanz) der Agrarfläche j aus dem Wasserdargebot (KWB) des Teileinzugsgebietes, der tabel-lierten Gras-Referenzverdunstung und den entsprechenden LN-Faktoren für Grün-land, Ackerland und Mais (s. Tabelle LN):

FLW= ALW* ET(0) * (1 – ((1-a_AL) * F_GL + a_AL* ((1 - a_M) * F_AL + a_M * F_M))) / (1000*30,4*86400)

Die monatliche Wasserentnahme für die Mais-Beregnung (Wasserbedarf Mai bis Au-gust 30 mm/Monat, sonst Null) in Agrarfläche j errechnet sich gemäß

LW6 = a_AL* ALW * a_M * 30 / (1000*30,4*86400)

Die Änderung des Wasserdargebots durch die Landwirtschaft im Teileinzugsgebiet ergibt sich aus

�� = �� −WD5 ∙ ALW/A_EZG_5


12

11 Bezeichnungen

Kürzel Bezeichnung Dimension Anmerkungen

n Nummer Bilanzprofil / -gebiet

-

a_A_WA_j Flächenanteil des Waldes j an entsprechende Teilein-zugsgebietsfläche

-

a_A_LW Flächenanteil Landwirt-schaft in Teileinzugsgebiet 6 an entsprechender Tei-leinzugsgebietsfläche

-

A_EZG_j Fläche Teileinzugsgebiet j m2

a_AL Anteil Ackerland an Agrar-fläche

-

a_M Anteil Intensivmais an Ackerland

-

ALW Agrarfläche im Teileinzugs-gebiet 6

m2

AM_j Waldumbaufläche m2

An Fläche Bilanzgebiet n m2

Av Fläche Flächenversickerung m2

A_A/B Fläche des Sees A/B m2

AW_j Waldfläche m2

AZ_A/B Aufenthaltszeit See A/B Monate

BS_A/B Höhe Gewässerboden See A/B

mNN

BS_FG Höhe Sohle Feuchtgebiet mNN

DH_A/B Abweichung des Wasser-stands See A/B vom opti-malen Wasserstand HS_opt_A/B

m

ET0 (1:12) Grassreferenzverdunstung mm

F_AL LN-Faktoren Acker -

F_GL LN-Faktoren Grünland -

F_M LN-Faktoren Intensivmais -

FA_FG(1:12) Monatl. Flurabstand Feuchtgebiet

m

FA_FG_m Jahresmittel Flurabstand Feuchtgebiet

m

FA_WA_1/2 Repräsentativer GW-Flurabstand Wald WA_1 und WA_2

m

fAM jährlicher Flächenanteil des neuen Waldumbaus

- Gilt für j = 1und 2

FLW Versickerung (Wasserbi-lanz) Agrarfläche

m3/s

FV4 Flächenversickerung m3/s Erhöhung Wasserdargebot

fWA(1:12)

Monatliche Änderung des Wasserdargebotes durch Waldumbau

- Gilt für j = 1und 2

FW6 Steuergröße Aufteilung Abfluss an Wehr 6 in Fließ

-


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und Nebenfluss

GG_A/B Gewässergüteklasse See A bzw. B

- 1 …. 3

GOK_FG Geländeoberkante Feucht-gebiet

mNN

GOK_V Geländeoberkante Versi-ckerung

m

GWA2 Grundwasseranreicherung m3/s

H0_FG Ausgangsgrundwasserstand Flächenversickerung

m

H_FG Wasserstand Feuchtgebiet mNN

Hmin_1/2 Minimaler Bezugs-GW-Stand Wald 1 / 2

mNN

HS_A/B Wasserstand See A bzw. B mNN

HS_opt_A/B Ökol. Optimaler Was-serstand See A bzw. B

mNN

HSmin unterer Grenzwasserstand See A für Uferfiltrat

mNN

HSmitt oberer Grenzwasserstand See A für Uferfiltrat

mNN

HW_WAn Grundwasserstand Wald am BP 4 / 10

mNN

inf Infiltrationsrate des Bodens für Flächenversickerung

m/s

KM, KD, KR Kalibrierungsgrößen Stadt-entwässerung

-

LW5 Wasserentnahme

Landwirtschaft

m3/s

LW5r Reduzierte Wasserentnah-me

Landwirtschaft

m3/s Wird reduziert, wenn Qminn

unterhalb unterschritten würde

M_FG Torfmächtigkeit Feuchtge-biet

m

MSM, MSD, MSR Steuergrößen Stadtentwäs-serung

- Mulde, Dachentwässerung, Rückhaltebecken (0, 1, 2, oder 3)

n Porosität des Grundwasser-leiters für Flächenversicke-rung

-

N_FG Porosität des Grundwasser-leiters Feuchtgebiet

N_FG_extrem

N_FG_extrem_max

Anzahl extremer Monate ab der eine starke Beein-trächtigung der Gewässer-güte eintritt

-

P_n Hilfsgröße für Ermittlung GG_A/B

Qmaxn Maximalabfluss Bilanzprofil n

m3/s Zulässiger Hochwasserabfluss

Qminn Mindestabfluss Bilanzprofil n

m3/s

Qmitn Mittlerer Abfluss Bilanzpro-fil n

m3/s

Qn Abfluss am Bilanzprofil n m3/s


14

Qnoh Abfluss oberhalb Wehr am Bilanzprofil n

m3/s

QnN Abfluss am Bilanzprofil n / Nebenfluss

m3/s

QSA5 Regenwassereinleitung Stadt

m3/s

Qmax5 Maximal zulässiger Abfluss aus Stadt

m3/s

QSA5r Regenwassereinleitung Stadt

m3/s Hilfsgröße

Q_UF Bereitstellung Uferfiltrat m3/s

QWmax_1/2 Maximaler Abfluss am Wald m3/s

Qv Flächenversickerung m3/s

SS Abflussbeiwert (Proportio-nalitätsfaktor) für Stadt

-

SWR Wasserrückhalt in der Stadt m3/s

Tol_FG Schwankungstoleranz Flu-rabstand Feuchtgebiet

m

T_opt_A/B Optimale Gewässertiefe See A/B

m

SWn Faktor für Steuerung Wehr n

- Steuerparameter für Spieler!

VRn Wasserrückhaltevolumen Bilanzprofil n

m3

VRnr Wasserrückhaltevolumen Bilanzprofil n

m3 Hilfsgröße

VR_A/B Wasservolumen See A oder B

m3

VR_FV Wasservolumen Flächen-versickerung

m3

VRnmax Max. Wasserrückhalte-volumen Bilanzprofil n

m3

Wn Wehrwirkung m3/s Rückhalt negativ

Speisung Vorflut positiv

WA4 Veränderung Wasserdarge-bot Wald WA4

m3/s Erhöhung Wasserdargebot

WB_UF Wasserbedarf Uferfiltrat m3/s

WB_UFr Wasserbedarf Uferfiltrat m3/s Hilfdgrüße

WLW Veränderung Wasserdarge-bot LW

m3/s

WBSn Wasserbedarf Siedlung m3/s

WBSnr Wasserbedarf Siedlung m3/s Wird reduziert, wenn Qminn

unterhalb unterschritten würde

WDn Wasserdargebot Bilanzge-biet n

m3/s Wird als Datenreihe zur Verfü-gung gestellt

WD5min Minimales WD am BP5 für Stadt

m3/s Unterhalb dieser Menge wird angenommen, dass kein Nieder-schlag gefallen ist.

WD5max Maximale zulässiges WD am BP5 (im Normalfall)

m3/s Oberhalb diesem WD wird an-genommen, dass 80 % des Niederschlages zum Abfluss kommen.


15

Anhang: Flussdiagrame (aus VISIO)

Q3=WD3

Q4oh=Q3+WD4

+WA4+FV4

Q1=WD1

WA4=

H_W_1=

FV4=

Q4=

VR4=

Q5N=Q4

Q2oh=Q1+WD2

Q_UF=

Q2=

VR_A=

HS_A=

GG_A=

QSA5=

Q5=Q5N+Q2+WD5

+QSA5

Q5 > QMAX5

J

N

QSA5r=QMAX5-

Q5N-Q2-WD5

QSA5r < 0?

J

QSA5r=0 QSA5=QSA5r 2

N

Wald 1

Flächenversickerung

Wehr_BP4

Wasserwerk WW

Wehr_BP2

See_A

Stadtentwässerung

Hier wird geprüft, ob die Einleitung aus

der Stadt zu unzulässigen Abflüssen am

Bilanzprofil führen (> QMAX5)

Q5=Q5N+Q2+WD5

+QSA5

QSA5r=QSA5

Bilanzmodell_1

Q6=

Q6N=

VR6=

Q7=WD7+Q6N

Q8=

VR_FG

Q9oh=Q8+WD9

Q10=Q9+WA10

Q11=Q6+WD11

+Q10

Q12=Q11+WD12

-WBS12

Q11+WD12 –

WBS12 < QMIN12?J

NWBS12r=Q11+

WD12-QMIN12

WBS12 < 0?

J

WBS12r=0

N

Q12=Q11+WD12

-WBS12r

Q5+WD6 –

LW6 < QMIN6

J

N

LW6r=Q5+WD6

-QMIN6

LW6 < 0? J LW6r=0

Q6oh=Q5+WD6

-LW6rN

1 LW6=

WLW=

Q6oh=Q5+WD6+

WLW-LW6

H_FG=

VR_FG=

GG_FG=

Wehr_BP6

Landwirtschaft

Reduktion Entnahme

LW, wenn QMIN

unterschritten würde.

Wehr_BP8

Reduktion Entnahme

Siedlung, wenn QMIN

unterschritten würde.

Feuchtgebiet

VR_B=

HS_B=

GG_B=

See_B

Q9=

VR_B

Wehr_BP9

VR_WA10=

WA10=

FA_W_2=

H_WA10=

Wald 2

Bilanzmodell_2

WD_4, a_A_WA_1, fAW,

AW_1, AM_1, AM_1_akt,

Hwmin_1, GOKW_1,

Qwmax_1,

Q4, i

I <> 10

J

N

FV = a_A_WA_1*

WD_4*(1+ (fWA(i)-1)

*AM_1_akt/AM_1)

AM_1_akt<=AW_1

?N

JAM_1_akt=AW_1

AM_1_akt =

AM_1_akt +

AW_1*fAW

WA4=FV-

WD_4*a_A_WA_1

WA4; AM_1;

FA_WA_1

fWA(1-12)=1,62; 1,75; 2,02; 2,42;

2,76; 1,83; -0,17; -0,93; 0,56;

1,48; 2,00; 1,63

HW_1=HWmin_1

HW_1 = fHW(HWmin_1,

QWmax_1,

GOKW_1, Q4)

HW_1<HWmin_!?

J

N

FA_WA_1=GOKW_

1-HW-1

HW_1>GOKW_1?

J

N

HW_1=GOKW_1

Wald_1

Q3, A4, Av, H0_FV,

Q3mit, inf, n, GOK_V Qv=Q3-QmittQ3 < Qmitt

J

Vv=Qv

FV4=(Q3mit-

Q3)*Av/A4

Keine Versickerung

sondern Speisung

Vorflut

vs=Qv/Av

vs < inf ?

J

J

N

Qv=inf*Av

VR_FVr=VR_FV+

Vv*0,5SFV=VR_FVr/n

H_FV=H0_FV+SFV/

Av

H-FV>GOK_V-1

Versickerungsmenge

zu groß!

Qv=Qv*0,9

FV4, VR_FV, Qv

FV4=0

Bei Q3>Qmit kein

Beiträg zu

Abflusserhöhung aus

Flächenversickerung.

VR_FV=VR_FV-FV4

VR-FV<0?

VR-FV=0?J

N

J

N

FV4=VR_FV

FV4=0

Qv=0

N

VR_FVr=VR_FV

VR_FV=VR_FVr

Flächen-

versickerung

Q4oh, SW4,

Q4mit,Q4max,

VR4, VR4max

Q4=Q4oh

Q4oh > Q4mit &

Q4oh < Q4max ?

J

N

Q4=Q4mit+SW4*

(Q4oh-Q4mit)

Q4, VR4

VR4r=VR4+Q4oh-

Q4

Q4oh > Q4max ? N

J

Q4=Q4oh + (1-

SW4)*(Q4mit-

Q4oh)

VR4r=VR4-

Q4+Q4oh

VR4r > VR4max ?VR4r > VR4max ? N

J

Q4=Q4mit+(VR4r-

VR4max)/FDIM

VR4r = VR4max

Q4=Q4oh + VR4rVR4r < 0 ?

N

J

VR4r = 0

VR4 = VR4r

Q4=Q4oh +

(1-SW)*(Q4mit-

Q4_max)

VR4r=VR4 – Q4

+ Q4oh

Wehr_BP4

WB_UF, Qmax_UF,

HSmin_A, Hsmitt_A,

HS_A

Q_UF

WB_UFr =

Qmax_UF

WB_UFr >

Qmax_UF?J

N

HS_A <

HSmin_A?J

Q_UF = (HS_A-

Hsmin)*WB_UFr/

(Hsmitt-Hsmin)

Q_UF = 0

N

HS_A >=

HSmitt_A?J

N

Q_UF = WB_UFr

WB_UFr = WB_UF

Wasserwerk

Q2oh, SW2,

Q2mit,Q2max,

VR_A, VR_Amax

Q2=Q2oh + (1-

SW2)*(Q2mit-

Q2_max)

Q2oh > Q2mit &

Q2oh < Q2max ?

J

N

Q2=Q2mit+SW2*

(Q2oh-Q2mit)

Q2, VR_A

VR_Ar=VR_A+Q2oh

-Q2

Q2oh > Q2max ? N

J

Q2=Q2oh + (1-

SW2)*(Q2mit-

Q2oh)

VR_Ar=VR_A-

Q2+Q2oh

VR_Ar > VR_Amax ? N

J

Q2=Q2mit+(VR_Ar-

VR_Amax)/FDIM

Q2=Q2oh + VR_AVR_Ar < 0 ?

N

J

VR_Ar=VR_a_max

VR_Ar=VR_A – Q2 +

Q2oh

VR_Ar=0

Wehr_BP2

Q2oh, Q2, Q_UF, VR_A,

BS_A, A_A

Q2oh, Q2, Q_UF, VR_A,

BS_A, A_A

VR_A=VR_A+Q2oh-

Q2-Q_UF

HS_A, VR_A, GG_A

HS_A=VR_A/

A_A+BS_AVR_A < 0? N

J

VR_A = 0

HS_A = BS_A GG_A = 3

GG_A=

Gewässergüteklasse

See_A

Q2oh, VR_A, HS_A,

BS_A, HS_opt_A

AZ_A = VR_A/Q2oh

GG_A

P_A = 0J

N

T_opt =

HS_opt_A – BS_A

DH_A < 0,1*T_opt ?

P_A = 1J0,1*T_opt <= DH_A

< 0,2*T_opt ?

DH_A = ABS

(HS_opt_A - HS_A) N

P_A = 2J0,2*T_opt <= DH_A

< 0,3*T_opt ?

N P_A = 3

P_A = P_A+0J

N

AZ_A > 12 ?

P_A = P_A + 1J6 < AZ_A <= 12 ?

N

P_A = P_A + 2J1 < AZ_A <= 6 ?

N P_A = P_A + 3

P_A = 0 ?NP_A <= 2 ?

J

GG_A = 1

J

GG_A = 2

N

GG_A = 3

Gewässergüte-

klasse See A

WD5; WD5min; SS;

MSM; MSD; MSR;

KM; KD; KR

QMAX5

WD5<WDmin

N

J

QSA5=QMAX5+0,8*(WD5-WD5max)

WD5>WD5max N

JQSA5=0

QSA5=SS*(WD5-WD5min)*SWR

SWR= (1-MSM*KM-MSD*KD-MSR*KR)

QSA5

WD5max= WD5min+(QMAX5/SS*SWR)

Stadtentwässerung

WD5, WD6, A_EZG_5,

ALW, a_AL, a_M, i

FLW = ALW*ET0(i)*(1-((1-a_AL)*F_GL(i)+

a_AL*(1-a_M)*F_AL(i)+a_M*F_M(i)))/1000

WLW=FLW-WD5*ALW/A_EZG_5

WLW, LW6

ET0(1:12); F_AL(1:12); F_M(1:12)

siehe Excel-Tabelle LN.xlsx

LW6 = a_AL*ALW*a_M*30/1000

Landwirtschaft

Q6, Q6N, VR6Q6N=FW6*Q6 Q6=Q6-Q6N

Q6oh, SW6,

Q6mit,Q6max,

VR6, VR6max

Q6=Q6oh

Q6oh > Q6mit &

Q6oh < Q6max ?

J

N

Q6=Q6mit+SW6*

(Q6oh-Q6mit)

VR6r=VR6+Q6oh-

Q6

Q6oh > Q6max ? N

J

Q6=Q6oh + (1-

SW6)*(Q6mit-

Q6oh)

VR6r=VR6-

Q6+Q6oh

VR6r > VR6max ?VR6r > VR6max ? N

J

Q6=Q6mit+VR6r-

VR6max

VR6r = VR6max

Q6=Q6oh + VR6rVR6r < 0 ?

N

J

VR6r = 0

VR6 = VR6r

Q6=Q6oh + (1-

SW2)*(Q6mit-

Q6_max)

VR6r=VR6 – Q6 +

Q6oh

Wehr_BP6

Q8oh, SW8,

Q8mit,Q8max,

VR_FG, VR_FGmax

Q8=Q8oh + (1-

SW8)*(Q8mit-

Q8_max)

Q8oh > Q8mit &

Q8oh < Q8max ?

J

N

Q8=Q8mit+SW8*

(Q8oh-Q8mit)

Q8, VR_FG

VR_FGr=VR_FG+

Q8oh-Q8

Q8oh > Q8max ? N

J

Q8=Q8oh + (1-

SW8)*(Q8mit-

Q8oh)

VR_FGr=VR_FG-

Q8+Q8oh

VR_FGr >

VR_FGmax ?N

J

Q8=Q8mit+VR_FGr-

VR_FGmax

Q8=Q8oh + VR_FGVR_FGr < 0 ?

N

J

VR_FGr=VR_a_max

VR_FGr=VR_a – Q8

+ Q8oh

VR_FGr=0

VR_FG=VR_FGr

Wehr_BP8

Q8oh, Q8, ET_FG, BS_FG,

VR_FG, n_FG

VR_FG=VR_FG+Q8oh-

Q8-ET_FG

FA_FG, H_FG,

VR_FG, GG_FG

H_FG=VR_FG/

A_FG/n_FG+BS_FGVR_FG < 0? N

J

VR_FG = 0

H_FG = BS_FG GG_FG = 3

GG_FG=


FA_FG = GOK_FG-

H_FG

Feuchtgebiet

Q9oh, SW9,

Q9mit,Q9max,

VR_B, VR_Bmax

Q9=Q9oh + (1-

SW9)*(Q9mit-

Q9_max)

Q9oh > Q9mit &

Q9oh < Q9max ?

J

N

Q9=Q9mit+SW9*

(Q9oh-Q9mit)

Q9, VR_B

VR_Br=VR_B+

Q9oh-Q9

Q9oh > Q9max ? N

J

Q9=Q9oh + (1-

SW9)*(Q9mit-

Q9oh)

VR_Br=VR_B-

Q9+Q9oh

VR_Br > VR_Bmax ? N

J

Q9=Q9mit+(VR_Br-

VR_Bmax)/FDIM

Q9=Q9oh + VR_BVR_Br < 0 ?

N

J

VR_Br=VR_a_max

VR_Br=VR_a – Q9 +

Q9oh

VR_Br=0

Wehr_BP9

Q9oh, Q9, ET_B, VR_B,

BS_B, A_B

VR_B=VR_B+Q9oh-

Q9-ET_B

HS_B, VR_B, GG_B

HS_B=VR_B/

A_B+BS_BVR_B < 0? N

J

VR_B = 0

HS_B = BS_B GG_B = 3

GG_B=


See_B

Q9oh, VR_B, HS_B,

BS_B, HS_opt_B

AZ_B = VR_B/Q9oh

GG_B

P_B = 0J

N

T_opt =

HS_opt_B – BS_B

DH_B < 0,1*T_opt ?

P_B = 1J0,1*T_opt <= DH_B

< 0,2*T_opt ?

DH_B = ABS

(HS_opt_B - HS_B) N

P_B = 2J0,2*T_opt <= DH_B

< 0,3*T_opt ?

N P_B = 3

P_B = P_B+0J

N

AZ_B > 12 ?

P_B = P_B + 1J6 < AZ_B <= 12 ?

N

P_B = P_B + 2J1 < AZ_B <= 6 ?

N P_B = P_B + 3

P_B = 0 ?NP_B <= 2 ?

J

GG_B = 1

J

GG_B = 2

N

GG_B = 3

Gewässergüte-

klasse_See_B

WD_10, a_A_WA_2, fAW,

AW_,2 AM_2, Hwmin_2,

GOKW_2, Qwmax_2,

Q10, i

WA10=FV-

WD_10*a_A_WA-2

WA10; AM_2;

FA_W_2

HW_2=HWmin_2

HW_2 = fHW(HWmin_2,

Qwmax_2,

GOKW_2, Q10)

HW_2<HWmin_!?

J

N

FA_WA_2=GOKW_

2-HW-1

HW_2>GOKW_2?

J

N

HW_2=GOKW_2

I <> 10

J

N

FV = a_A_WA_2*

WD_10*(1+ (fWA(i)-1)

*AM_2_akt/AM_2)

AM_2_akt<=AW_2

?N

JAM_2_akt=AW_2

AM_2_akt =

AM_2_akt +

AW_2*fAW

fWA(1-12)=1,62; 1,75; 2,02; 2,42;

2,76; 1,83; -0,17; -0,93; 0,56;

1,48; 2,00; 1,63

Wald_2

Tol_FG, M_FG,

N_FG_Extrem_max,

FA_FG(1:12)

FA_FG_m =

FA_FG_m / 12 )

Achtung: Berechnung nur

am Ende eines Jahres!

I = 1

FA_FG_m = 0

FA_FG_m =

FA_FG_m +

FA_FG(i)

I = 12 ?

I = i+1

J

N

GG_FG = 1J

N

FA_FG_m <= FA_FG_ideal

AND

N_FG_extrem <

N_FG_extrem_max

GG_FG = 2J

FA_FG_m <= M_FG

AND

N_FG_extrem <

N_FG_extrem_max

N

GG_FG = 3

I = 1

N_FG_extrem =

N_FG_extrem + 1

I = 12 ?

I = i+1

JN

ABS(FA_FG(i)-FA_FG_m)

> Tol_FG?

N_FG_extrem = 0

N

J

GG_FG

Gewässergüte-

klasse_Feuchtgebiet

Hmin, Qmax, GOK, Q

i=GANZZAHL(Q/

Qmax)

HW=f(i)*(GOK-Hmin)-

GOK+2*Hmin

F(1:10)=1;1,15;1,35:1,55:

1,75:1,85:1,89:1,92:1,95

;1,98;2

HW

Grundwasserstand_Wald

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