Revision as of 10:27, 26 September 2014

Zeitreihenzuordnung

Ansicht zu "Zeitreihenzuordnungen"

Die Modellverwaltung von KalypsoHydrology wurde um die Konfiguration und Verwaltung von Modellen zur Erzeugung gebietsbezogener Zeitreihen (kurz Gebietsmodelle = GM) erweitert. Ein GM definiert dabei im allgemeinen Sinn die Generierung einer Zeitreihe zu einem Teileinzugsgebiet (z.B. Niederschlag). Daneben findet sich weiterhin die Möglichkeit für bestimmte Datentypen (z.B. Zufluss) eine direkte Zuordnung zwischen Zeitreihe und Modellelementen (z.B. Knoten) zu definierten.

Die Zeitreihenzuordnungen werden dabei unabhängig von den Simulation definiert und können in verschieder Kombination verwendet werden. Die Zeitreihenzuordnung verwendet als Eingangsdaten die Zeitreihen aus der Zeitreihenverwaltung ). Eine einmal definierte Zuordnung kann für die Erzeugung beliebiger Rechenvarianten wiederverwendet werden. Die bisher notwendige aufwändige manuelle Zuordnung von Teileinzugsgebieten zu (Niederschlags-, Temperatur- und Verdunstungs-) Zeitreihen entfällt.

Beim Anlegen einer Simulation ordnet der Anwender die zu verwendenden Zeitreihenzuordnungen bzw. Gebietsmodelle aus. Für jede Simulation muss ein Satz von Zeitreihenzuordnungen (Niederschlag, Verdunstung, Temperatur, Zuflüsse, usw.) angegeben werden. Die für die Berechnung benötigten Zeitreihen (z.B. Niederschläge) werden zur Rechenzeit vom GM teilgebietsbezogen generiert und automatisch innerhalb der Simulationsdaten abgelegt und referenziert.

Da die Zuordnungen bei jeder Simulation neu ausgewertet werden, werden Änderungen an den zugrunde liegenden Zeitreihen innerhalb der Zeitreihenverwaltung (z.B. Verlängern einer Zeitreihe, Korrektur von Einzelwerten u.ä.) automatisch aktualisiert.

In der Ansicht Zeitreihen-Zuordnungen erfolgt die Erstellung neuer Gebietsmodelle oder Zeitreihenzuordnungen. Für die möglichen Zuordnungen kann die Art der Zuordnung aus der Liste Zeitreihen-Zuordnungen ausgewählt werden:

• Gebietsmodelle - Grasverdunstung [mm]
• Gebietsmodelle - Mittlere Temperatur [°C]
• Gebietsmodelle - Niederschlag [mm]
• Zeitreihenzuordnung - Pegelmessung
• Zeitreihenzuordnung - Speicherverdunstung
• Zeitreihenzuordnung - Zufluss Knoten

einfache Zeitreihenzuordnungen

Bearbeiten einer "Zeitreihenzuordnung"

Bei einer einfachen Zeitreihenzuordnung (Pegelganglinien, Zuflüsse und Speicherverdunstung) erfolgt eine eine-zu-eins Zuordnung zwischen einer Zeitreihe aus der Zeitreihenverwaltung und einem Modellelement. Sowohl beim neu Anlegen als auch beim Editieren erhält der Anwender einen Dialog, in welchem alle Modellelemente (z.B. Modellknoten bei der Zuordnung der Pegelmessung) in einer Tabelle aufgelistet werden. Durch Doppelklick in die zweite Spalte der Tabelle kann die zuzuordnende Zeitreihe ausgewählt werden.

Gebietsmodelle

Ein Gebietsmodell definiert die Zuordnung einer (Niederschlags-)Zeitreihe zu einem Teileinzugsgebiet. Dabei können grundsätzlich die teileinzugsbezogenen Zeitreihen auf beliebige Art generiert werden.

Implementiert sind zur Zeit seitens Kalypso die folgenden Verfahren:

Dialog zum Neu Anlegen ("Neues Gebietsmodell (Lineare Summe)") oder Editieren eines Gebietsmodells vom Typ Lineare Summe

Lineare Summe

Kombination einer/mehrere Ausgangszeitreihen (aus der Zeitreihenverwaltung) über Linearfaktoren zur Gebietszeitreihe. Jeder Zeitschritt i einer Gebietszeitreihe wird wie folgt berechnet: tg(i) = Summe( fn * tzn(i) ) mit:

• tg die Gebietszeitreihe,
• i den Zeitschritt,
• tz1 bis tzn die Eingangs-(Mess-)Zeitreihen und
• f1 bis fn deren Linearfaktoren

Ansicht zu "Neues Gesamtgebietsmodell"

Gesamtgebietsmodell

(Zeitliche) Kombination mehrerer (Teil-)Gebietsmodelle. Für die Bildung von langjährigen Gebietszeitreihen bei der Langzeitkalibrierung reicht ein einfaches Gebietsmodell i.d.R. nicht aus, da die eingehenden (Mess-)daten üblicherweise nicht vollständig für längere Zeiträume vorliegen (Messwertausfälle, Neu- bzw. Umbau von Stationen usw.). Zu diesem Zweck kann jedem Gebietsmodell (optional) zusätzlich ein Gültigkeitszeitraum zugewiesen werden. Durch Kombination mehrerer solcher zeitbezogener Gebietsmodelle kann dann ein über die Zeit variables Gesamtgebietsmodell definiert werden.

Ein solchermaßen definiertes Gesamtgebietsmodell kann wie ein normales Gebietsmodell zur Erzeugung einer Rechenvariante verwendet werden. Für ein solches Gesamt-GM wird bei der Bildung einer Gebietszeitreihe für jeden Zeitschritt das jeweils gültige GM verwendet.

Über die Aktionen Neues Gebietsmodell (Lineare Summe) bzw. Neues Gesamtgebietsmodell werden entsprechend neue Gebietsmodelle angelegt, der Anwender kann in diesem Fall alle Parameter in Detail bearbeiten. Beim Editieren eines Gebietsmodell über die entsprechende Aktion in der Ansicht Eigenschaften des GM erscheinen die gleichen Editieroptionen.

Die Felder Zeitschritt [min] und Zeitstempel [hh:mm:ss] (nur Tageswerte) des Dialogs Bearbeite Gebietsmodell (siehe Abbildung Ansicht zu "Neues Gebietsmodell (Lineare Summe")) müssen ausgefüllt werden, da sonst später die Simulation abbricht.

Gebietsmodelle Grasverdunstung und mittlere Temperatur werden nur einmal für die Langzeit und Kurzzeitrechenvarianten mit dem Tageswert Zeitstempel erstellt.

Automatische Ermittlung der Linearfaktoren

Zusätzlich zur manuelle Zuordnung von Stationen und Bearbeitung der Linearfaktoren kann eine Zuordnung auch über die Lage der (Mess-)Stationen erfolgen. Dies ist allerdings nur für Zeitreihen möglich, die welche die Lage ihrer Station angegeben wurde.

Zur Zeit stehen hierzu zwei Verfahren zur Verfügung:

Ansicht zu "Neues Gebietsmodell (Lineare Summe) durch Thiessen Methode"

Ermitteln der Linearfaktoren mit der Thiessen Methode

Bei der Thiessen-Methode wird für jede zu verwendenden Station das Thiessen-Polygon ermittelt. Die Linearfaktoren für ein Teilgebiet berechnen sich dann aus dem flächengewichteten Anteil der Überschneidung jedes Thiessen-Polygons mit der Teilgebietsfläche.

Ansicht zu "Neues Gebietsmodell (Lineares Summe) durch Inverse Distanz Gewichtungs-Verfahren (IDW)"

Ermitteln der Linearfaktoren mit der IDW-Methode

Die Inverse-Distanzmethode (Inverse Distance Method) bestimmt die Linearfaktoren indem zunächst die n nächsten Stationen zu einem Teilgebiet ermittelt werden. Die Linearfaktoren berechnen sich dann jeweils als das Reziprok der Distanz zwischen Teilgebiet und den Stationen.

Der Modellierer kann auswählen, wie viele Stationen (='n') maximal bei den IDW-Verfahren pro Teileinzugsgebiet verwendet werden sollen.

Der Anwender kann bei beiden Verfahren auswählen, welche Zeitreihen für die Ermittlung der Linearfaktoren berücksichtigt werden sollen. Bei beiden Verfahren wird die Summe der Linearfaktoren für ein Teileinzugsgebiet auf 1 normiert.

Die Felder Gültig von und Gültig bis des Dialogs Thiessen Verfahren (siehe Abbildung Ansicht zu "Neues Gebietsmodell (Lineare Summe) durch Thiessen Methode") müssen ausgefüllt werden. Hierdurch findet eine Überprüfung statt, ob die hinterlegten Zeitreihen für alle Stationen den (Gültigkeits-)Zeitraum abdecken oder ein Gesamtmodell aus mehreren Gebietsmodellen erstellt werden soll, um die vorliegenden Zeitreihen optimal zu nutzen.