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Plugin Ordner Kalypso-NA 4.0

Beschreibung neuer Funktionen

Zur Beantwortung aktueller Fragestellungen in der Forschung wurde der Rechenkern Kalypso-NA (ab Version 4.0.0.) seit 2016 mit zusätzlichen Funktionen weiterentwickelt. Die folgenden Funktionen wurden hierbei implementiert:

DRWBM Detailsimulationen der hydrologischen Prozesse

Durch zusätzliche Parametersätze der Boden- und Drainageaufbauten von DRWBM (SUDS) werden die hydrologischen Prozesse im Detail abgebildet. Am Beispiel von Laborversuchen an Gründächern erfolgte eine Detailbetrachtung und Nachweisführung.

Implementierung einer dynamischen Zeitschrittweite.

Die Infiltration in poröse Materialen wird mit einer dynamischen Zeitschrittweite simuliert. Kommt es zu einer großen Zuflussmenge auf eine kleine Fläche (z.B. Versickerungungsmulden), wird der Zeitschritt verkleinert.

Rückstau zwischen Schichten

Wird die maximale Speicherkapazität in einer Speicherschicht erreicht, wird das Wasser in die darüber liegende Schicht rückgestaut. Das überlaufende Wasser kann jedoch auch abgeführt werden zu einem Benutzerdefiniertem Ziel. Kommt es zum Überlauf der obersten Boden(speicher)schicht wird das Wasser zum Auslassknoten der Overlay-Fläche bzw. des Teilgebietes abgeschlagen. Wurde ein Fließweg und Flood Routing Parameter definiert, wird ein Flood Routing des Überlaufs berechnet. Ziel des Überlaufenden Wassers können andere Overlay-Flächen oder ein Knoten sein.

Kopplung unterschiedlicher DRWBM

Kommt es in einer Speicherschicht zu einem Überlauf von Wasser, kann dieser kontrolliert abgeleitet werden zu anderen Schichten des selben oder anderen DRWBM (Overlay Typen). Hierdurch können kaskadierende Entwässerungssysteme simuliert werden.

Flood Routing mit vereinfachten KM Parametersätzen

Als Eingabe dienen vereinfachte geometrische Formen als Profile (Trapez, Kreis), um die Kalinin-Milyukov Parameter k,n zu berechnen. Die Reibungsparameter können mit Darcy-Weissbach oder Manning-Strickler berechnet werden. Der Benutzer wählt die Berechnungsmethode aus.

Flood Routing zwischen DRWBM

Die Lage von DRWBM kann durch Angabe der X,Y,Z Koordinaten definiert werden. Hierdurch wird automatisch die Fließweglänge zwischen DRWBM berechnet und optional durch einen Verlängerungsfaktor angepasst. Der Modellierer kann jedoch auch eine feste Fließweglänge vorgeben. Die Berechnung erfolgt über das vorher genannte Flood Routing.

Steuerungsfunktionen von Bauwerken im Gewässer

Es wurden Steuerungsfunktionen für hydraulische Bauwerke in Gewässern implementiert. Schließung, Öffnung und 3 unterschiedliche Abflüsse aus den Bauwerken werden bei Erreichen von Schwellenwerten innerhalb von Niederschlags-, Abfluss-, oder Wasserstandszeitreihen aktiviert. Damit können Deichsiele, Schleusen, Wehre, etc simuliert werden (siehe NA-Modell Dove-Elbe). Details sind in den Veröffentlichungen (Hellmers, 2020) und (Hellmers & Fröhle 2020) erläutert.

Steuerungsfunktionen für Retentionsschichten (z.B. Zisternen, Retentionsdach)

Innerhalb von DRWBM sind Retentionsschichten in unterschiedlichen DRWBM Typen vorhanden. Wasser wird hier entsprechend der Regenwassernutzung (z.B. Zisternen) und entsprechend Regenvorhersage (z.B. Retentionsdach) zurückgehalten oder abgelassen.

Rückstau im Gewässer

Insbesondere in Gewässern mit flacher Gewässerneigungen (z.B. Marschgewässer) kommt es durch die Schließung / Öffnung von hydraulischen Bauwerken zu einem Rückstau vor den Bauwerken. Dies führt zu einem Anstau des Wasservolumens und des Wasserstandes ausgehend vom Unterlauf. Die Berechnung von Wasserständen und die Rückrechnung des Wasservolumens in den Oberlauf erfolgt durch zusätzliche Funktionen im Rechenkern und zusätzliche Parametersätze im Plugin Ordner Kalypso-NA (ab version 4.0.0). Details sind in den Veröffentlichungen (Hellmers, 2020) und (Hellmers & Fröhle 2020) erläutert.

Rückstau auf ausgewiesenen Flächen

Die Berechnung des rückstauenden Wasservolumens vom Gewässer in ausgewiesene Flächen erfolgt durch zusätzliche Funktionen im Rechenkern und zusätzliche Parametersätze im Plugin Ordner Kalypso-NA (ab version 4.0.0). Details sind in den Veröffentlichungen Hellmers, 2020 und Hellmers & Fröhle 2020 erläutert.

Veröffentlichungen

Hellmers, S. and Fröhle, P. (2021)

Computation of backwater effects in surface waters of tidal lowland

catchments including control structures – An efficient and re-usable method implemented in the hydrological open source model Kalypso-NA (4.0), Geosci. Model Dev. Discuss. [preprint], https://doi.org/10.5194/gmd-2021-140, in review, 2021.

Hellmers, S. (2020)

Integrating local scale drainage measures in meso scale hydrological modelling of backwater affected catchments [TUHH Universitätsbibliothek]. https://doi.org/10.15480/882.2627

Hellmers, S. & Fröhle, P. 2017

Integrating Local Scale Drainage Measures in Meso Scale Catchment Modelling. Water 9, no. 2: 71. 2017