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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
ANAWAK – Erläuterungen
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]
ANAWAK – Erläuterungen
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
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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).
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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.
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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)
ANAWAK – Erläuterungen
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
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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.
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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
ANAWAK – Erläuterungen
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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!
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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
ANAWAK – Erläuterungen
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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
ANAWAK – Erläuterungen
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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.
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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=
Gewässergüteklasse
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=
Gewässergüteklasse
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