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TRANSCRIPT
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Ein SWMM-Baustein
für die Berechnung der
Evapotranspiration
von urbaner Vegetation
Birgitta HörnschemeyerMalte Henrichs, Mathias Uhl
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Einführung
Birgitta Hörnschemeyer aqua urbanica Rigi Kaltbad 2019 09.09.2019
Ziele
Teilmodell Verdunstung von „urban green“
Einbindung in das stadthydrologische Modell SWMM (US EPA)
Parametrisierung und realitätsnahe Modellierung
verschiedener Vegetationselemente
Sicherstellung einer einfachen Anwendung
AusgangssituationStadthydrologische
Modellierung der Verdunstung
ist im Siedlungsraum
stark vereinfacht.
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E = min(S, Ep)
S
stark vereinfachte Modellierung ohne Beachtung
physikalischer Zusammenhänge
Tendenz zu erhöhten Verdunstungsanteilen
Rossmann and Huber 2016
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SWMM-Modul “Low Impact Development“ (LID):
Bestehende Modellierung
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Modellkonzept
Teilmodell 1
Beschattung
+
Teilmodell 2
Vegetation
SWMM
„Subcatchment“
SWMM
„LID“
“SWMM-UrbanEVA“
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Modellkonzept
Teilmodell 1
Beschattung
+
Teilmodell 2
Vegetation
SWMM
„Subcatchment“
SWMM
„LID“
“SWMM-UrbanEVA“
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Modellkonzept – Beschattung
subcatchment
Grasreferenzverdunstung ET0,ref
KS
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
12 02 04 06 08 10 12Monat
Beschattungsfaktor Ks (-)
ET0,Ks = ET0,ref x Ks
ET0,Ks
ET0,ref
∆Strahlung
GIS shadow-impact-analysis
Beschattungsfaktor KSKs = f(∆Strahlung)
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Modellvalidierung
∆ ET0,mess / ET0,Ks = 3 mm (0,6%)
Berechnung von ET0,Ks für zwei Standorte in Münster
Referenzstation: “Geo“
Untersuchte Stationen: “Lincoln-Kaserne“
“Betriebshof“
Vergleich mit ET0,mess (ermittelt aus gemessenen Klimadaten)
∆ ET0,mess / ET0,Ks = 8mm (1,6%)
∑ET0,mess = 509 mm
∑ET0,Ks = 512 mm
∑ET0,mess = 539 mm
∑ET0,Ks = 531 mm
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Standort Standort
mess mess
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Modellkonzept
Teilmodell 1
Beschattung
+
Teilmodell 2
Vegetation
SWMM
„Subcatchment“
SWMM
„LID“
“SWMM-UrbanEVA“
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Modellkonzept – Vegetation
Oberflächen Layer
Boden Layer
Speicher Layer
P
Vegetations
Layer
EI ET EsEW
Überlauf
Drossel
Infiltration
Perkolation
Infiltration
Zufluss
ES,pET,p
EW,p
EI,p
vf
ET0,Ks
ESTI,p
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Modellkonzept – Vegetation
Wachstumsfaktor
(gf)
SCF
EI,pET,p ES,p
ESTI,p
Soil Covered Fraction
(SCF)
dynamische Modellierung
der vegetativen
Wachstumsphasen
energetische
Entkopplung der
Teilprozesse
Leaf Area Index
(LAI)
Modellierung
verschiedener
Vegetationstypen
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Modellkonzept – Vegetation
Interzeption Interzeptions-
verdunstungEvaporationTranspiration
EIET EIET
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
ES
,a/
ES
,p(-
)
Relative Bodenfeuchte(%)
ES,a / ES,p(-)
Ansatz nach
Braden (1985)
wasserbenetzte
Blattoberfläche
relative
Bodenfeuchte
wasserbenetzte
Blattoberfläche
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 2 4 6 8 101214161820Inte
rze
pti
on
(m
m/h
)
Niederschlag (mm/h)
Interzeption
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potentielle
Evapotranspiration(mm/h)
Transpiration(mm/h)
Interzeptions-
verdunstung(mm/h)
Niederschlag(mm/h)
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Modellkonzept – Vegetation
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Modellkonzept – Vegetation
Bodenfeuchte(-)
(Boden-)
Evaporation(mm/h)
rel.
BF
WP
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potentielle
Evapotranspiration(mm/h)
Niederschlag(mm/h)
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Modellkonzept – Vegetation
Defizit:
Modellierte Evapotranspirationshöhe ist
insbesondere für große LAI zu gering.
Definition eines Vegetationsfaktors vf
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E
ETSTI,p = ET0,Ks x vf
Mögliche
Klassifizierung vf
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Modellvalidierung extensives Gründach in Münster
– 80 m² mit 6 cm Substrathöhe
– Messung von Klimadaten und Abfluss
∑ N 857 mm
∑ Qmess 537 mm
∑ QUrbanEVA 515 mm
∆- 22 mm (-4%)
∑ QSWMM 446 mm
∆- 91 mm (-17%)Niederschlag
Mar 17 May 17 Jul 17 Sep 17 Nov 17 Jan 18
Abfluss gemessen Abfluss UrbanEVA Abfluss SWMM
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Zusammenfassung und Ausblick
international
akzeptierte
Parameter
LAI
ET0
freie Skalierbarkeit
(Mikro- und Mesoskale)
Einsatz als Planungstool
Modellierung des Systems
Boden-Pflanze-Atmosphäre
standortspezifisch
kontinuierliche Simulation
Ausblick
weitergehende Validierung
Parametrisierung für den urbanen Raum
Entwicklung weiterer Teilmodelle
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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
Birgitta HörnschemeyerCorrensstraße 25 fon +49 (0)251.83 65590 [email protected]
D-48149 Münster fax +49 (0)251.83 65915 www.fh-muenster.de