AGBoden:Methode 4.5

Grundwasserneubildung aus tagesweise berechnetem Bodenwasserhaushalt (GWN_t) gemäß Modell GLADIS

Abbildung 17, Teil I

Abbildung 17, Teil II

Abbildung 17, Teil III

QUELLEN

Sekundärquelle: AD-HOC-AG BODEN (2000): Methodendokumentation Bodenkunde. Auswertungsmethoden zur Beurteilung der Empfindlichkeit und Belastbarkeit von Böden. – HENNINGS, V. (Koord.), 2. Aufl., Geol. Jb. SG 1; Hannover.

Primärquellen:

SCHREY, H. P. (1993): Simulation des Bodenwasserhaushalts auf der Grundlage der digitalen Bodenkarte 1 : 50.000 von Nordrhein-Westfalen. - In: LANDESANSTALT FÜR UMWELTSCHUTZ BADEN-WÜRTTEMBERG (Hrsg.): Grundwasserneubildung aus Niederschlag. - LfU-Schriften, Reihe Grundwasserüberwachungsprogramm; Karlsruhe.
ELHAUS, D. (1993): Die Berechnung der Sickerwassermenge auf der Grundlage der Digitalen Bodenkarte 1 : 50.000. - LWA-Materialien, Landesamt für Wasser und Abfall Nordrhein-Westfalen.
DEUTSCHES INSTITUT FÜR NORMUNG (DIN) (1998): DIN 19687. Berechnung der Sickerwasserrate aus dem Boden. - Beuth-Verlag; Berlin.

EINGANGSDATEN

Bodenart
Rohdichte, trocken oder effektive Lagerungsdichte
Humusgehalt
Grundwasserstandsdaten: MGW
Staunässestufe
Tagesniederschlag
aktueller Dampfdruck um 14.00 Uhr, Sättigungsdampfdruck bzw. ersatzweise Lufttemperatur um 14.00 Uhr
Nutzung
Kulturart
Hangneigung, ggf. abzuleiten aus
- Höhe über NN

zur Regionalisierung von Klimadaten zusätzlich:

Höhe über NN

VERKNÜPFUNGSREGELN

1.2, 1.11, 1.13, 1.14, 1.15, 1.16, 3.2, 3.3, 3.5, 3.6, 3.14, 3.15, 3.16, 4.1, 4.9, 4.10

ERLÄUTERUNG

Das Verfahren dient der Berechnung der Grundwasserneubildung für Zeiträume beliebiger Dauer durch Summation der Sickerwasserraten aus tagesweise bilanzierten Wasserflüssen zwischen den Bodenhorizonten (oder Tiefenabschnitten) des betrachteten Standortes. Die klimatischen Eingangsdaten (Niederschlag sowie die zur Berechnung der ETpot benötigten Parameter) müssen daher für jeden Tag des Berechnungszeitraums bekannt sein.

Um die Darstellung der Modellstruktur transparenter zu gestalten, wurde das Flußplandiagramm in drei Teile gegliedert: Teil 1 und 2 zeigen die Ableitung der bodenphysikalischen Parameter, der aktuellen Evapotranspiration und des tagesbezogenen Direktabflußanteils aus Basisdaten, Teil 3 zeigt die Berechnung der Wasserflüsse aus den zuvor ermittelten Zwischengrößen.

Das Modell GLADIS ermittelt die effektive Durchwurzelungstiefe nach einem eigenen Algorithmus, der von dem für alle anderen Methoden verwendeten Ansatz abweicht. Beide aufgeführten Verfahren (Verknüpfungsregeln 1.1 und 1.2) sind mit dem Modell GLADIS kombinierbar.

Das Modell GLADIS setzt bei Auswertung der Bodenkarte 1 : 50.000 von Nordrhein-Westfalen die effektive Lagerungsdichte pauschal auf "mittel" (Ld3). In diesem Fall ist die effektive Lagerungsdichte nur fakultatives Eingangsdatum. Bei Verwendung anderer Grundlagenkarten können die Kennwerte der Wasserbindung oder die effektive Durchwurzelungstiefe auch individuell mit Hilfe der Verknüpfungsregeln 1.1 und 1.11 ermittelt werden.

Die Berechnung der potentiellen Evapotranspiration kann für GLADIS alternativ nach HAUDE (wie im Flußplandiagramm) oder nach PENMAN erfolgen; im zweiten Fall verändern sich die Eingangsdaten entsprechend. Die Ermittlung der realen Evapotranspiration gemäß Regel 3.3 basiert auf der Arbeit von RENGER, STREBEL & GIESEL (1974). Zusätzlich wird in der aktuellen GLADIS-Version die Interzeptionsverdunstung gemäß Regel 3.6 geschätzt.

Zur Regionalisierung der Verdunstung werden die klimatologischen Eingangsdaten separat für alle Einzelflächen der Bodenkarten ermittelt. Sie werden aus den Werten der vier nächstgelegenen Klimastationen nach dem Quadrantenverfahren interpoliert, wobei die Temperaturwerte entsprechend der Höhendifferenz zwischen Klimastation und Fläche korrigiert werden.

Ebenso werden die Tagesniederschläge für alle Einzelflächen der Bodenkarten interpoliert (ohne Höhenkorrektur).

Die Ermittlung des Direktabflußanteils am Niederschlag basiert auf einem Ansatz von DÖRHÖFER & JOSOPAIT (1980), der von HAAS (1987) im ostwestfälischen Bergland für die Auswertung der Bodenkarte 1 : 50.000 modifiziert wurde. Für Verknüpfungsregel 3.5 ist die Nutzung nur fakultatives Eingangsdatum; standardmäßig wird für Regel 3.5 Acker- oder Grünlandnutzung angenommen.

Zusätzlich zu oben genannten Eingangsdaten erfordert die Anwendung des Modells die Eingabe des Wassergehalts zu Beginn des Bilanzierungszeitraums. Am Anfang der Vegetationsperiode (1. April) ist dieser Wert mit 100 % nFK zu veranschlagen; bei Verfügbarkeit langjähriger Zeitreihen von Klimadaten kann der Startwert auch als Ergebnis einer Simulation bis zum Beginn des gewünschten Zeitraums berechnet werden.

Gemäß Teil 1 des Flußplandiagramms steuert der Wassergehalt über Verknüpfungsregel 1.14 die Schätzung des ku-Wertes und über Verknüpfungsregel 3.3 die Schätzung der aktuellen Evapotranspiration. Zum Bodenwassergehalt kommen die (mittlere) tägliche kapillare Aufstiegsrate sowie der Tagesniederschlag abzüglich des auf Interzeption und Direktabfluß entfallenden Anteils als Input; Evapotranspiration und Versickerung fungieren als Output. Die letztgenannte Größe wird gemäß Teil 3 des Flußplandiagramms über Verknüpfungsregel 4.10 berechnet. Das Ergebnis von Verknüpfungsregel 4.10, die Wasserflüsse zwischen den Horizonten (oder Tiefenabschnitten) des Bodenprofils, besteht in Perkolationsbewegungen, die zu einer Änderung des Bodenwassergehalts und einer (tagesbezogenen) Grundwasserneubildung führen (Symbol "→" im Flußplandiagramm).

ERGEBNIS

Metrisch skalierter Kennwert (z.B. "32 mm")

MASSSTABSEIGNUNG

Konzipiert für den Maßstab 1 : 50.000 und größer

EINSCHRÄNKUNGEN

Verknüpfungsregel 4.10 setzt ein zeit- und tiefenkonstantes Potentialgefälle von 1 an und läßt nur vertikalen Wassertransport zu, d.h. laterale Flüsse als Teil des Bodenwasserhaushalts werden vernachlässigt. Für die Ableitung des Kapillaraufstiegs aus Bodenart und Grundwasserstand muß bekannt sein, ob der Grundwasserstand die Grundwasseroberfläche oder die Oberfläche des Kapillarsaums beschreibt.
Die Abschätzung der (mittleren) täglichen kapillaren Aufstiegsrate aus dem mittleren Grundwasserstand läßt die zeitliche Schwankung der Grundwasseroberfläche unberücksichtigt.

DATUM

September 1998

STATUS

Im Geologischen Landesamt Nordrhein-Westfalen programmiert und zur digitalen Erstellung bodenkundlicher Auswertungskarten eingesetzt.

ABBILDUNGEN

Abbildung 17: Flußplandiagramm zur Ableitung des Kennwerts "Grundwasserneubildung aus tagesweise berechnetem Bodenwasserhaushalt gemäß Modell GLADIS"

Teil 1: "Parameterermittlung für Bodenwasserflüsse und reale Evapotranspiration"
Teil 2: "Tagesbezogener Direktabfluß"
Teil 3: "Bodenwasserflüsse"

Weiterführende Literatur

DÖRHÖFER, G. & JOSOPAIT, V. (1980): Eine Methode zur flächendifferenzierten Ermittlung der Grundwasserneubildungsrate. - Geol. Jb., C 27: 45-65.
GIESECKE, J., SCHMITT, P. & MEYER, H. (1983): Vergleich von Rechenmethoden für Gebietsniederschläge. - Die Wasserwirtschaft, 73: 1-7.
HAAS, D. (1987): Ermittlung der flächendifferenzierten Grundwasserneubildungsrate. - Lippische Mitteilungen, 199-213.
RENGER, M., STREBEL, O. & GIESEL, W. (1974): Beurteilung bodenkundlicher, kulturtechnischer und hydrologischer Fragen mit Hilfe von klimatischer Wasserbilanz und bodenphysikalischen Kennwerten. - Z. f. Kulturtechnik u. Flurbereinigung, 15: 353-366.

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