AGBoden:Verknüpfungsregel 4.10

Berechnung der tagesbezogenen Wasserflüsse einschließlich der Grundwasserneubildungsrate im Modell GLADIS

EINGANGSDATEN

nFK bzw. GPV je Tiefenintervall nach VKR 1.11
aktueller Bodenwassergehalt je Tiefenintervall
ungesättigte Wasserleitfähigkeit je Tiefenintervall nach VKR 1.14
Tagesniederschlag
Tageswert der realen Evapotranspiration nach VKR 3.3
Tageswert des Direktabflusses nach VKR 3.16
tägliche kapillare Aufstiegsrate nach VKR 1.16

KENNWERT

GWN_t [mm]

KENNWERTERMITTLUNG

Alle Bodenwasserflüsse q im Modell GLADIS basieren auf der Annahme eines zeit- und tiefenkonstanten, gravitationsbedingten Potentialgefälles von 1 und werden demzufolge nur durch die ungesättigte hydraulische Leitfähigkeit bestimmt:

Bestimmend für den Fluß über eine Schichtgrenze ist der kleinere der beiden ku-Werte.

Zu Beginn der Berechnung sind als Eingangsdaten bekannt:

der Wassergehalt in % nFK bzw. % GPV je Tiefenintervall,
der ku-Wert je Tiefenintervall,
das Ergebnis aus (Niederschlag_Tag -Interzeption_Tag -Direktabfluß_Tag) als Input,
die mittlere tägliche kapillare Aufstiegsrate als Input,
die tagesbezogene reale Evapotranspiration je Tiefenintervall als Output.

Nacheinander werden die Wasserflüsse über jede Schichtgrenze berechnet, beginnend mit der Grenze zwischen Boden und Atmosphäre bis zur effektiven Durchwurzelungstiefe, die die untere Begrenzung des Bodenkörpers markiert. Zum Startzeitpunkt gelten für alle Tiefenintervalle die Wassergehalte, die als Ergebnis des vortägigen Berechnungszeitraums ermittelt wurden.

Mit Ausnahme eines eventuellen kapillaren Aufstiegs in das unterste Tiefenintervall existiert nur vertikal abwärts gerichteter Wasserfluß; ebenso wird jeder laterale Fluß vernachlässigt.

Jeder Wasserfluß wird durch das Porenvolumen der nächsttieferen Schicht begrenzt und endet bei Erreichen der Wassersättigung. Eine Ausnahme bildet die Perkolation über die effektive Durchwurzelungstiefe.

Kapillarer Aufstieg als Input bleibt auf die unterste Schicht beschränkt. Voraussetzung ist zusätzlich, daß der Wassergehalt der betreffenden Schicht weniger als 70 % nFK beträgt.

Der Tageswert der realen Evapotranspiration steht anteilig für jeden Tiefenabschnitt als Ergebnis von Verknüpfungsregel 3.3 zur Verfügung. Da Kapillaraufstieg nur in die unterste Schicht wirksam wird (s.o.), handelt es sich hierbei praktisch nur um Transpirationsverluste, die beim Modell GLADIS aus dem betreffenden Tiefenabschnitt direkt in die Atmosphäre erfolgen. Gemäß Verknüpfungsregel 3.3 findet bei Wassergehalten < 20 % nFK keine (Evapo-)Transpiration mehr statt.

Der Tageswert der Grundwasserneubildung wird durch die Perkolation über die Untergrenze des effektiven Wurzelraums bestimmt und ist vom ku-Wert des untersten Tiefenintervalls abhängig.

ANMERKUNGEN

Gemäß folgender Beispielsskizze werden alle Evapotranspirations- und Perkolationsprozesse am Tag t₁ als zeitgleich angenommen und auf der Basis zu Beginn des Berechnungszeitraumes gültiger Wassergehalte (Θ_a1, Θ_b1, ...) berechnet, d.h. Perkolation aus Tiefenintervall a modifiziert den Wassergehalt in Tiefenintervall b erst, nachdem der Wasserfluß über die Grenze b/c berechnet wurde. Ergebnis der Flüsse am Tag t1 sind modifizierte Bodenwassergehalte in allen Tiefenintervallen (Θ_a2, Θ_b2,...), die die Startbedingungen am Tag t₂ repräsentieren und die Flüsse am Tag t₂ steuern.

STAND

September 1998

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.
GEOLOGISCHES LANDESAMT NORDRHEIN-WESTFALEN (1995): Endbericht zum Nitrat-Projekt. - Geologisches Landesamt Nordrhein-Westfalen; Krefeld (unveröffentl.).