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Komponenten und Algorithmen

Auf eine detaillierte Beschreibung der in WaSiM-ETH implementierten Komponenten und Algorithmen wird an dieser Stelle bewusst verzichtet. Hierzu wird auf die ausführlichen Darstellungen in der WaSiM-Dokumentation verwiesen.

ModellkomponenteModellansätze
Niederschlagskorrekturtemperatur- und windabhängige Korrektur nach Sevruk (1986); Korrektur erfolgt getrennt für Regen und Schnee
Interpolation der meteorologischen Eingangsdaten(1) inverse distanzgewichtete (IDW) Interpolation
(2) höhenabhängige Regression
(3) Kombination aus (1) und (2)
(4) Interpolation nach Thiessen-Polygon
(5) bilineare Interpolation
(6) bilineare Interpolation der Gradienten und Residuen
(7) bikubische Spline-Interpolation
(8) bikubische Spline-Interpolation der Gradienten und Residuen
Regionale SuperpositionErlaubt die Anwendung unterschiedlicher Interpolationsmethoden für unterschiedliche Regionen oder die Verwendung unterschiedlicher Parameter für dieselbe Interpolationsmethode oder auch die Anwendung mehrerer Interpolationsmethoden für ein. und dasselbe Gebiet (mit gewichteter Überlagerung)
Abschattungs-, Hangneigungs- und Expositionskorrektur für Strahlung und TemperaturAnsatz nach Oke (1987)
Evapotranspiration(1) Penman-Monteith (Monteith & U., 1990), auch für geschichtete Bestände
(2) Ansatz nach Wendling (1975)
(3) Ansatz nach Hamon (1961)
(4) Ansatz nach Haude (1955)
Schneeakkumulation und Schneeschmelze(1) Temperatur-Index-Methode
(2) Temperatur-Wind-Index-Methode (Braun 1985)
(3) einfache Energiebilanz-Methode (Anderson 1973)
(5) Enhanced energy balance approach (enhEnbal) (with more sophisticated parameter estimations)
(6) enhEnbal + gravitational slides
(7) enhEnbal + gravitational slides + wind redistribution
(8) T-Index + gravitational slides
(9) T-Index + gravitational slides + wind redistribution
(10) T-Index + wind redistribution
(11) enhEnbal + wind redistribution
(12) T-u-Index + gravitational slides
(13) T-u-Index + wind redistribution
(14) T-u-Index + gravitational slides + wind redistribution
Mehrschichten-SchneemodellAuf- und Abbau der Schneedecke kann schichtenweise modelliert werden, der Wasserfluss durch den Schnee wird als "Bodenbestandteil" mit Richards gerechnet, Vorteil: bessere Temperaturmodellierung für den Boden
Gletscherschmelze und -abfluss(1) Temperatur-Index-Methode
(2) Ansatz nach Hock (1999)
GletscherdynamikGlatscherwachstum oder -Rückgang kann mit den Algorithmen nach Stahl (2008) modelliert werden
InterzeptionMehrschichtspeichermodell, either after (legacy) of before snow model (recommended, use methids 11 and higher); methods:
[1] classic bucket apprach with EI taken as part from ETP, first snow model, then interception
[2] classic bucket apprach with a separate EIP for generating EI, first snow model, then interception;
[11] like 1 but first interception then snow model;
[12] like 2 but first interception then snow model;
[21]/[22] new canopy snow interception model for snowy conditions, else like 11/12;
[31]/[32] additional canopy energy balance as en extension to 21/22; else for liquid storage same as 11/12
Phänologiedynamische Berechnung mittels dreier Temperatursummenansätze (auch mit Berücksichtigung der Dormanz)
Abflussbildung(1) Topmodel nach Beven und Kirkby (1979)
(2) implizite Abflussbildung mit dem Ansatz nach Richards (1931), siehe auch die folgenden Komponenten für Oberflächen-, Boden- und Grundwasserbewegung
VerschlämmungBodenverschlämmung wird anhand versciedener Parameter wie der Korngrössenverteilung des Bodensubstrats, der kinetischen Energie des Niederschlages und anderer landnutzungs- und bodenspezifischer EIgenschaften berechnet, um daraus die maximale Infiltrationsrate und damit ggf. Oberflächenabfluss modellieren zu können
BodenwasserdynamikInfiltration nach Green und Ampt (1911) mit Erweiterung nach Peschke (1977, 1987);
vertikale Wasserbewegung in der ungesättigten Bodenzone basierend auf der Richards-Gleichung (1931) mit Parametrisierung nach van Genuchten (1980)
BodenwasserdynamikInfiltration nach Green und Ampt (1911) mit Erweiterung nach Peschke (1977, 1987);
vertikale Wasserbewegung in der ungesättigten Bodenzone basierend auf der Richards-Gleichung (1931) mit Parametrisierung nach van Genuchten (1980)
WärmetransportFinite Differenzen Methode;
implizite Lösung der Wärmetransportgleichung im Boden, 1D-vertikal;
Berücksichtigung von Advektion (Wärmeeintrag durch Niederschlag) sowie Gefrieren und Auftauen des Bodens (inkl. Beeinflussung der hydraulische Parameter)
Abflusskonzentration(1) Einzellinearspeicher-Kaskade mit Berücksichtigung von Translationszeiten
(2) Oberflächen-Abflussrouting mit Kinematischer Welle, Wasser wird von Zelle zu Zelle geleitet und so zum Teilgebietsauslass geroutet.
Abflussrouting in Fliessgewässernkinematischer Wellenansatz (Lighthill & Witham, 1955)
StofftransportBerücksichtigung von radioaktiven und nichtradioaktiven Tracern;
Berechnung von (Mischungs-)Konzentrationen in allen Teilmodellen

Referenzen

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02.09.2019

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