Einfaches Permafrostmodell

Ab WaSiM 8.5.x können Permafrostböden explizit in WaSiM-ETH definiert und hinsichtlich ihrer hydrologischen Eigenchaften analysiert werden.

Features:

• neues Standardgrid, welches Permafrost durch die Zuweisung eines sogenannten Thaw-coefficient α (Griechisch alpha) definiert. DIeser wird als linearer Skalierungsfaktor genutzt (siehe unten, ist in der Regel bodentypabhängig → muss deshalb pro Zell in ienem Grid definiert werden)
• Drei variable Grids sollten definiert werden (insbesondere, um Änderungen abspeichern und anschliessend auswerten zu können):
  • Ein Grid mit der Anzahl aufeinanderfolgender schneefreier Tage (snow free days) → n_sf
  • Ein Grid mit der Anzahl aufeinanderfolgender Tage mit Schneebedeckung(snow covered days)
  • Ein Grid mit der Thawdepth (Auftautiefe) des Permafrostbodens
• Die Thaw depth wird über einen emprischen Algorithmus mit α (alpha) als Parameter berechnet: T = α √ n_sf
• Wenn eine geschlossene Schneedecke aufgebaut wird, wird die Thaw depth auf 0 zurückgesetzt und der Boden wird wieder als gefroren definiert. Um bei kurzen sommerlichen Schneebedeckungen nicht gleich den Boden gefrieren zu lassen, sind zwei Parameter zu definieren, die das Modell robuster gegen solche Ereignisse machen (und die auch zum normalen Funktionieren nötig sind):
  • Anzahl Tage mit Schneebedeckung, nach denen der Boden als gefroren angenommen wird (z.B. 10 Tage) → Schneedecken, die in dieser Zeit komplett auftauen, haben zwar einen Stillstand des AUftauens, aber kein Zurücksetzen auf 0 zur Folge
  • Minimales Schneewasseräquivalent, damit ein Intervall als schneebedeckt zählt (In diesem Fall wird das Grid mit der Anzahl schneebedeckter Tage um ein Zeitintervall erhöht)
• Der Wert von "Thaw depth" wird im Bodenmodell genutzt, um die hydraulische Leitfähigkeit des Bodens zu reduzieren. Sie wird für gefrorene Layer auf 10^-12m/s gesetzt. Aufgetaute Schichten bekommen den normalen Wert, der in der Bodentabelle definiert ist (und über die van-Genuchten Parameter gesteuert wird).

Hinweis: Dieses Modul verwendet einfache empirische Beziehungen, ohne sich z.B. der Temperatur zu bedienen. DIe Ergebnisse könnten weit neben den Erwartungen liegen. EIne Kalibrierung des Parameters α ist notwendig. Wenn Die Gefrier- und Auftauvorgänge in einem Boden detaillierter berechnet werden sollen, wird auf das in WaSiM intergrierte Bodentemperaturmodell verwiesen.

Details zur Berechnung der Auftautiefe von Permafrostböden