D8 Hydrologische und geomorphologische Modellierung

Thema

Hydrologische und geomorphologische Modellierung integriert alle in früheren Dokumenten dieser Reihe beschriebenen Feldmessungen in mathematische Darstellungen des Gesamtsystems. Dies ermöglicht die Simulation des vergangenen, gegenwärtigen und zukünftigen Verhaltens des Systems.

Einzugsgebietsmodelle, ob konzeptionell oder semidistribuiert, unterteilen das gesamte Einzugsgebiet in kleinere hydrologische Reaktionseinheiten. Innerhalb jeder dieser Einheiten simulieren sie die Verteilung des Niederschlags auf Evapotranspiration, Grundwasserabfluss und Oberflächenabfluss mithilfe von Speichern, die sich je nach Fall linear oder nichtlinear entleeren.

Die Kalibrierung dieser Einzugsgebietsmodelle passt ihre internen Parameter so an, dass die Differenz zwischen dem vom Modell simulierten und dem tatsächlich im Fluss beobachteten Abfluss minimiert wird. Diese Güte der Anpassung wird durch Kennzahlen wie den Nash-Sutcliffe-Koeffizienten oder die prozentuale Volumenabweichung zusammengefasst. Die Größe dieser Abweichung gibt Aufschluss darüber, ob das Modell die tatsächliche Abflussrate systematisch über- oder unterschätzt.

Hydraulische Modelle lösen die bereits im Abschnitt über Überschwemmungen beschriebenen Saint-Venant-Gleichungen ein- oder zweidimensional, um die Ausbreitung einer Überschwemmung im gesamten Flussnetz und über die angrenzenden Auen zu simulieren.

Erosionsmodelle berechnen mit deutlich detaillierteren Prozessgleichungen als der zuvor erwähnten Standardgleichung für Bodenverluste sowohl die Erosionsraten als auch die Sedimenttransportraten an jedem Punkt im Einzugsgebiet.

Hangmodelle koppeln schließlich die Richards-Gleichung eindimensional mit der bereits im Abschnitt über Erdrutsche beschriebenen Hangstabilitätsanalyse, um vorherzusagen, wo und zu welchem ​​Zeitpunkt eines Starkregens ein Erdrutsch am wahrscheinlichsten auftritt. Von der Integration von Feldmessungen, mit der dieses Dokument beginnt, bis hin zur Wahrscheinlichkeit von Erdrutschen, mit der es endet, einschließlich Wassereinzugsgebietsmodellen, deren Kalibrierung, hydraulischen Modellen und Erosionsmodellen, ermöglicht die hydrologische und geomorphologische Modellierung, alles, was die vorherigen Dokumente dieser Reihe separat gemessen haben – Abfluss, Bodenfeuchte, Sedimente, Erdrutsche – schließlich in einer einzigen mathematischen Darstellung zu kombinieren, die in der Lage ist, das gesamte System zu simulieren.

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