Ein SWMM-Baustein für die Berechnung der ... · Evapotranspiration (mm/h) Niederschlag (mm/h) 14 Modellkonzept –Vegetation Defizit: Modellierte Evapotranspirationshöhe ist insbesondere

Ein SWMM-Baustein

für die Berechnung der

Evapotranspiration

von urbaner Vegetation

Birgitta HörnschemeyerMalte Henrichs, Mathias Uhl

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Einführung

Birgitta Hörnschemeyer aqua urbanica Rigi Kaltbad 2019 09.09.2019

Ziele

Teilmodell Verdunstung von „urban green“

Einbindung in das stadthydrologische Modell SWMM (US EPA)

Parametrisierung und realitätsnahe Modellierung

verschiedener Vegetationselemente

Sicherstellung einer einfachen Anwendung

AusgangssituationStadthydrologische

Modellierung der Verdunstung

ist im Siedlungsraum

stark vereinfacht.

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E = min(S, Ep)

S

stark vereinfachte Modellierung ohne Beachtung

physikalischer Zusammenhänge

Tendenz zu erhöhten Verdunstungsanteilen

Rossmann and Huber 2016


SWMM-Modul “Low Impact Development“ (LID):

Bestehende Modellierung

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Modellkonzept

Teilmodell 1

Beschattung

+

Teilmodell 2

Vegetation

SWMM

„Subcatchment“

SWMM

„LID“

“SWMM-UrbanEVA“


5

Modellkonzept

Teilmodell 1

Beschattung

+

Teilmodell 2

Vegetation

SWMM

„Subcatchment“

SWMM

„LID“

“SWMM-UrbanEVA“


6

Modellkonzept – Beschattung

subcatchment

Grasreferenzverdunstung ET0,ref

KS

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

12 02 04 06 08 10 12Monat

Beschattungsfaktor Ks (-)

ET0,Ks = ET0,ref x Ks

ET0,Ks

ET0,ref

∆Strahlung

GIS shadow-impact-analysis

Beschattungsfaktor KSKs = f(∆Strahlung)


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Modellvalidierung

∆ ET0,mess / ET0,Ks = 3 mm (0,6%)

Berechnung von ET0,Ks für zwei Standorte in Münster

Referenzstation: “Geo“

Untersuchte Stationen: “Lincoln-Kaserne“

“Betriebshof“

Vergleich mit ET0,mess (ermittelt aus gemessenen Klimadaten)

∆ ET0,mess / ET0,Ks = 8mm (1,6%)

∑ET0,mess = 509 mm

∑ET0,Ks = 512 mm

∑ET0,mess = 539 mm

∑ET0,Ks = 531 mm


Standort Standort

mess mess

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Modellkonzept

Teilmodell 1

Beschattung

+

Teilmodell 2

Vegetation

SWMM

„Subcatchment“

SWMM

„LID“

“SWMM-UrbanEVA“


9

Modellkonzept – Vegetation

Oberflächen Layer

Boden Layer

Speicher Layer

P

Vegetations

Layer

EI ET EsEW

Überlauf

Drossel

Infiltration

Perkolation

Infiltration

Zufluss

ES,pET,p

EW,p

EI,p

vf

ET0,Ks

ESTI,p


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Wachstumsfaktor

(gf)

SCF

EI,pET,p ES,p

ESTI,p

Soil Covered Fraction

(SCF)

dynamische Modellierung

der vegetativen

Wachstumsphasen

energetische

Entkopplung der

Teilprozesse

Leaf Area Index

(LAI)

Modellierung

verschiedener

Vegetationstypen


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Interzeption Interzeptions-

verdunstungEvaporationTranspiration

EIET EIET

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

ES

,a/

ES

,p(-

)

Relative Bodenfeuchte(%)

ES,a / ES,p(-)

Ansatz nach

Braden (1985)

wasserbenetzte

Blattoberfläche

relative

Bodenfeuchte

wasserbenetzte

Blattoberfläche

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 2 4 6 8 101214161820Inte

rze

pti

on

(m

m/h

)

Niederschlag (mm/h)

Interzeption


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potentielle

Evapotranspiration(mm/h)

Transpiration(mm/h)

Interzeptions-

verdunstung(mm/h)

Niederschlag(mm/h)



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Bodenfeuchte(-)

(Boden-)

Evaporation(mm/h)

rel.

BF

WP


potentielle

Evapotranspiration(mm/h)

Niederschlag(mm/h)

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Defizit:

Modellierte Evapotranspirationshöhe ist

insbesondere für große LAI zu gering.

Definition eines Vegetationsfaktors vf


E

ETSTI,p = ET0,Ks x vf

Mögliche

Klassifizierung vf

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Modellvalidierung extensives Gründach in Münster

– 80 m² mit 6 cm Substrathöhe

– Messung von Klimadaten und Abfluss

∑ N 857 mm

∑ Qmess 537 mm

∑ QUrbanEVA 515 mm

∆- 22 mm (-4%)

∑ QSWMM 446 mm

∆- 91 mm (-17%)Niederschlag

Mar 17 May 17 Jul 17 Sep 17 Nov 17 Jan 18

Abfluss gemessen Abfluss UrbanEVA Abfluss SWMM


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Zusammenfassung und Ausblick

international

akzeptierte

Parameter

LAI

ET0

freie Skalierbarkeit

(Mikro- und Mesoskale)

Einsatz als Planungstool

Modellierung des Systems

Boden-Pflanze-Atmosphäre

standortspezifisch

kontinuierliche Simulation

Ausblick

weitergehende Validierung

Parametrisierung für den urbanen Raum

Entwicklung weiterer Teilmodelle


Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

Birgitta HörnschemeyerCorrensstraße 25 fon +49 (0)251.83 65590 [email protected]

D-48149 Münster fax +49 (0)251.83 65915 www.fh-muenster.de

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