Lehrstuhl für Hydrogeolgie
 
 

Systemkurzbeschreibung des Modells BOWAHALD

zur Simulation des Wasserhaushaltes von wasserungesättigten Deponien/Halden und deren Sicherungssystemen
 
 

Programmautor:

Dr. Volkmar Dunger
Dipl.-Hydrologe
 

Privatanschrift:

Neue Hauptstraße 152 a
D-09618 Brand-Erbisdorf, ST Langenau
Tel.: 03 73 22 / 4 19 07
 

Dienstanschrift:

TU Bergakademie Freiberg
Institut für Geologie
Lehrstuhl für Hydrogeologie
Gustav-Zeuner-Straße 12
D-09596 Freiberg
Tel.: 0 37 31 / 39 32 27
Fax: 0 37 31 / 39 27 20
e-mail: dungerv@geo.tu-freiberg.de
 
 

Ziel der Modellierung:

Modellierung der wesentlichen innerhalb von wasserungesättigten Bergehalden bzw. Deponien ablaufenden hydrologischen Prozesse (einschließlich Oberflächen- und ggf. auch Basissicherungssystemen) unter Berücksichtigung der Spezifik von Halden- bzw. Deponieflächen (z.T. beachtliche Hangneigungen, Windexponiertheit, hohe Variabilität der pedologischen Eigenschaften der Sicherungsmaterialien, Möglichkeit der Einbeziehung thermischer Prozesse u.a.m.), ausführliche Modellbeschreibung s. DUNGER (2002 a)
 

Modelltyp:quasi zweidimensionales konzeptionelles Boxmodell
 

Hauptanwendungsgebiete:


Hydrologische Prozesse, die modelliert werden:


Vergleich mit den HELP-Modell (SCHROEDER et al., 1994):

Stärken beider Modelle:

Stärken von HELP gegenüber BOWAHALD: Stärken von BOWAHALD gegenüber HELP: Grenzen beider Modelle:


Überblick über die Modellstruktur:
 
Niederschlag (Korrektur, Synthese)
WMO (1971, 1994), RICHTER (1995) Niederschlagskorrektur:
gebietsvariabel, saisonal variabel Niederschlagssynthetisierung
Interzeption
ECKSTEIN u.a. (1963), DYCK u.a. (1980), MERIAM (1960), JUNGHANS (1975)
HOYNINGEN-HUENE (1983)
Bewuchsart, Niederschlag Vegetationsbedeckungsgrad Bestandsalter, Jahreszeit
Schneeakkumulation und Schneeschmelze
"Tagesgradverfahren", DYCK u.a. (1980), 
WMO (1994)
Temperatur
Bewuchsart
Muldenspeicherung
MANIAK (1982, 1992) Eigenschaften der Oberfläche Niederschlag, Bewuchs, Hangneigung
Oberflächenabfluss / Infiltration
US SCS (1972, 1985, 1986), HAAN (1982), SCHROEDER et al. (1994), WOOLHISER (1990) Eigenschaften der Oberfläche Bewuchsart, Bodenfeuchte Hangneigung und -länge
Evapotranspiration
TURC (1961), IVANOV (1954), PENMAN (1948), HAUDE (1995), GOLF (1981), GURTZ (1982), WENDLING u.a. (1991), DVWK (1996), KOITZSCH u.a. (1980) Meteorologische Daten
pedologische Eigenschaften der Halde Deponie bzw. Abdeckung
Bewuchsart und -bedeckung Wurzeltiefe und -verteilung
Hypodermischer Abfluss
DARCY-Gesetz (DARCY, 1856) Schichtenfolge, Schichtgefälle
Hydraulische Leitfähigkeit (kf-Wert)
Hanglänge, Bodenfeuchte
Sickerwasserbildung / Versickerung
DARCY-Gesetz (DARCY, 1856) Hydraulische Leitfähigkeit (kf-Wert)

 
Modellein- und -ausgabewerte:
 
Eingabedaten und -parameter:

Meteorologische Daten:
  • (als Tages-, Monats- oder langjährige Monatsmittelwerte):
  • Lufttemperatur
  • Luftfeuchtigkeit
  • Globalstrahlung *) oder Sonnenscheindauer *)
  • Windgeschwindigkeit *)
  • Niederschlagsmenge
  • Niederschlagsverteilung **) 

Geographische und morphologische Parameter:
  • geographische Breite
  • mittlere Höhe ü. NN
  • dominante Exposition
  • Hangneigung
  • mittlere Hanglänge (mittlere Länge bis zur hydraulischen Entlastung)

Pedologische Parameter:
  • gesättigte hydraulische Leitfähigkeit (kf-Wert)
  • Sättigungswassergehalt **)
  • Bereich der Feldkapazität **)
  • permananter Welkepunkt **)
  • kapillare Steighöhe **)
  • Schichtenabfolge (vertikaler Aufbau)
  • Veränderung der Oberflächentemperatur infolge thermischer Prozesse *) 

Nutzungsparameter:
  • landwirtschaftliche Nutzung: Getreide, Hackfrüchte, Mais
  • Wald: Nadel-, Laub- Mischwald
  • Sträucher
  • Grünland: Wiese, Weide
  • unbewachsene Flächen
  • Ortschaft: Wohn-, Industrie- bzw. Gewerbegebiet
  • Gewässer
Bewuchsparameter:
  • Vegetationsbedeckungsgrad **)
  • Bewuchsüppigkeit (gering, normal, üppig) **)
  • maximale Durchwurzelungstiefe **)
  • Bereich der maximalen Wurzeldichte **)
  • Tiefe der Evaporationswirkung **)
  • Bestandsaufbau: ein- bzw. mehrstöckig (bei Wald und Sträuchern) **)
  • Waldschadensstufe (bei Waldnutzung) **)
  • Versieglungsgrad (bei Ortschaft) 
Simulationsergebnisse:
     
  • potenzielle und reale Evapotranspiration (incl. Interzeption)
  • Oberflächenvernässung und Oberflächenabfluss
  • Infiltrationsmengen
  • Schneeakkumulations- und ablationsmengen
  • Muldenspeichermengen
  • hypodermischer Abfluss
  • Sickerwassermengen von Schicht zu Schicht
  • Sickerwasseraufstau
  • Restdurchsickerung an der Modellbasis, ggf. Grundwasserneubildung
  • Bodenfeuchteverteilung innerhalb von Abdeckschichten, in der Deponie/Halde bzw. im Untergrund

*)    Eingabe nicht zwingend notwendig
**)   Es werden Default-Werte angeboten.
 

Veränderungen gegenüber der Vorgängerversion (04/1997):


 Kurzbeschreibung der Teilmodelle:

Niederschlagskorrektur und -synthese:


Interzeption:


Schneeschmelze:


Oberflächenabfluss:


Versickerung und hypodermischer Abfluss:


Verdunstungsprozess:

Modellfehler: Auswahl erfolgter Modellkalibrierungen: Zeitliche und räumliche Modelldiskretisierung:

zeitliche Diskretisierung:

räumlich horizontale Diskretisierung: räumlich vertikale Diskretisierung:


Schlussbemerkungen:

Abschließend sei vermerkt, dass das Modell BOWAHALD nach Empfehlungen des Sächsischen Landesamtes für Umwelt und Geologie (LFUG, 1999) sowie des Sächsischen Staatsministeriums für Umwelt und Landwirtschaft (SMUL, 1999) bezüglich der Anwendung in Sachsen als Alternative zum HELP-Modell anerkannt ist.

Liste der BOWAHALD-Nutzer sowie Referenzliste des Programmautors zu BOWAHALD-Anwendungen auf Anfrage: dungerv@geo.tu-freiberg.de
 

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Literatur

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Dunger, V. (2001):
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Dunger, V. (2002 a):
Dokumentation des Modells BOWAHALD zur Simulation des Wasserhaushaltes von wasserungesättigten Deponien/Halden und deren Sicherungssystemen.

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Dokumentation des BOWAHALD-Erweiterungsmoduls DRAINAGE zur Prüfung bzw. Bemessung von Drainageelementen hinsichtlich ihrer Entwässerungskapazität im Starkregenfall

Dunger, V. (2002 c):
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KINEROS, a kinematic runoff and erosion model: Documentation and user manual. ARS-77. U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service
 

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