Talk:SCS-Method: Difference between revisions

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==SCS in BlueM==
==SCS in BlueM==
===einmalig berechnete Parameter===
Eine Excel-Datei zur Berechnung des SCS-Verfahrens, wie es unter [[SCS-Verfahren]] beschrieben ist, findet sich unter {{file|xls|SCSVerfahren.xls|SCSVerfahren}}.
'''Eingangsgröße:''' <code>CN<sub>II</sub></code>


<div class="comment">
==SCS in TALSIM==
Die Umrechnung von <code>CN<sub>II</sub></code> in <code>CN<sub>I</sub></code> bedeutet, dass davon ausgegangen wird, dass das Gebiet zu Beginn der Simulation trocken ist?!
<div class="comment">In BlueM ist nur der variable Verlustansatz implementiert. Auch einen Endabflussbeiwert gibt es nicht.<br/>- [[Benutzer:Froehlich|Froehlich]] 13:56, 19. Nov. 2008 (UTC)</div>
</div>
<blockquote>
'''Umrechnung''' von <code>CN<sub>II</sub></code> in <code>CN<sub>I</sub></code>:
Bei der Abhängigkeit der Abflussbereitschaft zum kumulierten Niederschlag bietet TALSIM 2.2 zwei Möglichkeiten:
:<math>CN_I = \frac{CN_{II}}{(2.3340 - 0.01334 \cdot CN_{II})}</math>


'''Maximaler Gebietsrückhalt''' (Speichervermögen) <code>S<sub>max</sub></code> [mm]:
# Variabler Verlustansatz (default):<br/>Die Anpassung eines Verlustwertes für die Funktion des Abflussbeiwertes zum kumulierten Niederschlag erfolgt für jeden Zeitschritt neu.<br/>(liefert insgesamt höhere Abflussbeiwerte, so dass auf die Berücksichtigung eines Vorregens verzichtet werden kann)
:<math>S_{max} = \frac{25400}{CN_I} - 254</math>
# Konstanter Verlustansatz:<br/>Die Anpassung des Verlustwertes erfolgt nur zu Ereignisbeginn einmalig.<br/>(der Ansatz eines Vorregens ist in diesem Fall zweckmäßig)


'''Anfangsverlust''' <code>I<sub>a</sub></code> [mm]:
Welcher Ansatz bessere Ergebnisse liefert geht nur aus einem Vergleich mit gemessenen Ganglinien hervor. Grundsätzlich ergeben sich mit dem variablen Verlustansatz höhere Abflussspitzen und Füllen bei gleichen Bedingungen.
:<math>I_a = a \cdot S_{max}</math>
:mit
:<code>a</code> = Konstante, ursprünglich mit <code>0,2</code> angenommen ({{:Literatur:USDA_1964}}), in BlueM für europäische Verhältnisse angepasst an <code>0,05</code> ({{:Literatur:DVWK_1991}})


'''Krümmungsparameter''' <code>CVW</code>:
Eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung der Abflussbildung besteht in der Option, einen Endabflussbeiwert festzulegen. Damit beschränkt man unabhängig vom gewählten Verlustansatz den maximalen Abflussbeiwert. Standardmäßig setzt TALSIM den Endabflussbeiwert auf 1.
<div class="comment">
Laut {{:Literatur:Sartor_1999|Sartor}}, der die selbe Gleichung verwendet, stammt dieser Ansatz aus der Dokumentation von SMUSI 3.0
</div>
:<math>CVW = \frac{-100.}{\ln(\frac{0.5}{I_a})}</math>
:''entspricht <code>b<sub>1</sub></code> in Gl. 4.5b in {{:Literatur:Zaiß_1989}}''
:laut Zaiß:
<blockquote>
Eine Abhängigkeit des "Krümmungsparameters" b<sub>1</sub> von Gebietskenngrößen konnte im Rahmen dieser Arbeit nicht gefunden werden. Sie läßt sich nach den hier aufgeführten Zusammenhängen lediglich über Regressionsanalysen mehrerer N-A-Ereignisse für das jeweils betreffende Einzugsgebiet ermitteln.
</blockquote>
</blockquote>
:''&ndash; {{:Literatur:TALSIM_2.2}}''


===kontinuierlich berechnete Parameter===
==Weiterentwicklung (Bug 23)==
====Vorgeschichte====
Die Quantifizierung der Vorgeschichte erfolgt über den 21-Tage-Vorregenindex <code>V<sub>N</sub></code>:
 
:<math>V_N = \sum_{j=0}^{21} C(j)^j \cdot h_{N,j}</math>
:''Gl. 2.1 in {{:Literatur:Zaiß_1989}}''
 
:mit
:<code>h<sub>N,j</sub></code> = Niederschlagshöhe des j-ten Vortags (<code>j = 0</code> ist aktueller Tag)
:<code>C(j)</code> = Faktor, der den Einfluss des j-ten Vortags beschreibt
 
:Der Einfluss der Jahreszeit wird durch einen Jahresgang des Faktors C wiedergegeben.
 
:<math>C = 0.85 \cdot \sin\left(\frac{2 \pi}{365}\right) (i + 0.75 ) + 0.85</math>
:''Quelle? bei Zaiß finden sich nur so ähnliche Formeln (2.2 & 2.3)''
:''in Theorie steht anstatt 0.85 vorne 0.05!''
 
:mit
:<code>i</code> = lfd. Tag des Abflussjahres
 
====Anfangsverlust====
:<math>h_{va} = I_a \cdot e^{-\frac{V_N}{CVW}}</math>
:''Gl. 4.5b in {{:Literatur:Zaiß_1989}}''
 
====Abflussbeiwert====
:<math>\psi = 1 - \left(\frac{h_{va}}{A_v \cdot h_{NE} + (1 - A_v) \cdot h_{va}}\right)^2</math>
:''Gl. 4.4 in {{:Literatur:Zaiß_1989}}''
 
:mit
: <code>A<sub>v</sub></code> = Verlustverhältnis = <code>0,05</code>
: <code>h<sub>NE</sub></code> = ereignisbezogene Summe des Niederschlags [mm]
 
===Weiterentwicklung (Bug 23)===
;Motiv:
;Motiv:
:Das SCS-Verfahren war ursprünglich für einzelne Regenereignisse konzipiert. Sobald in einem Zeitschritt kein Niederschlag mehr fällt, wird das vorhergehende Ereignis als abgeschlossen betrachtet und <code>h<sub>NE</sub></code> wird wieder auf 0 zurückgesetzt. Das führt dazu, dass auch nach nur kurzen Niederschlagspausen der Abflussbeiwert wieder herabgesetzt wird.
:Das SCS-Verfahren war ursprünglich für einzelne Regenereignisse konzipiert. Sobald in einem Zeitschritt kein Niederschlag mehr fällt, wird das vorhergehende Ereignis als abgeschlossen betrachtet und <code>h<sub>NE</sub></code> wird wieder auf 0 zurückgesetzt. Das führt dazu, dass auch nach nur kurzen Niederschlagspausen der Abflussbeiwert wieder herabgesetzt wird.


====Ansatz 1: Zwischenverlust====
===Ansatz 1: Zwischenverlust===
[[Bild:SCS Zwischenverlust.png|thumb|Aufbau des Zwischenverlustes ZV in Regenpausen (t<sub>p</sub>){{:Literatur:Sartor_1999|}}]]
[[Bild:SCS Zwischenverlust.png|thumb|Aufbau des Zwischenverlustes ZV in Regenpausen (t<sub>p</sub>){{:Literatur:Sartor_1999|}}]]
''(implementiert in Rev 547)''<br/>
''(implementiert in Rev 547)''<br/>
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:<code>h<sub>NE</sub></code> wird erst dann zurückgesetzt, wenn der Zwischenverlust 90% des Anfangsverlusts erreicht hat (<code>ZV >= 0.9 h<sub>va</sub></code>)
:<code>h<sub>NE</sub></code> wird erst dann zurückgesetzt, wenn der Zwischenverlust 90% des Anfangsverlusts erreicht hat (<code>ZV >= 0.9 h<sub>va</sub></code>)


====Ansatz 2: Kontinuierlicher Verlauf der Regensumme====
===Ansatz 2: Kontinuierlicher Verlauf der Regensumme===
Der Anfangsverlust <code>h<sub>va</sub></code> bleibt unverändert, dafür wird die Regensumme <code>h<sub>NE</sub></code> bei Regenende nicht auf 0 zurückgesetzt, sondern allmählich reduziert.
Der Anfangsverlust <code>h<sub>va</sub></code> bleibt unverändert, dafür wird die Regensumme <code>h<sub>NE</sub></code> bei Regenende nicht auf 0 zurückgesetzt, sondern allmählich reduziert.


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(Dies birgt aber Probleme in der Implementierung, da der aktuelle Speicherinhalt abhängig von <code>h<sub>NE</sub></code> ist.)
(Dies birgt aber Probleme in der Implementierung, da der aktuelle Speicherinhalt abhängig von <code>h<sub>NE</sub></code> ist.)


Oder aber ganz einfach exponentiell mit einer Retentionskonstante (Rev 549):
Oder aber ganz einfach exponentiell (Rev 549):


:<math>h_{NE}(t) = h_{NE}(t-1) \cdot e^{-\frac{t}{K_R}}</math>
:<math>h_{NE}(t) = h_{NE}(t-1) \cdot e^{-\frac{t}{K_R}}</math>
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:<code>K<sub>R</sub></code> = Konstante für die Abnahme der Regensumme [h]
:<code>K<sub>R</sub></code> = Konstante für die Abnahme der Regensumme [h]


Ein guter Anhaltspunkt für <code>K<sub>R</sub></code> scheint der Wert von <code>K<sub>2</sub></code> sein (siehe http://130.83.196.154/bugzilla/attachment.cgi?id=47)
Ein guter Anhaltspunkt für <code>K<sub>R</sub></code> scheint der Wert von <code>K<sub>2</sub></code> sein (siehe http://bugs.bluemodel.org/attachment.cgi?id=47)


==Literaturangaben==
==Literaturangaben==
<references/>
<references/>

Latest revision as of 01:40, 5 March 2013

SCS in BlueM

Eine Excel-Datei zur Berechnung des SCS-Verfahrens, wie es unter SCS-Verfahren beschrieben ist, findet sich unter SCSVerfahren information.png.

SCS in TALSIM

In BlueM ist nur der variable Verlustansatz implementiert. Auch einen Endabflussbeiwert gibt es nicht.
- Froehlich 13:56, 19. Nov. 2008 (UTC)

Bei der Abhängigkeit der Abflussbereitschaft zum kumulierten Niederschlag bietet TALSIM 2.2 zwei Möglichkeiten:

  1. Variabler Verlustansatz (default):
    Die Anpassung eines Verlustwertes für die Funktion des Abflussbeiwertes zum kumulierten Niederschlag erfolgt für jeden Zeitschritt neu.
    (liefert insgesamt höhere Abflussbeiwerte, so dass auf die Berücksichtigung eines Vorregens verzichtet werden kann)
  2. Konstanter Verlustansatz:
    Die Anpassung des Verlustwertes erfolgt nur zu Ereignisbeginn einmalig.
    (der Ansatz eines Vorregens ist in diesem Fall zweckmäßig)

Welcher Ansatz bessere Ergebnisse liefert geht nur aus einem Vergleich mit gemessenen Ganglinien hervor. Grundsätzlich ergeben sich mit dem variablen Verlustansatz höhere Abflussspitzen und Füllen bei gleichen Bedingungen.

Eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung der Abflussbildung besteht in der Option, einen Endabflussbeiwert festzulegen. Damit beschränkt man unabhängig vom gewählten Verlustansatz den maximalen Abflussbeiwert. Standardmäßig setzt TALSIM den Endabflussbeiwert auf 1.

– SYDRO (2000)[1]

Weiterentwicklung (Bug 23)

Motiv
Das SCS-Verfahren war ursprünglich für einzelne Regenereignisse konzipiert. Sobald in einem Zeitschritt kein Niederschlag mehr fällt, wird das vorhergehende Ereignis als abgeschlossen betrachtet und hNE wird wieder auf 0 zurückgesetzt. Das führt dazu, dass auch nach nur kurzen Niederschlagspausen der Abflussbeiwert wieder herabgesetzt wird.

Ansatz 1: Zwischenverlust

Aufbau des Zwischenverlustes ZV in Regenpausen (tp)[2]

(implementiert in Rev 547)
Es wird ein Zwischenverlust nach Sartor[2] ZV eingeführt, der am Anfang der Regenpause 0 beträgt, und der sich mit zunehmender Dauer der Regenpause asymptotisch dem Wert des Anfangsverlusts hva annähert:

[math]\displaystyle{ ZV_i = h_{va} - (h_{va} - ZV_{i-1}) \cdot e^{-K_p \cdot dt} }[/math]
aus Sartor (1999)[2]
mit
Kp = Regenerationskonstante [1/h]
dt = Simulationszeitschritt [h]
i = laufendes Intervall über die Regenpause [-]
und
ZVi=0 = 0
laut Sartor (1999)[2]:

Die Größenordnung der zu kalibrierenden Regenerationskonstante Kp liegt nach bisherigen Erfahrungen zwischen 0,01 und 0,2 h.

Zusätzlich bietet es sich an, das Ende eines Regenereignisses (d.h. den Zeitpunkt an dem hNE wieder zurückgesetzt wird) mithilfe des Zwischenverlustes zu redefinieren:

hNE wird erst dann zurückgesetzt, wenn der Zwischenverlust 90% des Anfangsverlusts erreicht hat (ZV >= 0.9 hva)

Ansatz 2: Kontinuierlicher Verlauf der Regensumme

Der Anfangsverlust hva bleibt unverändert, dafür wird die Regensumme hNE bei Regenende nicht auf 0 zurückgesetzt, sondern allmählich reduziert.

Dies kann entweder proportional zur Abnahme des Inhalts der Kaskadenspeicher geschehen (Rev 548):

[math]\displaystyle{ h_{NE}(t) = h_{NE}(t-1) \cdot \left( 1. - \frac{S(t-1)}{S(t)} \right) }[/math]
mit
S = Inhalt der Speicherkaskaden für unbefestigte Flächen

(Dies birgt aber Probleme in der Implementierung, da der aktuelle Speicherinhalt abhängig von hNE ist.)

Oder aber ganz einfach exponentiell (Rev 549):

[math]\displaystyle{ h_{NE}(t) = h_{NE}(t-1) \cdot e^{-\frac{t}{K_R}} }[/math]
mit
KR = Konstante für die Abnahme der Regensumme [h]

Ein guter Anhaltspunkt für KR scheint der Wert von K2 sein (siehe http://bugs.bluemodel.org/attachment.cgi?id=47)

Literaturangaben

  1. ↑ SYDRO (2000): Dokumentation: TALSIM 2.2, Theoretische Grundlagen. http://www.sydro.de/down/talsim22/talsim_theorie.pdf
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 Sartor, J. (1999): Einsatz der Langzeit-Seriensimulation für kleine Einzugsgebiete, In: Berichte des Fachgebietes Wasserbau und Wasserwirtschaft der Universität Kaiserslautern, Heft 9 (PDF)
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