Regionalisierung von Bodeneigenschaften unter Berücksichtigung geomorphometrischer Strukturen für die Modellierung der Wasserflüsse eines mikroskaligen Einzugsgebiets

Abstract

In dieser Studie wird der Einfluß der räumlichen Variabilität bodenphysikalischer Parameter auf die Wasserflüsse eines mikroskaligen Einzugsgebiets untersucht. Die Mualem/VanGenuchten Parameter wurden mittels Pedotransferfunktionen aus einem Punktdatensatz von Bodeneigenschaften abgeleitet. Die Regionalisierung erfolgte über verschiedene geosatistische Ansätze wie z.B. dem Regression Kriging, das die Berücksichtigung von Reliefinformation ermöglicht. <br /> Die Ergebnisse des Regression-Kriging dienen als Ausgangsverteilung für vergleichende hydrologische Modellierungen. Eine modifizierte Version des 3d finite Elemente-Modells SWMS_3d wird verwendet, um die Wasserflüsse zu simulieren. Mit Hilfe der vergleichenden Modellierungen werden die Auswirkungen der räumlichen Eigenschaften der bodenphysikalischen Parameter quantifiziert. Fünf räumliche Konzepte werden getestet: eine herkömmliche Bodenkarte, homogene mittlere Eigenschaften, eine räumlich zufällige Verteilung und eine unkonditionierte sowie eine konditionierte stochastische Simulation.<br /> Insbesondere der Einfluß der räumlichen Verteilung auf die schnellen Abflußkomponenten wird untersucht. Die Ergebnisse zeigen, daß die Häufigkeitsverteilung maßgeblich die Summen der einzelnen schnellen Abflußkomponenten (Oberflächen- und Makroporenabfluß) beeinflußt, während die räumliche Struktur die Abflußkonzentration der schnellen Abflußkomponenten beeinflußt. Die Auswirkungen auf die modellierte Evapotranspiration sind als gering einzustufen.

The study investigates the impact of the spatial variability of soil hydraulic properties on hydrologic fluxes of a microscale catchment. The Mualem/VanGenuchten parameters are derived from a point data set of soil properties using a pedotransfer function. The Mualem/VanGenuchten parameters are estimated at unsampled locations using geostatistical approaches like e.g. regression kriging. These approaches use topographic information as covariables. <br /> The regression kriging results are taken as the reference distribution for a model study. A modified version of the 3d finite element model SWMS_3d is applied to simulate the water fluxes. With the model study the importance of the spatial organization of soil hydraulic properties is quantified. Five spatial concepts are tested: a choropleth map of soil units, a catchment average, a spatial random distribution a unconditional and a conditional stochastic simulation approach.<br /> The main aim is to investigate the influence of the spatial concept on the modeled runoff generation. The frequency distribution mainly affects the amounts of the fast runoff components (surface and macropore flow) while the organized spatial variability affects the modeled temporal concentration of the fast runoff components. The effect on the calculated actual evapotranspiration is rather small.<br />