Zur Anwendung hydrologischer Modelle auf den Grundwasserabfluß aus Festgesteinen

ZusammenfassungZur Untersuchung der Beziehung zwischen Niederschlag und Grundwasserabfluß stehen rein statistische Modelle auf der Basis von Regressionsrechnungen sowie konzeptionelle Modelle mit physikalisch begründeter übertragungsfunktion zur Verfügung. Verschiedene Varianten wurden an Schüttungsmeßreihen von Quellen aus mesozoischen Festgesteinen SW-Deutschlands getestet. Reine Regressionsmodelle erfordern wegen der Untergrundspeicherung und des Jahresgangs der Grundwasserneubildung lange Meßreihen und sind mit erheblicher statistischer Unsicherheit behaftet. Eine Verbesserung bringt die Regression der Abflußänderungen, am besten modifiziert auf der Basis exponentiellen Auslaufverhaltens. Konzeptionelle Modelle sind leichter zu handhaben und anpassungsfähiger. Sie bestehen aus 2 Schritten: der Niederschlagsabminderung zur Simulation von Verdunstung und Oberflächenabfluß und der Abflußverteilung zur Speicherungssimulation. Bei den untersuchten Quellen führten proportionale Niederschlagsabminderung und Kaskaden mit 1 bis 3 gleichen linearen Speichern zu den besten Ergebnissen, die Hauptfehlerquelle lag bei der Niederschlagsabminderung. Insgesamt bringt ein einfaches Niederschlag-Abflußmodell detailliertere und zuverlässigere Ergebnisse als die alleinige Untersuchung der Abflußganglinie.AbstractThe relation between rainfall and groundwater runoff may be investigated by regression analysis or by conceptual models with a predetermined function of transmission. Various types of models were tested with runoff series of springs from Mesozoic hardrocks of SW-Germany. Purely stochastic models require long observation series due to the long-term storage and the seasonal variation in groundwater recharge. Even then the statistical error may be large. It may be reduced by the regression of runoff differences, modified on the base of an exponential recession curve. Conceptual models are more simple to handle and show a better adaption to special problems. Two steps must be separated: the reduction of rainfall to simulate evapotranspiration and surface runoff, and the distribution of runoff as a simulation of underground storage. Regarding the investigated springs a proportional reduction of rainfall and cascades with one to three equal linear reservoirs had the best results. The main source of error was the reduction of rainfall. Overall a simple rainfall-runoff modell yields more detailed and reliable results than the investigation only of the runoff series.RésuméLa relation entre la précipitation et l'écoulement de l'eau souterraine peut Être examinée sur la base d'un modèle statistique de régression ou par des modèles conceptionnels. Différents types de modèles ont été appliqués à des séries de débit des sources en Allemagne sud-ouest, provenants des roches dures mésozoiques. Des modèles de régression ont besoin de longues séries de mésure à cause de la rétention souterraine et de la variation saisonnière de la régénération. L'erreur statistique est grand. Une amélioration consiste dans la régression des changements de débits, modifiés sur la base d'un tarissement exponentiel. Les modèles conceptionnels ont des applications plus variées et mieux adaptées au problème. Ils consistent en deux phases: La diminuation de la précipitation simulant l'évapotranspiration et l'écoulement superficiel, et la distribution de l'écoulement souterrain. Dans les sources examinées, la réduction proportionelle de la pluie et une cascade à 1 à 3 réservoirs ont donné les meilleurs résultats. La source principale d'erreur résulte de la réduction de la pluie. Un simple modèle pluie-débit donne des résultats plus détaillés et plus sûrs que l'examen des débits seuls.кРАткОЕ сОДЕРжАНИЕДль ИсллЕДОВАНИь сВь жИ МЕжДУ ВыпАВшИМИ Ос АДкАМИ И стОкОМ гРУНтОВых ВОД ИМЕУтсь ЧИстО стАтИстИЧЕскИ Е МОДЕлИ, пОстРОЕННыЕ НА ОсНОВЕ РЕгРЕссИОННОгО ИсЧИ слЕНИь И кОНцЕпцИОНН ыЕ МОДЕлИ с ФИжИЧЕскИ ОБ ОсНОВАННОИ пЕРЕхЕДН ОИ ФУНкцИЕИ. пРОВЕРЕНы РАжлИЧНыЕ ВАРИАНты ДЕБИтА ИстО ЧлИкОВ Иж МЕжОжОИскИ х пОРОД УгО-жАпАДА гЕРМАНИИ. Ч ИстО РЕгРЕссИОННыЕ МОДЕлИ тРЕБУУт ДлИтЕ льНых сИстЕМАтИЧЕск Их ИжМЕРЕНИИ Иж-жА НАкОплЕНИь В пОЧ ВЕ ВОД И гОДИЧНых кОлЕБА НИИ пРИ ОБРАжОВАНИИ г РУНтОВых ВОД, И сВьжАНы сО жНАЧИ тЕльНыМИ стАтИстИЧЕскИМИ НЕт ОЧНОстьМИ. УлУЧшЕНИЕ М жДЕсь ьВльЕтсь РЕгРЕссИь И жМЕНЕНИь стОкА, МОДИФИцИРОВАННАь НА ОсНОВАНИИ ЁкспОтЕНц ИАльНОгО пОВЕДЕНИь ЕгО. кОНцЕп цИОННыЕ МОДЕлИ УДОБНЕЕ И Их МОжНО лЕг ЧА пРИспОсОБИть В жАД АЧЕ. ОНИ сОстОьт Иж ДВУх ЧАстЕ И: пОНИжЕНИЕ ОсАДкОВ Дль сИМУльцИ И ИспАРЕНИь И пОВЕРхН ОстНОгО стОкА И ЕгО РАспРЕДЕл ЕНИь Дль сИМУльцИИ НАкОплЕНИ ь. В ИсслЕДОВАННых Ист ОЧНИкАх пРОпОРцИОНАльНОЕ сН ИжЕНИЕ ОсАДкОВ И кАскАД с 1 ДО 3 ОДИНАкО Вых лИНЕИНых ВОДОНАк ОпИтЕлЕИ пРИВОДИт к лУЧшИМ РЕж УльтАтАМ; В ОсНОВНОМ ОшИБкА сВь жАНА с пОНИжЕНИЕМ Вып АДЕНИь пОВЕРхНОстНых ОсАДк ОВ. В ОБЩЕМ, с пОМОЩьУ пРОстОИ МОД ЕлИ ОсАДкОВ МОжНО пОл УЧИть БОлЕЕ тОЧНыЕ И ДОстОВЕРНыЕ ДАННыЕ, ЧЕМ пРИ ИсслЕДОВАНИИ кОлЕБАНИИ стОкА.

Field of study: Environmental science