Prozessdatenmanagement für hydrologische Modellierungssysteme

Hydrologische Modellierung Die grundlegende Betrachtungseinheit der Hydrologie stellt das Einzugsgebiet dar. Durch hydrologische Modelle sind die in diesen Einzugsgebieten stattfindenden raum-zeitlichen Prozesse abzubilden. Ziel der Einzugsgebietsmodellierung ist die Bereitstellung von Entscheidungsgrundlagen für die wasserwirtschaftliche Praxis. Dazu zählen beispielhaft u. a.:

• Ermittlung von Bemessungshochwassern für die Dimensionierung wasserbaulicher Anlagen
• Erstellung von Wasserhaushaltsbilanzen als Grundlage für ein nachhaltiges Ressourcenmanagement
• Bilanzierung der Auswirkungen land- und fortstwirtschaftlicher Maßnahmen auf den Wasserhaushalt und den Hochwasserabfluss
• Bewertung prognostizierter Klimaänderungen auf das regionale Wasserdargebot sowie das Abflussregime
• Bewertung der Folgen von Grundwasserentnahmen
• Abschätzung der Erosion landwirtschaftlicher Nutzflächen durch Landoberflächenabfluss
• Quantifizierung des diffusen Stoffaustrages aus terrestrischen in aquatische Ökosysteme über die Wasserflüsse

Zur Modellierung hydrologischer Prozesse werden Daten benötigt, welche sich grundsätzlich in zwei Gruppen einteilen lassen:

• raumbezogene Daten wie beispielsweise:
  
  • Landnutzung
  • Bodeneigenschaften
  • Hangneigung, Exposition
  • Struktur des Gewässernetzes
  • Entnahme und Einleitstellen
  • Schutzgebiete u.s.w.
  
  
• zeitbezogene Daten (sogenannte Prozessdaten). Diese Prozessdaten werden in den Geo-wissenschaften und damit auch der Hydrologie als Zeitreihen bezeichnet. Zeitreihen ergeben sich aus der wiederholten Messung von Umweltparametern. Solche Zeitreihen sind unverzichtbare Grundlage der Hydrologie und Wasserwirtschaft. Hydrologisch relevanter Größen, die deshalb auch als Eingangs- bzw. Ausgangsgrößen in Modellen benötigt oder von diesen erzeugt werden, sind z. B.:
  
  • Niederschlag
  • Lufttemperatur
  • Luftfeuchte
  • Sonnenscheindauer
  • Globalstrahlung
  • B odenwassergehalt
  • Grundwasserstand
  • Wasserstand
  • Abfluss u.s.w.
  
  

Resultat hydrologischer Flussgebietsmodelle sind wiederum Zeitreihen. Diese modellierten Zeitreihen besitzen ebenfalls einen Raumbezug. Entweder gelten sie integrativ für das gesamte (Teil-) Gebiet (z. B. Abflussreihe an einem Pegel) oder räumlich verteilt (z. B. elementarflächenbezogener Verlauf des Bodenwassergehaltes).
Zur Datenaufbereitung für die Erstellung eines hydrologischen Modells dient das sogenannte Pre-processing. Hinsichtlich Verwaltung, Analyse und Aufbereitung raumbezogener Daten stehen mittlerweile leistungsfähige Geographische Informationssysteme (GIS) zur Verfügung mit denen sich die Schritte des Preprocessings dieser raumbezogenen Daten zur Erzeugung der räumlichen Modellstruktur und der Modellparametrisierung abarbeiten lassen. Auch Import, Verwaltung und Vi-sualisierung der raumbezogenen Modellierungsergebnisse sind im GIS sehr gut möglich.
Ein wesentliches Problem der hydrologischen Modellierung besteht jedoch darin, dass in Geographischen Informationssystemen die Verwaltung und Darstellung von Zeitreihen und damit die Abbildung zeitlicher Prozesse nicht möglich ist. Aus dieser systembedingten Einsatzgrenze Geographischer Informationssysteme ergibt sich der Ansatz zur Entwicklung eines Prozessdatenmanagements für hydrologische Modelllierungssysteme. In Anlehnung an GIS wird dieses hydrologische Prozessdatenmanagementsystem als Zeitreiheninformationssystem (ZIS) bezeichnet.