Arbeitspaket D4: Urbanes Bodenwasser

Kontaktinformation

Projektleiter: ​Prof. Dr. Heiko Sieker

Mitarbeiter: ​Dipl.-Ing., Msc Halim Maamari , ​Dipl.-Ing. Matthias Pallasch

Institution: Ingenieurgesellschaft Prof. Dr. Sieker (​http://www.sieker.de)

Zielsetzung des Teilprojekts WP-D4

Die Energiebilanz von urbanen Räumen wird maßgeblich durch Verdunstungsprozesse beeinflusst. Solche Prozesse laufen vor allem innerhalb von Vegetationsflächen ab, da hier neben einer erhöhten Evaporation auch die Transpiration, also die aktive Abgabe von Wasser durch die Pflanze, abläuft. Evapotranspiration, der vorab genannten Prozesse, hängt wesentlich vom Wassergehalt des Bodens ab. Ist der Boden zu trocken, kann die Vegetation weniger verdunsten. Die große Bedeutung der Bodenfeuchte macht es notwendig, dass sie in einem Klimamodell Berücksichtigung findet. Das Zusammenspiel von Boden-, Klima-, und Vegetationseigenschaften wird in einem Bodenwassermodell simuliert und die Ergebnisse an das Klimamodell PALM-4U übergeben. Hierfür müssen einerseits entsprechende Modellschnittstellen kreiert werden, anderseits muss für die Simulation der Bodenfeuchte ein großräumiges, hochaufgelöstes Wasserhaushaltsmodell aufgesetzt werden.

Abb. 1: Prozesse des Bodenwasserhaushalts in STORM

Arbeitsprogramm

WP-D 4.0: Simulation eines kleinräumigen Testquartiers

Für ein kleines Testgebiet wird ein Wasserhaushaltsmodell aufgesetzt, die Bodenfeuchte simuliert und die Übergabe an das Modell PALM-4U getestet.

WP-D4.1: Aufbau der STORM-PALM-4U Schnittstelle

Für die Übergabe der in STORM berechneten Bodenfeuchten wird eine Schnittstelle zum Modell PALM-4U entwickelt. Diese Schnittstelle wird genutzt um für eine Democity die Bodenfeuchte großräumig und hochaufgelöst zu übergeben.

WP-D4.2: Aufbau des großräumigen Wasserhaushaltsmodell

Die Simulation der Bodenfeuchte basiert auf eine Wasserhaushaltsmodell. Der Aufbau des Modells basiert auf zahlreichen Eingangsdaten, die für die Abbildung der Landnutzung, der Böden und des Reliefs notwendig sind. Der Aufbau des Wasserhaushaltsmodell erfolgt innerhalb eines geografischen Informationssystems (GIS).

WP-D4.3: Simulation Bodenfeuchte

Das in D4.2 aufgebaute Wasserhaushaltsmodell wird genutzt, um für unversiegelte Flächen die Bodenfeuchte zu simulieren. Da die Veränderung der Bodenfeuchte ein dynamischer und über große Zeitspannen laufender Prozess ist, wird eine Langzeitsimulation unter Nutzung von Klimazeitreihen durchgeführt.

Die Arbeitspakete D4.1 bis D4.3 sind die zentralen Arbeitspakete zur Optimierung des Modells PALM-4U. Die Pakete D4.4 und D4.5 sind für die zweite Phase des Projekts vorgesehen und sollen einerseits praxisnahe Anwendungen erzeugen und andererseits Potentiale zur Verbesserung des Bodenwassermodells erfassen.

WP-D4.4: Berechnung von urbanen Fließwegen

Die Veränderung des Stadtklimas kann sich unter anderem in der Häufigkeit und Intensität von Starkniederschlägen äußern. Die Ergebnisse aus PALM-4U sollen genutzt werden, um oberflächliche Fließwege zu berechnen

WP-D4.5: Optimierung des Bodenwassermoduls

Der Bodenwasserhaushalt in urbanen Gebieten ist häufig unbeeinflusst vom Grundwasser. Besonders im Nordostdeutschen Tiefland ist der Grundwasserflurabstand jedoch so gering, dass es zu einer Beeinflussung der Bodenfeuchte durch das Grundwasser kommen kann. So z.B., wenn Bäume ihren Wasserbedarf nicht aus dem Oberboden, sondern aus dem Grundwasser befriedigen. Es sollen Potentiale ermittelt werden, diese Randbedingungen in das Bodenwassermodell zu berücksichtigen.