ArcEGMO unterstützt nun beim Einlesen meteorologischer und hydrologischer Eingangsdaten Datumsangaben im Format ISO 8601.
Terminangaben wie31.12.1991 12:30
können nun auch als1991-12-31T12:30
eingelesen werden.
Damit wird die Kompatibilität mit standardisierten Datenformaten und externen Anwendungen erhöht.
ArcEGMO ist ab sofort mit dem Modul ae_python über Cython direkt als Python-Modul für Python 3.13 lauffähig.
Nach Installation des Moduls in einer lokal ausgeführten Python-Umgebung stehen verschiedene Einstiegspunkte zur Interaktion mit ArcEGMO zur Verfügung.
Funktionale Möglichkeiten:
Einstiegspunkt nach der Modellinitialisierung zur
Nutzung externer Optimierer mit Modellparallelisierung bei einmaliger Modellinitialisierung
direkten Anpassung von Multiplikatoren über Python ohne erneute Initialisierung
Live-Darstellung von Mess- und Simulationsergebnissen während eines Simulationslaufs zur
Nachverfolgung und Visualisierung der Ergebnisse ohne Einlesen aus ASCII- oder Binärdateien
Normaler Simulationslauf z. B. zur Integration in QGIS-Plugins.
Diese Erweiterung ermöglicht eine flexiblere Ansteuerung, Automatisierung und Integration von ArcEGMO in Python-basierte Arbeitsumgebungen.
Das Modul Becken2GW für Gewässerpunkte basiert auf dem Modul „Grünes Becken“, erweitert den Ansatz jedoch um die Grundwasseranreicherung in Abhängigkeit von der aktuellen Speicherfüllung.
Für die Modellierung benötigt das Modul einer WQ-Beziehung ist für das Becken eine Speicherinhaltslinie, über die für die aktuelle Speicherfüllung der Wasserstand und die Wasseroberfläche ermittelt wird.
Aus dem im Becken eingestauten Volumen ergeben sich die aktuelle Wasseroberfläche und der Wasserstand. Aus dem aktuellen Wasserstand ergibt sich wiederum die Abgabe an das Fließgewässer am Beckenauslass. Zusätzlich wird für die Wasseroberfläche und die damit temporär eingestauten Fläche eine Abgabe ans Grundwasser ermittelt. Für die Ermittlung dieser Grundwasserspeisung wird der Kf-Wert des Fließgewässerabschnittes genutzt.
Das neue Modul „Kleinspeicher“ ermöglicht die Abbildung eines temporären Einstaus durch einen kleinen künstlichen Damm oder einen Biber. So wie ein Grünes Becken ist ein Kleinspeicher nicht ans Grundwasser angebunden. Im Unterschied zu Grünen Becken, die vor allem zur Simulation der Retention von Hochwasserabflüssen dienen, soll das Kleinspeicher-Modul die zusätzliche Grundwasseranreicherung durch einen temporären Überstau erfassen. Diese zusätzliche Grundwasserneubildung wird im Abflussbildungsmodul von ArcEGMO berechnet. Die von einer temporären Vernässung betroffenen Elementarflächen werden im GIS-Datenmodell einem Kleinspeicher zugeordnet.
Neben dem Modul Kleinspeicher steht zusätzlich das neue Modul „Becken2GW“ bereit. Es basiert auf einem Grünen Becken, bildet aber zusätzlich eine Grundwasseranreicherung in Abhängigkeit von der aktuellen Speicherfüllung ab.
ArcEGMO bietet nun eine fein steuerbare Parallelisierung einzelner Modellkomponenten. Nach jeweils aktuellem Entwicklungsstand des Programms wandern parallelisierte Modellsektionen von experimentellen Ebenen (5, 4 und 3) nach getesteten Ebenen (1 und 2). Über das neue Schlüsselwort LEVEL_PARALLELISIERUNG in der Datei arc_egmo.ste kann der Anwender festlegen, für welche Programmfunktionen die Parallelisierung aktiviert wird.
Verfügbare Ebenen:
0 – Deaktiviert
1 – Basis (z. B. Tools, Raumbezug)
2 – Meteorologie (Einlesen und Verarbeitung von Eingangsdaten)
3 – Erweitert (weitere Funktionsgruppen)
4 – Experimentell (begrenzte Tests)
5 – Ungetestet (Debugging und Entwicklung)
Damit lassen sich parallelisierte Programmteile gezielt aktivieren oder deaktivieren. Neue, getestete Funktionen werden schrittweise in die unteren Ebenen integriert.
ArcEGMO kann Simulationsergebnisse direkt in einer PostgreSQL-Datenbank ablegen, sofern ein entsprechender Server verfügbar ist.
Die Daten sind dadurch unmittelbar in GIS-Systemen, insbesondere QGIS, nutzbar.
Simulationsergebnisse und zugehörige Geometrien können in QGIS eingelesen, verschnitten und direkt kartographisch dargestellt werden.
Damit wird der Arbeitsablauf zwischen Modellierung und räumlicher Auswertung deutlich vereinfacht.
Mit dem neuen Gütekriterium HW_Perioden können Hochwasserereignisse hinsichtlich der Scheiteleintrittszeiten und Scheiteldurchflüsse bewertet werden.
Das Verfahren berechnet:
Die Differenzen der Scheiteleintrittszeiten und Scheiteldurchflüsse über zuvor definierte Hochwasserperioden.
Die Summen dieser Differenzen, getrennt nach Zeit (HW_Perioden_dT) und Durchfluss (HW_Perioden_dQ).
Beide Kennwerte stehen als eigenständige Gütekriterien zur Verfügung. Sie ergänzen die bestehende Liste an Bewertungsgrößen, darunter:
Nash-Sutcliffe-Effizienz (NSE)
Logarithmische NSE
Kombinierte NSE
Kling-Gupta-Effizienz (KGE) und skalierte KGE
Pearson-Korrelation r
Bilanzabweichung, relativer/absoluter Fehler
Fehler der HQ- und NQ-Kennwerte
Saisonale und perzentile Abweichungen
RMSE
Diese Erweiterung verbessert die modellgestützte Bewertung von Hochwasserscheiteln und deren zeitlicher Lage.
Das Auenmodul in ArcEGMO spielt eine zentrale Rolle bei der Modellierung hydrologischer Prozesse im Kontext der Gewässerbewirtschaftung. Insbesondere dient es der Abbildung der Auswirkungen veränderter Wasserstände infolge von Stauhaltungen an Wehren auf angrenzende Auenbereiche. Durch die Implementierung dieses Moduls wird die Interaktion zwischen Oberflächen- und Grundwasser in vereinfachter Form simuliert.
Hydrologische Wechselwirkungen durch Wehreingriffe
Die Steuerung eines Wehres beeinflusst maßgeblich den Wasseraustausch zwischen Fließgewässer und Grundwasser:
Modelltechnische Umsetzung in ArcEGMO
Zunächst werden entlang der Fließgewässer im ArcEGMO-Modell die Elementarflächen ausgewählt, die als Auen fungieren und mit einer speziellen Hydrotopklasse (ANn) versehen. Daraufhin erkennt ArcEGMO diese als Auenflächen und berechnet die Veränderung der Wasserstände in den Auenflächen auf Grundlage des Austauschs zwischen Gewässer und Aue. Der gegenseitige Einfluss der Wasserstände wird dabei über eine Einzellinearspeicherkonstante parametrisiert. Eine geringe Konstante impliziert eine stärkere Kopplung und eine höhere Dynamik zwischen Oberflächen- und Grundwasser eine höhere größere Konstante bewirkt einen trägeren Transfer. Über die Zeit konvergiert diese Konstante wieder zu ihrem ursprünglichen Wert, wodurch langfristig ein Gleichgewichtszustand zwischen den beiden hydrologischen Systemen Aue und Fließgewässer erreicht wird. Das Auenmodul ist integraler Bestandteil der Modellarchitektur und ermöglicht eine tagesaktuelle Simulation des Wassertransfers zwischen Gewässer und Aue. Dadurch trägt es zur verbesserten hydrologischen Prozessmodellierung bei und erlaubt eine detaillierte Analyse der Auswirkungen wasserwirtschaftlicher Maßnahmen auf das Grundwasser im Fließgewässernähe.
In ArcEGMO werden die Grundwasserprozesse über Einzellinearspeicheransätzen abgebildet. In der Regel werden in einem
Einzugsgebiet hinsichtlich der Abflussdynamik und der Anbindung ans Gewässernetz
unterschieden. Diese Flächen speisen über unterschiedlich dynamische Grundwasserzuflüsse die Gewässer in einem Einzugsgebiet. Eine Reinfiltration aus den Oberflächengewässer ins Grundwasser (Leakge) findet statt, wenn (1) in längeren Trockenperioden die Auenbereiche eines Gewässers ausreichend ausgeschöpft sind, (2) bei Gewässern ohne Grundwasseranbindung über die Gewässersohle eine Versickerung in tiefere Bodenschichten erfolgt, (3) gezielt über eine entsprechende Gewässerbewirtschaftung eine Versickerung angestrebt wird.
Für die Abbildung dieser Effekte im Modell berechnet das Modul die Grundwasserstände in dem einem Gewässerabschnitt zugeordneten Auenbereich. Die stattfindene Leakage wird dabei zusätzlich auf die Wassertiefe im Gewässer bezogen und in Abhängigkeit vom Grundwasserstand im Auenbereich, d.h. auf AN, ermittelt.
Für die Modellierung der Wechselwirkungen zwischen Fließgewässern und Auen wurde der Leakage-Ansatz erweitert.
Er berücksichtigt nun gezielte Reinfiltrationsmaßnahmen zur temporären Speicherung von Wasser im Grundwasserspeicher der Auen.
Die Berechnung erfolgt über die Grundwasserstände GWH(Aue) innerhalb eines Gewässerabschnitts:
Liegt der Grundwasserstand unterhalb der Gewässersohle, wird der bisherige Leakage-Ansatz genutzt.
Liegt der Grundwasserstand oberhalb, erfolgt eine Modifikation des Leakage in Abhängigkeit der aktuellen Füllung des Gewässerabschnitts.
Damit lassen sich auch aktive Bewirtschaftungsmaßnahmen zur Grundwasseranreicherung abbilden.
