URBAN wurde im Rahmen des Projektes Havelmanagement entwickelt (Biegel et al., 2005, Biegel 2006). Es ermöglicht die gezielte Untersuchung von Fragestellungen im Bereich der Siedlungswasserwirtschaft für größere Einzugsgebiete. Darüber hinaus ist in Verbindung mit dem vorhandenen Modul PSCN, welches die Stoffströme in unbebauten Räumen erfasst, eine komplexe Analyse aller wichtigen Wasser- und Stoffströme im Einzugsgebiet möglich.
Das Modell bildet die Wasser- und Stoffströme der Niederschlags-Abfluss- und der Schmutzwasser-Abfluss-Prozesse von urbanen Räumen ab. Dabei erfolgt auch eine an die Mesoskala angepasste Kanalnetz- und Kläranlagenmodellierung, welche vor allem die Stofftransport- und Umsetzungsprozesse in diesen Systemen beschreibt. Für diese Algorithmen wurden die Erkenntnisse vorangegangener Forschungsprojekte (z.B. Hahn 2000, Fuchs und Hahn 1999, Beichert et al 1996) weiterentwickelt. Gegenwärtig ist URBAN auf die Beschreibung der Nährstoffe Phosphor und Stickstoff ausgerichtet, eine Erweiterung auf CSB ist geplant.
Bezogen auf den Niederschlags-Abfluss-Prozess werden Abflussbildung und -konzentration auf versiegelten Flächen, die durch die Atmosphäre und spezifische Nutzungen bedingten Stoffeinträge sowie der durch die Beschaffenheit der abflusswirksamen Oberflächen und die Kanalisation bestimmte Wasser- und Stofftransport berechnet.
Zur Beschreibung des Schmutzwasser-Abfluss-Prozesses finden teilflächendifferenzierte, einwohnerspezifische Ansätze Verwendung. Dadurch können unterschiedliche Wasserver- und -entsorgungstechnologien und die durch sie induzierte Stoffströme berücksichtigt werden. Die Berechnung des Stofftransports erfolgt wiederum differenziert nach Kanalisationsverfahren. Die Grafik links verdeutlicht die Struktur des URBAN-Moduls im Programmaufbau von ArcEGMO.
Für die Teilströme des Abwassers erfolgt anschließend eine Zuordnung zu konkreten Abwasserbehandlungsanlagen und -einrichtungen bzw. direkt zu Versickerungsflächen oder Einleitungsgewässern. Bezüglich der Abwasserbehandlung können je nach Datenlage zeitlich differenzierte Reinigungsleistungen berücksichtigt werden.
Eingangsgrößen sind meteorologische und terrestrische Daten mit einer hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung. Ihre Diskretisierung kann je nach Bedarf oder Datenverfügbarkeit variiert werden. Als treibende klimatische Größen werden Lufttemperatur, Niederschlag, Luftfeuchte und Globalstrahlung in hoher Auflösung benötigt, die durch ArcEGMO für jedes simulierte Raumelement bereitgestellt werden. Die räumliche Auflösung erfolgt entsprechend des Aggregationsschemas von ArcEGMO (Becker et al. 2002, Pfützner 2002) auf Elementarflächen. Jede Elementarfläche ist durch eine bestimmte Landnutzung (Versiegelung) und den spezifischen siedlungswasserwirtschaftlichen Verhältnissen charakterisiert. Die GIS-basierte Verwaltung der Daten in ArcEGMO ermöglicht es, die siedlungswasserwirtschaftlichen Verhältnisse raumkonkret zu erfassen. Die Verarbeitung dieser zusätzlichen Eingangsparameter erfolgt im Rahmen des URBAN-Moduls. Neben den terrestrischen Daten werden statistische Daten über Einwohnerzahlen, Anschlussgrad, Kanalisationsart, Reinigungsleistung der Kläranlagen, Industrielle Direkteinleiter etc. verwendet. Die Eingangsdaten beziehen sich je nach vorliegender Detailliertheit und notwendiger Genauigkeit auf Gemeindeebene, Stadtbezirksebene oder Stadtteilebene.
Die Eingangsdaten werden je nach Bedarf und Datenverfügbarkeit in unterschiedlichen zeitlichen Diskretitionen verwendet. Intern ermöglicht das Modell eine Auflösung entsprechend den Zeitreihen des Niederschlags. Die Ergebnisse können für verschiedene Zeitspannen aggregiert ausgegeben werden.
BIEGEL, M.; J. SCHANZE & P. KREBS (2005): ArcEGMO-URBAN – Hydrological Model for point sources in River Basins. Water, Science and Technology. 52(5). S. 249-256
BIEGEL, M. & J. SCHANZE (2005): Mesoskalige Quantifizierung der urbanen Nährstoffeinträgen in das Flussgebiet der Havel mit dem GIS-gestützten hydrologischem Modell ArcEGMO-URBAN. In: Wittmann, J. & Thinh, N. X. (Hrsg.): Simulation in Umwelt- und Geowissenschaften. Umweltinformatik, Shaker Verlag Aachen, S. 149-158
BIEGEL, M. (2006): Entwicklung eines GIS-gestützten Modells zur Quantifizierung urbaner Nährstoffeinträge in Gewässer auf Flussgebietsebene. Dissertation, Dresdner Berichte 26, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft der TU Dresden.