JAMSSCS
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JAMSSCS
JAMSSCS ist ein Programm zur Berechnung von Bemessungsabflüssen für kleine homogene Einzugsgebiete. JAMSSCS implementiert hierfür das Einheitsganglinienverfahren (Unit-Hydrograph) des amerikanischen Soil Conservation Survey (SCS) zusammen mit dem Curve Number (CN) Verfahren zur Bestimmung des Effektivniederschlags. Das Programm dient der Abschätzung des Abflusses bei spezifischen Bemessungsniederschlag für kleine homogene Einzugsgebiete. Die Berechnungen folgen weitestgehend den DVWK Regeln 112/1982 und 113/1984 und sind an einigen Stellen angepasst und verändert worden.
JAMSSCS nutzt das Jena Adapatable Modelling System (JAMS) und ist komplett in JAVA geschrieben. Hierdurch ist es unabhängig vom Betriebssystem auf verschiedenen Rechnerkonfiguration nutzbar.
Bei der Dateneingabe ist zu beachten, dass der Dezimaltrenner der . (Punkt) ist und nicht das , (Komma)!
Installation und Schnellstart
Der Start von JAMSSCS erfolgt durch Doppelklick auf "JAMSSCS.exe" und es erscheint das JAMSSCS Hauptfenster (JAMS-Launcher). Das Hauptfenster besitzt drei Tabulatoren (Hauptgruppe, Kostra-Niederschläge, Einzelereignis), die unterschiedliche Funktionalitäten bereitstellen. Für die Ausführung des Testdatensatzes muss lediglich das Arbeitsverzeichnis gesetzt werden. Hier muss der vollständige Pfad zum JAMSSCS Installationsverzeichnis eingetragen werden.
Mit dem [RUN] Button wird das Modell gestartet.
Es erscheint ein neues Fenster mit drei Reitern. Der erste Reiter zeigt die Ganglinie des Bemessungsabflusses in m³/s, der zweite das kumulierte Volumen in Millionen m³. In die Graphiken kann durch Linksklick und Ziehen eines Fensters hineingezoomt werden. Die ursprüngliche Darstellung kann durch Rechtsklick und ziehen der Maus nach links wiederhergestellt werden. Durch Rechtsklick in den Graphikbereich erscheint ein Kontextmenü, das eine gewisse Anpassung und die Speicherung als PNG Grafik erlaubt. Mit der Checkbox am rechten Rand kann die Ganglinie an oder abgeschaltet werden.
Der dritte Reiter (JAMSProgress) stellt allgemeine Angaben zum aktuellen Modelllauf in Textform dar. Sollte während der Ausführung ein Fehler oder ein Problem auftreten, wird unter Umständen eine Fehlermeldung in dieser Sicht angezeigt.
JAMSCS Eingangsdaten
Informationen, die für JAMSSCN bereitgestellt werden folgen immer einem strengen Format. Für Tabellen ist dies folgendermaßen definiert:
- Zeilen, die mit einem # eingeleitet werden, sind Kommentarzeilen, die vom Programm nicht verarbeitet werden. Kommentarzeilen sind nur am Beginn der Tabelle erlaubt, wobei keine Begrenzung bzgl. ihrer Anzahl besteht.
- Spaltentrenner ist immer der Tabulator.
- Die Abfolge der Spalten muss immer der Abfolge in den Beispielstabellen folgen.
- Die erste Zeile, die nicht von einem # eingeleitet wird, muss die Spaltenbeschriftung enthalten. Diese sollte immer genau den Beschriftungen der Tabellen X und Y entsprechen. Das Programm unterscheidet zwischen Groß- und Kleinschreibung.
- Die folgenden Zeilen enthalten die eigentlichen Informationen (Tabulator getrennt)
JAMSSCN benötigt für den Betrieb Informationen über das Untersuchungsgebiet und zumindest die Angabe eines Bemessungsniederschlags. Zusätzlich kann eine KOSTRA-Niederschlagsdatei eingelesen werden, die Niederschlagsdauerstufen und Niederschlagshöhen für spezifische Bemessungniederschläge enthält. Die Datei kann im XML-Format aus der KOSTRA-DWD Software ausgelesen und direkt in JAMSSCS weiterverarbeitet werden.
Die benötigten Gebietsinformationen bestehen aus einer Beschreibung der im Gebiet vorhandenen hydrologisch homogenen Flächen (HRUs) in Tabellenform (HRU-Tabelle). Ausweisungskriterium für ihre Erstellung ist die Landnutzung und der Bodentyp. Die Berechnung der benötigten CN-Nummer erfolgt anhand einer Referenztabelle (CN-Tabelle). Für beide Tabellen enthält die Installation Beispiele, die angepasst, geändert oder ergänzt werden können. Neu erstellte Eingangstabellen für die Gebietsbeschreibung können im Hauptfenster angegeben werden.
CN-Tabelle
Die JAMSSCS CN-Tabelle enthält "Curve-Numbers" für verschiedene Landnutzungs-Boden-Kombinationen und findet sich im Installationsverzeichnis als „cnNumbers.par“.. Die Curve-Number beschreibt dabei den Anteil des Niederschlages der abflusswirksam wird. Sie kann als relativer Anteil interpretiert werden. Die tatsächliche Berechnung des Effektivniederschlages mithilfe der Curve-Number wird weiter unten beschrieben.
Tabelle 1: Die CN-Tabelle von JAMSSCS
| #CN-Numbers | |||||
| LID | Bodennutzung | A | B | C | D |
| 1 | Ödland (ohne nenneswerten Bewuchs) | 77 | 86 | 91 | 94 |
| 2 | Hackfrüchte, Wein | 70 | 80 | 87 | 90 |
| 3 | Wein (Terrassen) | 64 | 73 | 79 | 82 |
| 4 | Getreide, Futterpflanzen | 64 | 76 | 84 | 88 |
| 5 | Weide (normal) | 49 | 69 | 79 | 84 |
| 6 | Weide (kark) | 68 | 79 | 86 | 89 |
| 7 | Dauerwiese | 30 | 58 | 71 | 78 |
| 8 | Wald (stark aufgelockert) | 45 | 66 | 77 | 83 |
| 9 | Wald (mittel aufgelockert) | 36 | 60 | 73 | 79 |
| 10 | Wald (dicht) | 25 | 55 | 70 | 77 |
| 11 | undurchlässige bzw. versiegelte Flächen | 100 | 100 | 100 | 100 |
Die Tabelle enthält nach dem Kommentar in der ersten Zeile, die Spaltenüberschriften, die exakt wie hier gezeigt formuliert sein müssen:
- LID: Eine numerische Schlüsselnummer für einen Landbedeckungs- oder Landnutzungstyp, z.B. 4 für Getreide, Futterpflanzen
- Bodennutzung: Eine Beschreibung in Textform des jeweiligen Landbedeckungs- Landnutzungstyps
- A, B, C, D: SCS Bodentypen die weiter unten beschrieben werden
In den Zeilen folgen dann die Einträge für die einzelnen Landbedeckungskategorien in der Form LID, Beschreibung, Curve Number für Bodentyp A, B, C und D. Die Tabelle kann bei Bedarf beliebig erweitert werden, indem neue Datensätze eingefügt werden.
Die Bodentypen sind dabei folgendermaßen definiert:
- A: Böden mit großem Versickerungsvermögen auch nach starker Vorbefeuchtung, z.B. tiefe Sand- und Kiesböden.
- B: Böden mit mittlerem Versickerungsvermögen. Tiefe bis mäßig tiefe Böden mit mäßig feiner bis grober Textur, z.B. mitteltiefe Sandböden, Löß, (schwach) lehmiger Sand.
- C: Böden mit geringem Versickerungsvermögen. Böden mit feiner bis mäßig feiner Textur oder mit wasserstauender Schicht, z.B. flache Sandböden, sandiger Lehm.
- D: Böden mit sehr geringem Versickerungsvermögen. Tonböden, sehr flache Böden über nahezu undurchlässigem Material, Böden mit dauernd sehr hohem Grundwasserspiegel.
HRU-Tabelle
Die HRU-Tabelle enthält Informationen über das Untersuchungsgebiet und besitzt folgenden Aufbau (siehe Tabelle 2)
Tabelle 2: HRU-Tabelle mit Gebietsinformationen
| #hrus.par | |||
| ID | AREA | LID | SID |
| 1 | 0.011 | 3 | B |
| 2 | 1.39 | 4 | B |
| 3 | 0.156 | 7 | B |
| 4 | 0.014 | 8 | B |
| 5 | 0.3 | 11 | B |
Die erste Spalte enthält für jede Einheit eine eindeutige numerische Identifikationsnummer, die zweite Spalte die Fläche (in km²) der Einheit, die dritte Spalte die Identifikationsnummer (LID) der dominanten Landnutzung der Fläche entsprechend Tabelle 1 und die vierte Spalte den dominanten Bodentyp (A-D) ebenfalls entsprechend Tabelle 1.
Für die Bearbeitung anderer Gebiete muss die HRU-Tabelle jeweils erzeugt werden. Dies kann direkt aus einem GIS geschehen. (Werkzeuge zur automatisierten Ableitung in ArcView sind in Bearbeitung)
Weitere Eingangsdaten
Die übrigen benötigten Eingangsdaten werden direkt im JAMSSCS-Hauptfenster (Abbildung 1) angegeben. Dies sind
- Vorfluterlänge: Die maximale Länge des Hauptvorfluters von der Quelle bis zum Gebietsauslass in Kilometern.
- Tiefster, Höchster Punkt: Die topographische Höhe in Metern des tiefsten Punkts (Gebietsauslass) und des höchsten Punkts (Quelle) des Hauptvorfluters.
- N-Verteilungsform: Bestimmt die zeitliche Verteilung des Niederschlages. Zulässige Angaben sind: 0 = Blockregen, 1 = mittenbetonter, 2 = anfangsbetonter und 3 = endbetonter Niederschlag.
- Modell Laufzeit: Berechnungszeitraum für die Modellierung in Stunden.
- Zeitschrittlänge: Länge eines spezifischen Berechnungszeitschrittes in Sekunden.
Für die Niederschlagsverteilungsform sind in JAMSSCS entsprechende zeitliche Verteilungen implementiert, die weitestgehend DVWK 113/1984 folgen.
Berechnung von Einzelereignissen
Mit dem Reiter "Einzelereignis" lassen sich einzelne Niederschlagsereignisse simulieren. Die notwendigen Parameter können hier angepasst werden. Im einzelnen sind dies:
- Niederschlagsdauer: Die zeitliche Dauer des Niederschlags in Minuten
- Bemessungsniederschlag: Die Menge des gefallenen Freilandniederschlags, der im Modellverlauf zum Effektivniederschlag reduziert wird.
- Abfluss-Plot: Hier lässt sich die grafische Ausgabe an- oder abschalten.
Die folgenden Felder dienen zur Konfiguration der grafischen Ausgabe. Diese sind:
- Legende: Beschriftung der Legende die zusätzlich automatisch durch die Niederschlagshöhe ergänzt wird.
- Linienfarbe: Englische (sorry) Bezeichnung für die Farbe der Ganglinie. Zulässige Bezeichnungen sind z.B. "blue", "red", "green", "black"
- X,Y-Achsenbeschriftung: Beschriftungen der Achsen (kann auch nachträglich geändert werden)
- Einzel-Q-Ausgabe:Dateiname für eine zu erzeugende Ausgabedatei in der die berechneten Werte abgelegt werden. Hierbei handelt es sich um eine einfache ASCII-Datei, die mit Texteditoren aber auch mit Tabellenkalkulationen weiterverarbeitet werden kann. Der Dateiname muss relativ zum Arbeitsverzeichnis angegeben werden.
