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Revision as of 13:20, 18 March 2010

JAMSSCS

JAMSSCS is a program for the calculation of design discharges for small homogeneous catchment areas. For this purpose, JAMSSCS implements the unit-hydrograph method of the U.S. Soil Conservation Service (SCS) together with the Curve Number (CN) method for the effective rainfall. The program enables the estimation of the runoff in consideration of an approach of a specific design depth of precipitation for small homogeneous catchment areas. The calculations are carried out as far as possible according to the German DVWK rules 112/1982 and 113/1984 and have been adjusted and changed at some points.

JAMSSCS uses the Jena Adapatable Modelling System (JAMS) and is completely written in JAVA. Therefore, it is usable independently from the operating system on different computer configurations.

Note: The decimal separator is the . (period) and not the , (comma) for the data input.

Installation and Quick Start

thumb|Figure 1: JAMSSCS main window The installation in MS-Windows is carried out via the execution of the installation file "JAMSSCS_setup.exe". This file contains all necessary files for the execution. Additionally, a sample dataset is contained which can be used for a test and as template for the generation of new datasets. This manual uses this dataset. The installation file copies the necessary files and registers JAMSSCS in the start menu. A desktop icon can also be generated.

To tart JAMSSCS, double click on "JAMSSCS.exe". Hereupon, the main window of JAMSSCS appears (JAMS-launcher). The main window contains three tabulators (main group, Kostra-precipitation, individual event), which offer different functions. For the execution of the test dataset only the working directory needs to be set up. The complete path to the JAMSSCS installation directory has to be given here.

With the button [RUN] the model is started. thumb|Figure 2: runtime window of JAMSSCS

A new window with three tabulators appears. The first one [JAMSProgress] represents general information on the current model run as text. Should an error or problem arise while executing, an error message might appear in this view. The second tabulator [design discharge] shows the hydrograph of the design discharge in m³/s. The third tabulator [design volume] shows the cumulated volume in million m³. You can zoom into the graphics by left mouse click and pushing of the window. By right mouse click into the graphic a menu opens which allows a certain adjustment, e.g. changing the diagram title, labeling of the axes, background color, frame color, etc. Furthermore, the diagram can be saved as PNG graphic via this menu. The hydrograph can be switched on or off with the help of the checkbox on the right side.

JAMSSCS Input Data

Information that is provided for JAMSSCS always follows a strict format. For tables it is defined as follows:

Rows that are introduced by # are comment rows which are not processed by the program. Comment rows are only allowed at the beginning of the table. There is no limitation of their number.
The tabulator is always the column separator
The order of the columns must always follow the order in the sample tables.
The first row which is not introduced by # has to contain the row labeling. This labeling should always correspond to the labeling of the tables x and y. The program differentiates between upper and lower case.
The following rows contain the actual information (separated by the tabulator).

JAMSSCS needs information about the research area and at least the design depth of precipitation. Additionally, a KOSTRA-precipitation file can be read in which contains precipitation heights for different durations and return periods. This file can be read out in XML-format from the KOSTRA-DWD software and can then be processed directly in JAMSSCS.

The necessary area information consists of a description of the hydrological homogeneous areas (HRUs – Hydrological Response Units) that exist in the area given in tables (HRU-table). The output criterion for the generation is the land use and soil type. The calculation of the desired CN-value is carried out on the basis of the reference table (CN table). In the installation there are examples given for both tables which can be adjusted, changed or added. Newly generated input tables for the area description can be given in the main window.

CN Table

The JAMSSCS CN table contains "Curve-Numbers" for different land use-soil-combinations and can be found in the installation directory as “cnNumbers.par”. The Curve-Number describes the part of precipitation that is runoff-effective. It can be interpreted as relative part. The actual calculation of the effective rainfall is described further down with the help of the curve-number.

Tabelle 1: Die CN table of JAMSSCS

#CN-Numbers
LID	soil use	A	B	C	D
1	settlement (neatly builded)	80	80	80	80
2	settlement (loosely builded)	38	73	89	98
3	farmland	64	76	84	88
5	deciduous forest	36	60	73	79
6	coniferous forest	25	55	70	77
7	bush, scattered fruit	45	66	77	83
9	grassland	30	58	71	78
10	open areas	80	80	80	80
11	water areas	100	100	100	100

After the comment in the first row, the table contains the column labeling which do not need to be formulated exactly as it is shown here but can also be labeled differently. Note: The order of the columns must be kept in this order. The columns contain:

LID: A numeric key number for a land cover or land use type, e.g. 3 for farmland (column 1).
soil use: A description of the referring land cover or land use type in text form (column 2).
A, B, C, D: SCS soil types that are described further down (columns 3, 4, 5, and 6).

Then, the entries for the single land cover categories in LID form, description, Curve Number for soil type A, B, C and D follow in the rows. The table can be expanded user-defined via entering new datasets if required. At this, the soil types are defined as follows:

A: Soils with high infiltration capacity also after heavy pre-moistening, e.g. deep sand or gravel soils.
B: Soils with middle infiltration capacity. Deep to moderate deep soils with moderate fine or rough texture, e.g. middle deep sand soils, loess, sandy clay.
C: Soils with low infiltration capacity. Soils with fine to moderate fine texture or water damming layer, e.g. flat sand soils, sandy clay.
D: Soils with very low infiltration capacity. Clay soils, very flat soils above nearly impermeable material, soils with always high groundwater level.

HRU table

The HRU table contains information about the research area and is structured as follows: (see table 2)

Table 2: HRU table with area information

#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

The first row without introducing comment symbol (#) contains the labeling for the intern given variables.

The JAMSSCS-component, which this table reads, was generated in a way so exported GIS tables can be read in without further processing. For this reason the labeling must be given exactly as shown above. The permissible labeling are ID, SID, LID, AREA. The names do not need to be given in inverted commas. The order as well as upper and lower case are not important in this table. In addition to the tabulator, the comma (,) can be used as column separator, here.

The first column contains a clear numeric identification number for each hydrological unit; the second column contains the area (in m²), the third one contains the ID (LID) of the dominant land use of the table according to table 1. The fourth column contains the dominant soil type (A-D) – also according to table 1. For the processing of other areas the HRU table always needs to be generated. This can be carried out directly from a GIS. (Tools for automatized derivation in ArcView are described below.)

Further Input Data

thumb|Figure 3: The different precipitation allocations of JAMSSCS thumb|Figure 4: Sum functions of the different precipitation allocations of JAMSSCS The other necessary input data is given directly in the JAMSSCS main window (Figure 1). It is:

Receiving stream length: The maximum length of the main receiving stream from the source to the runoff in kilometers.
Deepest, highest point: The topographic height in meters of the deepest point (runoff) and of the highest point (source) of the main receiving stream.
N-allocation form: Determines the temporal allocation of precipitation. Valid information is: B = block rainfall, rainfall M = in the middle of the event, A = at the beginning of the event and E = at the end of the event .
Model runtime: Calculation time for the modeling in hours.
Time step length: Length of a specific calculation time step in seconds.

For the precipitation allocation form the referring temporal allocations are implemented in JAMSSCS and follow the DVWK 113/1984 as far as possible.

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.
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. Die Datei enthält für jeden Zeitschritt den Abfluss in m³/s sowie das zeitlich kumulierte Abflussvolumen in Millionen m³.
Dezimalstellen: Die Anzahl der Dezimalstellen für die Zahlenwerte im Ausgabefile.

Abfluss-Plot: Hier lässt sich die grafische Ausgabe des Hydrographen an- oder abschalten.

Die folgenden Felder dienen zur Konfiguration der Modellausgabe. 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" usw.
X,Y-Achsenbeschriftung: Beschriftungen der Achsen (kann auch nachträglich geändert werden)

Volumen-Plot: Erzeugt eine grafische Darstellung des zeitliche kumulierten Abflussvolumen in Millionen m³.

Berechnung mit KOSTRA Niederschlägen

thumb|Abb. 5: Eingabereiter für KOSTRA Simulationen mit variablen Dauerstufen und Jährlichkeiten sowie Extremniederschlagsberechnung (PEN) thumb|Abb. 6: KOSTRA Simulation mit fixer Dauerstufe und variabler Jährlichkeit thumb|Abb. 7: KOSTRA Simulation mit variabler Dauerstufe und fixer Jährlichkeit Das Produkt KOSTRA-DWD enthält die Starkniederschlagshöhen für Deutschland in Abhängigkeit von Dauerstufe und Wiederkehrzeit im Bereich der Dauerstufen D zwischen 5 Minuten und 72 Stunden, sowie im Bereich der jährlichen Wiederkehrzeiten zwischen T = 0.5 a (entspricht der jährlichen Überschreitungshäufigkeit von im Mittel n = 2 mal pro Jahr) und T = 100 a (im Mittel alle 100 Jahre nur einmal erreicht oder überschritten entsprechend n = 0.01).

KOSTRA-DWD erlaubt den Export als XML-Datei, die von JAMSSCS direkt gelesen werden kann. Solch eine Datei enthält alle Werte einer KOSTRA-DWD Rasterzelle.

Die Berechnungen erfolgen mit der Niederschlagsverteilungsform, die im Reiter "Hauptgruppe" angegeben ist. Die weiteren notwendigen Einstellungen werden in JAMSSCS im Reiter "Kostra-Niederschläge" bereitgestellt. Diese sind:

Kostra an: Schaltet KOSTRA Berechnungen an oder ab.

Kostra-Abfluss-Plot: Schaltet die grafische Ausgabe des Hydrographen bei KOSTRA Berechnungen an oder ab.

Kostra-Volumen-Plot: Schaltet die grafische Ausgabe des kumulierten Volumens bei KOSTRA Berechnungen an oder ab.

Kostra-Input-File: Die aus KOSTRA-DWD exportierte XML-Datei. Hier muss der vollständige Pfadname angegeben werden, z.B. E:\Projekte\JAMSscnMethod\KOSTRA-DWD-Tabelle-S48-Z56 Jena.xml.

Jährlichkeit: Entweder eine der zulässigen KOSTRA-Jährlichkeiten (0.5, 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100) oder jede andere Jährlichkeit, die allerdings größer als 100 Jahre sein muss. Die entsprechenden Niederschläge werden in diesem Fall dann nach dem PEN-Verfahren berechnet. Wird in diesem Feld eine Jährlichkeit von mehr als 100 Jahren ausgewählt, muss unbedingt die Checkbox "PEN-Niederschläge ein:" ausgewählt sein.

Kostra-Detail: Ein Dateiname für die Detailtextausgabe einer KOSTRA Simulation. Der Dateiname wird intern durch das Arbeitsverzeichnis ergänzt. Diese Datei enthält Abflussdaten für jeden Zeitschritt und für jede Kombination einer KOSTRA Simulation. Das Ausgabeformat ist eine Tabulator getrennte Textdatei.

Kostra-Zusammenfassung: Eine komprimierte Form der Ergebnisse einer KOSTRA Simulation, die den maximalen Scheitelabfluss und das Volumen jeder berechneten KOSTRA Simulation enthält.

Dezimalstellen: Die Anzahl der Dezimalstellen für die Zahlenwerte im Ausgabefile.

Variable Niederschlagsjährlichkeit: Ist diese Check-Box aktiviert, wird die Berechnung mit der Niederschlagsdauer, die im Reiter "Einzelereignis" angegeben ist, und allen oben dargestellten Jährlichkeiten durchgeführt. Die zulässigen Niederschlagsdauern sind: 5, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240, 360, 540, 720, 1080, 1440, 2880, 4320 Minuten.

Variable Niederschlagsdauerstufe: Ist diese Check-Box aktiviert (und die darüber deaktiviert) wird die Berechnung für die oben angegebene Jährlichkeit und allen oben angeführten Niederschlagsdauerstufen durchgeführt.

PEN-Niederschläge ein: Mit dieser Checkbox wird die Berechnung von Niederschlägen mit sehr hohen Jährlichkeiten, die das 100 Jahre Wiederkehrintervall der KOSTRA-Werte überschreiten, ein- bzw. abgeschaltet. (Die Berechnung der PEN-Niederschläge wird weiter unten beschrieben.)

PEN-Jährlichkeiten: Eine Liste von Jährlichkeiten für die die PEN-Berechnung durchgeführt werden soll. Die Werte der Liste müssen mit Semikolons (;) getrennt werden.

Interne Berechnungen - SCS Theorie, PEN-Niederschläge

Die interne Berechnung der Einheitsganglinie beruht auf der Berechnung des Effektivniederschlags in Abhängigkeit des CN-Wertes des Einzugsgebiets und einer linearen Speicherkaskade (Nash-Kaskade) mit zwei Speichern, mit unterschiedlichen Auslaufkoeffizienten (k_1,2) sowie der variablen Verteilung des Niederschlages auf die beiden Speicher. Die erste Speicher repräsentiert dabei den schnellen Direktabfluss, der zweite den verzögerten Basisabfluss.

CN-Wert Berechnung

Für das Gebiet wird ein flächengewichteter mittlerer CN-Wert, basierend auf den Einträgen der HRU-Tabelle und der CN-Tabelle berechnet. Die Berechnung erfolgt nach:

$CN = \sum_{HRU=1}^{n}rel.Area_{HRU} \cdot CN(LU,ST)_{HRU}$

wobei rel.Area der relative Flächenanteil der HRU und CN(LU, ST) der der HRU entsprechende Eintrag in der CN-Tabelle ist.

Der Effektivniederschlag

Der Effektivniederschlag (h_Ne) beschreibt die abflusswirksame Menge des Gesamtniederschlags. Die Berechnung erfolgt nach folgender Potenzfunktion:

$h_{Ne} = \frac{\left[ (h_N / 25.4) - (200/CN) + 2 \right]^2}{(h_N / 25.4) + (800 / CN) - 8} \cdot 25.4$

wobei: h_N der Bemessungsniederschlag (in mm) und CN der CN-Wert nach Gleichung 1 ist. Die Untergrenze für den Bemessungsniederschlag (UG_N), ab der ein Effektivniederschlag > 0 entsteht, ergibt sich durch Nullsetzen von h_Ne nach:

$UG_N = \left(\frac{200}{CN} - 2 \right) \cdot 25.4$

Bei einem Bemessungsniederschlag kleiner oder gleich der Untergrenze (UG_N) ergibt sich damit ein Effektivniederschlag von 0 mm.

Aufteilung des Effektivniederschlags

Der nach den oben dargestellten Gleichungen bestimmte Effektivniederschlag wird auf die beiden Speicher der Speicherkaskade durch Berechnung der Koeffizienten $β 1,2$ aufgeteilt. $β 1$ berechnet sich aus der Vorfluterlänge (L) und dem Vorfluter Gefälle (I_g = (HP – TP) / L) nach:

$\beta_1 = 1 - 0.02425 \cdot \left(\ln\left(\frac{L}{\sqrt{I_g}}\right)\right)^{3.2444}$ für $\frac{L}{\sqrt{I_g}}\le10$

$\beta_1 = \frac{3.91}{\left(\frac{L}{\sqrt{I_g}}\right)^{0.86}} + 0.1$ für $\frac{L}{\sqrt{I_g}} > 10$

Der Koeffizient $β 2$ ergibt sich als 1 – $β 1$ . Durch diese Aufteilung erhält der erste Speicher (Direktabflussanteil) der Kaskade bei steilem Gebiet verhältnismäßig mehr Niederschlag und bei flacherem Gebiet verhältnismäßig weniger.

Die lineare Speicherkaskade

Die Berechnung der Einheitsganglinie erfolgt durch eine lineare Speicherkaskade mit zwei Speichern, die unterschiedliche Retentionskoeffizienten (k_1,2) besitzen. Diese berechnen sich nach:

$k_1 = \frac{0.555}{\left(\frac{L}{\sqrt{I_g}}\right)^{0.61}} + 0.511 \cdot \ln\left(\frac{L}{\sqrt{I_g}}\right) - 0.355$

$k_2 = 3 \cdot k_1^{1.3}$

Für jeden der beiden Speicher wird dann eine Einheitsganglinie (Unit-Hydrograph) basierend auf den k-Werten nach folgender Gleichung berechnet:

$u(t) = \frac{A_E}{3.6} \cdot \frac{1}{k \cdot (n-1)!} \cdot \left(\frac{t}{k}\right)^{n-1} \cdot e^{-\frac{t}{k}}$

mit:

t	der Zeitschritt in Sekunden
A_E	die Größe des Einzugsgebiets in km²
n	die Anzahl der Speicher (hier immer 2)
k	der Retentionskoeffizient nach den oben angeführten Gleichungen

Der Gesamtabfluss des Gebietes ergibt sich dann aus der Summe der beiden Abflusskomponenten.

Praxisrelevante Extremwerte des Niederschlags (PEN)

Die Abschätzung von Niederschlägen mit Jährlichkeiten oder Wiederkehrintervallen, die seltener als die 100 Jahre der KOSTRA-Daten sind, erfolgt nach modifiziertem PEN-Verfahren (Gewässerkundlicher Landesdienst Thüringen: Anforderungen an Hydrologische Gutachten, Fassung vom 31. Mai 2005). Mit diesem Verfahren werden die Niederschläge für beliebige seltene Wiederkehrintervalle ausgehend von den KOSTRA-Daten für jede KOSTRA-Dauerstufe extrapoliert.

Die Berechnung für einen Niederschlag P mit einem Wiederkehrintervall T und einer beliebigen Dauerstufe erfolgt nach:

$P(T) = P_{k1} + \left(\frac{P_{k100} \cdot 1.2 - P_{k1} \cdot 0.9}{\ln 100} \cdot \ln (T)\right)$ ,

wobei $P k 1$ der KOSTRA-Niederschlag mit Wiederkehrintervall 1 Jahr und $P k 100$ der KOSTRA-Niederschlag mit Wiederkehrintervall 100 Jahre der entsprechenden Dauerstufe ist.

HRU Parameter Bestimmung in ArcView

Mit dem GIS ArcView kann die Parametertabelle relativ einfach erzeugt werden. Die notwendigen Daten und Arbeitsschritte werden im Folgenden erläutert.

Notwendige Datenflächen

Für die Bearbeitung müssen folgende Datenflächen verfügbar sein:

Bodenkarte mit CN-Kodierung (A-D) - liegt für gesamt Thüringen vor (Die Eingangkarte muss in der Attributtabelle ein Feld mit Namen "SID" enthalten, in der die CN-Kodierung (A-D) abgelegt ist!)
Landnutzung mit entsprechender Kodierung - liegt für gesamt Thüringen vor (Die Eingangkarte muss in der Attributtabelle ein Feld mit Namen "LID" enthalten, in der die eindeutige numerische Kodierung für die Landnutzungseinheiten abgelegt ist!)
Eine Shapedatei der Einzugsgebietsgrenze
Eine Shapedatei des Hauptvorfluters (optional)
Ein digitales Geländemodell (optional)

Alle Datenflächen müssen in einem einheitlichen Bezugssystem (z.B. Gauss-Krüger) vorliegen.

Voraussetzungen in ArcView

thumb|Abb. 8: Auswahl der "Geoprocessing" ErweiterungEs müssen folgende Erweiterungen (Extensions) installiert und aktiviert sein:

Geoprocessing
Spatial Analyst (nur notwendig, wenn Höhenmodell verwendet wird)
JAMSSCS Erweiterung (jamsscs.avx)

Die Erweiterung jamsscs.avx (die oben heruntergeladen werden kann) muss in das Erweiterungsverzeichnis (EXT32) von ArcView kopiert werden. Im allgemeinen befindet sich dies unter: C:\ESRI\AV_GIS30\ARCVIEW\EXT32.

Die Installation der JAMSSCS Erweiterung fügt in ArcView ein neues Menü (JAMSSCS) hinzu, das sichtbar ist, wenn ein View aktiv ist. Dieses Menü enthält drei Einträge, die weiter unten ausführlicher beschrieben werden.

Ob die Erweiterungen installiert und aktiviert sind, lässt sich über den Menupunkt: Datei --> Erweiterungen überprüfen.

Zuschneiden der Eingangsdaten

thumb|Abb. 9: Dialog zum Zuschneiden der EingangsdatenZur Erzeugung der Flächeninformation müssen zunächst die Bodenkarte mit CN-Kodierung und die Landnutzungskarte für das relevante Einzugsgebiet zugeschnitten werden. Dies erfolgt mit dem "GeoProcessingWizard", den drei Eingangskarten (Bodenkarte, Landnutzungskarte, Einzugsgebietsgrenze), die in ArcView geöffnet sein müssen und folgenden Arbeitsschritten:

Start des "GeoProcessingWizard" aus dem Menu JAMSSCS --> GeoProcessing...
Auswahl des Unterpunktes "Ausschneiden (Clip)" im erscheinenden Dialog und betätigen des [Weiter] Knopfes
Auswahl von Bodenkarte oder Landnutzungskarte in der oberen ListBox ("Auszuschneidendes Eingabethema auswählen:") und die Einzugsgebietsgrenze in der zweiten ListBox ("Polygon Überlagerungsthema auswählen:"). Bei beiden Eingaben muss die CheckBox "Nur ausgewählte Objekte verwenden" abgewählt sein.
Optional kann ein Ausgabedateiname in der dritten ListBox ("Ausgabedatei angeben") angegeben werden.
Mit dem Knopf [Fertigstellen] wird der Prozess gestartet.

Wenn die oben angeführten Arbeitsschritte für die beiden Eingangskarten durchgeführt wurden, stehen nun zugeschnittene Versionen der Landnutzungs- und Bodenkarte für die weitere Bearbeitung zur Verfügung.

Überlagern der Eingangsdaten

thumb|Abb. 10: Dialog zum Überlagern der Eingangsdaten Für die Überlagerung müssen die zugeschnittenen Karten der Landnutzung und der CN-kodierten Bodenkarte vorliegen. Die Überlagerung erfolgt mit dem "GeoProcessingWizard" der mit dem Menupunkt JAMSSCS --> GeoProcessing... gestartet wird. Dann müssen folgende Eingaben gemacht werden.

Auswahl von "Themen verschneiden (Intersect)" dann Knopf [Weiter]
Auswahl der ausgeschnittenen Landnutzung in der ersten ListBox
Auswahl der ausgeschnittenen CN-kodierten Bodenkarte in der zweiten ListBox
Optional kann ein Dateinamen für die Ausgabedatei (z.B. "hrus.shp") angegeben werden.

Mit dem Knopf [Fertigstellen] wird der Prozess gestartet. Als Ergebnis entsteht eine Karte, die die Kombination aus Landnutzung und CN-kodierten Bodentypen enthält.thumb|Abb. 11: Eingangsinformation, Überlagerung und Attributtabelle

Aktualisieren der Attributtabelle

Für den Einsatz in JAMSSCS muss die Attributtabelle des entstandenen HRU-Themas aktualisiert und erweitert werden. Im einzelnen:

Hinzufügen einer eindeutigen numerischen Identifikationsnummer (ID) für jedes Polygon
Entfernen überflüssiger Attribute
Berechnung und Hinzufügen der Fläche in m² für jedes Polygon

Hierfür muss zunächst das HRU-Thema im View ausgewählt sein. Dann wird über den Menüpunkt "JAMSSCS --> Tabelle aktualisieren..." die Attributtabelle mit der notwendigen Information erweitert.

Exportieren der Attributtabelle

Die erweiterte Attributtabelle ist schließlich noch zu exportieren, um später mit JAMSSCS verarbeitet werden zu können. Hierzu muss das HRU-Thema im View aktiv sein. Der Export erfolgt dann mit dem Menüpunkt "JAMSSCS-->Tabelle exportieren...". Es wird noch ein Dateiname abgefragt und dann exportiert.

Literatur

DVWK-Regeln zur Wasserwirtschaft, H. 112/1982: Arbeitsanleitung zur Anwendung von Niederschlags-Abfluss-Modellen in kleinen Einzugsgebieten; verantw. Herausg. Dt. Verb. für Wasserwirtschaft u. Kulturbau e.V. (DVWK). Bearb. vom DVWK-Fachausschuss "Niederschlag-Abfluss-Modelle" - Hamburg, Berlin: Parey; Teil I: Analyse; DK 556.161.072 Niederschlag-Abfluss-Modelle, DK 556.51.028 Kleineinzugsgebiete. - 1982.

DVWK-Regeln zur Wasserwirtschaft, H. 113/1984: Arbeitsanleitung zur Anwendung von Niederschlags-Abfluss-Modellen in kleinen Einzugsgebieten; verantw. Herausg. Dt. Verb. für Wasserwirtschaft u. Kulturbau e.V. (DVWK). Bearb. vom DVWK-Fachausschuss "Niederschlag-Abfluss-Modelle" - Hamburg, Berlin: Parey; Teil 2: Synthese; DK 556.161.072 Niederschlag-Abfluss-Modelle, DK 556.51.028 Kleineinzugsgebiete. - 1984.

Bearbeitung und Kontakt

Dr. Peter Krause	Dr. Claudia Liese
Lehrstuhl Geoinformatik	Referat 51 - Gewässerökologie, Hydrologie, Wasserbau
Institut für Geographie	Abteilung 5 - Wasser, Boden, Altlasten, Wismut
Friedrich-Schiller-Universität Jena	Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie
Tel. 03641-948864	Tel. 03641-684518
email: p.krause@uni-jena.de	email: c.liese@tlugjena.thueringen.de

@@ Line 22: / Line 22: @@
 A new window with three tabulators appears. The first one [JAMSProgress] represents general information on the current model run as text. Should an error or problem arise while executing, an error message might appear in this view. The second tabulator [design discharge] shows the hydrograph of the design discharge in m³/s. The third tabulator [design volume] shows the cumulated volume in million m³. You can zoom into the graphics by left mouse click and pushing of the window. By right mouse click into the graphic a menu opens which allows a certain adjustment, e.g. changing the diagram title, labeling of the axes, background color, frame color, etc. Furthermore, the diagram can be saved as PNG graphic via this menu. The hydrograph can be switched on or off with the help of the checkbox on the right side.
-= JAMSSCS Eingangsdaten =
+= JAMSSCS Input Data =
-Informationen, die für JAMSSCS bereitgestellt werden, folgen immer einem strengen Format. Für Tabellen ist dies folgendermaßen definiert:
+Information that is provided for JAMSSCS always follows a strict format.
-* 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.
+For tables it is defined as follows:
-* 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).
-JAMSSCS benötigt für den Betrieb Informationen über das Untersuchungsgebiet und zumindest die Angabe eines Bemessungsniederschlags. Zusätzlich kann eine KOSTRA-Niederschlagsdatei eingelesen werden, die Niederschlagshöhen für verschiedene Dauerstufen und Wiederkehrzeiten enthält. Die Datei kann im XML-Format aus der KOSTRA-DWD Software ausgelesen und direkt in JAMSSCS weiterverarbeitet werden.
+* Rows that are introduced by # are comment rows which are not processed by the program. Comment rows are only allowed at the beginning of the table. There is no limitation of their number.
+* The tabulator is always the column separator
+* The order of the columns must always follow the order in the sample tables.
+* The first row which is not introduced by # has to contain the row labeling. This labeling should always correspond to the labeling of the tables x and y. The program differentiates between upper and lower case.
+* The following rows contain the actual information (separated by the tabulator).
-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 des benötigten CN-Wertes 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.
+JAMSSCS needs information about the research area and at least the design depth of precipitation. Additionally, a KOSTRA-precipitation file can be read in which contains precipitation heights for different durations and return periods. This file can be read out in XML-format from the KOSTRA-DWD software and can then be processed directly in JAMSSCS.
-==CN-Tabelle==
+The necessary area information consists of a description of the hydrological homogeneous areas (HRUs – Hydrological Response Units) that exist in the area given in tables (HRU-table). The output criterion for the generation is the land use and soil type. The calculation of the desired CN-value is carried out on the basis of the reference table (CN table). In the installation there are examples given for both tables which can be adjusted, changed or added. Newly generated input tables for the area description can be given in the main window.
-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 Table==
+The JAMSSCS CN table contains "Curve-Numbers" for different land use-soil-combinations and can be found in the installation directory as “cnNumbers.par”. The Curve-Number describes the part of precipitation that is runoff-effective. It can be interpreted as relative part. The actual calculation of the effective rainfall is described further down with the help of the curve-number.
+Tabelle 1: Die CN table of JAMSSCS
 {| class="wikitable" <hiddentext>generated with [[:de:Wikipedia:Helferlein/VBA-Macro for EXCEL tableconversion]] V1.7<\hiddentext>
 |- style="font-size:10pt"  valign="bottom"
@@ Line 44: / Line 48: @@
 |- style="font-size:10pt"
 | height="16"  valign="bottom" | LID
-|  valign="bottom" | Bodennutzung
+|  valign="bottom" | soil use
 | align="center" valign="bottom" | A
 | align="center" valign="bottom" | B
@@ Line 52: / Line 56: @@
 |- style="font-size:10pt"
 | height="16"  valign="bottom" | 1
-|  valign="bottom" | Siedlung (dicht bebaut)
+|  valign="bottom" | settlement (neatly builded)
 | align="center" valign="bottom" | 80
 | align="center" valign="bottom" | 80
@@ Line 60: / Line 64: @@
 |- style="font-size:10pt"
 | height="16"  valign="bottom" | 2
-|  valign="bottom" | Siedlung (locker bebaut)
+|  valign="bottom" | settlement (loosely builded)
 | align="center" valign="bottom" | 38
 | align="center" valign="bottom" | 73
@@ Line 68: / Line 72: @@
 |- style="font-size:10pt"
 | height="16"  valign="bottom" | 3
-|  valign="bottom" | Ackerland
+|  valign="bottom" | farmland
 | align="center" valign="bottom" | 64
 | align="center" valign="bottom" | 76
@@ Line 76: / Line 80: @@
 |- style="font-size:10pt"
 | height="16"  valign="bottom" | 5
-|  valign="bottom" | Laubwald
+|  valign="bottom" | deciduous forest
 | align="center" valign="bottom" | 36
 | align="center" valign="bottom" | 60
@@ Line 84: / Line 88: @@
 |- style="font-size:10pt"
 | height="16"  valign="bottom" | 6
-|  valign="bottom" | Nadelwald
+|  valign="bottom" | coniferous forest
 | align="center" valign="bottom" | 25
 | align="center" valign="bottom" | 55
@@ Line 92: / Line 96: @@
 |- style="font-size:10pt"
 | height="16"  valign="bottom" | 7
-|  valign="bottom" | Büsche, Streuobst
+|  valign="bottom" | bush, scattered fruit
 | align="center" valign="bottom" | 45
 | align="center" valign="bottom" | 66
@@ Line 100: / Line 104: @@
 |- style="font-size:10pt"
 | height="16"  valign="bottom" | 9
-|  valign="bottom" | Grünland
+|  valign="bottom" | grassland
 | align="center" valign="bottom" | 30
 | align="center" valign="bottom" | 58
@@ Line 108: / Line 112: @@
 |- style="font-size:10pt"
 | height="16"  valign="bottom" | 10
-|  valign="bottom" | Freiflächen
+|  valign="bottom" | open areas
 | align="center" valign="bottom" | 80
 | align="center" valign="bottom" | 80
@@ Line 116: / Line 120: @@
 |- style="font-size:10pt"
 | height="16"  valign="bottom" | 11
-|  valign="bottom" | Wasserflächen
+|  valign="bottom" | water areas
 | align="center" valign="bottom" | 100
 | align="center" valign="bottom" | 100
@@ Line 124: / Line 128: @@
-Die Tabelle enthält nach dem Kommentar in der ersten Zeile, die Spaltenüberschriften, die nicht exakt wie hier gezeigt formuliert sein müssen, sondern auch anders bezeichnet werden. '''Von großer Wichtigkeit ist aber, dass die Reihenfolge der Spalten exakt eingehalten wird.''' Die Spalten enthalten:
+After the comment in the first row, the table contains the column labeling which do not need to be formulated exactly as it is shown here but can also be labeled differently. '''Note: The order of the columns must be kept in this order.''' The columns contain:
-* '''LID:''' Eine numerische Schlüsselnummer für einen Landbedeckungs- oder Landnutzungstyp, z.B. 3 für Ackerland (Spalte 1).
-* '''Bodennutzung:''' Eine Beschreibung in Textform des jeweiligen Landbedeckungs- bzw. Landnutzungstyps (Spalte 2).
-* ''' A, B, C, D: ''' SCS Bodentypen, die weiter unten beschrieben werden (Spalte 3,4,5 und 6).
-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 durch Einfügen neuer Datensätze beliebig erweitert werden.
-Die Bodentypen sind dabei folgendermaßen definiert:
+* '''LID:''' A numeric key number for a land cover or land use type, e.g. 3 for farmland (column 1).
-* '''A:''' Böden mit großem Versickerungsvermögen auch nach starker Vorbefeuchtung, z.B. tiefe Sand- und Kiesböden.
+* '''soil use:''' A description of the referring land cover or land use type in text form (column 2).
-* '''B:''' Böden mit mittlerem Versickerungsvermögen. Tiefe bis mäßig tiefe Böden mit mäßig feiner bis grober Textur, z.B. mitteltiefe Sandböden, Löß, (schwach) lehmiger Sand.
+* ''' A, B, C, D: ''' SCS soil types that are described further down (columns 3, 4, 5, and 6).
-* '''C:''' Böden mit geringem Versickerungsvermögen. Böden mit feiner bis mäßig feiner Textur oder mit wasserstauender Schicht, z.B. flache Sandböden, sandiger Lehm.
+Then, the entries for the single land cover categories in LID form, description, Curve Number for soil type A, B, C and D follow in the rows. The table can be expanded user-defined via entering new datasets if required.
-* '''D:''' Böden mit sehr geringem Versickerungsvermögen. Tonböden, sehr flache Böden über nahezu undurchlässigem Material, Böden mit dauernd sehr hohem Grundwasserspiegel.
+At this, the soil types are defined as follows:
-==HRU-Tabelle==
+* '''A:''' Soils with high infiltration capacity also after heavy pre-moistening, e.g. deep sand or gravel soils.
+* '''B:''' Soils with middle infiltration capacity. Deep to moderate deep soils with moderate fine or rough texture, e.g. middle deep sand soils, loess, sandy clay.
+* '''C:''' Soils with low infiltration capacity. Soils with fine to moderate fine texture or water damming layer, e.g. flat sand soils, sandy clay.
+* '''D:''' Soils with very low infiltration capacity. Clay soils, very flat soils above nearly impermeable material, soils with always high groundwater level.
-Die HRU-Tabelle enthält Informationen über das Untersuchungsgebiet und besitzt folgenden Aufbau (siehe Tabelle 2)
+==HRU table==
-Tabelle 2: HRU-Tabelle mit Gebietsinformationen
+The HRU table contains information about the research area and is structured as follows: (see table 2)
+Table 2: HRU table with area information
 {| class="wikitable" <hiddentext>generated with [[:de:Wikipedia:Helferlein/VBA-Macro for EXCEL tableconversion]] V1.7<\hiddentext>
 |-   valign="bottom"
@@ Line 183: / Line 188: @@
 |}
-Die erste Zeile ohne einleitendes Kommentarzeichen (#) enthält die Bezeichner für die interne Variablenvergabe.
+The first row without introducing comment symbol (#) contains the labeling for the intern given variables.
-'''Die JAMSSCS-Komponente, die diese Tabelle liest, wurde so erstellt, dass exportierte GIS Tabellen ohne weitere Bearbeitung eingelesen werden können. Aus diesem Grund müssen die Bezeichner exakt so eingegeben werden wie oben dargestellt. Die zulässigen Bezeichner sind ID, SID, LID, AREA. Die Namen müssen dabei nicht unbedingt in Anführungszeichen eingeschlossen werden. Die Reihenfolge sowie Groß oder Kleinschreibung spielt bei dieser Tabelle keine Rolle. Als Spaltentrenner ist bei dieser Tabelle zusätzlich zum Tabulator auch das Komma (,) möglich.'''
+'''The JAMSSCS-component, which this table reads, was generated in a way so exported GIS tables can be read in without further processing. For this reason the labeling must be given exactly as shown above. The permissible labeling are ID, SID, LID, AREA. The names do not need to be given in inverted commas. The order as well as upper and lower case are not important in this table. In addition to the tabulator, the comma (,) can be used as column separator, here.'''
-Die erste Spalte enthält für jede hydrologische Einheit eine eindeutige numerische Identifikationsnummer, die zweite Spalte die Fläche ('''in m²''') 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.
+The first column contains a clear numeric identification number for each hydrological unit; the second column contains the area ('''in m²'''), the third one contains the ID (LID) of the dominant land use of the table according to table 1. The fourth column contains the dominant soil type (A-D) – also according to table 1. For the processing of other areas the HRU table always needs to be generated. This can be carried out directly from a GIS. (Tools for automatized derivation in ArcView are described below.)
-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 werden unten beschrieben)
-==Weitere Eingangsdaten==
+==Further Input Data==
-[[Bild:N-Verteilung_dis.jpg|thumb|Abb. 3: Die unterschiedlichen Niederschlagsverteilungen von JAMSSCS]][[Bild:N-Verteilung_cum.jpg|thumb|Abb. 4: Summenfunktionen der unterschiedlichen Niederschlagsverteilungen von JAMSSCS]]
+[[Bild:N-Verteilung_dis.jpg|thumb|Figure 3: The different precipitation allocations of JAMSSCS]][[Bild:N-Verteilung_cum.jpg|thumb|Figure 4: Sum functions of the different precipitation allocations of JAMSSCS]]
-Die übrigen benötigten Eingangsdaten werden direkt im JAMSSCS-Hauptfenster (Abbildung 1) angegeben. Dies sind
+The other necessary input data is given directly in the JAMSSCS main window (Figure 1). It is:
-* '''Vorfluterlänge: ''' Die maximale Länge des Hauptvorfluters von der Quelle bis zum Gebietsauslass in Kilometern.
+* '''Receiving stream length:''' The maximum length of the main receiving stream from the source to the runoff in kilometers.
-* '''Tiefster, Höchster Punkt: ''' Die topographische Höhe in Metern des tiefsten  Punkts (Gebietsauslass) und des höchsten Punkts (Quelle) des Hauptvorfluters.
+* '''Deepest, highest point:''' The topographic height in meters of the deepest point (runoff) and of the highest point (source) of the main receiving stream.
-* '''N-Verteilungsform: ''' Bestimmt die zeitliche Verteilung des Niederschlages. Zulässige Angaben sind: B = Blockregen, M = mittenbetonter, A = anfangsbetonter und E = endbetonter Niederschlag.
+* '''N-allocation form:''' Determines the temporal allocation of precipitation. Valid information is: B = block rainfall, rainfall M = in the middle of the event, A = at the beginning of the event and E = at the end of the event .
-* '''Modell Laufzeit: ''' Berechnungszeitraum für die Modellierung in Stunden.
+* '''Model runtime:''' Calculation time for the modeling in hours.
-* '''Zeitschrittlänge: ''' Länge eines spezifischen Berechnungszeitschrittes in Sekunden.
+* '''Time step length:''' Length of a specific calculation time step in seconds.
-Für die Niederschlagsverteilungsform sind in JAMSSCS entsprechende zeitliche Verteilungen implementiert, die weitestgehend DVWK 113/1984 folgen.
+For the precipitation allocation form the referring temporal allocations are implemented in JAMSSCS and follow the DVWK 113/1984 as far as possible.
 =Berechnung von Einzelereignissen=

JAMSSCS

Revision as of 13:20, 18 March 2010

Contents

JAMSSCS

Installation and Quick Start

JAMSSCS Input Data

CN Table

HRU table

Further Input Data

Berechnung von Einzelereignissen

Berechnung mit KOSTRA Niederschlägen

Interne Berechnungen - SCS Theorie, PEN-Niederschläge

CN-Wert Berechnung

Der Effektivniederschlag

Aufteilung des Effektivniederschlags

Die lineare Speicherkaskade

Praxisrelevante Extremwerte des Niederschlags (PEN)

HRU Parameter Bestimmung in ArcView

Notwendige Datenflächen

Voraussetzungen in ArcView

Zuschneiden der Eingangsdaten

Überlagern der Eingangsdaten

Aktualisieren der Attributtabelle

Exportieren der Attributtabelle

Literatur

Bearbeitung und Kontakt

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