Liegt ein Gewässer im Untersuchungsgebiet, das durch die Attribute VORF und LERA (oder LEKN) abgebildet wird, kann mit Hilfe der Kontrolllinien eine Massenbilanz im Umfeld des Gewässers aufgestellt werden. Dazu wird der Bereich um das Gewässer ein- bis zweimal verfeinert. Dann werden etwa parallel zum Gewässerverlauf auf beiden Seiten Kontrolllinien erzeugt.

Im Beispiel wird das Kontrollvolumen durch die beiden seitlichen Kontrolllinien im Westen und Osten, durch den Hauptvorfluter im Norden und eine gedachte Verbindung der Kontrolllinien im Süden gebildet. Die Massenbilanz muss im stationären Zustand identische Ein- und Ausflüsse ergeben.

Folgende Mengen müssen ermittelt werden:

• Einstrom (+) und Ausstrom (-) über die Kontrolllinien in das Kontrollvolumen (über KONT)

• Neubildung im Kontrollvolumen (über FLAE)

• Leakageentnahme über das Gewässer (über Leakagemengen)

• Ausstrom über die Potentiale im Mündungsbereich (über Reaktionsmengen)

Erzeugen der Kontrolllinien

Die Wassermenge, die bei der Kontrolllinienberechnung ermittelt wird, entspricht dem grundwasserbürtigen Zu- und Abstrom des Gewässers. Im Schlierenbild des Beispiels ist erkennbar, dass das Gewässer nur eine sehr geringe Anbindung hat, da die Schlieren hauptsächlich parallel und nicht zu dem Gewässer hinströmen.

Schlierenbild des Beispielmodells

Die Kontrolllinien werden erzeugt mit Attribute Zuweisen Direkt und Auswahl der Datenart "KONT". Nach der Strömungsberechnung lassen sich die Mengen, die über jede Elementkante strömen, sowie die Gesamtmenge einer Kontrolllinie, in der Ausgabedatei out.* ablesen.

Die Vorzeichen der angegebenen Mengen lassen sich am besten in einem Plot der Kontrolllinienberechnung ablesen, da sie von der Zuweisungsreihenfolge abhängen: Schaut man IN Zuweisungsrichtung, ist die Strömung von rechts nach links positiv!

Schema der Fliessrichtung in Abhängigkeit der Zuweisungsrichtung

Lage der Kontrolllinien und -mengen (Ausschnitt)

Auf der östlichen Seite gibt es einen Zustrom (+) in das Kontrollvolumen, und auf der westlichen Seite einen Abstrom (-) aus dem Kontrollvolumen.

Da die Gesamtmengen beider Kontrolllinien positiv sind, muss der Wert der westlichen Linie als Ausstrom und damit negativ in der Massenbilanz angesetzt werden. Nach einer stationären Berechnung mit dem Modul SITRA (Teilsättigung, 5 Iterationen) ergibt sich der Wert der westlichen Linie zu (-) 740284 m³/Jahr und die Menge der östlichen Linie zu (+) 808193 m³/Jahr.

Neubildungsberechnung

Nach Erzeugung der Kontrolllinien links und rechts des Gewässers, wird eine Flächenstruktur (Struktur Neu Fläche) definiert, die das gesamte Kontrollvolumen abdeckt. Mit Ansicht Fläche berechnen (oder dem entsprechenden Button ) wird in der Statusleiste der SPRING-Oberfläche die Größe der ausgewählten Fläche angezeigt. Im Beispiel liegt sie bei ca. 1975284 m². Dieser Wert wird mit der Neubildungsrate von 0.200 m³/m²/Jahr multipliziert, was eine Neubildungsmenge von ca. 395057 m³/Jahr ergibt.

Flächenstruktur für die Neubildungsberechnung

Ermittlung der Leakagemengen

Für die Ermittlung der Leakagemenge des Gewässers wird den Gewässerknoten das Attribut BILK zugewiesen. Dann wird die Leakagemenge in der Ausgabedatei bei den Massenbilanzen angegeben: sie beträgt - 209405 m³/Jahr.

Ermittlung der Reaktionsmengen

Da das betrachtete Gewässer in einen Hauptvorfluter mit Festpotentialen mündet, muss der Ausstrom über den Potentialrand oder die Potentialrandbedingung im Kontrollvolumen ebenfalls berücksichtigt werden. Die Mengen werden in SPRING über Attribute Modelldaten/Berechnungsergebnisse importieren... Reaktionsmengen auf KKKK eingelesen. Über Attribute Berechnen Attribute Summieren... werden die Reaktionsmengen der Knoten im Kontrollvolumen aufaddiert. Die Reaktionsmengen des linken und rechten "Randknotens" des Kontrollbereichs werden gemittelt und nur einmal addiert, da sie jeweils die halbe Reaktionsmenge der angrenzenden Elemente abdecken. So ergibt sich eine Reaktionsmenge von -260292 m³/Jahr.

Nachdem alle Werte ermittelt sind, kann die Massenbilanz für das Kontrollvolumen [m³/Jahr] aufgestellt werden:

Die Abweichung von -6731 m³ entspricht 0.6 % der negativen Wassermengen.

Mit einem solchen Bilanztest kann die Lage von Kontrolllinien überprüft werden. Die Genauigkeit einer Kontrolllinie hängt erheblich von der Diskretisierung und der Anströmrichtung ab: je senkrechter der Anstrom, desto genauer die aus der Geschwindigkeit abgeleitete Menge (Q = V * K * I).

Durchströmende Wassermenge in einem See (GLEI)