Die beiden Wassersimulationen: wie viel Wasser ankommt und wie schnell

Warum zwei Simulationen und nicht eine

Eine Bewässerungsanlage kann auf zwei völlig verschiedene Arten falsch sein, und beide Fehler sieht man nicht mit demselben Werkzeug:

• Die Menge stimmt nicht. Ein Bereich bekommt weniger Wasser, als die Pflanze verbraucht, und wird gelb. Oder er bekommt zu viel, und das überschüssige Wasser landet unter den Wurzeln, wo es niemandem mehr nützt.
• Die Geschwindigkeit stimmt nicht. Die Gesamtmenge ist richtig, kommt aber schneller an, als der Boden sie aufnehmen kann. Das Wasser bleibt an der Oberfläche, bildet Pfützen und fließt ab: die richtige Dosis wurde ausgebracht, aber ein großer Teil ist nie in den Boden gelangt.

Das sind zwei unabhängige Eigenschaften. Eine Anlage kann bei der Dosis perfekt und bei der Geschwindigkeit katastrophal sein — oder umgekehrt. Deshalb hat SprinklerMap nicht eine, sondern zwei Simulationen: Water Coverage beantwortet die erste Frage, Runoff Risk die zweite.

Ein Rechengitter, zwei Lesarten

Die beiden Simulationen sind keine getrennten Modelle, die sich widersprechen könnten. Beide gehen vom selben Rechengitter aus: der Garten wird in Zellen zerlegt, und für jede Zelle wird eine einzige physikalische Größe berechnet — die Ausbringungsrate, also wie viele Millimeter Wasser pro Stunde an diesem Punkt ankommen, während die Regner laufen, als Summe aller Regner, die ihn erreichen.

Aus dieser einen Zahl pro Zelle folgen beide Karten:

• Water Coverage multipliziert sie mit der Beregnungsdauer und erhält die Dosis in Millimetern, die mit dem geschätzten Bedarf der Bepflanzung verglichen wird.
• Runoff Risk vergleicht sie mit der Infiltrationsrate des Bodens und berechnet, wie viel Wasser an der Oberfläche bleibt.

Die praktische Folge: die beiden Karten können über dieselbe Anlage nichts Unvereinbares sagen, weil dieselben Zahlen darunter liegen. Auch das Bereichs-Panel — Dauer, Durchfluss, Ausbringungsrate, Anzahl der Starts — liest dasselbe Gitter.

Zellen ohne Wasser werden angezeigt, nicht versteckt: ein Bereich, den kein Regner erreicht, bleibt auf beiden Karten grau. Das ist der Fehler, den man am leichtesten übersieht, wenn man nur die gezeichneten Abdeckungsbögen betrachtet.

Water Coverage: die Wassermenge gegenüber dem Bedarf

Water Coverage zeigt, wie sich die Dosis über die Zeit aufbaut — die Animation ist die verstreichende Zeit — und färbt jeden Bereich nach dem Verhältnis zwischen erhaltenem Wasser und dem, was die Bepflanzung braucht.

Wie man die Skala liest

Das grüne Band ist ein Bereich, kein einzelner Wert: von 90% bis 140% des Bedarfs. Überall exakt 100% zu verlangen ergibt keinen Sinn — keine reale Anlage verteilt vollkommen gleichmäßig, und ein maßvoller Überschuss ist normale Planungstoleranz.

Im Testgarten (englischer Rasen, volle Sonne, lehmiger Boden) beträgt der geschätzte Bedarf 5,0 mm pro Tag, gedeckt durch einen Start von 19 Minuten bei einem Anlagendurchfluss von 26,4 L/min.

Runoff Risk: die Geschwindigkeit gegenüber der Bodenaufnahme

Runoff Risk beantwortet eine andere Frage: kommt der Boden mit dem Strahl mit? Es vergleicht das an der Oberfläche verbleibende Wasser mit dem, was der Boden halten kann, bevor es abzufließen beginnt.

Das Modell im Detail

Jeder Bodentyp hat zwei agronomische Kenngrößen: die Infiltrationsrate (wie viele mm/h er aufnehmen kann) und den Oberflächenspeicher (wie viele mm er an der Oberfläche halten kann, ohne abzufließen). Wasser über der Infiltrationsrate sammelt sich an:

Überschuss [mm] = (Ausbringungsrate − Infiltration) × Minuten / 60

Solange der Überschuss unter dem Oberflächenspeicher bleibt, hat das Wasser Zeit einzusickern und es passiert nichts. Übersteigt er ihn, beginnt der Abfluss.

Im Testgarten: die gemessene Ausbringungsrate beträgt 22,2 mm/h, die Infiltrationsrate von lehmigem Boden 25 mm/h. Die Rate liegt unter der Infiltration, der Überschuss ist also null: das Panel meldet 0,0 mm an der Oberfläche verbleibend von den 5, die der Boden halten kann. Die Karte ist fast überall grün.

Das Rot, das trotzdem an einigen Stellen auftaucht, ist genau der Grund, warum es die Karte braucht und der Mittelwert des Panels nicht reicht: die mittlere Rate ist nicht die lokale Rate. Wo sich zwei oder drei Strahlen überlappen, erhält diese Zelle die Summe der Beiträge und kann die Infiltration überschreiten, auch wenn der Gartendurchschnitt unauffällig aussieht.

Was sich ändert, wenn der Boden wechselt

Der Bodentyp wird im Panel Bereiche eingestellt und rührt weder an die Regner noch an ihre Anordnung: er ändert nur, wie schnell der Boden aufnimmt. Das sind die drei Werte, die die App verwendet:

Toniger Boden verschlechtert nicht nur die Karte: er ändert die Programmierung

Das ist der interessanteste Effekt. Beim Wechsel auf tonig schlägt das Panel nicht mehr einen Start von 19 Minuten vor, sondern 2 zu je 9,4 Minuten. Das ist die Cycle-and-Soak-Technik: die Beregnung wird in mehrere Starts mit einer Pause dazwischen zerlegt, damit das Wasser zwischen den Zyklen einsickern kann.

Die Zahlen gehen auf und lassen sich mit der obigen Formel prüfen:

• Als einzelner Start: (22,2 − 12) × 19 / 60 = 3,2 mm Überschuss, gegenüber einem Speicher von nur 3 mm. Es fließt ab.
• Aufgeteilt in 2 Zyklen: (22,2 − 12) × 9,4 / 60 = 1,6 mm pro Zyklus, deutlich unter 3 mm. Es fließt nicht ab.

Die Gesamtwassermenge ändert sich nicht: 2 × 9,4 Minuten ergeben dieselben 19 Minuten Wasser wie zuvor, bis auf die Rundung, mit der das Panel die Werte anzeigt. Nur die Verteilung über die Zeit ändert sich. Reicht auch das Aufteilen nicht unter die Schwelle, lässt die App die Risikowarnung stehen, statt so zu tun, als löse eine unpraktikable Programmierung das Problem.

Was sich ändert, wenn die Bepflanzung wechselt

Die Bepflanzung berührt den Abfluss nicht: sie ändert den Bedarf, also das Ziel, an dem Water Coverage misst, welches Grün „im Zielbereich" liegt.

Im selben Garten mit denselben 6 Regnern sinkt beim Wechsel von englischem Rasen zu Hecke und Sträuchern der geschätzte Bedarf von 5,0 auf 3,0 mm pro Tag und damit die Beregnungsdauer von 19 auf 11 Minuten. Bereiche, die vorher knapp unter dem Ziel lagen, liegen nun darin, weil das Ziel gesunken ist.

Das ist der praktische Grund, warum Rasen und Sträucher nicht in denselben Kreis gehören: sie haben verschiedene Ziele, und eine einzige Laufzeit kann nicht beide treffen. Was weniger Wasser braucht, wird so lange beregnet wie das, was mehr braucht.

Was sich ändert, wenn der Düsentyp wechselt

Die letzte Variable wird am meisten unterschätzt, und sie steht nicht im Bereichs-Panel, sondern in der Regnerliste: der Düsentyp. Eine Spray-Düse gibt ihr Wasser in einem festen Fächer ab, ein Rotator verteilt es mit rotierenden Strahlen. Bei gleicher benetzter Fläche bringt die Spray-Düse deutlich mehr Wasser pro Zeiteinheit aus.

Direkter Test: gleicher Garten, gleiche 6 Regner, gleiche Positionen, gleicher lehmiger Boden. Nur die Düse wechselt, von Rotator auf Spray.

Die Beregnungsdauer bricht von 19 auf 9,7 Minuten ein — logisch, denn für dieselbe Dosis braucht es etwa die halbe Zeit. Doch die Abflusskarte wird deutlich schlechter: es erscheinen große orange und rote Bereiche, die es mit Rotatoren nicht gab.

Der Punkt ist: dieselbe Wassermenge, schneller ausgebracht, ist nicht dasselbe. Water Coverage sähe die beiden Anlagen als nahezu identisch — die Dosis ist gleich — während Runoff Risk sie sofort unterscheidet. Es ist das klarste Beispiel dafür, warum man beide ansehen muss.

Auf langsamen Böden zählt die Düsenwahl also so viel wie die Anordnung: bei tonigem Boden mit 12 mm/h muss eine Spray-Anlage fast sicher in mehrere Starts zerlegt werden.

Wie man beide Simulationen zusammen liest

Diese Reihenfolge funktioniert:

1. Zuerst die grauen Bereiche. Auf beiden Karten bedeutet Grau „kein Wasser". Gibt es graue Bereiche innerhalb des Rasens, liegt das Problem bei der Platzierung und muss dort gelöst werden, bevor man irgendetwas anderes ansieht.
2. Dann Water Coverage. Flächiges Grün ist das Ziel. Rot markiert Bereiche, die vergilben werden, Gelb/Braun Bereiche, in denen Wasser verschwendet wird. Korrigiert wird durch Verschieben von Regnern, Ändern des Radius oder Trennen der Hydrozonen.
3. Zuletzt Runoff Risk. Erscheinen Orange und Rot, stimmt die Dosis, aber sie kommt zu schnell an. Korrigiert wird durch Aufteilen in mehrere Starts, den Wechsel zu Düsen mit niedriger Rate oder weniger Überlappung dort, wo sich Strahlen addieren.
4. Water Coverage nach jeder Änderung an den Regnern erneut lesen, denn jede Änderung der Anordnung verändert auch die Dosis.

Eine fertige Anlage ist auf beiden Karten grün. Grün auf nur einer reicht nicht.

Erklärte Grenzen der Simulationen

• Sie simulieren keinen Wind. Das Verteilungsmodell ist radial: Wind verformt die reale Wurfweite und verlagert Wasser, dieser Effekt ist nicht abgebildet.
• Sie berücksichtigen keine Hangneigung. Bei Gefälle über 15% fließt Oberflächenwasser hangabwärts, statt sich zu verteilen, und das Abflussrisiko wird unterschätzt.
• Die Bodenkennwerte sind typische Werte für die drei Klassen (sandig, lehmig, tonig). Realer Boden kann verdichtet sein, eine undurchlässige Schicht haben oder von jüngstem Regen bereits gesättigt sein — alles Bedingungen, die die tatsächliche Infiltration verringern.
• Der Bedarf ist eine saisonale Schätzung auf Basis von Bepflanzung und Exposition, keine Echtzeitmessung. Eine Steuerung mit Wetterdaten bleibt genauer als jede Vorabschätzung.
• Die Simulation zeigt einen einzelnen Start, nicht die gesamte Bewässerungssaison.

Formeln, Quellen der Kennwerte und die allgemeinen Grenzen des Werkzeugs stehen in der Berechnungsmethodik. Um zu verstehen, woher das simulierte Regner-Layout kommt: wie die automatische Platzierung funktioniert →