Das Hydrologic Evaluation of Landfill Performance (HELP) Modell zur Simulation des Wasserhaushalts von Deponieabdichtungssystemen

Das "Hydrologic Evaluation of Landfill Performance" (HELP) Modell wurde seit 1982 in den USA unter Federführung von Paul Schroeder und gefördert von der Umweltbehörde der USA (EPA) entwickelt. HELP Version 1 erschien 1984, Version 2 1988 und Version 3 1994 (Schroeder et al. 1994a,b). Aktuelle Version ist HELP 3.07 vom November 1997, ein DOS-Programm.

Das HELP-Modell ist ein "quasi-zweidimensionales" Schichtmodell für die Abschätzung des Wasserhaushalts von offenen und geschlossenen Deponien und insbesondere von Abdichtungssystemen. Hauptzweck ist der Vergleich des Wasserhaushalts von alternativen Aufbauten unter dem Klima des jeweiligen Standorts. HELP modelliert mit einem eintägigen Zeitschritt eine Reihe von hydrologischen Prozessen, wobei vertikale und laterale Prozesse gekoppelt werden, ein zweidimensionaler Fluss jedoch nicht berechnet wird (quasi-zweidimensional). Als Eingabedaten benötigt HELP Tageswerte von Niederschlag, Lufttemperatur und Globalstrahlung für 1 bis 100 vollständige Kalenderjahre, Parameter für die Verdunstung, Daten zu Boden- und Materialeigenschaften sowie zum Profilaufbau und zum Standort. Als Vegetation ist Grasbewuchs vorgesehen, höherer Bewuchs kann jedoch ebenfalls simuliert werden; alternativ kann der Boden unbewachsen sein. Der Profilaufbau ist während eines Simulationslaufs konstant; ab HELP 3.80 D können jedoch Boden- und Vegetationseigenschaften geändert und dadurch eine Alterung des Profils auf elementare Weise simuliert werden.

Für die Version HELP 3.07 wurde eine Validierungsstudie unter deutschen Klimaverhältnissen durchgeführt und das Modell für die Anwendung in Deutschland angepasst (HELP 3.07 D). In einer begleitenden Arbeitsgruppe der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik wurde u.a. die GDA-Empfehlung E 2-30 erarbeitet und zusammen mit den anderen von der Arbeitsgruppe erarbeiteten GDA-Empfehlungen auf einer Tagung im September 2000 der Fachöffentlichkeit zur Diskussion gestellt. Der Tagungsband ist als Hamburger Bodenkundliche Arbeiten 47 erschienen.

Nach Projektende wurde HELP-D in mehreren Folgeversionen weiterentwickelt (chronologischer Überblick).

Die aktuelle Version HELP 3.95 D enthält folgende wesentliche Funktionen:

• Windows-Benutzeroberfläche, lauffähig unter Windows 10 und 11.
• Online-Hilfetexte in Deutsch und in Englisch.
• Benutzerhandbuch in Deutsch und in Englisch.
• Der Projektmanager gibt einen Überblick über die Simulationsläufe in einem gewählten Verzeichnis.
• Zentrale Voreinstellungen können für das jeweilige Windows-Benutzerkonto abgespeichert werden.
• Die Simulation kann wahlweise mit der Modellversion HELP 3.95 D und der letzten Originalversion HELP 3.07 durchgeführt werden; HELP 3.07 wurde primär für Anwender in den USA integriert.
• Tägliche Wetterdaten des Deutschen Wetterdienstes (DWD) in Standardformaten können eingelesen werden. Das Einlesen kann auf einen Bereich von Jahren beschränkt werden. Für DWD-Daten in den Standardformaten KX, KL, KG und KF, die von der Internetseite des DWD kostenlos heruntergeladen werden können, steht eine Formatdatei zur Verfügung.
• Dateien von Visual HELP (Version 2.2) mit Verdunstungsparametern sowie mit täglichen Wetterdaten können eingelesen werden.
• Tägliche Wetterdaten, die in anderen Dateiformaten wie Excel vorliegen, können nach dem Export in Text-(ASCII-)Dateien in bestimmten Formaten nach HELP-D importiert werden.
• Mit dem integrierten Wettergenerator WGen können tägliche Wetterdaten für ausgewählte Standorte in Deutschland und in den USA erzeugt werden.
• Parameter für die Verdunstungsberechnung können für ausgewählte Standorte in Deutschland und in den USA aus einer Datenbank übernommen werden.
• Eigenschaften von US-amerikanischen und deutschen Bodenarten sowie von weiteren Materialien können aus einer Datenbank eingelesen werden. Für die deutschen Bodenarten wurde die (deutsche) Feldkapazität (bei 60 hPa Wasserspannung) als Kommentar ergänzt, um die nutzbare Feldkapazität, die bei Rekultivierungs- und speziell bei Wasserhaushaltsschichten eine wichtige Rolle spielt, berechnen zu können.
• Mit der Modellversion HELP 3.95 D kann die Alterung von Deponieprofilen durch Vorgabe entsprechender Parameterwerte für Schichteigenschaften und die Vegetation auf elementare Weise simuliert werden. Sie wird jedoch nicht modelliert, und die Schichtabfolge in einem Simulationslauf muss weiterhin konstant sein.
• Die Modellversion HELP 3.95 D gibt Tages-, Monats- und Jahreswerte der Simulationsergebnisse tabellarisch in jeweils eigene Textdateien aus, die in Tabellenkalkulations- oder Grafikprogrammen einfach weiterverarbeitet werden können.

In der Zip-Datei RCRA Comparison Nashville TN (USA) and Hamburg (Germany).zip finden Sie Ausgabedateien und einen Vergleich von Berechnungsergebnissen für das RCRA-Beispiel aus der US-Version HELP 3.07 insbesondere für HELP 3.07 und HELP 3.95 D und außerdem einige Abbildungen der Benutzeroberfläche von HELP 3.95 D (s. die ReadMe.pdf in der Zip-Datei).

Lieferumfang

HELP 3.95 D wird ausschließlich elektronisch per Download oder E-Mail (ca. 10 MB) ausgeliefert. HELP 3.95 D umfasst das Programm mit Online-Hilfetexten in Deutsch und in Englisch und die folgenden elektronischen Dokumentationen in Deutsch bzw. in Englisch im PDF-Format:

• Berger, K. & Schroeder, P.R., 2013: Das Hydrologic Evaluation of Landfill Performance (HELP) Modell. Benutzerhandbuch für HELP-D (Version 3.95 D). 6., vollständig überarbeitete Auflage, Institut für Bodenkunde der Universität Hamburg, 87 S. (auch in Englisch verfügbar)
• Berger, K., 2012: Das Hydrologic Evaluation of Landfill Performance (HELP) Modell. Technische Dokumentation zu HELP 3.95 D - Änderungen gegenüber HELP 3.07 -. Institut für Bodenkunde, Universität Hamburg, 11 S. (auch in Englisch verfügbar)
• Berger, K., 1998: Das HELP-Modell. Auszug aus: Validierung und Anpassung des Simulationsmodells HELP zur Berechnung des Wasserhaushalts von Deponien für deutsche Verhältnisse. Institut für Bodenkunde der Universität Hamburg / Umweltbundesamt, Berlin, 120 S.
• Schroeder, P.R. et al., 1994: The Hydrologic Evaluation of Landfill Performance (HELP) Model. Engineering Documentation for Version 3. EPA/600/R-94/168b, U.S. Environmental Protection Agency, Cincinnati, Ohio, x + 116 S.

Hardware- und Software-Anforderungen

HELP 3.95 D läuft unter Windows 7 und 8 (32-Bit und 64-Bit, ausgenommen ggf. die Startereditionen), Windows 10 (getestet unter Windows 10 Pro 64-Bit) sowie Windows XP und wahrscheinlich Vista (nicht getestet). Die Benutzeroberfläche von HELP 3.95 D benötigt das Microsoft .NET Framework 4, das, wenn es nicht auf dem PC vorhanden ist, automatisch mit installiert wird. Hierfür ist eine Internet-Verbindung zum Download des Frameworks erforderlich! Auf Rechnern mit Windows 7 ist das .NET-Framework 4 standardmäßig vorhanden. Auf Rechnern mit Windows 8 oder 10 nutzt HELP 3.95 D das vorinstallierte .NET Framework 4.n. Wenn Ihr Rechner nicht an das Internet angeschlossen ist, können Sie ein eigenständiges Installationsprogramm des .NET Frameworks 4 von einem Rechner mit Internetzugang von der Microsoft Internetseite herunterladen.

Weitere besondere Anforderungen von HELP 3.95 D an die Hardware oder Software bestehen nicht. Die empfohlene Bildschirmauflösung beträgt 1100 x 800 Pixel oder höher (bei geringeren Bildschirmauflösungen müssen Sie in einigen Eingabemasken mit den Rollbalken blättern).

Für registrierte Anwender HELP-D biete ich Beratung an.

Außerdem führe ich im Auftrag Simulationen mit HELP durch, biete Beratung bei der Konzeption von Simulationen und Bewertung der Ergebnisse an und erstelle Gutachten zu diesen Themen. Die Abrechnung erfolgt auf Zeitaufwandsbasis.

Je nach Bedarf biete ich an der Universität Hamburg zwei Arten von HELP-D-Anwenderkursen an:

• HELP-D-Einsteigerkurse, die sich primär an Personen wenden, die die Anwendung des Modells erlernen wollen, z.B. Mitarbeiter von Ingenieurbüros, aber auch von Universitäten, Behörden und andere Interessierte
• HELP-D-Vertieferkurs für Personen mit Vorkenntnissen entsprechend etwa denen des Einsteigerkurses, die ihre Kenntnisse zur Anwendung des HELP-Modells und zu inhaltlichen Fragestellungen des Wasserhaushalts von Oberflächenabdichtungssystemen vertiefen wollen

Auf Anfrage biete ich auch Kurse für MitarbeiterInnen von Genehmigungsbehörden an. Ziel dieser Kurse ist die Vermittlung von Grundlagenwissen, um Wasserhaushaltssimulationen mit dem HELP-Modell, die im Zuge von Planungen oder für Berichte oder Gutachten durchgeführt wurden, verstehen und bewerten zu können. Die Kurse können bei Ihnen im Haus durchgeführt werden. Bei Interesse melden Sie sich bitte bei mir.

Zentrale Veröffentlichungen

• Berger, K., 1998: Validierung und Anpassung des Simulationsmodells HELP zur Berechnung des Wasserhaushalts von Deponien für deutsche Verhältnisse. Umweltbundesamt, Fachgebiet III 3.6 (PT AWAS des BMBF), Berlin, 569 S. (vergriffen)
  Behandelt HELP 3.06/3.07
• Berger, K., 2014. Simulation des Wasserhaushalts von Deponieabdichtungssystemen. In: Bilitewski, B., Quicker, P., Schnurer, H., Zeschmar-Lahl, B. (Eds.), Müll-Handbuch, Lfg. 1/14, Kennzahl 4364, Erich Schmidt Verlag, Berlin, 26 pp.
• Berger, K., 2014. Simulation des Wasserhaushalts von Deponieabdichtungssystemen mit dem HELP-Modell. In: Bilitewski, B., Quicker, P., Schnurer, H., Zeschmar-Lahl, B. (Eds.), Müll-Handbuch, Lfg. 1/14, Kennzahl 4365, Erich Schmidt Verlag, Berlin, 28 pp.
• Berger, K.U., 2015: On the current state of the Hydrologic Evaluation of Landfill Performance (HELP) model. Waste Management, 38, 201-209, doi:10.1016/j.wasman.2015.01.013.
• Berger, K., 2022: On the new Hydrologic Evaluation of Landfill Performance (HELP) model version 4 for the water balance simulation of landfill liner systems. Detritus. 18, S. 70-76, doi: 10.31025/2611-4135/2022.15163
• Berger, K. & Schroeder, P.R., 2013: Das Hydrologic Evaluation of Landfill Performance (HELP) Modell. HELP 3.95 D. Institut für Bodenkunde der Universität Hamburg.
  Programm mit Online-Hilfe und den Dokumentationen (PDF-Dateien):
  • Berger, K. & Schroeder, P.R., 2013: Das Hydrologic Evaluation of Landfill Performance (HELP) Modell. Benutzerhandbuch für HELP-D (Version 3.95 D). 6., überarbeitete Auflage, Institut für Bodenkunde der Universität Hamburg, 87 S. (auch in Englisch verfügbar)
  • Berger, K., 2012: Das Hydrologic Evaluation of Landfill Performance (HELP) Modell. Technische Dokumentation zu HELP 3.95 D - Änderungen gegenüber HELP 3.07 -. Institut für Bodenkunde, Universität Hamburg, 11 S. (auch in Englisch verfügbar)
  • Berger, K., 1998: Das HELP-Modell. Auszug (Kap. 5, Literaturverzeichnis) aus: Validierung und Anpassung des Simulationsmodells HELP zur Berechnung des Wasserhaushalts von Deponien für deutsche Verhältnisse. Institut für Bodenkunde der Universität Hamburg / Umweltbundesamt, Berlin, 120 S.
  • Schroeder, P.R. et al., 1994: The Hydrologic Evaluation of Landfill Performance (HELP) Model. Engineering Documentation for Version 3. EPA/600/R-94/168b, U.S. Environmental Protection Agency, Cincinnati, Ohio, x + 116 S.
• GDA-Empfehlung E 2-30, 2003: Modellierung des Wasserhaushalts der Oberflächenabdichtungssysteme von Deponien. Aktuelle Fassung unter GDA online / Empfehlungen. Ältere Fassungen in Bautechnik, 75 (9), S. 616-626, und in Ramke et al. (2000)
• Schroeder, P.R. et al., 1994a,b: The Hydrologic Evaluation of Landfill Performance (HELP) Model. 2 Bd.: User's Guide for Version 3; Engineering Documentation for Version 3; EPA/600/R-94/168a,b; US Environmental Protection Agency, Cincinnati, Ohio

Weitere Veröffentlichungen in Deutsch

• Berger, K., 2000a: Möglichkeiten und Grenzen der Anwendung des HELP-Modells. Müll und Abfall, 32. Jg., H. 2, S. 65-76. Leserbrief N. Markwardt und Erwiderung K. Berger: 32. Jg., H. 11, S. 675-677
  Behandelt HELP 3.07 (D).
• Berger, K., 2002: Anwendung des HELP-Modells für die Simulation des Wasserhaushalts von Oberflächenabdichtungssystemen. In: Handbuch der Altlastensanierung, Kennzahl 5588, 30. Erg.-Lfg., 2. Aufl., August 2002, 57 S.
  Behandelt im Wesentlichen HELP 3.55 D
• Berger, K., 2010: Modellvalidierung - Unentbehrlich, aufwendig, oft vernachlässigt. Rekapitulation einiger Grundlagen am Beispiel Wasserhaushaltsmodelle für Deponieabdichtungssysteme. Müll und Abfall, 42. Jg., H. 5/2010, S. 240-245
• Berger, K. & Sokollek, V., 1997: Sind qualifizierte Abdeckungen von Altdeponien unter den gegebenen klimatischen Voraussetzungen der BRD sinnvoll bzw. möglich? In: Egloffstein, Th. & G. Burkhardt (Hrsg.): Oberflächenabdichtungen von Deponien und Altlasten. Planung - Bau - Kosten. Abfallwirtschaft in Forschung und Praxis, Bd. 103, Erich Schmidt Verlag, Berlin, S. 15-39
• Ramke, H.-G., Berger, K. & Stief, K. (Hrsg.), 2000: Wasserhaushalt der Oberflächenabdichtungssysteme von Deponien und Altlasten. Anwendung des HELP-Modells und Gestaltung der Rekultivierungsschicht. Tagung am 8. September 2000. Hamburger Bodenkundliche Arbeiten 47, 302 S.