METHODEN DER HYDROLOGISCHEN REGIONALISIERUNG IM ...

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Wiener Mitteilungen Band 164: Niederschlag-Abfluss Modellierung - Simulation und Prognose Experteneinschätzung gewählt. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die persönliche Erfahrung aus Feldbeobachtungen oder Datenanalysen eingebracht werden kann, und dass verschiedene Faktoren gesamtheitlich berücksichtigt werden können. Ohne die hydrologischen Prozesse im Detail zu kennen, reicht eine korrekte Einschätzung der Ähnlichkeit zweier Gebiete oft aus, sehr zuverlässige Werte abzuschätzen. Diese Methode ergibt deshalb oft genauere Werte als andere Regionalisierungsmethoden. Analogieschlüsse wurden und werden oft in praktischen hydrologischen Anwendungen verwendet. Der Nachteil dieses Ansatzes ist allerdings, dass er nicht leicht automatisiert werden kann, da es schwierig ist, geeignete Ähnlichkeitsmaße zu quantifizieren (siehe z.B. Blöschl and Sivapalan, 1995) Die zweite Alternative besteht aus einer räumlichen Übertragung mittels Hüllkurven. Derartige Ansätze kommen vor allem für extreme Ereignisse in Frage, etwa für die Bestimmung von Bemessungsniederschlägen oder Bemessungsabflüssen. Die grundlegende Annahme dieses Ansatzes besteht darin, dass eine Region als einigermaßen homogen angenommen wird. Ist ein extremes Ereignis in einem beliebigen Gebiet innerhalb dieser Region zumindest einmal aufgetreten, so kann angenommen werden, dass das Auftreten eines Ereignisses der gleichen Größenordnung auch im Untersuchungsgebiet möglich ist. Der große Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass er datenbasiert ist und tatsächlich beobachtete Ereignisse direkt verwendet werden können. Ein gewisser Nachteil besteht darin, dass die Homogenität einer Region nicht immer mit Sicherheit angegeben werden kann. In gewisser Weise ist die Homogenität einer Region äquivalent mit der hydrologischen Ähnlichkeit der Gebiete im zuvor diskutierten Ansatz der Analogieschlüsse. Ein anderer Nachteil des Hüllkurvenansatzes besteht darin, dass es schwierig ist, eine genaue Jährlichkeit für die regionalisierten Werte anzugeben, da meist von einem Größtereignis innerhalb einer Region ausgegangen wird. Eine Größenordnung der Jährlichkeit kann allerdings mit der Stationsjahr-Methode abgeschätzt werden. Kann angenommen werden, dass das Auftreten von extremen Ereignissen in einer Region statistisch unabhängig ist, so ergibt sich die Jährlichkeit des größten Ereignisses in der Region als das Produkt der Anzahl der Stationen und der mittleren Anzahl der Beobachtungsjahre dieser Stationen. Oft ist bei der Bestimmung von Bemessungswerten eine genaue Angabe der Jährlichkeit nicht notwendig. Deshalb und wegen des datenbasierten Ansatzes ist die Hüllkurvenmethode ein für praktische Anwendungen sehr interessanter Ansatz. Gutknecht et al. (2002) bestimmen extreme Bemessungsniederschläge unterschiedlicher Dauerstufen (30 Minuten bis 9 Stunden) in Österreich mit Hilfe eines Hüllkurvenansatzes und zeigen, dass die mit diesem Verfahren ermittelten Niederschlagsintensitäten für Bemessungszwecke besser geeignet sind als derzeit vorhandene alternative Verfahren (Kreps und Schimpf, 1965). 164
Wiener Mitteilungen Band 164: Niederschlag-Abfluss Modellierung - Simulation und Prognose 5. Beispiel: NA-Modellierung und Regionalisierung im UK-Flood Estimation Handbook Ein ausgezeichnetes Beispiel für die Bestimmung von Eingangsdaten und Modellparametern für die Niederschlag-Abflußmodellierung in Gebieten ohne Direktmessungen ist das UK Flood Estimation Handbook (FEH; Institute of Hydrology, 1999). Bei diesem Handbuch handelt es sich um einen Leitfaden zur Ermittlung von Hochwasserabflüssen bestimmter Jährlichkeit in Großbritannien. Es ersetzt den Flood Studies Report aus dem Jahr 1975. Das FEH besteht aus fünf Bänden zu den folgenden Themen: Überblick, Niederschlagsstatistik, Hochwasserstatistik, Niederschlag-Abfluss Berechnungen, und Gebietseigenschaften. Methodisch verfolgt das FEH zwei Ansätze, nämlich Hochwasserstatistik (lokal und regional) und Niederschlag-Abfluss Berechnungen. Im folgenden soll ein kurzer Überblick über die methodischen Grundsätze bei der regionalen Bestimmung von Eingangsdaten und Modellparameter für die Niederschlag-Abflußmodellierung gegeben werden. Regionalisierung des Bemessungsniederschlages: Für die Niederschlag- Abflussberechnungen sind vorerst Bemessungsniederschläge bestimmter Jährlichkeit und Dauer zu wählen. Im FEH wurde eine Niederschlagsstatistik unter Verwendung von 6000 Stationen mit Tageswerten und 375 Stationen mit Stundenwerten durchgeführt. Eine räumliche Interpolation der Stationswerte von (D) (des Medians der maximalen jährlichen Niederschläge bestimmter Dauer D) wurde mittels Georegression durchgeführt (siehe Abschnitt 3 dieses Beitrages). Als Zusatzvariablen wurden dabei die Seehöhe, ein Kontinentalitätsindex (in diesem Fall Abstand von Nordfrankreich), sowie ein Abschattungsindex verwendet. Bei den Zusatzvariablen handelt es sich also ausschließlich um Geländeparameter. Die dimensionslosen * Niederschlagswahrscheinlichkeitskurven (d.h. = P( T, D) / P ( D) , wobei T die P med Jährlichkeit ist) wurden ebenfalls regionalisiert. Hier wurde allerdings eine Methode auf Basis von Analogieschlüssen (siehe Abschnitt 4 dieses Beitrages) gewählt. Dabei wurden mehrere Stationen einer homogenen Region zu einem Datenkollektiv zusammengefasst (d.h. gepoolt), wodurch auch Niederschläge größerer Jährlichkeiten * zuverlässig bestimmt werden können. Schließlich wurde durch P (T , ) = P ⋅ P ( D) die Niederschlagshöhe als Funktion von Dauer und Jährlichkeit für zahlreiche Rasterpunke in Großbritannien berechnet. An diese Werte wurde im FEH nun für jeden Rasterpunkt eine sechsparameterige Funktion angepasst: P med D med ln P = ( c ⋅ y + d1 ) ⋅ ln D + e ⋅ y + f für D < 12h (5) ln 12 2 P = ln P + ( c ⋅ y + d ) ⋅ (ln D − ln12) für12 < D ≤ 48h ln 48 3 P = ln P + ( c ⋅ y + d ) ⋅(ln D − ln 48) für D > 48h ( ) mity= −ln − ln( 1− 1/T ) wobei P die Niederschlagshöhe (mm), D die Niederschlagsdauer (h), T die Jährlichkeit (Jahre) und P12 bzw. P48 die Niederschlagshöhen für eine Dauer von 12 bzw. 48 Stunden der gleichen Jährlichkeit T sind. Für die Parameter werden 6 Rasterkarten angegeben und daraus lässt sich die Niederschlagshöhe für jeden Punkt in 165
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