ABSTRACTS 'Extreme Discharges' - CHR-KHR

Probabilistische Abflussvorhersage für das Einzugsgebiet des
Rheins bis Rheinfelden
M. Verbunt 1 , J. Gurtz 1 , A. Walser 2 and C. Schär 1
1
Institute for Atmospheric and Climate Science, Swiss Federal Institute of Technology (ETH) Zurich
Winterthurerstr.190, CH-8057 Zürich, Switzerland
2
MeteoSwiss, Zurich, Switzerland
Krähbülstrasse 58, CH-8044 Zürich, Switzerland
joachim.gurtz@env.ethz.ch
Ein hoch aufgelöstes Ensemble-Wetttervorhersagesystem, basierend auf 51 Läufe des Lokal Models (LM) ist
für eine probabilistische Abflussvorhersage im Rhein-Einzugsgebiet bis Rheinfelden (34'500 km 2 ) benutzt worden.
Dies, um die Unsicherheiten in Vorhersagedaten zu berücksichtigen. Das LM hat eine räumliche Auflösung
von 10 km x 10 km und liefert stündliche Vorhersagen. Die Ergebnisse dieses Models werden benutzt, um das
räumlich differenzierte hydrologische Einzugsgebietsmodel PREVAH (Precipitation-Runoff-Evapotranspiration
Hydrotope based Model) in einer Auflösung von 500 m x 500 m anzutreiben.
Für die Kalibrierung wurde das Einzugsgebiet in 23 Teileinzugsgebiete unterteilt. Der Kalibrierungszeitraum
enthält die Jahre 1997 und 1998, während das Modell im Zeitraum von 1999 bis 2002 validiert wurde. Einige
der Modellparameter wurden für jedes dieser Gebiete mit Hilfe eines halbautomatischen Kalibrierungsverfahrens
bestimmt. Dabei wurden vor allem die Wasserbilanz und das Bestimmtheitsmass R 2 berücksichtigt. Die
Resultate zeigen, dass das Modell recht gut in der Lage ist, die hydrologischen Prozesse in diesen Gebieten zu
simulieren. Die lineare Güte beträgt beim Ausflusspegel Rheinfelden bezogen auf R 2 während des Kalibrierungszeitraums
0.95 und für die Validierungsperiode 0.91. Damit steht das Einzugsgebietsmodellsystem
PREVAH für eine kontinuierliche Abfluss- und Wasserhaushaltsberechnung (einschliesslich Hoch- und Niedrigwasser)
für das Rhein-Einzugsgebiet bis Rheinfelden und seine 23 Teileinzugsgebiete räumlich und zeitlich
(1 Stunde) hochaufgelöst zur Verfügung.
Die untersuchten Fallbeispiele sind das Mai-Hochwasser 1999 im gesamten Rheingebiet und das November-
Hochwasser 2002 im Gebiet des Alpenrheins. Diese Studie fokussiert auf die Nutzbarkeit von Ensemble-
Vorhersagen als Grundlage für die Abflussvorhersage und behandelt die Vorhersagbarkeit von diesen Hochwasserereignissen.
Unsicherheiten in den Vorhersagen wurden untersucht und Abflussprognosen von deterministischen
Vorhersagen verglichen mit denen von probabilistischen Vorhersagen. Die Ergebnisse zeigen, dass in
beiden Fällen die deterministischen Vorhersagen erhebliche Fehler beinhalten, dass aber das gekoppelte hydrologische
LEPS-System Vorhersagen mit angemessenen Unsicherheitsintervallen und realistischen Andeutungen
von extremen Hochwassern liefert. Eine Wahrscheinlichkeitsangabe zu den vorhergesagten Hochwasserscheitelwerten
mit Hilfe von Ensembles wäre dann auch eine nützliche Alternative für die deterministische Abflussvorhersage.
Bei der operationellen Hochwasservorhersage ist die Anwendung mit 51 Läufen kaum möglich
wegen den hohen Rechenzeiten. Deshalb wurde die Möglichkeit untersucht, anstatt alle 51 Mitglieder nur 5 oder
10 repräsentative Mitglieder (RM) zu verwenden. Die Resultate zeigen, dass die Spannweite der Vorhersage
nicht kleiner wird, wenn nur 5 oder 10 Mitglieder benutzt werden im Vergleich zu dem ganzen Ensemble. Die 5
oder 10 RMs-Ensembles liefern auch eine grössere Spannweite als 5 oder 10 willkürlich ausgewählte Mitglieder.
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