Archiv der Kategorie: Heft 4, August 2008

Zur Rekonstruktion langjähriger Wasserstands- und Durchflusszeitreihen am Elbepegel Dresden

Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 52. Jahrgang, Heft 4, August 2008

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
52. Jahrgang, Heft 4,
August 2008

Autor/Autorin:
Steffen Bartl, Uwe Grünewald und Sabine Schümberg

Schlagworte:
Gefährdungsabschätzung, historische Daten, lange Zeitreihen

Sowohl für die Hochwasservorsorge als auch generell für den Hochwasserschutz, ist eine verlässliche Gefährdungsabschätzung notwendig. Diese basiert in der Regel auf der statistischen Analyse belastbarer Durchflusszeitreihen an Pegeln. Ein Grundanliegen des in der RIMAX-Initiative geförderten Projektes „Integration von historischen und hydraulisch/hydrologischen Analysen zur Verbesserung der regionalen Gefährdungsabschätzung und zur Erhöhung des Hochwasserbewusstseins“, bestand in der Überprüfung und Erweiterung der Datenbasis des historisch gut dokumentierten Elbepegels Dresden. Es zeigt sich, dass die interdisziplinäre Auswertung historischer Dokumente eine gute Basis darstellt, die Zuverlässigkeit der Durchflusszeitreihen zu erhöhen und sie auch über die bestehenden Reihenlängen hinaus zu erweitern.

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Unsicherheiten in der hydrodynamisch-numerischen Modellierung von Überflutungsflächen

Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 52. Jahrgang, Heft 4, August 2008

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
52. Jahrgang, Heft 4,
August 2008

Autor/Autorin:
Markus Noack und Alpaslan Yörük

Schlagworte:
Hochwasserschutzmaßnahmen, Modellierung, Unsicherheiten

Im Hochwassermanagement werden hydrodynamisch-numerische Modelle mit unterschiedlicher Dimensionalität für die Ermittlung von Überflutungsflächen, Auswirkungen von Hochwasserschutzmaßnahmen und Veränderungen im zeitlichen Verlauf von Hochwasserganglinien erfolgreich eingesetzt. Dieser Artikel hat die Quantifizierung der Unsicherheiten in den Ergebnissen der hydrodynamisch-numerischen Modellierung zum Inhalt. Die Genauigkeit von Simulationsergebnissen ist abhängig von dem verwendeten Modellierungsansatz, dessen numerischer Methode, der Auflösung des digitalen Geländemodells sowie der Unsicherheit verschiedener Eingangsparameter. Die Analyse der Unsicherheiten erfolgt über einen Ergebnisvergleich zwischen dem zweidimensionalen Modell Hydro_AS-2D und dem rasterbasierten hybriden Modell SOBEK-Rural sowie über die Bestimmung des Einflusses von unterschiedlichen DGM-Auflösungen auf die Simulationsergebnisse von Hydro_AS-2D. Bezüglich der Parameterunsicherheit werden im Rahmen einer Parameterstudie mit SOBEK-Rural die Einflüsse der Eingangsparameter Rauheit, Geländehöhe und Abfluss (Randbedingungen) mittels einer Monte-Carlo-Simulation und einer generalisierten Sensitivitätsanalyse (GSA) untersucht.

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Stochastische Simulation stündlicher Niederschlagsfelder für Extremereignisse an der Freiberger Mulde, dem Oberen Main und der Fränkischen Saale

Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 52. Jahrgang, Heft 4, August 2008

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
52. Jahrgang, Heft 4,
August 2008

Autor/Autorin:
Jan Bliefernicht, András Bárdossy und Christian Ebert

Schlagworte:
Hochwasservorhersage, Niederschlag, Simulation

Die Regionalisierung hydrologischer Größen spielt eine zentrale Rolle in der Hydrologie, da z.B. Größen wie der Niederschlag nur punktuell erfasst werden, aber häufig für die hydrologische Modellierung eine Information über die räumliche Verteilung dieser Größen benötigt wird. Für die Regionalisierung werden Interpolationsverfahren wie Kriging verwendet, die aber zu einer Glättung der Regionalisierungsgröße führen. Damit zuverlässige Aussagen in der Hydrologie getroffen werden, ist es aber oftmals notwendig, dass die Variabilität der Größen erhalten bleibt. Stochastische Simulationsverfahren bieten diese Möglichkeit. Im Rahmen dieser Arbeit wird daher die Anwendung einer stochastischen Simulation für den Niederschlag demonstriert, indem räumlich hochaufgelöste stündliche Niederschlagsfelder für beobachtete und für unbeobachtete Extremereignisse erstellt werden. Dabei wird gezeigt, welche Bedeutung die stochastische Simulation des Niederschlags bei der Entwicklung eines effizienten Hochwasservorhersagesystems hat.

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Rekonstruktion historischer Hochwasserabflüsse anhand meteorologischer und hydrologischer Daten

Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 52. Jahrgang, Heft 4, August 2008

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
52. Jahrgang, Heft 4,
August 2008

Autor/Autorin:
Dirk Sudhaus, Katrin Bürger, Paul Dostal, Florian Imbery, Jochen Seidel, Werner Konold, Helmut Mayer und Rüdiger Glaser

Schlagworte:
Analyse historischer Daten, extreme Hochwasserabflüsse, Hochwasserschutz

Extremhochwasser und ihre Auswirkungen haben in den letzten Jahren im Kontext der rezenten Klimaveränderungen in Zentraleuropa zunehmende Aufmerksamkeit erhalten. Die Betrachtung historischer Hochwasserkatastrophen sowie ihrer regionalen Auswirkungen im Rahmen langzeitlicher Klimavariabilität liefern ein wertvolles Verständnis zu vergangenen, gegenwärtigen sowie zukünftigen Beziehungen zwischen Klima und extremen Hochwassern (BARDOSSY & FILIZ 2005). Daher erhalten historische Hochwasser ein immer größeres Interesse in der Hochwasserforschung und im angewandten Hochwasserschutz (BENITO et al. 2005, GLASER & STANGL 2004).

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Nutzung künstlicher neuronaler Netze zur Bereitstellung von Entscheidungsgrundlagen für operative und planerische wasserwirtschaftliche Maßnahmen

Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 52. Jahrgang, Heft 4, August 2008

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
52. Jahrgang, Heft 4,
August 2008

Autor/Autorin:
Gerd H. Schmitz, Johannes Cullmann, Andy Philipp, Thomas Krauße und Franz Lennartz

Schlagworte:
Hochwasservorhersage, neuronale Netze, schnell reagierende Einzugsgebiete

Die PAI-OFF-Methodik (Process modelling and Artificial Intelligence for Online Flood Forecasting) vereint die Zuverlässigkeit physikalisch basierter hydrologischer/hydraulischer Modellierung mit den operationellen Vorzügen von Methoden der künstlichen Intelligenz. Diese Vorzüge sind: extrem geringer Rechenaufwand zur Erstellung einer Vorhersage, Robustheit sowie einfache Handhabbarkeit des Vorhersagesystems. Die Anwendung von PAI-OFF erfordert dabei zunächst die Erstellung eines physikalisch basierten hydrologischen Modells für ein zu betrachtendes Einzugsgebiet. Wenn besondere hydrodynamische Bedingungen auftreten, wie z.B. Rückstaueffekte beim Hochwasserwellenablauf, wird ein hydrodynamisches Wellenablaufmodell für die betreffenden Flussabschnitte mit einbezogen. Beide Modelle werden anschließend zur Simulation der Reaktion des Einzugsgebiets auf die Bandbreite potentiell Hochwasser auslösender Niederschlagsereignisse genutzt. Die resultierenden Niederschlags-Abfluss-Daten bilden die Grundlage einer Datenbank korrespondierender Input-Output-Vektoren. Die Datenbank wird weiterhin durch hydrologische/meteorologische Informationen zur Charakterisierung des Gebietszustandes vor Ereignisbeginn vervollständigt. Diese Datenbank dient dann dem Training jeweils eines künstlichen neuronalen Netzwerkes: ein Polynomielles Neuronales Netz (PoNN) zur Abbildung der Niederschlags-Abfluss-Funktion sowie ein Multilayer-Feedforward-Netzwerk (MLFN) zur Porträtierung des Hochwasserwellenablaufs. Nach der Vorstellung der theoretischen Grundlagen präsentieren wir die Anwendung der PAI-OFF-Methodik für die Hochwasservorhersage im schnell reagierenden Einzugsgebiet der Freiberger Mulde (Einzugsgebietsgröße ca. 3000 Quadratkilometer) im Sächsischen Erzgebirge. Sowohl die ausgesprochene Rechenschnelle, als auch die hohe Güte der Vorhersage unterstreichen das Potential der PAI-OFF-Methodik für die Online-Hochwasservorhersage in schnell reagierenden Einzugsgebieten.

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Hochwasservorsorge und Hochwasserbewältigung in unterschiedlicher regionaler und akteursbezogener Ausprägung

Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 52. Jahrgang, Heft 4, August 2008

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
52. Jahrgang, Heft 4,
August 2008

Autor/Autorin:
Swen Zehetmair, Jürgen Pohl, Katharina Ehrler, Britta Wöllecke, Uwe Grünewald, Sabine Mertsch, Reinhard Vogt und Yvonne Wieczorrek

Schlagworte:
Hochwasserrisikomanagement, Schwachstellenanalyse

Eines von mehr als 30 im Rahmen des RIMAX-Programmes geförderten Themen war das Projekt „Verknüpfung von Hochwasservorsorge und -bewältigung in unterschiedlicher regionaler und akteursbezogener Ausprägung“. Der Schwerpunkt dieses Projektes lag, neben der Erhöhung des Hochwasserrisikobewusstseins, in Politik, Verwaltung und Öffentlichkeit, bei der Betrachtung der Akteure in der Hochwasservorsorge und -bewältigung in ihrem fachlichen und regional übergreifenden Zusammenwirken. Dazu wurden zum einen empirisch-analytische Studien über rechtliche und organisatorische Aspekte sowie eine Schwachstellenanalyse des gegenwärtigen Hochwasserrisikomanagements in den Untersuchungsgebieten erstellt. Zum anderen wurden mehrere Workshops mit Experten sowie lokalen und regionalen Akteuren durchgeführt. Zusätzlich wurde eine Wanderausstellung erarbeitet und entlang der Elbe begleitet. Dieser Beitrag thematisiert ausgehend von sechs Thesen ausgewählte Probleme und Schwachstellen im Hochwasserrisikomanagement und versucht, sie anhand der Ergebnisse des Projektes zu veranschaulichen. Abschließend werden mögliche Lösungsansätze vorgestellt, die zur Verbesserung des Hochwasserrisikomanagements beitragen können.

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Abschätzung der Retentionsfähigkeit von Gewässernetzen im Hinblick auf einen Beitrag zur Hochwasserminderung

Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 52. Jahrgang, Heft 4, August 2008

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
52. Jahrgang, Heft 4,
August 2008

Autor/Autorin:
Klaus Röttcher, Christiane Anders, Heiko Franke, Ulrich Honecker, Eva Kirchhoffer, Gerhard Riedel und Andreas Weiß

Schlagworte:
Gewässernetz, Hochwasserminderung, Retention

Viele Maßnahmen zur ökologischen Aufwertung von Gewässern vergrößern auch deren Retentionsvermögen. Für lokale Bereiche lassen sich diese Effekte leicht mittels hydraulischer Berechnungen nachweisen, für großräumige Betrachtungen ist dies jedoch zu aufwändig. Der vorliegende Beitrag stellt eine Methode vor, mit der auf der Basis vorliegender Daten, insbesondere der detaillierten Gewässerstrukturgütekartierung, großräumige Abschätzungen des Retentionsvermögens für den aktuellen, wie auch für zukünftige Zustände des Gewässers vorgenommen werden können. Zukünftig aktiviertes Retentionspotenzial kann dabei auch einen Beitrag zur Hochwasserminderung leisten. Für die Quantifizierung der Scheitelabflussminderung und Umsetzung der Methoden in hydrologische Modelle werden Vorschläge gemacht. Die großräumige kartographische Darstellung des aktivierbaren Retentionsvermögens zeigt auf, in welchen Regionen besonders hohe Synergien zwischen der Gewässerrenaturierung und dem Hochwasserschutz bestehen. Mit einem ergänzenden Modul können auf der gleichen Datengrundlage empfehlenswerte Maßnahmentypen zur Aktivierung der Retention ermittelt werden. Die vorgestellte Methode wurde am Einzugsgebiet der Nahe entwickelt und im Einzugsgebiet der Fulda überprüft, sie ist insbesondere im Bereich der Mittelgebirge anwendbar.

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