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Hochwasser-Regionalisierung. Am Beispiel eines Projektes zum Hochwasserschutz des Landes Hessen. Präsentation von Fabian Koch . Was heißt „Regionalisierung“?. Allgemein: Begriff aus der Geostatistik zur Bezeichnung der Übertragung von Punktdaten auf eine Fläche . Hydrologie <-> Statistik.
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Hochwasser-Regionalisierung Am Beispiel eines Projektes zum Hochwasserschutz des Landes Hessen Präsentation von Fabian Koch
Was heißt „Regionalisierung“? • Allgemein: Begriff aus der Geostatistik zur Bezeichnung der Übertragung von Punktdaten auf eine Fläche
Hydrologie <-> Statistik • Statistiken sind ein wichtiger Bestandteil in der Hydrologie • Ohne langjährige Erstellung von Statistiken ist eine zuverlässige Forschung in der Hydrologie kaum möglich • Auch die Regionalisierung ist ein statistisches Werkzeug • Ohne die Regionalisierung ist die Hochwasserschutzplanung schwer möglich
Methoden der Regionalisierung Klassisch: Thiessen-Polygon-Verfahren (Voronoi-Polygone) • Vorteil: Einfache Methode mit der man selbst per Hand schnell eine Regionalisierung durchführen kann • Nachteil: Große Sprünge an den Kanten, keine fließenden Übergänge
Methoden der Regionalisierung Interpolationsverfahren: • Die zu betrachtende Fläche wird durch ein Netz aus Punkten dargestellt • Unbekannte Punkte oder Flächen auf diesem Netz werden durch Interpolation zwischen bekannten definierten Punkten bestimmt • Berechnung i.d.R durch IT-Programme (z.B. Surfer, ArcGIS, 3D Field) • Mehrere Berechnungsmethoden zur Bestimmung möglich (z.B. Splines, Kriging, Inverse Distanzgewichtung)
Methoden der Regionalisierung Bsp. an einem TIN (Triangulated Irregular Network)
Regionalisierung in der Hydrologie • Darstellung von lokalen Abflußmengen • Erfassung von Grundwasserdaten • Pegelvorhersage bei Hochwasserereignissen • Ermittlung von Niederschlagshöhen • Digitalisierung des Geländes zur Höhenbestimmung
Hochwasser–Regionalisierungin Hessen Projekt: • Ermittlung der HQ1pnat- und HQ2pnat-, sowie der HQ1- bis HQ1000-Abflüsse im Flächenverzeichnis Hessen • Ausweisung auf der Grundlage der Regionali-sierung von pegelbezogenen Hochwasserabflüssen • Einsatz multivariabler Regressionsansätze mit einer erweiterten Index-Flood-Methode • Stellt Grundlage für Hochwasserschutzmaß-nahmen in ganz Hessen dar
Datengrundlage • Hochwasserserien von 113 Pegeln • Teilweise Messreihen von 1940, meist Werte ab 1950 bis 2004 (hydrologische Jahre) • Hydrologisches Flächenverzeichnis • Gewässernetz • Höhenmodell • Landnutzungs- und Substrat-Datensatz • Bodenhydrologische Kennwerte • Niederschlagsbezogene Größen • Daten werden auf Trends und Homogenität geprüft • Informationen werden auf die Schwerpunkte der Basisflächen übertragen
Datengrundlage • Aus diesen Werten werden Variablen mit möglichst engem hydrolgischem Bezug ermittelt: • Topographischer Index • CN-Werte • Zusätzlich eine Variable die den Einzugs-gebietsstarkniederschlag repräsentiert • Insgesamt 50 Variablen • Alle Variablen werden mit dem Flächenverzeichnis verknüpft und als Shapefile erstellt • Somit können die Variablen als eine geometrische Grundstruktur verwandt werden
Variablen – Beispiel CN-Wert • Der CN-Wert hängt von den Vegetations- und Bodenbedingungen ab • Einteilung nach vier Bodenbedingungen: • Großes Versickerungsvermögen (z.B. Kies) • Mittlere Infiltration (z.B. Sand mit leichtem Lehmanteil) • Geringe Infiltration (z.B. feine Sandböden, lehmige Böden) • Sehr geringe Infiltration (z.B. fette Lehmböden) • Einteilung nach Vorsättigung nach drei Klassen
Hochwasser-RegionalisierungErster Schritt • Der mittlere Hochwasserabfluss (MHQ) wird auf alle Gebiete im Flächenverzeichnis übertragen. • Dazu wird ein multivariates Regressions-modell verwendet • Dazu werden mehrere Schritte durchgeführt z.B.: • Entfernen „unsicherer“ Variablen • Auswahl des passenden Modells • Korrektur an pegelkonrollierten Gewässerstrecken
HochwasserabflussquantileFlood-Index-Verfahren Quantile: Quantile sind ein Streuungsmaß in der Statistik. Quantile sind Punkte einer nach Rang oder Größe der Einzelwerte sortierten statistischen Verteilung. Bei dem Flood-Index-Verfahren werden Jahresserien mit gleichartigen statistischen Eigenschaften zu homogenen Gruppen zusammengefasst. • Vorteile: • Durch höheren Stichprobenumfang, verbesserte Zuverlässigkeit der Hochwasserquantile • Insbesondere bei großen Jährlichkeiten
Bestimmung der HW-Quantile • Bildung 16 homogener Pegelgruppen. D.h. Einteilung von Regionen homogener Eigenschaften • Jahresserie dividiert durch MHQi = normierte Jahresserie • Für jede Jahresserienorm wird eine Extremwert-verteilung abgeleitet => MHQnorm • HQi,iA = Index-FloodiA •Quantilnorm
HQ1nat und HQ2nat • Berechnung wie bei MHQ´s • Alle eingebenen Parameter, die versiegelte Landnutzungsflächen enthalten müssen auf „Wiese“ eingerichtet werden • Bei Pegelkontrollierten Gewässerabschnitten muss nachkorrigiert werden • Die prozentuale Abflussminderung im Vergleich zumHQ1 oder HQ2 wird berechnet. => 1-(HQinat/HQi) • 100 • Durchschnittliche Verminderung bei einem Mindestsiedlungsanteil von 5% beträgt 1,8%
Zusammenfassung • Datenerfassung • Variablen Auswahl und Erstellung • Bestimmung des MHQ • Berechnung der Skalierungsgröße • Bestimmung der HQs • Bestimmung der HQnat-´s Danke für Ihre Aufmerksamkeit!
