Nutzung von Radardaten zur Hochwasservorhersage und Frühwarnung

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Maria Klaudia Böhme
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1 Nutzung von Radardaten zur Hochwasservorhersage und Frühwarnung Norbert Demuth Verwendung von Radarniederschlagsdaten in der Ingenieurhydrologie, Symposium am 21. April 2017 in Wiesbaden Folie 1

2 Gliederung 1. Einleitung 2. Berechnung von Hochwasservorhersagen 3. Nutzung von Radarniederschlagsdaten 4. Beispiele und Erfahrungen 5. Ausblick Folie 2

3 Einleitung Nutzung von Radardaten zur Hochwasservorhersage und Frühwarnung Vorteile: 1. flächendeckende Erfassung des Niederschlags 2. hohe zeitliche Auflösung 3. großräumige Erfassung des Niederschlags durch wenige Messnetzbetreiber Folie 3

4 Einleitung Nutzung: 1. bei kleinräumigen Starkregenereignissen v.a. für die Hochwasservorhersage in kleinen Einzugsgebieten 2. in Regionen mit einer geringen Dichte an Niederschlagsmessstationen 3. in grenzüberschreitenden Einzugsgebieten Folie 4

5 Einleitung Nachteile: 1. Fehler der Radarmessungen 2. unterschiedliche Produkte und Qualitäten bei Nutzung in internationalen Einzugsgebieten 3. beim Ausfall eines Radars fehlen großräumig Daten 4. zusätzlicher Aufwand bei der Einbindung in die operationellen Vorhersagesysteme Folie 5

6 Berechnung von Hochwasservorhersagen Pegelbezogene Hochwasservorhersage an größeren Flüssen: Folie 6

7 Berechnung von Hochwasservorhersagen Regionsbezogene Hochwasservorhersage für kleine Einzugsgebiete (< 500 km²) : Die Unsicherheiten der Vorhersage sind in kleinen Einzugsgebieten sehr hoch. Zentimeter- und ortsgenaue Abflussvorhersagen sind hier nicht möglich Warnregionen sind Flussgebiete (bis Ende 2016 Landkreise). Für eine Region wird eine Warnung ausgesprochen, wenn der vorhergesagte Abfluss an mehreren Flussabschnitten einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Die Warnung erfolgt in 5 Warnklassen und bezieht sich auf die Jährlichkeit der maximal vorhergesagten Abflüsse. Warnung gilt für die kommenden 24 Stunden Folie 7

Berechnung von Hochwasservorhersagen Sehr hohe Hochwassergefährdung 50-jährliches Hochwasser Hohe Hochwassergefährdung 20-jährliches Hochwasser Mittlere

8 Berechnung von Hochwasservorhersagen Sehr hohe Hochwassergefährdung 50-jährliches Hochwasser Hohe Hochwassergefährdung 20-jährliches Hochwasser Mittlere Hochwassergefährdung 10-jährliches Hochwasser Mäßige Hochwassergefährdung 2 -jährliches Hochwasser Geringe Hochwassergefährdung < 2 -jährliches Hochwasser Folie 8

9 Berechnung von Hochwasservorhersagen Wasserhaushaltsmodell LARSIM als Kernstück des operationellen Systems Folie 9

10 Berechnung von Hochwasservorhersagen LARSIM MOSEL mit ca Rasterzellen (1km²) LARSIM Rheinland-Pfalz und Sieg mit ca Teilflächen Folie 10

Wasserstände, Abflüsse ) + Wettervorhersagen LARSIM

11 Output Input Berechnung von Hochwasservorhersagen aktuelle Messdaten (Niederschlag, Temperatur, Wasserstände, Abflüsse ) + Wettervorhersagen LARSIM Berechnung der Abflusswerte für die nächsten Stunden und Tage Folie 11

12 Berechnung von Hochwasservorhersagen Folie 12

13 Berechnung von Hochwasservorhersagen Niederschlag: 14 Messnetzbetreiber 540 Stationen (davon ca. 190 in RLP) Daten mit mindestens stündlicher Auflösung Folie 13

14 Berechnung von Hochwasservorhersagen Verarbeitungsschema der Messdaten: Bin KALA LILA-Listen Niederschlag, Temperatur, Feuchte, Globalstrahlung Verifikation Interpolation Archiv (Binärdateien) Rasterdaten WISKI Datenbank ZRX LILA LILA-Listen Luftdruck, Windgeschwindigkeit Verifikation LARSIM LILA-Liste Wasserstand LILA-Liste Abfluss W Q Merge Q Stationsdaten Folie 14

15 Berechnung von Hochwasservorhersagen Gesamtsumme Niederschlag vom bis basierend auf interpolierten Stationsmessungen (InterMet) Folie 15

16 Nutzung von Radarniederschlagsdaten Bereitstellung von Bodenniederschlagsdaten zur Online-Aneichung (RADOLAN) 1. Daten von 95 Stationen (ab Mai 105) in RLP 2. Stündlich: Minutenwerte der letzten Stunde 3. Täglich: Minutenwerte des vorangegangenen Tages 4. Bereitstellung im ESAU-Format (voraussichtlich ab Ende 2017 im xml-format) auf den ftp-server des DWD Folie 16

17 Nutzung von Radarniederschlagsdaten Folie 17

18 Nutzung von Radarniederschlagsdaten Moselgebiet RADOLAN RW RADOLAN EW ANTILOPE

19 Nutzung von Radarniederschlagsdaten RADOLOPE

20 Nutzung von Radarniederschlagsdaten Folie 20

21 RADOLOPE Uhr Uhr Folie 21

22 Hochwasser Mai 2012 Mosel Stationsinterpolation RADOLAN EW bis Uhr Folie 22

23 Hochwasser Mai 2012 Mosel RADOLAN EW Folie 23

24 Hochwasser Mai 2012 Mosel RADOLAN EW Folie 24

25 Starkregen Donnersbergkreis Folie 25

26 Starkregen Donnersbergkreis Gemessene Niederschläge (Summenlinie) an den Stationen Obermoschel, Rockenhausen, Bayerfeld-Steckweiler, Einöllen und Ruppertsecken. Folie 26

27 Starkregen Donnersbergkreis Niederschlagsummen für das Rasterfeld mit der höchsten Gesamtsumme (144,6 mm) auf Grundlage (RW-Produkt) der RADOLAN-Daten des DWD Folie 27

28 Starkregen Donnersbergkreis Überprüfung der Aneichung durch den DWD: Die Original-Radardaten sind aufgrund des in den Zellen befindlichen Hagels überhöht. sie werden im angeeichten Produkt zwar stark abgesenkt, allerdings werden die angeeichten Werte von den umliegenden Aneichstationen in dieser Höhe nicht bestätigt Die sehr hohen Niederschlagssummen im Gebiet um Bisterschied resultieren aus der über längere Zeit über dem Gebiet stehenden Zelle. Es ist daher nicht auszuschließen, dass im Bereich zwischen den zur Verfügung gestandenen Aneichstationen diese Niederschlagssumme gefallen ist (auch in Anbetracht der Schäden in Waldgrehweiler unweit von Bisterschied) Folie 28

29 Starkregen Donnersbergkreis Folie 29

30 Starkregen Donnersbergkreis Scheitel am Pegel Obermoschel (61,4 km 2 ) ca m 3 /s (HQ50 HQ100) 83,5 mm/h Folie 30

31 Starkregen Donnersbergkreis Pegel Obermoschel (nicht kalibriert): LARSIM Simulation mit Standardparametrisierung Folie 31

32 Starkregen Donnersbergkreis Pegel Obermoschel (nicht kalibriert): Simulation mit Standardparametrisierung Mit Radardaten LARSIM unterschätzt Abflussreaktion Infiltrationsanteil für die extrem hohen N-Intensitäten unrealistisch groß Folie 32

33 Starkregen Donnersbergkreis Pegel Obermoschel (nicht kalibriert): Simulation mit geänderter Parametrisierung Begrenzte Infiltrationskapazität auch bei trockenem Boden Abflussreaktion auf den Starkregen kann näherungsweise abgebildet werden Folie 33

34 Hochwasser an Nahe und Glan am RADOLAN RW Folie 34

Hochwasser an Nahe und Glan am 12.01.2016 Eine weitere Nachrechnung mit RADOLAN anstelle der interpolierten Niederschlagsdaten als Input liefert deutlich geringere Abflüsse.

35 Hochwasser an Nahe und Glan am Eine weitere Nachrechnung mit RADOLAN anstelle der interpolierten Niederschlagsdaten als Input liefert deutlich geringere Abflüsse. Ein daraufhin durchgeführter Vergleich zwischen InterMet und Radolon liefert z.t. erhebliche Differenzen. Insbesondere im Oberlauf von Nahe und Glan liefert RADOLAN deutlich geringere Niederschläge. Folie 35

36 Niederschlag bis Uhr Folie 36

37 Folie 37

38 Elmar Weigl (DWD-KU42A), : Die Situation verdeutlicht, dass auch mit der Standard-Aneichung kein Niederschlag analysiert wird, sobald vom Radar kein Niederschlag erfasst wird Nur die Merging-angeeichte Radarmessung (unten Mitte) ergibt in diesem Fall und in diesem Gebiet die richtige Niederschlagsverteilung wieder. Folie 38

Gesamtsumme Niederschlag vom 27.05. bis 26.06.

39 Gesamtsumme Niederschlag vom bis basierend auf interpolierten Stationsmessungen (InterMet) bzw. Radarmessungen (RADOLAN RW, rechts) Folie 39

40 Folie 40

41 Das Problem wurde durch Ziegen verursacht, die an den Regenmesser gestoßen sind. Behälterhaube war verkantet. Folie 41

42 RADOLAN RL, Uhr Unplausible / fehlerhafte Stationsmesswerte fließen in die Aneichung ein! Folie 42

43 Nutzung von Radardaten zur Hochwasservorhersage und Frühwarnung bei kleinräumigen Starkregenereignissen in Regionen mit einer geringe Dichte an Niederschlagsmessstationen aber nur als Ergänzung zu Stationsmessdaten Folie 43

44 Ausblick 1. Verbesserung der Hochwasservorhersage und Frühwarnung für kleine Einzugsgebiete Tests mit Zeitschrittweite < 1 Stunde. 2. Verbesserung der Schneemodellierung in LARSIM Test von RADVOR RE (Anteil an festem Niederschlag bezogen auf die analysierten und vorhergesagten Niederschläge) zur Unterscheidung von festen und flüssigem Niederschlag anstelle der Grenztemperatur Folie 44

45 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Diskussion. RADOLAN-RW-Daten des Starkniederschlagsereignisses in der Gemeinde Grafschaft am , Uhr MEZ Folie 45

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