Fernerkundungsgestütztes Hochwasservorhersage- und Informationssystem für das Erfteinzugsgebiet (HowisErft)

Fernerkundungsgestütztes Hochwasservorhersage- und Informationssystem für das Erfteinzugsgebiet (HowisErft) Ulrich Kern, Tilo Keller, Patrik Huber, Horst Werner, Clemens Simmer, Dirk Meetschen, Oliver Buchholz, Hartmut Sacher & Rolf-Detlev Paul Zusammenfassung Das Verbundvorhaben HowisErft strebt die Weiterentwicklung des bestehenden Hochwassermeldesystems im 1.800 km² großen Erfteinzugsgebiet zu einem umfassenden Hochwasservorhersage- und Informationssystem an. Alle verfügbaren hydrometeorologischen Informationen und Niederschlagsprognosen sollen für die modellgestützte Hochwasservorhersage verwendet und die Warninformationen schnell an die verschiedenen Nutzergruppen verbreitet werden. Das Entwicklungsvorhaben (seit Dezember 2004) verfolgt folgende Grundsätze: Modularer Systemaufbau, Nutzung der besten verfügbaren Eingangsdaten für die Hochwasservorhersage, maximale Betriebssicherheit, rechtssichere Dokumentation, stufenweise Realisierung. Erstmals sollen Radarinformationen verschiedener Betreiber (Deutscher Wetterdienst, Universität Bonn) überlagert und anhand gemessener Bodenniederschläge angeeicht werden. Mittels Cell-tracking-Verfahren werden radargestützte Kurzfristprognosen auf regionaler Skala möglich. Die Visualisierung und Verbreitung der Niederschlag-Abfluss-Modellprognosen erfolgt u.a. über Hochwassergefahren- und Überflutungstiefenkarten. 1. Motivation und Zielsetzung Im Erfteinzugsgebiet (Abbildung 1) besteht derzeit durch Gewässerausbau, vorhandenem Hochwasserrückhalt sowie Grundwasserabsenkung infolge des Braunkohlenbergbaus ein in weiten Bereichen guter Hochwasserschutz der Anlieger. Aus folgenden Gründen ergibt sich dennoch die Notwendigkeit für ein leistungsfähiges Hochwasserinformationssystem: Das bestehende Hochwassermeldesystem Erft stützt sich alleine auf die Messungen an Gewässerpegeln. Niederschlagsmessungen und -prognosen werden derzeit nicht berücksichtigt. Der Braunkohlenbergbau im Rheinischen Revier hat den Kommunen aufgrund des großen Flächenbedarfes der Tieftagebaue wenig Optionen für deren Siedlungsentwicklung gelassen. In der zwischen den Tagebauen gelegenen Erftaue ist daher seit Ende des zweiten Weltkrieges durch Bebauung das Hochwasserschadenspotenzial stark angestiegen. Im Zuge der Rekultivierung werden in den ehemaligen Tagebauen Frechen und Fortuna- Garsdorf zwei Hochwasserrückhaltebecken (HRB) geschaffen, nicht zuletzt, um den Verlust an natürlichem Überflutungsgebiet zu kompensieren. Zusammen mit zwei bereits bestehenden HRB und einem im Bau befindlichen Hochwasserspeicher wird auf diese Weise ein Verbund aus fünf Retentionsbecken entstehen (Abbildung 1). Für den möglichst wirkungsvollen Einsatz dieses Beckenverbundes wird langfristig eine ereignis-

abhängige, dynamische Steuerung angestrebt. Hierfür ist eine leistungsfähige Hochwasservorhersage zwingend erforderlich. Die Steuerung des Hochwassergeschehens an der Erft ergibt sich allerdings nicht nur durch die Speicherung in HRB, sondern auch durch Maßnahmen des Braunkohlenbergbaus, der signifikante Mengen an gehobenem Grundwasser in die Erft einleitet und bei Hochwasser einen Teilstrom zum Rhein hin überleitet. Eine Zusammenführung der verschiedenen Daten zur Hochwassersteuerung ist für die Interpretation der Pegelstände erforderlich. Nach Beendigung des Braunkohlentagebaus wird der Grundwasserspiegel großräumig wieder flurnah ansteigen. Dies bringt eine Zunahme des Oberflächenabflusses mit sich sowie, durch weitgehenden Verlust des unterirdischen Hochwasserspeichers, erheblich geringere Versickerungsleistungen in den Überflutungsflächen. Hierdurch wird für das 100jährlichen Bemessungsereignis im Mittel- und Unterlauf der Erft ein Anstieg des Hochwasserscheitels von heute ca. 40 m³/s auf zukünftig ca. 70 m³/s prognostiziert (Erftverband, 2005). Eine weitere Verschärfung der Hochwasserhäufigkeiten und scheitel ist infolge des eingetretenen Klimawandels zu erwarten. Abschätzungen der Klimaentwicklung in Nordrhein-Westfaeln gehen für die Niederrheinische Bucht zwar von keinen wesentlichen Änderungen der Niederschlagsmengen aus. Für die höheren Lagen der Eifel, dem Hochwasserentstehungsgebiet, lassen die Klimaszenarien allerdings ein Anstieg der Niederschlagsmenge und intensität erwarten (GERSTENGARBE & WERNER 2005). Aufgrund dessen sollte der vorbeugende Hochwasserschutz an der Erft dem verbleibenden Restrisiko bei Hochwasserextremen erhöhte Aufmerksamkeit schenken. Denn hydrologische Untersuchungen belegen, dass bei hydraulischer Überlastung der Hochwasserrückhaltebecken die Hochwasserschäden drastisch ansteigen (ERFTVERBAND 2005). Neben diesen fachlichen Gründen erfordert die zwischen verschiedenen Akteuren gesplitterte Zuständigkeit eine einheitliche und zuverlässige Beurteilung der Hochwasserlage und prognose sowie deren Verbreitung. Hierfür existiert derzeit noch kein Instrumentarium. Im Erfteinzugsgebiet besteht die folgende Aufgabenverteilung bei Hochwasser: Der Hochwassermeldedienst und die Talsperrenaufsicht obliegen dem staatlichen Umweltamt Köln. Die Hochwassersteuerung (HRB, Wehre) und die Vorflutsicherung im Zuge der Gewässerunterhaltung ist Aufgabe des Erftverbandes und, in Teilgebieten, der ortsansässigen Kommunen. Das Bergbauunternehmen greift durch Einleitung von Sümpfwasser und Überleitung von Erftwasser zum Rhein hin in das Hochwasserabflussgeschehen ebenfalls ein. Die Kreise und Kommunen nehmen die Gefahrenabwehr wahr. Aus den genannten Gründen wurde nach Auswertung des Prüfberichtes zur Elbflut 2002 (VON KIRCHBACH et al. 2002) das Vorhaben HowisErft konzipiert, das durch das Land Nordrhein-Westfalen gefördert wird. Das Gesamtziel des Vorhabens HowisErft besteht daher darin, das bestehende Hochwassermeldesystem zu einem umfassenden Hochwasser-

vorhersage- und Informationssystem für das Erfteinzugsgebiet weiter zu entwickeln. HowisErft wird im Verbund zwischen dem Erftverband (Projektleitung), dem Meteorologischen Institut der Universität Bonn, dem Ingenieurbüro Hydrotec und dem Land Nordrhein-Westfalen, vertreten durch das Staatliche Umweltamt Köln, sowie dem Deutschen Wetterdienst entwickelt. Die Arbeiten werden durch eine projektbegleitende Gruppe fachlich begleitet. Abb.1: Erfteinzugsgebiet mit Hochwasserrückhaltebecken 2. Grundsätze Die Entwickung von HowisErft orientiert sich an folgenden Grundsätzen: Modularer Aufbau: HowisErft wird modular durch Integration von unterschiedlichen Messsystemen, der NA-Simulation zur Hochwasservorhersage und des Hochwassermeldewesens aufgebaut. Im Baukastensystem können einzelne Module über definierte Schnittstellen leicht ausgetauscht oder hinzugefügt werden, ohne dass das Gesamtsystem dabei in Frage gestellt wird. Nutzung der besten verfügbaren Eingangsdaten für die Hochwassersimulation: Diese Forderung resultiert aus der Erkenntnis, dass gemessene und prognostizierte hydrometeorologische Informationen nicht immer vollständig oder nicht in der erforderlichen Qualität vorliegen können. Wünschenswert ist dabei erstens, dass zusätzlich zu den Messwerten auch Indikatoren für die Qualität bzw. Zuverlässigkeit der hydrometeorologischen Informationen vorliegen. Zweitens müssen Informationslücken identifiziert und für die Hochwassersimulation ersetzt werden. Drittens muss eine Hierarchie über die Wertigkeit der unterschiedlichen Datengrundlagen definiert und vorgegeben werden, damit für die Datenversorgung des Hochwasservorhersagemodells eine Priorisierung erfolgen kann.

Maximale Betriebssicherheit: Eine zuverlässige Hochwasservorhersage muss zum einen den Hochwasserfall rechtzeitig erkennen, zum anderen muss ein Betrieb auch dann sicher möglich sein, wenn einige Systemkomponenten ausfallen. Insofern ist das Hochwasserwarnsystem sowohl hinsichtlich seiner Weckfunktion, d.h. Inbetriebnahme, als auch mit Blick auf die einzelnen Module redundant zu gestalten. Eine Schwachstellenanalyse ist für alle Komponenten erforderlich. Rechtssichere Dokumentation: Für die Beweissicherung im Hochwasserschadensfall, aber auch für die nachgeordnete Hochwasseranalyse und die weitergehende Entwicklung von Hochwasserschutzstrategien ist es zwingend geboten, die zu einem bestimmten Zeitpunkt als Entscheidungsgrundlage verfügbaren Daten und Prognoseergebnisse auch im nachhinein rekonstruieren zu können. Stufenweise Realisierung: Die Entwicklung von HowisErft erfolgt in mehreren Stufen. Zunächst wird ein Prototyp für die Hochwasservorhersage möglichst schnell in Betrieb genommen, der den punktuell gemessenen Bodenniederschlag und ggf. die standardangeeichten Daten des Bonner Niederschlagsradars zur Hochwasservorhersage nutzt. Der Prototyp wird dann schrittweise hinsichtlich seiner Funktionalitäten erweitert und fortentwickelt. Dieser Entwicklungsprozess nach dem learning by doing -Grundsatz stellt sicher, dass operationelle Erfahrungen direkt in späteren Entwicklungsphasen einfließen können. 3. Modularer Aufbau Abbildung 2 zeigt die modulare Vorgehensweise von HowisErft mit den Projektbausteinen Datenerfassung, Datenaufbereitung, Hochwasservorhersage und Hochwassermeldewesen. Datenerfassung und -übertragung Regenradar Niederschlagsvorhersage Bodenniederschlag Pegel Datenaufbereitung und -auswertung Gebietsniederschlag (Ist/Prognose) Abfluss Hochwasservorhersage Hochwassermeldewesen Abb. 2: Modulare Vorgehensweise in HowisErft 3.1 Datenerfassung 3.1.1 Messungen Grundlage von HowisErft sind verschiedene Datenquellen zur Erfassung der aktuellen hydrometeorologischen Situation. Zur Einschätzung der Abflusssituation liegen im Erftverbandsgebiet elf Pegel mit Anschluss an die Datenfernübertragung (DFÜ) vor. Für die Erfassung der aktuelle Niederschlagssituation stehen einerseits an die DFÜ angeschlossenen kontinuierlichen Messstationen der Niederschlagsmenge und intensität

bereit. Derzeit werden ca. 25 DFÜ - Messstationen vom Erftverband betrieben, weitere ca. 25 Messstationen der Landesbehörden werden ebenfalls regelmäßig abgerufen (Abbildung 3). Zum anderen werden Radardaten des X-Band - Niederschlagsradars des Meteorologischen Instituts der Universität Bonn genutzt. Geplant ist darüber hinaus die Einbindung des DWD Radarnetzwerks. Die Radardaten werden somit in Abhängigkeit der jeweiligen Verfügbarkeit in unterschiedlicher Qualität vorliegen: Mit Standard-Z-R-Beziehung berechnete Radardaten des Bonner X-Band Radars Mit lokal angepasster Z-R- Beziehung angeeichte Radardaten des Bonner X-Band Radars. Dazu werden die Messungen von vertikal messenden Kleinstradargeräten (MicroRainRadar, PETERS et al. 2002) verwendet, die in der Lage sind, über einem Standort das Tropfenspektrum vertikal aufgelöst abzuleiten. Damit kann die Z-R- Beziehung an die Niederschlagsereignisse angepasst werden. Mit den Stationsdaten angeeichte Radardaten des Bonner Radars Die Aneicheichung erfolgt in Anlehnung an das SOA - (FO & CRAWFORD 1999) oder das INTERMET Verfahren (HINTERDING 2002). Beide Vorgehensweisen verwenden die Radardaten als Hintergrundfeld, in das die Niederschlagsmessungen der Regenmesser hinein assimiliert werden. Eine noch höhere Qualität wird durch die entsprechende Aneichung eines Komposits aus vier Radarstationen (Neuheilenbach, Essen, Frankfurt und Bonn) erwartet. Das Komposit wird so konzipiert, dass der Ausfall eines oder mehrere Radare automatisch durch die übrigen Systeme kompensiert wird. Abb. 3: Im Rahmen von HowisErft verfügbare DFÜ-Stationen 3.1.2 Prognosen Kurzfristprognosen des Niederschlags für den Zeitraum von wenigen Stunden werden durch Cell-Tracking-Verfahren und Extrapolation aus den Radardaten selbst abgeleitet. Um der Unsicherheit der Extrapolation der Zugrichtung und des Entwicklungsverhaltens der

Niederschlagszellen Rechnung zu tragen, ist die Entwicklung einer probabilistischen Vorhersage auf der Basis von Ensembles vorgesehen. Dazu wird eine größere Anzahl von Vorhersagen durchgeführt, deren Anfangsbedingungen und Projektionsverfahren den Bereich der Unsicherheiten möglichst abdecken und auch statistisch richtig abbilden sollen. In einer weiteren Ausbaustufe werden die operationellen Niederschlagsvorhersagen Lokal Modell (LM, ca. 7 km Auflösung und 48 Stunden Vorhersagezeitraum) bzw. Lokal Modell Kürzestfrist (LMK, ca. 2,8 km Auflösung und 2-18 Stunden Vorhersagezeitraum) des Deutschen Wetterdienstes herangezogen. 3.2. Datenaufbereitung und -auswertung Im Rahmen der Datenaufbereitung werden sowohl die Messungen der Niederschlagsstationen als auch die Radardaten vollautomatisch übertragen und in ein Zeitreiheninformationssystem (AQUA-ZIS, Fa. AquaPlan, Aachen) gespeichert. Gleichzeitig werden Zeitreihen für die ca. 1.000 Teileinzugsgebiete des Niederschlags Abflussmodells des Erfteinzugsgebiet generiert. 3.3. Hochwasservorhersage Zweiter wesentlicher Projektbaustein von HowisErft ist die NA-Simulation zur Hochwasservorhersage. Methodisch und konzeptionell stützt sich HowisErft auf den von Hydrotec entwickelten Vorhersage-Prototypen NASIM HWV. Im Auftrag des Wasserwirtschaftsamtes Bad Kissingen, Bayern (zuvor WWA Schweinfurt), hat Hydrotec im Rahmen des Projektes NA-Modell Fränkische Saale das Online-HW-Vorhersagesystem als NASIM-Aufsatz entwickelt (Hydrotec 2003). Das Modul NASIM HWV befähigt auch in der EDV-Anwendung ungeübte Mitarbeiter unter Stress Echtzeit-Hochwasservorhersagen durchzuführen. NASIM-Kenntnisse sind für die Bedienung des Programms nicht zwingend erforderlich. Für geübte Anwender stehen jedoch die vollen NASIM- und TimeView- Funktionalitäten zur Verfügung. Oberflächentechnisch und funktional ist NASIM HWV in ein Analysefenster (Abbildung 4) und den sogenannten Prognoseassistenten (Abbildung 5) geteilt. Das Analysefenster visualisiert die Prognoseergebnisse bezogen auf die Teileinzugsgebietspegel und stellt den navigatorischen Zugang zu bisherigen Datenabrufen und Prognosen über den im linken Bereich angeordneten Baum bereit. Die eigentliche Prognose-Prozedur wird über das Fenster des Prognoseassistenten abgewickelt. Dieser führt ähnlich zu einem Installations- Wizard - durch alle nötigen Schritte, so dass sichergestellt ist, dass keine notwendigen Angaben oder Eingaben vergessen werden. Die Zeitreihengrafiken und tabellarische Ergebniswerte werden im Analysefenster gestartet. Für HowisErft sind die Schnittstellen des Datenabrufs und der räumlichen und zeitlichen Visualisierung den Bedürfnissen des Betreibers und den gegebenen technischen Voraussetzungen anzupassen. Als Simulationsbasis dienen die existierenden NASIM- Teilmodelle des Erftgebiets, die zu einem Gesamtmodell zusammengefasst werden. Das NA-Gesamtmodell nutzt neben den jeweils besten der vorhandenen Niederschlagsdaten und die auf Teileinzugsgebiete interpolierte Temperaturmesswerte online-verfügbare

Informationen zu Einleitungen aus Regenüberlaufbecken, Klärananlagen sowie Sümpfungswasser und Wassereinleitungen. Abb. 4: Analysefenster NASIM HWV Abb. 5: Prognoseassistent NASIM HWV (hier Darstellung der Kennwerte) Das Einsatzkonzept des Vorhersagemodells unterscheidet zwischen (i) täglichen Routinesimulationen zur Kontrolle der aktuellen Modellierungsgüte, (ii) Anpassungssimulationen im HW-Fall zur bestmöglichen Übereinstimmung der gemessenen mit simulierten Abflüssen im Zeitraum der nah zurückliegenden historischen Daten und (iii) der Vorhersagesimulation mit den um die N-Prognosedaten verlängerten Messreihen. Die Benutzerführung wird zusammen mit den Mitarbeitern des Erftverbandes konzipiert. Entsprechende Funktionalitäten und zugehörige Oberflächen werden entwickelt.

3.4. Hochwassermeldewesen Den berechneten Abflussprognosen werden offline vorgehaltene, hydraulisch berechnete Überschwemmungsszenarien und Hochwassergefahrenkarten zugeordnet. Dadurch können den zuständigen Behörden und Einsatzkräften die zu erwartende Situation und die kritischen Bereiche verdeutlicht werden. Primärer Verbreitungsweg ist eine im Aufbau befindliche Internetplattform (www.howis-erft.de). In Abstimmung mit den zuständigen Behörden werden weitere hochwasserrelvante Informationen und Hochwassermeldewege konzipiert. 4. Stand der Arbeiten 4.1 Schwachstellenanalyse und beseitigung der Datenversorgung Die DFÜ besteht aus den Außenstationen zur Erfassung und Zwischenspeicherung von Messwerten sowie der Datenzentrale für Abruf und Speicherung der Daten. In beiden Bereichen können technische Störungen zu Ausfällen führen. Mögliche Schwachpunkte der Außenstationen wurden folgendermaßen kompensiert: Beim Ausfall eines Niederschlagsmessgerätes werden für die Interpolation der Teilgebietszeitreihen die nächstgelegenen Stationen verwendet. Bei Pegeln wurde mit redundanten Datensammlern nachgerüstet. In Landespegeln ist für den Datensammler des Erftverbandes ein zweites Modem vorgesehen, um auch dieses Redundanzgerät abrufen zu können. Für den Fall des Ausfalls der Netzversorgung der Messgeräte wurden Batteriepufferungen installiert. Bei allen wichtigen Stationen wurden auch die Modems batteriegepuffert. Bei Ausfall der Telefonverbindung werden die Datenspeicher vor Ort ausgelesen und direkt über GSM an die Datenzentrale übermittelt bzw. zur Datenzentrale gebracht. Auf Seiten der Datenzentrale bestehen folgende Schwachstellen: Abhängigkeit der Datenverfügbarkeit vom Abrufrechner. Um das Risiko des Ausfalls des Abrufrechners zu minimieren wurde ein zweiter Abrufrechner im Parallelbetrieb genommen. Damit wurde auch die Abrufgeschwindigkeit deutlich erhöht (ca. 15 Minuten für die Daten von 2 Tagen von 45 Stationen). Verbleibende Risiken betreffen den Ausfall des Netzstrom oder der Telefonverbindung im Erftverband. 4.2 Ereignisfrüherkennung von Hochwasserereignissen aus Stationsdaten Zur frühzeitigen Erkennung von hochwasserrelevanten Gefahren werden fünf Stationen stündlich abgerufen. Bei Überschreitung definierter Meldegrenzen, die von der aktuellen Niederschlags- und Vorregenmengen abhängig sind, werden automatisch die Abrufintervalle verkürzt, weitere Stationen abgerufen und interne Warnmeldungen per Email und SMS abgesetzt. 4.3 Früherkennung von Hochwasserereignissen aus Radardaten Die aktuellen Radardaten werden ebenfalls direkt ausgewertet. Bei Überschreitung der Meldegrenzen von 17 Teileinzugsgebieten werden ebenfalls Warnmeldungen generiert.

Gleichzeitig wird das Bodenmessnetz in diesem Bereich abgerufen, auch um Daten für die Aneichung der Radardaten zur Verfügung zu haben. Radar- und Bodenmessnetz arbeiten somit unabhängig voneinander, durch die Nutzung der Bodendaten für die Aneichung sowie die Aktivierung des Abrufs des Bodenmessnetzes greifen aber beide Systeme ineinander. 4.4 Datenschnittstellen Übertragung und Speicherung der Radardaten Die Radardaten werden mit einer zeitlichen Auflösung von 5 Minuten in einem eigens entwickelten Format auf einem FTP-Server der Universität Bonn abgelegt. Derzeit werden nur die standard angeeichte Daten bereitgestellt, die in Abhängigkeit der Situation (z. B. bei erhöhter Dämpfung des Radarstrahls durch starke Niederschlagsgebiete und dadurch Unterschätzung des dahinter liegenden Niederschlags) mit einem Verlässlichkeitsindex versehen sind. Zurzeit werden die Daten vom Erftverband aus stündlich abgerufen. Die Werte werden automatisch in Zeitreihen für jedes der ca. 2000 Radarpixel abgelegt. Erzeugung von Zeitreihen für das hydrologische Modell Sowohl die Stationsdaten als auch die Radardaten werden auf die Teileinzugsgebiete des N-A-Modells NASIM interpoliert bzw. aggregiert. Derzeit besteht das gesamte Erfteinzugsgebiet aus ca. 1.000 Teileinzugsgebieten. Die Größe dieser Gebiete schwankt aufgrund der detaillierten Berücksichtigung von städtischen Kanalnetzen einerseits und in Teilbereichen noch nicht endgültigen Untergliederungen andererseits derzeit zwischen 0,01 km² und ca. 30 km². Es ist geplant, die Zuordnung der Zeitreihen zu Teilgebieten zu optimieren und dadurch die Gesamtzahl der Modellzeitreihen zu verringern. Zugriff des hydrologische Modells auf die Modellzeitreihen Für den direkten Zugriff des hydrologischen Modells auf die Zeitreihendatenbank wurde eine TSTP (Time Series Transfer Protocol) Schnittstelle eingerichtet. 5 Erste Erfahrungen und Ausblick Die Übertragung der Stations- und Radardaten verläuft stabil und in einer für den online Betrieb akzeptablen Geschwindigkeit. Auch die Initialisierung des Systems funktioniert zuverlässig, allerdings sind noch Feinabstimmungen der Meldewerte notwendig. Analysen historischer Ereignisse wie der erheblichen Niederschläge vom August 2002 zeigen den deutlichen Mehrwert der Radardaten im Vergleich zu den interpolierten Stationsdaten. Die Zugbahn dieses Niederschlagsereignisses verlief praktisch genau zwischen den Messstationen, so dass trotz des vergleichsweise dichten Messnetzes ein Erkennen des Ereignisses über die Bodenmessstationen nur mit erheblicher Verzögerung möglich war (Abbildung 6). Entsprechend zeigt Abbildung 7 die Niederschlagssummen für den 17. Juli 2004 und verdeutlicht die wesentlich realistischere Struktur der Niederschlagsverteilung im Radarbild.

Radardaten 28.8.2002 19:06 MEZ Stationsdaten (auf Teileinzugsgebiete interpoliert) 28.8.2002 19:05 MEZ Abb. 6: Niederschlagsintensitäten aus Radaraufzeichnungen (links) und aus auf Modellteileinzugsgebiete interpolierte Stationsdaten (rechts) für den 28.2.2002 19:05 Uhr MEZ. Deutlich wird, dass das Niederschlagsereignis weitgehend zwischen den Messstationen verläuft und durch die Niederschlagsstationen in seiner Ausdehnung nicht erfaßt wird. Abb 7: Niederschlagssummen aus dem Radaraufzeichnungen (links) und aus interpolierten DFÜ - Stationsdaten (rechts) für den 17.7.2004.

Demgegenüber unterschätzen die seit Februar 2006 im Routinebetrieb beim Erftverband vorliegenden standard angeeichten Radardaten die Niederschlagsmengen im Vergleich zu den Bodenmessungen deutlich (Abbildung 8). Abb. 8: Niederschlagsverlauf der Station Bergheim (grau) und des zugehörigen 1 km² Radarpixels (rot) zwischen 1.2.2006 und 12.3.2006. Eine Fehleranalyse ergab folgende Ursachen für die zu geringen Niederschlagsmengen der Radaraufzeichnungen: In Teilbereichen erfolgt eine zu starke Clutterkorrektur Aufgrund des gewählten Elevationswinkels erfolgen Abschattungseffekte im südlichen Teil des Einzugsgebietes Die verwendete Z-R-Beziehung ist an flüssigen Niederschlag angepasst. Durch die geringere Reflektivität der Schneeflocken werden die Niederschlagsmengen unterschätzt. Der Radarstrahl befindet sich in 50 km Entfernung vom Radar bereits in ca. 1,8 km Höhe, so dass die im Beobachtungszeitraum in der Regel tiefer liegenden Niederschlagszellen nur eingeschränkt erfasst werden. Somit wird deutlich, dass die sinnvolle Verwendung der Radardaten für die hydrologische Modellierung nur bei spezieller Anpassung an die Gegebenheiten im Untersuchungsgebiet möglich ist und die Verwendung von Standard-Z-R-Beziehungen mit erheblichen Unsicherheiten verbunden sind. Die nächsten Schritte konzentrieren sich daher einerseits auf eine Optimierung der Radarmessungen für das Erfteinzugsgebiet durch die Anpassung der Cluttermap und des Elevationswinkels, wobei statt eines einheitlichen Winkels von 1,5 zukünftig ein Komposit aus Scans verschiedener Winkel (1,5 und 2,5 ) verwendet wird. Zudem werden durch die Verwendung einer aus dem MRR abgeleiteten anstelle der Standard-Z-R-Beziehung sowie die Aneichung der Radardaten an Hand der Messstationen qualitativ deutlich höherwertige Radarprodukte bereitgestellt. Unmittelbar steht darüber hinaus die Anbindung des hydrologischen Gesamtmodells an die Niederschlagszeitreihen für den täglichen Testbetrieb an. Danksagung Die Autoren danken für die gewährten Zuwendungen, mit denen das Land NordrheinWestfalen das Vorhaben HowisErft fördert.

Literatur ERFTVERBAND (2005): Gewässerauenprogramm Erft Ermittlung der Überschwemmungsgebiete an der Erft. Erläuterungsbericht der Ingenieurgesellschaft Hydrotec, Aachen im Auftrag des Erftverbandes, Bergheim. GERSTENGARBE,.F.W. & P.C:.WERNER: (2005): Das NRW Klima im Jahr 2055.- LÖBF- Mitteilungen 2/05: 15-18. HINTERDING, A. (2002): Entwicklung hybrider Interpolationsverfahren für den automatisierten Betrieb am Beispiel meteorologischer Größen.- Dissertation Universität Münster. HYDROTEC (2003): NA-Modell Fränkische Saale, Projektbericht im Auftrag des Wasserwirtschaftsamtes Schweinfurt, Teil I: Erstellen eines NA-Modells Fränkische Saale mit NASIM, Teil II: Ermittlung von Bemessungsabflüssen und Teil III: Entwicklung und Implementierung eines Hochwasservorhersagemodells (NASIM HWV) PETERS, G. et al. (2002) : Rain observation with a vertically looking Micro Rain Radar (MRR). Boreal Environmental Research, V.7,4 : 353-362. VON KIRCHBACH, H.-P.et al. (2002): Bericht der Unabhängigen Kommission der sächsischen Staatsregierung zur Flutkatastrophe 2002. Staatsministerium des Inneren des Freistaates Sachsen, 2002.