Hochwasserabflüsse in Thüringen „HQ-Regional Thüringen“ Informationsveranstaltung am 05.11.2014 in der TLUG Dipl.-Hydrol. Björn Fischer DHI-WASY GmbH Niederlassung Dresden Comeniusstraße 109 01309 Dresden Deutschland +49 (0)351 316 16-11 Telefon +49 (0)351 316 16-12 Fax [email protected]www.dhi-wasy.de
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Hochwasserabflüsse in Thüringen „HQ-Regional Thüringen“ · MHQ, HQ 2, HQ 5, HQ 10, HQ 20, HQ 25, HQ 50, HQ 100, HQ 200, HQ 500 und HQ 1000 • Je nach Verwendung der Pegel
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Hochwasserabflüsse in Thüringen
„HQ-Regional Thüringen“
Informationsveranstaltung am 05.11.2014 in der TLUG
• Entwicklung eines Verfahrens, mit dem Hochwasserscheitelabflüsse mit Wiederkehrintervall HQT bis T = 1000 a für unbeobachtete Fließgewässerquerschnitte in Thüringen nach einer einheitlichen Methodik bereitgestellt werden können.
#4HQ-Regional Thüringen 05.11.2014
4. Regionalisierungsverfahren
1. Überprüfung der Plausibilität der Abflusskenngrößen
4a. Multiple Regression
4b. Index-Flood-Verfahren
5. Berechnung von Hochwasserabflüssen für unbeobachtete Gewässerquerschnitte
2a. Aufbau einer flächendeckenden Geodatenbasis
3. Bildung von Regionen mit Hilfe der
- Saisonalitätsstatistik- Residuenmuster-Methode- Clusteranalyse- Flussgebiete 2b. Auswahl und
Ermittlung von Gebietskenngrößen
6. Überprüfung der Plausibilität der Berechnungsergebnisse
• Je nach Verwendung der Pegel (Saisonalitätsstatistik, Residuenmuster-Methode, multiple lineare Regression, Index-Flood-Verfahren) können die Daten in unterschiedlicher Form vorliegen• Saisonalitätsstatistik nur möglich, wenn Jahres-HQ-Reihen mit Eintrittsdatum vorliegen
• multiple lineare Regression und Residuenmuster-Methode: vereinzelte Abflusskenngrößen können fehlen
• Index-Flood-Verfahren nach HOSKING und WALLIS (1997): es müssen neben MHQ auch die Jahres-HQ-Reihen vorliegen
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3. Aufbereitung der Pegeldaten und Plausibilitätsuntersuchungen
• Ausgewählte Abflüsse und Abflussspenden wurden sowohl flusslängsschnittbezogen als auch zwischen benachbarten Einzugsgebieten verglichen.
• Längsschnittanalyse: Vergleich von Pegeln am gleichen Gewässer
• Nachbarschaftsanalyse: Vergleich von Pegeln mit benachbarten Einzugsgebieten
• Diskordanzanalyse: Identifizierung von Pegeln, deren Hochwassercharakteristik sich stark von der mittleren Charakteristik einer Pegelgruppe unterscheidet
• �Identifiziert Ausreißerpegel wurden an dieser Stelle nicht aus dem Datenbestand entfernt, da nicht ausgeschlossen werden kann, dass das abweichende Verhalten auf besondere Gebietseigenschaften zurückzuführen ist. Eine endgültige Entscheidung wurde erst im Zuge der Anwendung der Regionalisierungsverfahren getroffen.
#11HQ-Regional Thüringen 05.11.2014
4.
Aufbau der Geodatenbasis und Bestimmung der Gebietskenngrößen
• Die Bildung von hochwasserhomogenen Regionen bildet eine wesentliche Grundlage für die Anwendung von Regionalisierungsverfahren.
• Darüber hinaus kann die Qualität der Ergebnisse durch eine Unterteilung in hochwasserhomogenen Regionen erheblich verbessert werden, da regionale Eigenschaften besser berücksichtigt werden können.
Multiple lineare Regression zur Bestimmung der MHq
• Methodik: Die multiple Regression stellt eine Beziehung her zwischen einer betrachteten Zielgröße und einer Anzahl sie bestimmender, voneinander möglichst unabhängiger Einflussgrößen.
• Annahme: Mit den erstellten Regressionsmodellen können auch für unbeobachtete Gewässerquerschnitte, deren Gebietskenngrößen bekannt sind, Hochwasserabflussspenden bestimmt werden.
• Keine Regionalisierung von MHQ bzw. HQT sondern eine Regionalisierung der Residuen für die Region 1
• Abweichungen zwischen MHQ der Pegelstatistik und den MHQ aus der multiplen linearen Regression an einem Pegel (Residuen) werden auf die Fläche übertragen
• Beaufschlagung der MHq (multiple lineare Regression) mit den regionalisiertenResiduen
• Die beaufschlagten MHq geben die beobachteten MHq an den Pegeleinzugsgebieten wieder
• Des Weiteren werden die Abweichungen zwischen beobachteten und berechneten MHq auf ähnliche Gebiete in der jeweiligen Nachbarschaft übertragen, so dass mögliche Über- bzw. Unterschätzungen von MHq durch die Regressionsmodelle in den unbeobachteten Gebieten in gewissem Maße ausgeglichen werden können.
Top-Kriging der Residuen für die Region 1Vergleich der Abflussspenden Hq100 ohne (Mitte) und mit (rechts) Berücksichtigung der mittels Top-Kriging übertragenen Residuen auf das Untersuchungsgebiet der Region 1
• Einführung in die hydrologische Praxis von DALRYMPLE (1960)
• Seitdem erfuhr es zahlreiche Modifikationen und Weiterentwicklungen
• Umfassendste Erweiterung durch HOSKING und WALLIS (1997)
• deren Methodik wurde in den letzten Jahren quasi Standard bei der Anwendung des Index-Flood-Verfahrens
Methodik
• Grundannahme des Index-Flood-Verfahrens: Wahrscheinlichkeitsverteilungen der Jahreshöchstabflüsse verschiedener Pegel in einer homogenen Region unterscheiden sich nur hinsichtlich eines Skalierungsfaktors (Index) voneinander
• Mit den Ergebnissen der vorgestellten Hochwasserregionalisierung stehen für Thüringen aktuelle Hochwasserkennwerte für bestimmte Gewässerquerschnitte zur Verfügung
• MHQ/MHq und HQT/HqT für T = 2, 5, 10, 20, 25, 50, 100, 200, 500 und 1000 Jahren
• Diese Hochwasserkennwerte können die Grundlage für die Bemessung wasserbaulicher Anlagen bilden und den Wasserbehörden zu Prüfungszwecken als auch Planern für ihre Aufgaben dienen.
• Aufgrund der Methodik und der verwendeten Pegel handelt es sich bei den Ergebnissen um quasinatürliche Abflüsse, die keine Bewirtschaftungen oder Beeinflussungen beinhalten.
• Die Abflüsse wurden auf Basis von Teilgebieten ermittelt, wodurch die Abflüsse strenggenommen nur für die Zufluss- und Ausflussquerschnitte dieser Teilgebiete gelten.
• Auch gelten die Abflüsse nur für das Hauptgewässer des entsprechenden Teilgebietes, das heißt, Nebengewässer innerhalb eines Teilgebietes werden nicht betrachtet.
• Ist der gesuchte Querschnitt signifikant von den vorgegebenen Querschnitten entfernt, muss eine Interpolation der HQ(T) zwischen dem Zufluss- und Ausflussquerschnitt vorgenommen werden.
• Liegt der gesuchte Gewässerquerschnitt innerhalb eines Quellgebietes und ist signifikant vom Ausflussquerschnitt entfernt, kann über die Regionalisierung von Hochwasserabflüssen und Hochwasserabflussspenden kein verwendbarer Abflusskennwert ermittelt werden.
• In diesem Fall muss ein hydrologisches Gutachten angefertigt werden.