Konzept

Von Interesse sind Informationen über den aktuellen Zustand der Einzugsgebiete und der daraus resultieren Durchflussverhältnisse im Gewässersystem und wahrscheinliche Entwicklungen in näherer (1 bis 3 Tage) und mittelfristiger (mehrere Wochen) Zukunft. Insbesondere Aussagen zur mittelfristigen Wetterentwicklung sind derzeit nicht möglich. Deshalb soll und kann das zu entwickelnde System keine klassischen Vorhersagen liefern, sondern mögliche oder wahrscheinliche Entwicklungsszenarien vorgeben, auf deren Basis „wenn-dann“-Entscheidungen getroffen werden können. Als Basis für das DSS dient das räumlich hochaufgelöste Wasserhaushaltsmodell ArcEGMO, welches bereits landesweit in den Bundesländern Sachsen, Sachsen-Anhalt und Brandenburg (inklusive Berlin) genutzt wird.

Die drei Kernfunktionen

Abbildung des aktuellen Gebietszustandes

ArcEGMO wird dazu in ein Ständig Arbeitendes WasserhaushaltsModell (SAM) integriert. Diese SAM bezieht kontinuierlich die für den Modellbetrieb benötigten meteorologischen und hydrologischen Daten per Internet (z.B. Messdaten des DWD), verarbeitet diese automatisiert und simuliert regelmäßig (z.B. täglich) den aktuellen Gebietszustand und liefert damit räumlich differenzierte Abbilder der Bodenfeuchte, des Inhalts der Grundwasserspeicher und der Abflussverhältnisse im Gewässernetz. Diese Abbilder des Gebietszustandes werden nutzerorientiert aufbereitet (z.B. Kennzeichnung von Unterschreitungen festgelegter Mindestabflüsse, Bodenfeuchtezustände etc.) und können so von Entscheidungsträgern zur Ableitung von Bewirtschaftungsmaßnahmen wie Zusatzwasserabgaben aus Talsperren genutzt werden. Zusätzlich werden diese Zustandsabbilder zusammen mit den aufbereiteten meteorologischen und hydrologischen Eingangsdaten in einer Datenbank archiviert, in die zusätzlich historische Zustandsabbilder aus Modellsimulationen für den Zeitraum 1951 bis heute unter Verwendung der REGNIE-Daten und Klimahauptstationen eingespeist werden.

Prognose kurzfristiger Entwicklungen

Für den Vorhersagezeitraum, den die operationelle Wettervorhersage bietet (~3 Tage), rechnet das Wasserhaushaltsmodell Vorhersagen des hydrologischen Zustands. Aus der Bearbeitung obiger Themenfelder des DSS stehen dem Anwender zeitliche Verläufe und räumliche Verteilungen interessierender hydrologischer Leitgrößen zur Verfügung, die entsprechend der Anforderungen der Nutzer dieses Systems visualisiert, statistisch ausge- wertet und standortspezifisch aufbereitet werden können.

Analyse möglicher mittelfristiger Entwicklungsszenarien

Mögliche Entwicklungen des hydrologischen Systems für die nächsten Wochen sind über eine Szenarien-Analyse durchspielbar. Mögliche Szenarien können sein:

  • Eine Mustererkennung findet in der Datenbank meteorologische Zustände, die der aktuellen Situation ähnlich sind und bietet die den Mustern nachfolgenden Zeiträume als mögliche zukünftige Entwicklungen an.
  • Eine Klassifizierung historischer Zeiträume in der Datenbank bietet eine Auswahl möglicher meteorologischer Szenarien von sehr trocken bis sehr feucht.
  • Aktuelle Klimaentwicklungsszenarien können genutzt werden, besonders trockene Perioden in die Analysen mit einzubeziehen.
  • Historische Trockenperioden lassen sich durch „Bias-Korrekturen“ modifizieren (z.B. Niederschlag um 20% vermindert, Temperaturen um 1 Grad erhöht)

Beispiel für eine Visualisierung

Eine mögliche Visualisierung mit dem DSS ist in Abbildung 1 dargestellt. Aus einer Szenario- Modellrechnung ab dem aktuellen Datum mit einer Trockenperiode über 7 Monate sind Pe- gelstandorte nach der Intensität des Niedrigwasserzustands eingefärbt. Durch einen Klick auf einen Pegel in der Karte öffnet sich eine weitere Abbildung, die die Simulationsergebnisse mit Statistiken unterlegt. Dargestellt sind hier die Messergebnisse für das aktuelle Jahr (schwarze Linie) sowie der mögliche Durchfluss in den folgenden Wochen anhand der Szenarienrechnung (graue, gestrichelte Linie). Hinterlegt sind die Hydrografen mit den Durchflussquantilen von 0.1 bis 0.99, berechnet für den gewählten Basiszeitraum (1951 bis 2010).

Visualisierung DSS Abbildung 1: Durch Auswahl eines Pegels in der Karte öffnet sich eine Visualisierung der Messwerte für das aktuelle Jahr und für mögliche Entwicklungsszenarien. Hinterlegt ist die Abbildung mit dem historischen Durchflussbereich, eingeteilt nach Quantil-Abschnitten.

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Förderkennzeichen
VB18F1044A


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Dr. Bernd Pfützner
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©2020 BAH | Stand: 02.07.2020