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Hochwasser- Regionalisierung Am Beispiel eines Projektes zum Hochwasserschutz des Landes Hessen Präsentation von Fabian Koch.

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Präsentation zum Thema: "Hochwasser- Regionalisierung Am Beispiel eines Projektes zum Hochwasserschutz des Landes Hessen Präsentation von Fabian Koch."—  Präsentation transkript:

1 Hochwasser- Regionalisierung Am Beispiel eines Projektes zum Hochwasserschutz des Landes Hessen Präsentation von Fabian Koch

2 Was heißt Regionalisierung? Allgemein: Begriff aus der Geostatistik zur Bezeichnung der Übertragung von Punktdaten auf eine Fläche Allgemein: Begriff aus der Geostatistik zur Bezeichnung der Übertragung von Punktdaten auf eine Fläche

3 Hydrologie Statistik Statistiken sind ein wichtiger Bestandteil in der Hydrologie Statistiken sind ein wichtiger Bestandteil in der Hydrologie Ohne langjährige Erstellung von Statistiken ist eine zuverlässige Forschung in der Hydrologie kaum möglich Ohne langjährige Erstellung von Statistiken ist eine zuverlässige Forschung in der Hydrologie kaum möglich Auch die Regionalisierung ist ein statistisches Werkzeug Auch die Regionalisierung ist ein statistisches Werkzeug Ohne die Regionalisierung ist die Hochwasserschutzplanung schwer möglich Ohne die Regionalisierung ist die Hochwasserschutzplanung schwer möglich

4 Methoden der Regionalisierung Klassisch: Thiessen-Polygon-Verfahren (Voronoi-Polygone) Vorteil: Einfache Methode mit der man selbst per Hand schnell eine Regionalisierung durchführen kann Vorteil: Einfache Methode mit der man selbst per Hand schnell eine Regionalisierung durchführen kann Nachteil: Große Sprünge an den Kanten, keine fließenden Übergänge Nachteil: Große Sprünge an den Kanten, keine fließenden Übergänge

5 Methoden der Regionalisierung Interpolationsverfahren: Die zu betrachtende Fläche wird durch ein Netz aus Punkten dargestellt 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 Unbekannte Punkte oder Flächen auf diesem Netz werden durch Interpolation zwischen bekannten definierten Punkten bestimmt Berechnung i.d.R durch IT-Programme Berechnung i.d.R durch IT-Programme (z.B. Surfer, ArcGIS, 3D Field) (z.B. Surfer, ArcGIS, 3D Field) Mehrere Berechnungsmethoden zur Bestimmung möglich Mehrere Berechnungsmethoden zur Bestimmung möglich (z.B. Splines, Kriging, Inverse Distanzgewichtung) (z.B. Splines, Kriging, Inverse Distanzgewichtung)

6 Methoden der Regionalisierung Bsp. an einem TIN (Triangulated Irregular Network)

7 Regionalisierung in der Hydrologie Darstellung von lokalen Abflußmengen Darstellung von lokalen Abflußmengen Erfassung von Grundwasserdaten Erfassung von Grundwasserdaten Pegelvorhersage bei Hochwasserereignissen Pegelvorhersage bei Hochwasserereignissen Ermittlung von Niederschlagshöhen Ermittlung von Niederschlagshöhen Digitalisierung des Geländes zur Höhenbestimmung Digitalisierung des Geländes zur Höhenbestimmung

8 Hochwasser–Regionalisierung in Hessen Projekt: Ermittlung der HQ 1pnat - und HQ 2pnat -, sowie der HQ 1 - bis HQ Abflüsse im Flächenverzeichnis Hessen Ermittlung der HQ 1pnat - und HQ 2pnat -, sowie der HQ 1 - bis HQ Abflüsse im Flächenverzeichnis Hessen Ausweisung auf der Grundlage der Regionali- sierung von pegelbezogenen Hochwasserabflüssen Ausweisung auf der Grundlage der Regionali- sierung von pegelbezogenen Hochwasserabflüssen Einsatz multivariabler Regressionsansätze mit einer erweiterten Index-Flood-Methode Einsatz multivariabler Regressionsansätze mit einer erweiterten Index-Flood-Methode Stellt Grundlage für Hochwasserschutzmaß- nahmen in ganz Hessen dar Stellt Grundlage für Hochwasserschutzmaß- nahmen in ganz Hessen dar

9 Datengrundlage Hochwasserserien von 113 Pegeln Hochwasserserien von 113 Pegeln Teilweise Messreihen von 1940, meist Werte ab 1950 bis 2004 (hydrologische Jahre) Teilweise Messreihen von 1940, meist Werte ab 1950 bis 2004 (hydrologische Jahre) Hydrologisches Flächenverzeichnis Hydrologisches Flächenverzeichnis Gewässernetz Gewässernetz Höhenmodell Höhenmodell Landnutzungs- und Substrat-Datensatz Landnutzungs- und Substrat-Datensatz Bodenhydrologische Kennwerte Bodenhydrologische Kennwerte Niederschlagsbezogene Größen Niederschlagsbezogene Größen Daten werden auf Trends und Homogenität geprüft Daten werden auf Trends und Homogenität geprüft Informationen werden auf die Schwerpunkte der Basisflächen übertragen Informationen werden auf die Schwerpunkte der Basisflächen übertragen

10 Datengrundlage Aus diesen Werten werden Variablen mit möglichst engem hydrolgischem Bezug ermittelt: Aus diesen Werten werden Variablen mit möglichst engem hydrolgischem Bezug ermittelt: Topographischer Index Topographischer Index CN-Werte CN-Werte Zusätzlich eine Variable die den Einzugs- gebietsstarkniederschlag repräsentiert Zusätzlich eine Variable die den Einzugs- gebietsstarkniederschlag repräsentiert Insgesamt 50 Variablen Insgesamt 50 Variablen Alle Variablen werden mit dem Flächenverzeichnis verknüpft und als Shapefile erstellt Alle Variablen werden mit dem Flächenverzeichnis verknüpft und als Shapefile erstellt Somit können die Variablen als eine geometrische Grundstruktur verwandt werden Somit können die Variablen als eine geometrische Grundstruktur verwandt werden

11 Variablen – Beispiel CN-Wert Der CN-Wert hängt von den Vegetations- und Bodenbedingungen ab Der CN-Wert hängt von den Vegetations- und Bodenbedingungen ab Einteilung nach vier Bodenbedingungen: Einteilung nach vier Bodenbedingungen: a) Großes Versickerungsvermögen (z.B. Kies) b) Mittlere Infiltration (z.B. Sand mit leichtem Lehmanteil) c) Geringe Infiltration (z.B. feine Sandböden, lehmige Böden) d) Sehr geringe Infiltration (z.B. fette Lehmböden) Einteilung nach Vorsättigung nach drei Klassen Einteilung nach Vorsättigung nach drei Klassen

12 Variablen – Beispiel CN-Wert

13 Hochwasser-Regionalisierung Erster Schritt Der mittlere Hochwasserabfluss (MHQ) wird auf alle Gebiete im Flächenverzeichnis übertragen. Der mittlere Hochwasserabfluss (MHQ) wird auf alle Gebiete im Flächenverzeichnis übertragen. Dazu wird ein multivariates Regressions-modell verwendet Dazu wird ein multivariates Regressions-modell verwendet Dazu werden mehrere Schritte durchgeführt z.B.: Dazu werden mehrere Schritte durchgeführt z.B.: Entfernen unsicherer Variablen Entfernen unsicherer Variablen Auswahl des passenden Modells Auswahl des passenden Modells Korrektur an pegelkonrollierten Gewässerstrecken Korrektur an pegelkonrollierten Gewässerstrecken

14 Hochwasserabflussquantile Flood-Index-Verfahren Quantile: Quantile sind ein Streuungsmaß in der Statistik. Quantile sind Punkte einer nach Rang oder Größe der Einzelwerte sortierten statistischen Verteilung. 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. Bei dem Flood-Index-Verfahren werden Jahresserien mit gleichartigen statistischen Eigenschaften zu homogenen Gruppen zusammengefasst. Vorteile: Vorteile: Durch höheren Stichprobenumfang, verbesserte Zuverlässigkeit der Hochwasserquantile Durch höheren Stichprobenumfang, verbesserte Zuverlässigkeit der Hochwasserquantile Insbesondere bei großen Jährlichkeiten Insbesondere bei großen Jährlichkeiten

15 Bestimmung der HW-Quantile Bildung 16 homogener Pegelgruppen. D.h. Einteilung von Regionen homogener Eigenschaften Bildung 16 homogener Pegelgruppen. D.h. Einteilung von Regionen homogener Eigenschaften Jahresserie dividiert durch MHQ i = normierte Jahresserie Jahresserie dividiert durch MHQ i = normierte Jahresserie Für jede Jahresserie norm wird eine Extremwert-verteilung abgeleitet => MHQ norm Für jede Jahresserie norm wird eine Extremwert-verteilung abgeleitet => MHQ norm HQ i,iA = Index-Flood iA Quantil norm HQ i,iA = Index-Flood iA Quantil norm

16 HQ 1nat und HQ 2nat Berechnung wie bei MHQ´s Berechnung wie bei MHQ´s Alle eingebenen Parameter, die versiegelte Landnutzungsflächen enthalten müssen auf Wiese eingerichtet werden Alle eingebenen Parameter, die versiegelte Landnutzungsflächen enthalten müssen auf Wiese eingerichtet werden Bei Pegelkontrollierten Gewässerabschnitten muss nachkorrigiert werden Bei Pegelkontrollierten Gewässerabschnitten muss nachkorrigiert werden Die prozentuale Abflussminderung im Vergleich zum HQ 1 oder HQ 2 wird berechnet. => 1-(HQ inat /HQ i ) 100 Die prozentuale Abflussminderung im Vergleich zum HQ 1 oder HQ 2 wird berechnet. => 1-(HQ inat /HQ i ) 100 Durchschnittliche Verminderung bei einem Mindestsiedlungsanteil von 5% beträgt 1,8% Durchschnittliche Verminderung bei einem Mindestsiedlungsanteil von 5% beträgt 1,8%

17 Zusammenfassung 1. Datenerfassung 2. Variablen Auswahl und Erstellung 3. Bestimmung des MHQ 4. Berechnung der Skalierungsgröße 5. Bestimmung der HQs 6. Bestimmung der HQ nat -´s Danke für Ihre Aufmerksamkeit!


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