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CASE STORY
REGIONALISIERUNG VON HOCHWASSERABFLÜSSEN
Berechnung von Hochwasserabflüssen verschiedener Jährlichkeiten
für unbeobachtete Gewässerquerschnitte
Zur Bestimmung von Hochwasserscheitelabflüssen verschiedener
Wiederkehrintervalle für unbeobachtete Gewässerquerschnitte wurde in
mehreren Bundesländern ein auf die hydrologischen Verhältnisse des
jeweiligen Bundeslandes zugeschnittenes landeseinheitliches Verfahren zur
Regionalisierung von Hochwasserabflüssen entwickelt. In Brandenburg
wurde dieses Verfahren zusätzlich in einer GIS-gestützten Softwarelösung
umgesetzt.
Anhand von ermittelten Hochwasserkenngrößen an Pegeln sowie flächen-
deckenden Geodaten wurden in der Regel mehrere Regionalisierungsverfahren
angewendet und die mit ihnen berechneten Hochwasserkenngrößen mit den
Ergebnissen der Extremwertstatistik an den Pegeln verglichen. Auf dieser
Grundlage wurde für jedes Bundesland ein Vorzugsverfahren bestimmt, mit dem
Hochwasserabflüsse verschiedener Jährlichkeiten für jeden Zu- und Ausfluss-
querschnitt aller Teileinzugsgebiete berechnet wurden.
VERANLASSUNG UND ARBEITSSCHRITTE
Damit stehen den Wasserbehörden oder von ihnen beauftragten Planungsbüros
aktuelle Hochwasserkennwerte z. B. als Grundlage für die Bemessung
wasserbaulicher Anlagen zur Verfügung.
AUFTRAGGEBER
Umweltlandesämter in Brandenburg,
Rheinland-Pfalz, Sachsen und Thüringen
PROJEKTPARTNER
TU Wien, Institut für Wasserbau und
Ingenieurhydrologie (Brandenburg und
Sachsen)
HERAUSFORDERUNG
 Ermittlung von Hochwasserkenngrößen an
ausgewählten Pegeln
 Berechnung verschiedener Gebiets-
kenngrößen über die Landesgrenzen hinaus
 Bildung hochwasserhomogener Regionen
 Anwendung mehrerer Regionalisierungs-
verfahren und Auswahl eines
Vorzugsverfahrens
 Plausibilisierung der berechneten
Hochwasserabflüsse
LÖSUNG
 Landesweite Hochwasserabflüsse
verschiedener Jährlichkeiten für
unbeobachtete Gewässerquerschnitte
 Handlungsanweisung zur Verwendung der
Ergebnisse
 Umsetzung der Ergebnisse in einer GIS-
gestützten Softwarelösung
NUTZEN
Den Wasserbehörden oder von ihnen
beauftragten Planungsbüros stehen jetzt im
jeweiligen Bundesland flächendeckend für
jeden beliebigen Gewässerquerschnitt aktuelle
Hochwasserkennwerte z. B. als Grundlage für
die Bemessung wasserbaulicher Anlagen zur
Verfügung.
ORT / LAND
Brandenburg, Rheinland-Pfalz, Sachsen und
Thüringen / Deutschland
MARKET AREA
Oberflächen- und GrundwasserDurchlaufene Arbeitsschritte während der Bearbeitung.
©DHI
DATENGRUNDLAGE UND METHODIK
Datengrundlage für die Regionalisierung bildeten einerseits
für Pegel ermittelte Hochwasserkenngrößen, wie MHQ oder
HQT, und andererseits Geodaten, die entweder direkt in den
angewendeten Verfahren verwendet oder anhand derer
verschiedene Gebietskenngrößen abgeleitet wurden.
Die Jahreshöchstabflüsse der Pegel wurden mit Hilfe
unserer Software HQ-EX extremwertstatistisch ausgewertet.
Im Ergebnis lagen somit für jeden Pegel neben dem
mittleren Hochwasserabfluss MHQ die HQT verschiedener
Jährlichkeiten vor.
Die größte Herausforderung bei der Ermittlung
verschiedener Gebietskenngrößen war die Erstellung einer
einheitlichen Geodatenbasis für die Untersuchungsgebiete,
die weit über die jeweilige Landesgrenze hinausgingen.
Stets mussten dabei Geodaten mehrerer Bundesländer
zusammengeführt werden.
Im Zuge der Untersuchungen wurden in der Regel mehrere
Regionalisierungsverfahren angewendet. Bei der multiplen
linearen Regression werden Hochwasser-abflüsse oder -
abflussspenden von Pegeln und Gebietskenngrößen der
Pegeleinzugsgebiete durch Regressionsmodelle
miteinander verknüpft. Beim Top-Kriging erfolgt eine
räumliche Interpolation der Momente entlang des
Gewässernetzes. Beim Index-Flood-Verfahren erfolgt eine
Übertragung der höheren Momente der Verteilungsfunktion
innerhalb homogener Regionen. Zur Bildung von
homogenen Regionen wurden verschiedene
Klassifikationsverfahren angewendet (Saisonalitätsstatistik,
Residuenmuster-Methode, Clusteranalyse).
Die mit den Regionalisierungsverfahren ermittelten
Hochwasserkenngrößen wurden mit den Ergebnissen der
Extremwertstatistik an den Pegeln verglichen.
Auf Grundlage dieses Ergebnisvergleichs wurde für jedes
Bundesland ein Vorzugsverfahren vorgeschlagen und zur
landeseinheitlichen Anwendung empfohlen. Für Fließge-
wässer, die stark anthropogen beeinflusst sind oder für die
das Vorzugsverfahren infolge einer unzureichenden
Datenlage bzgl. der Gebietskenngrößen nicht anwendbar
war, wurden die MHQ und HQT auf der Basis von
Abflusslängsschnitten ermittelt. Die berechneten Abflüsse
wurden auf Plausibilität im Flusslängsschnitt hinsichtlich drei
Prüfkriterien getestet und gegebenenfalls auf den nächst
höheren plausiblen Wert angehoben.
In Thüringen wurde zur Verwendung der Ergebnisse
zusätzlich eine Handlungsanweisung erarbeitet.
©DHI
Datengrundlage zur Ermittlung von Gebietskenngrößen
Kontakt: Björn Fischer - bfi@dhigroup.com
Weitere Informationen finden Sie unter: www.dhigroup.com
Regionalisierte Abflussspende des 100-jährlichen Hochwassers in
Brandenburg als Beispiel

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DHI Case Story Regionalisierung von Hochwasserabflüsse

  • 1. CASE STORY REGIONALISIERUNG VON HOCHWASSERABFLÜSSEN Berechnung von Hochwasserabflüssen verschiedener Jährlichkeiten für unbeobachtete Gewässerquerschnitte Zur Bestimmung von Hochwasserscheitelabflüssen verschiedener Wiederkehrintervalle für unbeobachtete Gewässerquerschnitte wurde in mehreren Bundesländern ein auf die hydrologischen Verhältnisse des jeweiligen Bundeslandes zugeschnittenes landeseinheitliches Verfahren zur Regionalisierung von Hochwasserabflüssen entwickelt. In Brandenburg wurde dieses Verfahren zusätzlich in einer GIS-gestützten Softwarelösung umgesetzt. Anhand von ermittelten Hochwasserkenngrößen an Pegeln sowie flächen- deckenden Geodaten wurden in der Regel mehrere Regionalisierungsverfahren angewendet und die mit ihnen berechneten Hochwasserkenngrößen mit den Ergebnissen der Extremwertstatistik an den Pegeln verglichen. Auf dieser Grundlage wurde für jedes Bundesland ein Vorzugsverfahren bestimmt, mit dem Hochwasserabflüsse verschiedener Jährlichkeiten für jeden Zu- und Ausfluss- querschnitt aller Teileinzugsgebiete berechnet wurden. VERANLASSUNG UND ARBEITSSCHRITTE Damit stehen den Wasserbehörden oder von ihnen beauftragten Planungsbüros aktuelle Hochwasserkennwerte z. B. als Grundlage für die Bemessung wasserbaulicher Anlagen zur Verfügung. AUFTRAGGEBER Umweltlandesämter in Brandenburg, Rheinland-Pfalz, Sachsen und Thüringen PROJEKTPARTNER TU Wien, Institut für Wasserbau und Ingenieurhydrologie (Brandenburg und Sachsen) HERAUSFORDERUNG  Ermittlung von Hochwasserkenngrößen an ausgewählten Pegeln  Berechnung verschiedener Gebiets- kenngrößen über die Landesgrenzen hinaus  Bildung hochwasserhomogener Regionen  Anwendung mehrerer Regionalisierungs- verfahren und Auswahl eines Vorzugsverfahrens  Plausibilisierung der berechneten Hochwasserabflüsse LÖSUNG  Landesweite Hochwasserabflüsse verschiedener Jährlichkeiten für unbeobachtete Gewässerquerschnitte  Handlungsanweisung zur Verwendung der Ergebnisse  Umsetzung der Ergebnisse in einer GIS- gestützten Softwarelösung NUTZEN Den Wasserbehörden oder von ihnen beauftragten Planungsbüros stehen jetzt im jeweiligen Bundesland flächendeckend für jeden beliebigen Gewässerquerschnitt aktuelle Hochwasserkennwerte z. B. als Grundlage für die Bemessung wasserbaulicher Anlagen zur Verfügung. ORT / LAND Brandenburg, Rheinland-Pfalz, Sachsen und Thüringen / Deutschland MARKET AREA Oberflächen- und GrundwasserDurchlaufene Arbeitsschritte während der Bearbeitung. ©DHI
  • 2. DATENGRUNDLAGE UND METHODIK Datengrundlage für die Regionalisierung bildeten einerseits für Pegel ermittelte Hochwasserkenngrößen, wie MHQ oder HQT, und andererseits Geodaten, die entweder direkt in den angewendeten Verfahren verwendet oder anhand derer verschiedene Gebietskenngrößen abgeleitet wurden. Die Jahreshöchstabflüsse der Pegel wurden mit Hilfe unserer Software HQ-EX extremwertstatistisch ausgewertet. Im Ergebnis lagen somit für jeden Pegel neben dem mittleren Hochwasserabfluss MHQ die HQT verschiedener Jährlichkeiten vor. Die größte Herausforderung bei der Ermittlung verschiedener Gebietskenngrößen war die Erstellung einer einheitlichen Geodatenbasis für die Untersuchungsgebiete, die weit über die jeweilige Landesgrenze hinausgingen. Stets mussten dabei Geodaten mehrerer Bundesländer zusammengeführt werden. Im Zuge der Untersuchungen wurden in der Regel mehrere Regionalisierungsverfahren angewendet. Bei der multiplen linearen Regression werden Hochwasser-abflüsse oder - abflussspenden von Pegeln und Gebietskenngrößen der Pegeleinzugsgebiete durch Regressionsmodelle miteinander verknüpft. Beim Top-Kriging erfolgt eine räumliche Interpolation der Momente entlang des Gewässernetzes. Beim Index-Flood-Verfahren erfolgt eine Übertragung der höheren Momente der Verteilungsfunktion innerhalb homogener Regionen. Zur Bildung von homogenen Regionen wurden verschiedene Klassifikationsverfahren angewendet (Saisonalitätsstatistik, Residuenmuster-Methode, Clusteranalyse). Die mit den Regionalisierungsverfahren ermittelten Hochwasserkenngrößen wurden mit den Ergebnissen der Extremwertstatistik an den Pegeln verglichen. Auf Grundlage dieses Ergebnisvergleichs wurde für jedes Bundesland ein Vorzugsverfahren vorgeschlagen und zur landeseinheitlichen Anwendung empfohlen. Für Fließge- wässer, die stark anthropogen beeinflusst sind oder für die das Vorzugsverfahren infolge einer unzureichenden Datenlage bzgl. der Gebietskenngrößen nicht anwendbar war, wurden die MHQ und HQT auf der Basis von Abflusslängsschnitten ermittelt. Die berechneten Abflüsse wurden auf Plausibilität im Flusslängsschnitt hinsichtlich drei Prüfkriterien getestet und gegebenenfalls auf den nächst höheren plausiblen Wert angehoben. In Thüringen wurde zur Verwendung der Ergebnisse zusätzlich eine Handlungsanweisung erarbeitet. ©DHI Datengrundlage zur Ermittlung von Gebietskenngrößen Kontakt: Björn Fischer - bfi@dhigroup.com Weitere Informationen finden Sie unter: www.dhigroup.com Regionalisierte Abflussspende des 100-jährlichen Hochwassers in Brandenburg als Beispiel