Das Projekt "Abflussanteile aus Schnee- und Gletscherschmelze im Rhein und seinen Zuflüssen vor dem Hintergrund des Klimawandels" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Geo- und Umweltnaturwissenschaften, Professur für Hydrologie durchgeführt. Schnee- und Gletscherschmelze beeinflussen die Abflussdynamik in einem Einzugsgebiet unterschiedlich. Eisschmelzekomponenten halten das Abflussregime eher konstant, während Schneeschmelze- und Regenkomponenten starke Variabilität von Jahr zu Jahr verursachen. Im Kontext eines Klimawandels haben und werden sich die Anteile von Eisschmelze und Schneeschmelze am Gesamtabfluss ändern. In diesem Projekt sollen die Abflussanteile aus Schnee- und Gletscherschmelze aus unterschiedlichen Teilen des Rheineinzugsgebiets durch eine Kombination verschiedener meteorologischer, glaziologischer und hydrologischer Datenanalysen und Modellsimulationen auf unterschiedlichen Skalen berechnet werden. Die Kopfeinzugsgebiete werden mit einem transienten semi-verteilten gekoppelten Gletscher-Schnee-Hydrologie-Modell auf HBV-Basis modelliert. Diese modellierten Abflusskomponenten werden dann als Input zum bewährten großskaligen hydrologischen Wasserhaushaltmodell LARSIM verwendet, das am Rhein schon zur Abflussvorhersage eingesetzt wird. Die beobachtete Variabilität der letzten 100 Jahre soll genutzt werden, um die Abflusskomponenten sicher zu quantifizieren und die Einflussfaktoren korrekt zu bestimmen. Das Modell soll den Einfluss der Stauhaltung zur Energiegewinnung und die teilweise regulierten Mittellandseen mitberücksichtigen, da ein komplexes hydraulisches System mit Seen unterschiedlich reagiert, wenn sich die zeitliche Dynamik der Abflusskomponenten durch Klimaänderung verändert.
Das Projekt "Nutzung der harmonisierten Wasserhaushaltsmodellierung (LARSIM-ME der BfG) bei der bundesweiten Stoffeintragsmodellierung mit MoRE" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Wasser und Gewässerentwicklung, Bereich Siedlungswasserwirtschaft und Wassergütewirtschaft (IWG-SWW) durchgeführt. Aufgabenbeschreibung: Ziel der Stoffeintragsmodellierung ist es, die Einträge von Schad- und Nährstoffen aufgeteilt nach Punktquellen und diffusen Stoffeintragspfaden zu quantifizieren. Eine besonders wichtige Größe dabei ist der Wasserhaushalt. Dieser steuert alle stofflichen Prozesse in einem Flusseinzugsgebiet. Derzeit wird der Wasserhaushalt in der Stoffeintragsmodellierung mit MoRE über eine einfache Wasserhaushaltsgleichung abgebildet. Diese Vorgehensweise hat fachliche Schwächen und ist extrem zeitaufwändig und fehleranfällig, so dass schon im Vorhaben Maßnahmeneffizienz (FKZ 3711 21 220) die Verwendung eines Wasserhaushaltsmodells empfohlen wurde. Ein zurzeit laufendes Vorhaben der Uni Gießen (FKZ 3715 22 220) unterstreicht den dringenden Bedarf und eine gemeinsame Betrachtung von Wasserhaushalt und Stickstoffeintrag. Als Wasserhaushaltsmodell wurde das Modell der BfG (LARSIM) ausgewählt. LARSIM-ME deckt nicht nur die gesamte Bundesrepublik, sondern auch die ausländischen Anteile in den internationalen Flussgebieten in Deutschland ab. LARSIM wird bereits für die bundesweite Berichterstattung der Wasserhaushaltsgrößen (LAWA) verwendet. Eine Harmonisierung der bundesweiten Wasserhaushaltsmodellierung und der bundesweiten Stoffeintragsmodellierung scheint daher unbedingt geboten und ist Hauptziel dieses Vorhabens. In einem aktuell laufenden Vorhaben (FKZ 3713 24 225) wurde die Möglichkeit der Verwendung von LARSIM-ME für die Stoffeintragsmodellierung in internationalen Flussgebieten positiv evaluiert. Mit der erfolgreichen Umsetzung des Vorhabens steht ein leistungsstarkes und bezogen auf die Wasserhaushaltsbetrachtung harmonisiertes Instrument zur bundesweiten Abschätzung von Einträgen von Nähr- und Schadstoffen als Basis zur Identifikation von Minderungsmaßnahmen zur Verfügung.
Das Projekt "Probabilistische Vorhersage des stündlichen Abflusses für ausgewählte Pegel in Rheinland-Pfalz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Wasserbau durchgeführt. Zur angemessenen Beschreibung der Unsicherheit einer Hochwasservorhersage sollte die Unsicherheit der Niederschlagsvorhersage erfasst werden. Zur Bestimmung dieser Unsicherheit werden die Niederschlagsvorhersagen von Ensembleprognosesystemen oder von statistischen Vorhersageverfahren herangezogen. Diese Verfahren stellen ein Ensemble von Niederschlagsvorhersagen für die nächsten Tage bereit. Liegen sehr viele Prognosen vor, dann kann das gesamte Ensemble häufig nicht mehr zeitnah vom hydrologischen Modell des Hochwasservorhersagesystems verarbeitet werden, so dass Warnung leider verzögert ausgegeben werden müssen. Allerdings fallen häufig Prognosen an, deren Niederschlagsmengen so gering sind, das sie nicht relevant sind für eine Hochwasservorhersage. Im Rahmen des Projektes wird eine Methodik erstellt, mit dem relevante Niederschlagsprognosen identifiziert werden können, um die Gesamtanzahl der vom Hochwasservorhersagesystem zu verarbeiteten Prognosen zu reduzieren. Die Methodik wird mit dem hydrologischen Modell LARSIM für die Hochwasservorhersagezentrale in Rheinland-Pfalz getestet. Die Niederschlagsprognosen werden vom LARSIM verarbeitet, um die Unsicherheit der Abflussvorhersage mit einem Ensemble zu beschreiben und um das prognostizierte Hochwasserrisiko in den Flussgebieten zu bestimmen.
Das Projekt "Regionales Klimamodell zur meteorologischen und hydrologischen Vorhersage extremer Ereignisse am Beispiel des Rhein-Einzugsgebietes" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Meteorologie durchgeführt. Im Rahmen dieses Projektes sollen zunaechst ausgewaehlte extreme Hochwasserereignisse auf ihre Verbindung zu globalen Zirkulationsmustern untersucht werden. Es wird angenommen, dass diese Muster jahreszeitlich variieren. Um eine verbesserte Vorhersagbarkeit extremer Niederschlagsereignisse zu erhalten, sollen das regionale Klimamodell REMO und das hydrologische Modell LARSIM direkt gekoppelt werden. Hierdurch wird eine wesentliche Verbesserung in den Verdunstungsraten und der Niederschlagsvorhersage in REMO erwartet. Aus der oben erstellen Statistik werden drei Ereignisse ausgewaehlt, die ungekoppelt und gekoppelt berechnet werden. Durch die hohe Datendichte im Rhein-Einzugsgebiet wird eine detaillierte Validierung der meteorologischen und hydrologischen Ergebnisse moeglich.
Das Projekt "Seamless Predicition: Quantifizierung und Reduktion von Unsicherheiten durch - Teilprojekt 5: Hydrologische Modellunsicherheiten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Gewässerkunde durchgeführt. Zur Berechnung des Wasserkreislaufs sind mehrere Vereinfachungen notwendig: - komplizierte hydrologische Abläufe werden mit vergleichsweise simplen Gleichungen beschrieben oder vernachlässigt, wenn sie von untergeordneter Bedeutung sind (Prozessabstraktionsunsicherheit), - das betrachtete Flussgebiet und der Untersuchungszeitraum werden in vermeintlich homogene Teile zerlegt, wodurch räumliche und zeitliche Variabilität unberücksichtigt bleibt (Strukturunsicherheit), - miteinander verbundenen Gleichungen einzelner Gebietsteile werden nicht exakt, sondern mit Näherungsverfahren gelöst (technische Unsicherheit). Insbesondere mit den beiden erstgenannten Aspekten verbundene Entscheidungen beim Aufbau eines hydrologischen Modells sind weitgehend subjektiv zu treffen und in diesem qualitativen Sinn unsicher. Sämtliche Vereinfachungen führen - im Verbund mit Datenunsicherheiten - zu fehlerbehafteten Simulationsergebnissen. Dass diese Fehler räumlich und zeitlich variabel ausfallen, erschwert die Identifizierung des 'besten' Modells und die Kalibrierung der Modellparameter. Umgekehrt besteht aber auch die Chance, aufgrund des Zusammenhangs von hydrologischen Bedingungen mit bestimmten Fehlercharakteristika Schwächen einzelner Modellkomponenten aufzudecken. So wird Modellunsicherheit über Simulationsunsicherheit quantitativ fassbar. Im Teilprojekt wird die technische Unsicherheit der operationell eingesetzten hydrologischen Modelle HBV96 und LARSIM verringert. Unstetige Differentialgleichungen werden durch stetige ersetzt und hinsichtlich ihrer Genauigkeit steuerbare numerische Integrationsalgorithmen eingeführt. Anschließend werden durch Anwendung von Prinzipien wie der Pareto-Effizienz (z. B. AMALGAM), der Parametersensitivität (z. B. DYNIA) oder der Datentiefe (z. B. ROPE) und unter Berücksichtigung der zeitlichen und räumlichen Übertragbarkeit von Parameterwerten Defizite in den Modellkomponenten gesucht. Die Implementierung von HBV96 und LARSIM in einem hydrologischen Modellframework ermöglicht die hypothesengeleitete Implementierung und Testung neuer (Kombinationen von) Modellkomponenten.
LARSIM ist ein konzeptionelles Niederschlags-Abfluss-Modell zur Berechnung des Wasserhaushaltes sowie für die Erstellung von Abflussvorhersagen. Die Modellbausteine für Wasserhaushaltsberechnungen (Bodenmodul, Schneeschmelze, Verdunstung etc…) als auch für Pre- und Postprocessing können optional eingestellt werden. Modellinput sind gemessene oder über Klimamodelle berechnete Zeitreihen für Niederschlag, Lufttemperatur, relative Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit, Globalstrahlung und Luftdruck. Es können gemessene Abflussdaten an Pegeln sowie wasserwirtschaftliche Maßnahmen, wie Angaben zu Wasserüberleitungen und Talsperren verwendet werden. Die Ausgaben des Modells sind flächenbezogene Wasserhaushaltsgrößen, und pegelbezogene Abflusskomponenten. Der Simulationszeitschritt wird je nach Fragestellung variabel von 5 Minuten bis 1 Monat gewählt. Das Modell kann rasterbasiert und teileinzugsgebietsbasiert aufgebaut werden. Für die Anwendung in KLIWAS siehe factsheet!
Das Projekt "Regionales Klimamodell zur meteorologischen und hydrologischen Vorhersage extremer Ereignisse am Beispiel des Rhein-Einzugsgebietes - Teilvorhaben 2: Weiterentwicklung hydrologischer Modellbausteine" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Dr.-Ing. Karl Ludwig - Beratender Ingenieur,Wasserwirtschaft-Wasserbau durchgeführt. Ziel ist eine verbesserte Vorhersagbarkeit extremer meteorologischer und hydrologischer Situationen mit Hilfe von atmosphaerischen Zirkulationsmodellen. Dazu werden hydrologische Modellbausteine fuer das regionale Klimamodell REMO (Max-Planck-Institut fuer Meteorologie) weiterentwickelt und anhand von extremen meteorologischen Ereignissen im Rhein-Einzugsgebiet verifiziert. Die Arbeiten bauen auf dem im Forschungsvorhaben BALTEX entwickelten Hydrologiemodell LARSIM (Large Area Runoff Simulation Model) auf. Weiterhin fliessen Erfahrungen des Antragstellers beim Aufbau von Hochwasservorhersagemodellen fuer grosse Flussgebiete (z.B. Mosel) ein. Durch die verbesserte Nachbildung der meteorologischen Extremsituationen und die daran gekoppelte Simulation von Abfluessen in grossen Flussgebieten ergeben sich Nutzungsmoeglichkeiten im Hinblick auf eine operationelle Hochwasservorhersage fuer grosse Flussgebiete sowie als Planungsinstrument zur Berechnung von extremen meteorologischen und hydrologischen Situationen.