NW-Vorhersagen für die Donau mit dem Wasserhaushaltsmodell LARSIM
Gewinnerlösung
NW-Vorhersagen für die Donau mit dem Wasserhaushaltsmodell LARSIM
Für die präzise und zuverlässige Berechnung der Niedrigwasservorhersagen soll das bereits von vielen Dienststellen zur Wasserstands- und Abflussvorhersage genutzte Modell LARSIM eingesetzt werden, mit die HYDRON GmbH langjährige Erfahrungen hat. Es wird ein LARSIM-Wasserhaushaltsmodell für das Donaueinzugsgebiet (bis Pegel Wildungsmauer) (WHM Donau) unter Einbeziehung von hochaufgelösten Gebietsdaten (wie Landnutzung und Boden) aufgebaut. Anhand der Messdaten von ca. 30 relevanten Pegeln insbesondere aus den Niedrigwasserjahren im Zeitraum 2003 bis 2019 werden die Modellparameter für das WHM Donau festgelegt. Auch Veränderungen in den Randbedingungen (wie Klimawandel) werden in dem physikalisch basierten WHM berücksichtigt.
Die Anpassung des WHM Donau erfolgt auch anhand von umfangreichen Vorhersagetests, anhand derer die für die NW-Vorhersage relevanten Prozesse identifiziert, die Prozesse bestmöglich parametrisiert und die Vorgaben zur operationellen Datenassimilation optimal konfiguriert werden (z.B. auf die durch den Schwellbetrieb der Kraftwerke schwankenden Abflussmesswerte). Durch diese Vorhersagetests an den Pegeln wird auch die hydrologische Modellzuverlässigkeit des WHM Donau quantifiziert.
Für das Donau- und Inn-Einzugsgebiet bis zum Pegel Achleiten/Donau werden derzeit bereits LARSIM-Vorhersagen vom Bayerischen Landesamt für Umwelt erstellt. Diese operationellen Vorhersagen sollen als optionale zusätzliche Modellvariante in der Berechnung des österreichischen Teils des WHM Donau verwendet werden. Im operationellen Fall wird situationsabhängig das geeignetere Modell gewählt.
Für den operationellen Echt-Zeit-Einsatz des WHM Donau sind meteorologische Vorhersagen wichtig. Die Schifffahrtstreibenden kennen die Unsicherheit, die in meteorologischen Vorhersagen stecken. Mit dem WHM Donau sollen Vorhersagen für drei verschiedene VHS-Horizonte bereitgestellt werden:
• die deterministische kurzfristige 5-Tages-Vorhersage. Bis zu 5 Tagen wird die Meteo-VHS als relativ zuverlässig angesehen. Hier wird ein Meteo-VHS-Ensemble verwendet, um auch die meteorologischen Modell-Unsicherheiten abzuschätzen. Optional kann ein zweiter Wetterdienstleister hinzugezogen werden. Der Fokus des Projekts liegt auf der Verbesserung dieser kurzfristigen Vorhersagen gegenüber dem bisherigen Modell.
• die mittelfristige 9-Tages-VHS und die langfristige 6 Wochen-VHS. Mit den mittel- und langfristigen VHS können die Wahrscheinlichkeiten abgeschätzt werden, das gewisse Schwellenwerte über- bzw. unterschritten werden. Für diese längerfristigen Abschätzungen des Trends der Niedrigwasserentwicklung mit einem Zeithorizont von sechs Wochen werden außer Meteo-Vorhersagen auch Meteo-Daten vergangener Niedrigwasserjahre und ein No-Rain-Szenario mit dem WHM Donau gerechnet.
Die Ergebnisse und die Unsicherheiten in den Vorhersagen werden den Schifffahrtstreibenden visuell verständlich angezeigt, so dass eine risikobasierte Entscheidungsfindung ermöglicht wird.
Die Anpassung des WHM Donau erfolgt auch anhand von umfangreichen Vorhersagetests, anhand derer die für die NW-Vorhersage relevanten Prozesse identifiziert, die Prozesse bestmöglich parametrisiert und die Vorgaben zur operationellen Datenassimilation optimal konfiguriert werden (z.B. auf die durch den Schwellbetrieb der Kraftwerke schwankenden Abflussmesswerte). Durch diese Vorhersagetests an den Pegeln wird auch die hydrologische Modellzuverlässigkeit des WHM Donau quantifiziert.
Für das Donau- und Inn-Einzugsgebiet bis zum Pegel Achleiten/Donau werden derzeit bereits LARSIM-Vorhersagen vom Bayerischen Landesamt für Umwelt erstellt. Diese operationellen Vorhersagen sollen als optionale zusätzliche Modellvariante in der Berechnung des österreichischen Teils des WHM Donau verwendet werden. Im operationellen Fall wird situationsabhängig das geeignetere Modell gewählt.
Für den operationellen Echt-Zeit-Einsatz des WHM Donau sind meteorologische Vorhersagen wichtig. Die Schifffahrtstreibenden kennen die Unsicherheit, die in meteorologischen Vorhersagen stecken. Mit dem WHM Donau sollen Vorhersagen für drei verschiedene VHS-Horizonte bereitgestellt werden:
• die deterministische kurzfristige 5-Tages-Vorhersage. Bis zu 5 Tagen wird die Meteo-VHS als relativ zuverlässig angesehen. Hier wird ein Meteo-VHS-Ensemble verwendet, um auch die meteorologischen Modell-Unsicherheiten abzuschätzen. Optional kann ein zweiter Wetterdienstleister hinzugezogen werden. Der Fokus des Projekts liegt auf der Verbesserung dieser kurzfristigen Vorhersagen gegenüber dem bisherigen Modell.
• die mittelfristige 9-Tages-VHS und die langfristige 6 Wochen-VHS. Mit den mittel- und langfristigen VHS können die Wahrscheinlichkeiten abgeschätzt werden, das gewisse Schwellenwerte über- bzw. unterschritten werden. Für diese längerfristigen Abschätzungen des Trends der Niedrigwasserentwicklung mit einem Zeithorizont von sechs Wochen werden außer Meteo-Vorhersagen auch Meteo-Daten vergangener Niedrigwasserjahre und ein No-Rain-Szenario mit dem WHM Donau gerechnet.
Die Ergebnisse und die Unsicherheiten in den Vorhersagen werden den Schifffahrtstreibenden visuell verständlich angezeigt, so dass eine risikobasierte Entscheidungsfindung ermöglicht wird.
Mehrwert
Mehrwert Zuverlässigkeit:
• LARSIM wird seit Jahren von vielen Dienststellen erfolgreich zur Niedrigwasservorhersage genutzt und durch eine Entwicklergemeinschaft kontinuierlich weiterentwickelt
• LARSIM ist nachweislich zur Simulation unter veränderlichen Randbedingungen geeignet (z.B. Klimawandel)
• HYDRON hat langjährige stabile Kundenbeziehungen sowie umfassende Erfahrung in der Modellaufstellung und Entwicklung von LARSIM inkl. peripherer Software und im operationellen 24/7 Modellbetrieb
• Miteinbeziehung der NW-Vorhersagen des LfU Bayern, die erfolgreich im bayerischen Niedrigwasserinformationsdienst genutzt und kontinuierlich verbessert werden
Mehrwert Innovation:
• Die räumlich hochaufgelöste hydrotopspezifische Simulation der für den Niedrigwasserabfluss relevanten Prozesse ist eine klare Verbesserung gegenüber dem bisherigen viadonau Modell
• Die Anpassung von LARSIM erfolgt nicht durch eine herkömmliche Kalibrierung, sondern durch eine umfängliche Optimierung der Ergebnisse von Niedrigwasser-Vorhersagetests
• Operative Daten zu Abfluss, Schneedecke, ggf. See-/Speicherwasserständen etc. werden in erprobter Weise assimiliert und verbessern die Vorhersagen
• Über den deterministischen Vorhersagehorizont von 5 Tagen hinaus werden für sechs Wochen in die Zukunft zusätzlich probabilistische Aussagen geliefert (z.B. Wahrscheinlichkeit, dass kritische Wasserstände unter-/überschritten werden; frühestmöglicher Zeitpunkt, an dem ein kritischer Wert unterschritten wird)
• LARSIM wird seit Jahren von vielen Dienststellen erfolgreich zur Niedrigwasservorhersage genutzt und durch eine Entwicklergemeinschaft kontinuierlich weiterentwickelt
• LARSIM ist nachweislich zur Simulation unter veränderlichen Randbedingungen geeignet (z.B. Klimawandel)
• HYDRON hat langjährige stabile Kundenbeziehungen sowie umfassende Erfahrung in der Modellaufstellung und Entwicklung von LARSIM inkl. peripherer Software und im operationellen 24/7 Modellbetrieb
• Miteinbeziehung der NW-Vorhersagen des LfU Bayern, die erfolgreich im bayerischen Niedrigwasserinformationsdienst genutzt und kontinuierlich verbessert werden
Mehrwert Innovation:
• Die räumlich hochaufgelöste hydrotopspezifische Simulation der für den Niedrigwasserabfluss relevanten Prozesse ist eine klare Verbesserung gegenüber dem bisherigen viadonau Modell
• Die Anpassung von LARSIM erfolgt nicht durch eine herkömmliche Kalibrierung, sondern durch eine umfängliche Optimierung der Ergebnisse von Niedrigwasser-Vorhersagetests
• Operative Daten zu Abfluss, Schneedecke, ggf. See-/Speicherwasserständen etc. werden in erprobter Weise assimiliert und verbessern die Vorhersagen
• Über den deterministischen Vorhersagehorizont von 5 Tagen hinaus werden für sechs Wochen in die Zukunft zusätzlich probabilistische Aussagen geliefert (z.B. Wahrscheinlichkeit, dass kritische Wasserstände unter-/überschritten werden; frühestmöglicher Zeitpunkt, an dem ein kritischer Wert unterschritten wird)
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