Verbesserung der NW-Prognosen durch einen integrierten DHI MIKE Ansatz
Gewinnerlösung
Verbesserung der NW-Prognosen durch einen integrierten DHI MIKE Ansatz
DHI versteht die Herausforderung in einer Verbesserung des bestehenden vollautomatisierten operationellen Vorhersagesystems, um verlässliche Prognosen für die Schifffahrt und die damit verbundenen wirtschaftlichen und sicherheitsrelevanten Entscheidungen zu generieren. Die bestehenden Prognosen sind für den Hochwasserfall ausgelegt und liefern nur bedingt zuverlässige Vorhersagen für Niedrigwasserstände – zudem ist der Prognosezeitraum für die beiden schifffahrtsrelevanten Pegel Kienstock und Wildungsmauer mit 48 Stunden relativ kurz.
Zur Verbesserung des Systems empfiehlt DHI zunächst eine Expertise des bisher implementierten Prognosemodells, um mögliche Defizite aus Sicht der Hydrologie, Hydraulik, Modellschematisierung und Technologie zu bewerten oder gar auszuschließen. Auf Basis dieser Bewertung wird zusammen mit dem Auftraggeber ein maßgeschneidertes Anforderungsmanagement für die Lösung und den Weg dorthin gestaltet.
Im nächsten Schritt ist eine Migration zu MIKE by DHI Technologie vorgesehen, was durch entsprechende Schnittstellen der Software zu gängigen Formaten und anderen hydronumerischen Modellen gewährleistet wird. Die hydrologischen Prozesse werden mit einem konzeptionellen Speicherkaskadenmodell (NAM) abgebildet und mit dem hydrodynamischen Strömungsmodell MIKE HYDRO River gekoppelt. Mit dem MIKE1D Rechenkern wird auch die Steuerung von Schleusen und anderen Bauwerken simuliert. Das Modell wird neu kalibriert und die Inputdaten ggf. mit Model Predictive Control Ansätzen ergänzt. Zum Modellaufbau (offline) gehört auch eine Integrierung der Datenassimilation (DA), um die Performance anhand von beobachteten Daten zu testen und die Wirkung der Fehlerfunktionen für die Prognosezeiträume zu optimieren.
Mit diesem Modellansatz hat DHI bei einer Vielzahl von fachlich sehr ähnlich gelagerten Herausforderungen gute Erfahrungen gesammelt. Bezogen auf das Projektgebiet sind mit dem Modellansatz auch eine Verbesserung des Basisabflusses in trockenen Zeiten sowie eine bessere Abbildung sohlnahen Bathymetrie möglich. Auch durch die Optimierung von steuerbaren Strukturen an der Donau und Nebenschlüssen werden Verbesserungen der modellierten und vorhergesagten Wasserständen erwartet.
Die Implementierung des Prognosemodells wird durch die Plattform MIKE OPERATIONS (https://www.mikepoweredbydhi.com/products/mike-operations) ermöglicht. Dieses Produkt wird weltweit eingesetzt, um im Echtzeitbetrieb Daten herunter zu laden, zu verwalten, in einer Postresql-Datenbank zu sichern und online anhand eines benutzerdefinierten Dashboards darzustellen. Das Prognosesystem wird im Hindcast -2 Tage („Warmlaufen“ der DA und Füllung der Grundwasserspeicher) rechnen und zuverlässige Niedrigwasserprognosen bis +5 Tage liefern und visualisieren. Für die Qualität der Prognosen sind ein solides Modell, eine Berücksichtigung von gebietsspezifischen Besonderheiten und eine robuste Plattform für den Echtzeitbetrieb zuständig.
Zur Verbesserung des Systems empfiehlt DHI zunächst eine Expertise des bisher implementierten Prognosemodells, um mögliche Defizite aus Sicht der Hydrologie, Hydraulik, Modellschematisierung und Technologie zu bewerten oder gar auszuschließen. Auf Basis dieser Bewertung wird zusammen mit dem Auftraggeber ein maßgeschneidertes Anforderungsmanagement für die Lösung und den Weg dorthin gestaltet.
Im nächsten Schritt ist eine Migration zu MIKE by DHI Technologie vorgesehen, was durch entsprechende Schnittstellen der Software zu gängigen Formaten und anderen hydronumerischen Modellen gewährleistet wird. Die hydrologischen Prozesse werden mit einem konzeptionellen Speicherkaskadenmodell (NAM) abgebildet und mit dem hydrodynamischen Strömungsmodell MIKE HYDRO River gekoppelt. Mit dem MIKE1D Rechenkern wird auch die Steuerung von Schleusen und anderen Bauwerken simuliert. Das Modell wird neu kalibriert und die Inputdaten ggf. mit Model Predictive Control Ansätzen ergänzt. Zum Modellaufbau (offline) gehört auch eine Integrierung der Datenassimilation (DA), um die Performance anhand von beobachteten Daten zu testen und die Wirkung der Fehlerfunktionen für die Prognosezeiträume zu optimieren.
Mit diesem Modellansatz hat DHI bei einer Vielzahl von fachlich sehr ähnlich gelagerten Herausforderungen gute Erfahrungen gesammelt. Bezogen auf das Projektgebiet sind mit dem Modellansatz auch eine Verbesserung des Basisabflusses in trockenen Zeiten sowie eine bessere Abbildung sohlnahen Bathymetrie möglich. Auch durch die Optimierung von steuerbaren Strukturen an der Donau und Nebenschlüssen werden Verbesserungen der modellierten und vorhergesagten Wasserständen erwartet.
Die Implementierung des Prognosemodells wird durch die Plattform MIKE OPERATIONS (https://www.mikepoweredbydhi.com/products/mike-operations) ermöglicht. Dieses Produkt wird weltweit eingesetzt, um im Echtzeitbetrieb Daten herunter zu laden, zu verwalten, in einer Postresql-Datenbank zu sichern und online anhand eines benutzerdefinierten Dashboards darzustellen. Das Prognosesystem wird im Hindcast -2 Tage („Warmlaufen“ der DA und Füllung der Grundwasserspeicher) rechnen und zuverlässige Niedrigwasserprognosen bis +5 Tage liefern und visualisieren. Für die Qualität der Prognosen sind ein solides Modell, eine Berücksichtigung von gebietsspezifischen Besonderheiten und eine robuste Plattform für den Echtzeitbetrieb zuständig.
Mehrwert
Der erwartete Mehrwert der Lösung im Vergleich zu der jetzigen Situation liegt zunächst in der Optimierung der Niedrigwasserprognosen. Mit dem neuen Ansatz wird eine deutliche Verringerung der Abweichung zwischen Beobachtungen und Vorhersagen für einen erweiterten Prognosezeitraum als bisher (+ 5 Tage anstatt + 2 Tage) gewährleistet. Es werden somit für einen längeren Planungszeitraum schifffahrtsrelevanten Entscheidungsprozessen geholfen:
1.) Weniger Überschätzungen der Wasserstände und dadurch höhere Sicherheit der Schifffahrt.
2.) Weniger Unterschätzungen der Wasserstände und dadurch Reduzierung der Falschalarme, die zu einer temporären Einstellung der Schifffahrt und dem Warenfluss führen könnten.
Des Weiteren führt die Migration zu einer MIKE by DHI Plattform zu einem nachhaltig erweiterbaren, zuverlässigen operationellen Betrieb. Eine Schnittstelle zu anderen Modellen und Formaten wird durch MIKE OPERATIONS ermöglicht. Daten für den Prognosebetrieb und Ergebnisse werden optimal verwaltet, gesichert und können über eine Onlinepräsenz der viadonau durch Kundinnen und Kunden abgerufen werden.
Durch den integrierten MIOP WEB Dienst können interaktive Funktionalitäten und Visualisierungsmöglichkeiten erarbeitet werden. Es werden u.a. Grafiken von Ganglinien, Längenschnitte, dynamische Visualisierungen von Abschnitten mit ungenügenden Abladetiefen und schiffbare Korridore verständlich dargestellt, sowie Warndienste und Protokollierung der Prognosen implementiert.
1.) Weniger Überschätzungen der Wasserstände und dadurch höhere Sicherheit der Schifffahrt.
2.) Weniger Unterschätzungen der Wasserstände und dadurch Reduzierung der Falschalarme, die zu einer temporären Einstellung der Schifffahrt und dem Warenfluss führen könnten.
Des Weiteren führt die Migration zu einer MIKE by DHI Plattform zu einem nachhaltig erweiterbaren, zuverlässigen operationellen Betrieb. Eine Schnittstelle zu anderen Modellen und Formaten wird durch MIKE OPERATIONS ermöglicht. Daten für den Prognosebetrieb und Ergebnisse werden optimal verwaltet, gesichert und können über eine Onlinepräsenz der viadonau durch Kundinnen und Kunden abgerufen werden.
Durch den integrierten MIOP WEB Dienst können interaktive Funktionalitäten und Visualisierungsmöglichkeiten erarbeitet werden. Es werden u.a. Grafiken von Ganglinien, Längenschnitte, dynamische Visualisierungen von Abschnitten mit ungenügenden Abladetiefen und schiffbare Korridore verständlich dargestellt, sowie Warndienste und Protokollierung der Prognosen implementiert.
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