Unsicherheiten in der radarbezogenen Auswertung von Starkregenereignissen

Im August 2020 etablierte sich über der Emscher-Lippe-Region (ELR) eine Tiefdruckrinne, in deren Verlauf sich zahlreiche Gewitter teils mit Unwetterpotenzial bildeten. Charakteristisch war ein extrem lokales Auftreten sowie die langsame Verlagerung der Gewitterzellen. Dies führte zu sehr hohen Niederschlagsmengen, die insbesondere in kurzen Dauerstufen zu seltenen Wiederkehrzeiten führten. Anhand dieser Unwettersituation werden die praktischen Herausforderungen eines Wasserwirtschaftsverbands in der Auswertung von Starkregenereignissen unmittelbar nach Ereigniseintritt vorgestellt. Die Auswertungen der unterschiedlichen Radarprodukte werden gezeigt und ihre Unsicherheiten anhand von Radar-Regenschreiber-Vergleichen für ausgewählte Ereignisse erläutert.

1 Methodisches Vorgehen

Nach Schadensfällen sind zeitnah qualifizierte Aussagen zu Niederschlagssummen und Jährlichkeiten erforderlich. Diese Anfragen werden häufig bei der Emschergenossenschaft (EG) und dem Lippeverband (LV) aus dem eigenen Unternehmen (verantwortliche Fachabteilungen, Betrieb, aus der Planungs- und Bauabteilung), aber auch über die kommunalen Mitgliedergestellt. Zur Kommunikation mit der Öffentlichkeit steht darüber hinaus die Angabe des Starkregenindex (SRI) nach Schmitt et al. [1] in den lokalen Schwerpunkten im Fokus.

Die Anwendung der Produkte innerhalb des Hochwasserinformationssystems hängt von der Ereignisdauer, vom Ereignistyp, aber auch von möglichen Einflussgrößen, wie Dämpfungoder Brightband, ab. Eine Verwendung von unkorrigierter Radarniederschlagsdaten ist dabei nach Möglichkeit zu vermeiden, vielmehr stellt eine optimierte Aufbereitung eine wesentliche Voraussetzung für fundierte Aussagen im Schadensfall dar.

In der Starkregenauswertung verwenden EG und LV die Radarniederschlagsprodukte RY und RW des Deutschen Wetterdienstes (DWD) sowie das aus den DX-Daten abgeleitete dämpfungskorrigierte DX-Produkt (DX-D) [2]. Bei mehrstündigenoder stratiformen Ereignissen wird standardmäßig das RW-Produkt ausgewertet, da häufig Aussagen zu Dauerstufen größer einer Stunde erforderlich sind. Hier profitiert die Emscher-Lippe-Region von der großen Anzahl an Aneichstationen, die im Rahmen der Radarkooperation der Wasserverbände NRW mit dem DWD in der RADOLAN-Routine zum Einsatz kommen [3]. Die Aufbereitung erfolgt automatisiert über eine GIS-Applikation und beinhaltet die Berechnung der Ereignissumme, der maximalen Niederschlagssummen für die relevanten Dauerstufen und die Anwendung der extremwertstatistischen Auswertung terrestrischer Stationen auf die Radardaten. Eine Einordnung gemäß SRI ist für extreme Niederschlägeebenfalls möglich [4].

Aufgrund der stündlichen Auflösung ist das RW-Produkt für kurze Dauerstufen nicht geeignet, zudem zeigen Radar-Regenschreiber-Vergleiche für das Lippegebiet eine deutliche Unterschätzung der Regenhöhen sowie eine geringere räumliche Variabilität bei heftigen Starkregen [5]. In kürzeren Dauerstufen findet eine Auswertung der 5-minütigen RY- und DX-D-Produkte statt.



Copyright: © Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Quelle: Wasserwirtschaft - Heft 07/08 (August 2021)
Seiten: 5
Preis inkl. MwSt.: € 10,90
Autor: Adrian Treis
Dr. Rike Becker
Dr.-Ing. Burkhard Teichgräber
Dipl.-Geogr. Angela Pfister

Artikel weiterleiten In den Warenkorb legen Artikel kommentieren


Diese Fachartikel könnten Sie auch interessieren:

FLIWAS3: Lokal hochaufgelöste Informationen zu Niederschlag und Abflussdaten verfügbar - warum werden sie noch nicht überall genutzt?
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (11/2023)
Die HochwasserVorhersageZentrale (HVZ) Baden-Württemberg berechnet mit dem Wasserhaushaltsmodell LARSIM die Abflussvorhersagen an den Pegeln mit mittleren und großen Einzugsgebieten in m³/s des Landes Baden-Württemberg. Meteorologischer Input hierbei sind die beschrieben Niederschlagsvorhersagen, die Daten der Niederschlagsmessstationen und die Wetterradardaten (Bild 1). Weitere Daten der HVZ sind die Wasserstandmessungen an den Pegeln (15-Minuten-Takt), Schneemessung, Lufttemperatur und Betriebsdaten von besonderen Hochwasserrückhaltebecken und Poldern.

Auf dem Weg zu besseren Wasserstand-Durchfluss-Beziehungen
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (8/2023)
Die qualitätsgesicherte Erfassung von Wasserstand-Durchfluss- Beziehungen (W-Q) hat in der Hydrometrie eine sehr weitreichende Bedeutung und ist die Grundlage vieler nachfolgender Analysen und Modellierungen inklusive der Hochwasservorhersage. Im operativen Alltag eines Messnetzbetreibers wird nicht unerheblich Personalkapazität für die kontinuierliche Überprüfung und Aktualisierung der W-Q-Beziehungen aufgebracht. Aus Sicht der Datenqualität ist dies unerlässlich, in der Praxis wird man diesen Ansprüchen nicht immer gerecht.

Starkregenvorsorge und Klimaanpassung - Entwicklung eines Vorhersagesystems für Kommunen
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (8/2023)
Unser Klima hat sich mit dem Ansteigen der mittleren Lufttemperatur in den letzten Jahren bereits spürbar verändert. Extremereignisse, wie Stürme, Starkregen und Trockenzeiten, treten häufiger auf und eine weitere Zunahme dieser Phänomene sowie der durch sie entstehenden Schäden ist zu erwarten. Kommunen und Regionen sollten diese Entwicklung ernst nehmen, sich klimaresilient weiterentwickeln und die vorhandenen Instrumente der Vorsorge nutzen.

Starkregenmonitoring mittels Sensorschwärmen in kleinen und mittleren Einzugsgebieten und KI-basierter Zugprognose als Ergänzung zu Niederschlagsradarsystemen
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (8/2023)
Starkregen ist nicht erst seit den gravierenden Ereignissen von 2021 in der öffentlichen Wahrnehmung als ernst zu nehmende Gefahr im Fokus. Besonders in topographisch komplexen Einzugsgebieten kommen bisherige Formen der Niederschlagsbetrachtung an ihre Grenzen. Hierfür zeigen wir den exemplarischen Aufbau eines KI-gestützten Frühwarnsystems und Zellerfassung (Now-Casting) von Starkregenereignissen mittels einer IoT-basierten optischen Methode, um Niederschlagsintensitäten zu erfassen, am Beispiel der Gemeinde Liederbach am Taunus.

Messung der Infiltration bei kurzen Starkregenereignissen - Untersuchung verschiedener Versuchsdurchführungen mit dem Labor-Lysimeter
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (8/2023)
Die Abbildung der Infiltration in 2-D-Oberflächenabfluss-Simulationen ist ein wichtiger Bestandteil, um realitätsnahe Wassertiefen zu generieren. Insbesondere im Kontext von kurzen Starkregenereignissen sind gängige Ansätze aus der Literatur mit großen Unsicherheiten behaftet. Um diese Schwächen auszugleichen, können gezielte Feldversuche sinnvoll sein. Gebräuchliche Feldversuche, wie das Doppelring-Infiltrometer (nach DIN 19 682-7), haben hinsichtlich von Starkregenereignissen systematische Schwächen. Es wirkt stets eine Wassersäule auf den Boden und die während des Befüllens wirkende Anfangsinfiltration sowie der Benetzungsverlust werden nicht gemessen.

Name:

Passwort:

 Angemeldet bleiben

Passwort vergessen?