Erstellung von Hochwasserprognosen
Die bisherigen Vorhersagemodelle für Hochwasser geben maximal Prognosen für einen Zeitraum von 24-48 Stunden ab. Hier können Sie Prognosen für bis zu zwei Wochen bekommen.
Hochwasserprognosen sind sehr wichtig, um abschätzen zu können, welche Kräfte am Fluß in den Städten und Gemeinden benötigt werden. Je nach Höhe der Welle können die erforderlichen Schutzmaßnahmen frühzeitig und günstig umgesetzt werden. 3-6 Tage Vorlaufzeit, bevor die Hochwasserwelle auftritt, wären optimal. Zudem erfordert die gezielte Nutzung der Retentionsräume am Oberrhein eine langfristige Prognose des Hochwassers. 4-5 Tage bevor die Hochwasserwelle am Mittelrhein erscheint, müssen die Maßnahmen am Oberrhein eingeleitet werden.
In allen Bundesländern gibt es Hochwassermeldedienste der Wasser- und Schiffahrtsverwaltung des Bundes. Diese sammeln Daten, um Hochwassergefahren und Eisgefahren abzuwenden.
Die Bundesanstalt für Gewässerkunde ist als Oberbehörde des Bundesministeriums für Verkehr für die Erstellung von Wasserstands- und Abflußvorhersagen im Binnenbereich zuständig. In NRW regeln Hochwasserverordnungen für 12 Gewässer den Hochwasserschutz. In Rheinland-Pfalz gibt es im Landeswassergesetz eine Hochwasserverordnung (§92). Auch in Baden-Württemberg gibt es eine gesetzliche Regelung in § 85 des Landeswassergesetzes.
Droht eine Hochwasserlage werden spezielle Informationen per Videotext usw. an die Benutzer herausgegeben.
Vorhersagemodelle für Hochwasser
Drei verschiedene Prognosemodelle sind zu unterscheiden:
Das empirische Verfahren versucht aus Abflußsummierung und Pegelbezugslinienverfahren den Hochwasserverlauf abzuschätzen. Dieses Verfahren wird an Lahn, Mosel, Sauer und Sieg angewendet. Am Rhein wird es als zusätzliches Verfahren hinzugezogen.
Die zweite Methode baut auf linearen und nichtlinearen hydrologischen Wellenablaufmodellen ohne Einbeziehung der Niederschläge. Diese Modelle werden am Neckar und für die Pegel Maxau und Worms eingesetzt.
Zusätzlich werden auch Mischformen beider Modelle eingesetzt. Für die Naheprognose wird ein Mischmodell eingesetzt.
Ein statistisches Filterverfahren wird von der Bundesanstalt in Koblenz als drittes Modell eingesetzt. Es ist ein Mehrkanal-Wiener-Filter- Modell, welches für alle Pegel bis Maxau eingesetzt wird.
Beschreibung der Hochwasservorhersagen für den Rhein und seine Nebenflüsse
Wasserstandprognose für den Rheinpegel Köln gibt es über Telefon, Viedeotext, Radio, TV und über das Internet. Seit 1980 berechnet die Bundesanstalt mit seinem statistischen Modell den Rheinpegel auch in Köln. Dabei werden als Eingangsgrößen in das Modell die 6-stündlichen Wasserstände gegeben. Zusätzlich werden die Abflußänderungen der letzten 3 Tage beendet. Daraus lassen sich die Abflußveränderungen für die nächsten 36 Stunden durch eine Übertragungsfunktion auf Basis einer Kreuzkorrelationsanalyse erstellen. Vier Prognosen pro Tag werden gegen 6,12, 18 und um Mitternacht erstellt.
Mit Hilfe dieses Modells lassen sich 6-12 Stunden-Prognosen mit ausreichender Genauigkeit (bis auf wenige Zentimeter Fehler) berechnen. Bei der 6 Stundenprognose lag der Fehler bei maximal 11 cm, meist aber nur um 1-2 cm (allerdings waren die Fehler gerade bei der Hochwasserwelle größer). Bei 12 Stunden erhöhte sich der Fehler auf 12 cm und bei 18 Stunden auf 22 cm. Bei 24 Stunden lagen die Fehler bei maximal fast 25 cm. Auch hier lag der größte Fehler bei der Prognose der Hochwasserwelle.
Leider funktioniert das Modell nur auf kurze Zeiträume. Vorhersagen über 48 oder 72 Stunden sind kaum möglich, da diese besonders von den meteorologischen Bedingungen abhängen. Kurzfristig wären die Prognosen noch zu verbessern und unabhängiger von der Statistik zu machen. Bei seltenen Hochwasserwellen gibt es auch nur wenige Vergleichsfälle, so daß dann die Fehlerrate automatisch höher liegt. Immerhin konnte die Überschreitung der Marke von 10 m in der Kölner Altstadt vorhergesagt werden.
Wichtig ist auch eine längerfristige Vorhersage von Hochwassern. Aus den Niederschlagswerten müßte sich ein ungefähres Abflußbild ermitteln lassen, welches 3-4 Tagesprognosen ermöglichen müßte.
Seit über 15 Jahren gibt es konkrete Niederschlagsprognosen aus den Wettermodellen der Supercomputer heraus. Bis zu 14 Tage im voraus werden Regen- und Schneemengen pro Quadratmeter über Europa berechnet. Nach allerdings drei bis vier Tagen werden die Vorhersagen sehr ungenau. Durch regionale, hochauflösende Modelle, detaillierte Beschreibung der Wolkenphysik und eine verbesserte Datensammlung konnten die Prognosen schon vor der Jahrtausendwende deutlich verbessert werden (DMG Intern, S. 13 ff., 3/98).
Die Niederschlagsverteilung ist regional sehr unterschiedlich geprägt. So spielen die Mittelgebirge eine große Rolle. Erst mit den regionalen Modellen mit einer Auflösung von unter 15 km im Quadrat lassen sich der Einfluß der Mittelgebirge Schwarzwald, Taunus, Eifel usw.. berechnen. Bei den gröberen Modellen ist dieser Einfluß zu schwach. Daher waren die Vorhersagen der Modelle vor 1994 im regionalen Bereich sehr ungenau bzw. nicht anwendbar.
So kann z.B. das Deutschlandmodell des Deutschen Wetterdienstes die genaue Lage des Niederschlagsfeldes nicht berechnen, aber läßt man einen Fehlrahmen von 30 km zu, dann berechnet es 95 % aller Starkniederschläge mit mehr als 10 l/m2 "richtig". Die Problematik im Modell liegt darin, daß es auf jeden richtigen vorhergesagten Starkregen zwei Fehlalarme gibt. Damit ist die effektive Nutzung dieses Systems ausgeschlossen. In hydrologischen Modellen wird die Regenmenge teilweise benutzt.
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