Hydrologische Konsistenz in der Modellierung - Verbesserung der Modellstruktur und Parameterabschätzung mit zeitlichen diagnostischen Analysen

• Antragsteller: Dr. Björn Guse
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 246416625

Mit Hilfe von Einzugsgebietsmodellen können hydrologische Prozesse und ihre zeitliche Dynamik abgebildet werden. Diese Modelle können neben ihrer Nutzung in Anwendungsstudien auch als Lernwerkzeuge angesehen werden, um die Prozesse im Einzugsgebiet und ihre Abbildung in Modellen zu verstehen. In einem hydrologisch konsistenten Modellkonzept sind die verschiedenen hydrologischen Prozesse adäquat in die Modellstruktur integriert. Jeder Modellparameter wird für den zugehörigen Prozess genutzt und die dominanten Phasen des Parameters stimmen mit den zeitlichen Prozessmustern überein. Die Beziehung zwischen der Modellstruktur und den realen Prozessen kann in einer hohen zeitlichen Auflösung mit diagnostischen Analysen untersucht werden.In diesem Projekt wird die zeitliche Variation von dominanten Prozessen mit einer Analyse der Parametersensitivität für jeden Zeitschritt untersucht. Die zeitliche Analyse der Parametersensitivität wird dabei auf den Gesamtabfluss und auf den jeweils zugehörigen Prozess bezogen, um damit die zeitlichen Prozessmuster zu identifizieren. In Kombination mit einer zeitlichen Analyse der Modellgüte werden die dominanten Parameter in Phasen mit geringer Modellgüte ermittelt. Hieraus lassen sich Limitierungen in den zugehörigen Modellkomponenten ableiten. Zeitliche diagnostische Informationen werden zudem in die Parameterkalibrierung integriert. Zur Abschätzung der Parameterwerte werden hierbei nur die Phasen mit einer hohen Parametersensitivität verwendet.Das Ziel dieses Antrags ist die Entwicklung von neuartigen Methoden, um hydrologische Konsistenz in der Modellstruktur und -kalibrierung basierend auf zeitlichen Mustern der dominanten Prozesse zu erhalten. Die Forschungsschwerpunkte zielen darauf ab, hydrologische Konsistenz in den folgenden drei Bereichen zu erhalten1) in den zeitlichen Prozessmustern durch eine Analyse der zeitlichen Variation in dominanten Modellparametern in Beziehungen zu dem zugehörigen hydrologischen Prozess2) in der Modellstruktur durch eine Ermittlung von Fehlern in der Modellstruktur durch eine gemeinsame zeitliche Analyse der Parametersensitivität und Modellgüte3) in der Parameterabschätzung durch die Entwicklung einer neuen innovativen Kalibrierungsmethode basierend auf Perioden mit einer hohen Parametersensitivität.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen