Wechselbeziehungen von extremen Hochwasserereignissen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. András Bárdossy
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278017089

Dieser Forschungsvorhaben befasst sich mit den räumlichen Aspekten von großräumigen Hochwasserereignissen. Anstelle einer herkömmlichen Untersuchung von Einzelereignissen unter Verwendung von ausgewählten Extremwerten wird eine Methodik zur Ableitung gemeinsamer Ereignisse aus Zeitreiheneigenschaften beobachteter Abflussdaten vorgeschlagen. Die wesentlichen Eigenschaften hierfür lassen sich durch Fourier- und Haartransformationen ableiten, die eine Beschreibung der Abhängigkeit für verschiedene Zeitskalen ermöglichen. Mit diesen Techniken können kritische Zeitskalen identifiziert und ihr Beitrag zu Hochwasser quantifiziert werden. Komplexe hochdimensionale Abhängigkeitsstrukturen können mit paarweisen Untersuchungen nicht erkannt werden. Neue Techniken, die auf spektralen Eigenschaften und topologischen Strukturen basieren, werden eingesetzt, um solche Abhängigkeiten zu erkennen und ihre Rolle zu quantifizieren. Diese Abhängigkeiten können sich unterschiedlich auswirken, in einigen Fällen ist ihre Folge ein höheres in anderen ein geringeres Hochwasserrisiko. Beobachtete Niederschlagszeitreihen werden mit dem Output meteorologischer Modelle verglichen, um Unterschiede in der räumlichen Abhängigkeit und Struktur zu erkennen. Auf diese Weise wird eine meteorologisch plausible Erklärung für gleichzeitige Hochwasserereignisse möglich. Um die Wahrscheinlichkeit gleichzeitig auftretender extremer Abflüsse an verschiedenen Standorten zu beurteilen, werden stochastische Abfluss- und Niederschlagsgeneratoren entwickelt. Zwei verschiedene Konzepte werden hierbei bei der Entwicklung verfolgt: Ein traditioneller Generator, der auf paarweisen Abhängigkeiten basiert sowie ein Generator, der hochdimensionale Abhängigkeitsstrukturen widerspiegelt. Für den Regengenerator werden auch die räumlichen Eigenschaften des meteorologischen Modelloutputs berücksichtigt. Die beiden Arten von Modellen werden in Bezug auf ihr räumliches Verhalten verglichen. Die Ergebnisse des Regengenerators werden als Input für hydrologische Modelle verwendet, um simulierte Abflusszeitreihen zu erhalten. Diese simulierten Abflusszeitreihen werden dann mit den beobachteten Abflussdaten und mit den Zeitreihen des Abflussgenerators verglichen. Damit können sowohl die Plausibilität der Modelle als auch die Rolle der meteorologischen Faktoren und Oberflächeneigenschaften besser verstanden werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2416: Space-Time Dynamics of Extreme Floods (SPATE)
• Mitverantwortlich: Dr. Jochen Seidel