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Behandlung künstlicher Speicher und Überleitungen in der alpinen Niederschlags-Abfluss-Vorhersage
Zusammenfassung Ein großer Anteil der Durchflusspegel in Österreich weist eine anthropogene Beeinflussung durch Speicherbewirtschaftung oder künstliche Überleitungen auf. Die gemessenen Zeitreihen sind nur eingeschränkt zur Erstellung und Kalibrierung von hydrologischen Niederschlags-Abfluss-Modellen verwendbar, da diese Modelle üblicherweise ungestörte natürliche Systeme simulieren. Vor allem der Verlust der natürlichen Dynamik und der saisonalen Verschiebung des Abflusses in alpinen Kopfeinzugsgebieten stellt dabei eine Herausforderung dar. Zusätzlich fehlen häufig kleinräumige Messdaten in Untereinzugsgebieten. Trotz beeinflusster Durchflussmessdaten werden in der Praxis jedoch kalibrierte Niederschlags-Abfluss-Modelle benötigt, um ingenieurhydrologische Fragestellungen, auch für kleinere Untereinzugsgebiete, zu beantworten. Am Beispiel der stark anthropogen beeinflussten Stubache in Salzburg wird gezeigt, wie aus sekundären Messdaten wie Wasserständen in Speicherseen, Wasserfassungsdaten sowie Druckleitungsdaten, natürliche Abflüsse für sehr kleine Einzugsgebiete abgeschätzt und zur Kalibrierung des N‑A-Modells COSERO verwendet werden können. Hierfür wird für Einzugsgebiete mit Speicherseen eine Bilanzierung aller Zu- und Abflüsse sowie die Veränderung des gespeicherten Volumens durchgeführt und dadurch der lokale Abfluss des Gebiets abgeschätzt. Teilweise können auch Daten der Wasserfassungen und Beileitungen verwendet werden, um die Abflussbeiträge aus den Zubringergebieten zu ermitteln. Messunsicherheiten und zeitliche Verschiebungen werden dabei durch zeitliche Aggregierung ausgeglichen, was zu Zeitreihen mit 12- und 24-h-Auflösung führt. Die hydrologischen Simulationen zeigen meist gute Ergebnisse. Es konnten für den NSE und den KGE Spitzenwerte von 0,79 (0,79) und 0,85 (0,79) und mittlere Werte von 0,64 (0,57) bzw. 0,71 (0,58) für den Kalibrierungszeitraum (Validierungszeitraum) erreicht werden.
Abstract A large number of the Austrian runoff gauging stations is influenced by reservoir management or artificial diversions. The measured time series are of limited use for the design and calibration of hydrological rainfall-runoff models since they can usually only reproduce natural flow systems. Especially in alpine headwater catchments, the loss of the natural dynamics and the seasonal shift of the discharge can be challenging. Furthermore, small scale information on the subbasin level is usually missing. Despite the missing discharge data, calibrated hydrological rainfall-runoff models are required for practical uses and engineering problems like reservoir management. In this study, it is demonstrated how the natural discharge can be derived for very small subbasins from secondary information such as reservoir water levels, measurements at water intake structures and diversions for the highly disturbed Stubache catchment in Salzburg. This data is further used to calibrate the rainfall-runoff model COSERO. For subbasins with reservoirs, the local discharge is derived by balancing all inflows and outflows and the change in stored volume. Partly, the time series from the water intakes, the diversions and the pressure lines can be used to estimate the flows from the feeding catchments. Uncertainties in the measurements and time shifts are being compensated by temporal aggregations leading to time series with 12- and 24-hours resolution. The hydrological simulations show mainly good results. For the Nash-Sutcliffe Efficiency and the Kling-Gupta Efficiency top values of 0.79 (0.79) and 0.85 (0.79) and mean values of 0.64 (0.57) and. 0.71 (0.58) could be achieved for the calibration (validation) period.
Behandlung künstlicher Speicher und Überleitungen in der alpinen Niederschlags-Abfluss-Vorhersage
Zusammenfassung Ein großer Anteil der Durchflusspegel in Österreich weist eine anthropogene Beeinflussung durch Speicherbewirtschaftung oder künstliche Überleitungen auf. Die gemessenen Zeitreihen sind nur eingeschränkt zur Erstellung und Kalibrierung von hydrologischen Niederschlags-Abfluss-Modellen verwendbar, da diese Modelle üblicherweise ungestörte natürliche Systeme simulieren. Vor allem der Verlust der natürlichen Dynamik und der saisonalen Verschiebung des Abflusses in alpinen Kopfeinzugsgebieten stellt dabei eine Herausforderung dar. Zusätzlich fehlen häufig kleinräumige Messdaten in Untereinzugsgebieten. Trotz beeinflusster Durchflussmessdaten werden in der Praxis jedoch kalibrierte Niederschlags-Abfluss-Modelle benötigt, um ingenieurhydrologische Fragestellungen, auch für kleinere Untereinzugsgebiete, zu beantworten. Am Beispiel der stark anthropogen beeinflussten Stubache in Salzburg wird gezeigt, wie aus sekundären Messdaten wie Wasserständen in Speicherseen, Wasserfassungsdaten sowie Druckleitungsdaten, natürliche Abflüsse für sehr kleine Einzugsgebiete abgeschätzt und zur Kalibrierung des N‑A-Modells COSERO verwendet werden können. Hierfür wird für Einzugsgebiete mit Speicherseen eine Bilanzierung aller Zu- und Abflüsse sowie die Veränderung des gespeicherten Volumens durchgeführt und dadurch der lokale Abfluss des Gebiets abgeschätzt. Teilweise können auch Daten der Wasserfassungen und Beileitungen verwendet werden, um die Abflussbeiträge aus den Zubringergebieten zu ermitteln. Messunsicherheiten und zeitliche Verschiebungen werden dabei durch zeitliche Aggregierung ausgeglichen, was zu Zeitreihen mit 12- und 24-h-Auflösung führt. Die hydrologischen Simulationen zeigen meist gute Ergebnisse. Es konnten für den NSE und den KGE Spitzenwerte von 0,79 (0,79) und 0,85 (0,79) und mittlere Werte von 0,64 (0,57) bzw. 0,71 (0,58) für den Kalibrierungszeitraum (Validierungszeitraum) erreicht werden.
Abstract A large number of the Austrian runoff gauging stations is influenced by reservoir management or artificial diversions. The measured time series are of limited use for the design and calibration of hydrological rainfall-runoff models since they can usually only reproduce natural flow systems. Especially in alpine headwater catchments, the loss of the natural dynamics and the seasonal shift of the discharge can be challenging. Furthermore, small scale information on the subbasin level is usually missing. Despite the missing discharge data, calibrated hydrological rainfall-runoff models are required for practical uses and engineering problems like reservoir management. In this study, it is demonstrated how the natural discharge can be derived for very small subbasins from secondary information such as reservoir water levels, measurements at water intake structures and diversions for the highly disturbed Stubache catchment in Salzburg. This data is further used to calibrate the rainfall-runoff model COSERO. For subbasins with reservoirs, the local discharge is derived by balancing all inflows and outflows and the change in stored volume. Partly, the time series from the water intakes, the diversions and the pressure lines can be used to estimate the flows from the feeding catchments. Uncertainties in the measurements and time shifts are being compensated by temporal aggregations leading to time series with 12- and 24-hours resolution. The hydrological simulations show mainly good results. For the Nash-Sutcliffe Efficiency and the Kling-Gupta Efficiency top values of 0.79 (0.79) and 0.85 (0.79) and mean values of 0.64 (0.57) and. 0.71 (0.58) could be achieved for the calibration (validation) period.
Behandlung künstlicher Speicher und Überleitungen in der alpinen Niederschlags-Abfluss-Vorhersage
Dealing with artificial reservoirs and diversions in alpine rainfall-runoff forecasting
DI Wesemann, Johannes (author) / ao. Univ.-Prof. DI Dr. Holzmann, Hubert (author) / Univ.-Prof. Dipl.-Geoökol. Dr. Schulz, Karsten (author) / DI Dr. Herrnegger, Mathew (author)
Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft ; 70 ; 485-496
2018-07-03
12 pages
Article (Journal)
Electronic Resource
German
Behandlung künstlicher Speicher und Überleitungen in der alpinen Niederschlags-Abfluss-Vorhersage
Online Contents | 2018
|Unsicherheitsanalyse in der Niederschlags-Abfluss Modellierung
HENRY – Federal Waterways Engineering and Research Institute (BAW) | 2008
|Niederschlagsdisaggregation für hochaufgelöste Niederschlags-Abfluss-Simulationen
HENRY – Federal Waterways Engineering and Research Institute (BAW) | 2018
|Niederschlags-Abfluss-Modellierung mit Long Short-Term Memory (LSTM)
Springer Verlag | 2021
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