Suche   SiteMap
Home
A bis Z
BIB-KAT
Andere Bibliothekskataloge
Digitale Medien
Dokumentlieferung
Fachspezifische Informationen
Suchhilfen und Datenbanken
 
Eingang zum Volltext in OPUS

Hinweis zum Urheberrecht

Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:hbz:385-11373
URL: http://ubt.opus.hbz-nrw.de/volltexte/2018/1137/


N-A-Simulation von extremen Hochwasserganglinien unter Berücksichtigung von Vb-Zugbahnen zur anschließenden vertieften Wirkungsanalyse von gekoppelten Hochwasserrückhalteräumen an der Isar

Rainfall-runoff simulation of extreme flood hydrographs with reference to Vb-tracks to follow up an impact analysis of combined flood retention reservoirs using the example of the Isar catchment

Stahl, Natalie

pdf-Format:
Dokument 1.pdf (38.284 KB)

Bookmark bei Connotea Bookmark bei del.icio.us
SWD-Schlagwörter: Hydrologie , Geowissenschaften , Talsperre , Hochwasser , Klimaänderung , Meteorologie
Freie Schlagwörter (Deutsch): Vb-Zugbahn, Abflussbeiwert, Niederschlagsverlauf, Hochwasserrückhalt, N-A-Modellierung
Freie Schlagwörter (Englisch): rainfall-runoff-model, Vb-tracks, flood reservoirs, precipitation sequences, runoff coefficient
Institut: Geographie und Geowissenschaften
Fakultät: Fachbereich 6
DDC-Sachgruppe: Geowissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Casper, Markus (Prof.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 20.04.2018
Erstellungsjahr: 2018
Publikationsdatum: 23.05.2018
Bemerkung: DOI: https://doi.org/10.25353/UBTR-1611-5300-15XX
Kurzfassung auf Deutsch: Ziel der Dissertation ist es, den Hochwasserschutz und das Management extremer Hoch-wasser für das Einzugsgebiet der Isar zu verbessern mit Hinblick darauf, wie sich vorhandene und neu zu schaffende Retentionsräume mit optimaler Wirkung für das gesamte Flusssystem einsetzen lassen. Dafür sind Kenntnisse über extreme Ereignisse und deren Auswirkung auf die betrachteten Einzugsgebiete notwendig. Großskalige Niederschläge in Mitteleuropa werden überwiegend durch Vb-artige Zugbahnen ausgelöst. Die Relevanz für Bayern zeigt die Auswertung des neuesten Kataloges der Vb-Zugbahnen für den Zeitraum 1959 bis 2015. In den Monaten April bis Oktober haben Vb-Zugbahnen zu ca. 30 % der beobachten Hochwasser beigetragen. Im Sommer führt sogar jedes zweite Vb-Tief zu Hochwasser. Im Donaueinzugsgebiet können 50 % der 20 größten Hochwasser direkt auf Vb-Zugbahnen zurückgeführt werden, weitere 25 % durch ähnliche Zugbahnen oder auf eine Vb aktiven Phase. Über die Hälfe der größten Hochwasser traten dabei in Bezug zu einer Serie von Vb-Tiefs auf. 60 % der Vb-Zugbahnen sind Teil einer Serie von Vb-Tiefs. Aus wiederkehrenden Niederschlägen persistenter Zugbahnen resultieren mehrgipflige Hochwasserwellen, die insbesondere für Rückhalteräume betrachtet werden müssen (DIN 19700). Die Detailuntersuchung erfolgt unter besonderer Beachtung der Untersuchungen zu den Vb-Zugbahnen. Das Isareinzugsgebiet mit 8900 km² besitzt mit den Seen im Voralpenland große natürliche Retentionsräume und mit dem Sylvensteinspeicher im alpinen Einzugsgebiet den größten staatlichen Speicher Bayerns. Für die Wirkungsanalyse von gekoppelten Hoch-wasserrückhalteräumen in komplexen Einzugsgebieten müssen Ganglinien mit einem Nie-derschlag-Abfluss-Modell generiert werden, die den Wellenablauf des Hochwassers im ge-samten Einzugsgebiet repräsentieren. Die Dissertation analysiert, wie sich der Einsatz ver-schiedener Verfahren zur Vorgabe der Eingangsniederschläge auswirkt. Dabei liegt der Schwerpunkt der Untersuchung auf dem Niederschlagsverlauf. Es wird ein Verfahren zur Ableitung von Ganglinien aus standardisierten beobachteten Niederschlagsverläufen entwi-ckelt. Die Hochwasserganglinien, generiert aus synthetischen Niederschlagsverläufen der Bemessung, werden am Beispiel des Sylvensteinspeichers mit den drei größten abgelaufe-nen Hochwasserereignissen verglichen und diskutiert, ob mit dem neuen Verfahren die Cha-rakteristik der beobachten Hochwasser besser wiedergeben wird. Der Fokus liegt dabei auf der Wellenüberlagerung. Es kann für das ganze Gebiet gezeigt werden, dass die mit der neuen Methode standardisierten beobachteten Niederschlagsverläufe besser geeignet sind, die Wellenüberlagerung wiederzugeben, da zeitliche Unterschiede durch die Staueffekte an den Alpen berücksichtigt werden, wie sie bei Vb-Zugbahn geprägten Niederschlägen entste-hen. Es kann daher bei ähnlichen Fragestellungen empfohlen werden, diese Methode in der Praxis als Variante hinzuzuziehen, um die natürlichen Prozesse repräsentativer zu beschrei-ben. Für die Simulation mit dem N-A-Modell LARSIM werden die Unsicherheiten durch Varianten-rechnungen gezeigt. Es hat sich herausgestellt, dass nicht nur der Niederschlagsverlauf und die Vorbedingungen des Ereignisses eine große Auswirkung auf die Kalibrierung der Ab-flussbeiwerte im N-A-Modell haben, sondern auch das gewählte Flood-Routing-Verfahren und die Gerinnerauheit. Schließlich wird die Bewertung der potenziellen Standorte durchgeführt. Es wird berechnet, wo das Hochwasser zurückgehalten werden muss, um sowohl eine lokale Reduktion des Hochwasserscheitels, als auch gleichzeitig eine möglichst große Schutzwirkung für das Ge-samtsystem zu ermöglichen. Priorisiert werden Rückhaltestandorte, die praktisch umsetzbar sind und den größten Nutzen haben. Die Untersuchung einer Doppelwelle, die durch eine Serie von Vb-Zugbahnen entstehen kann, zeigt, wie die Einschätzung potenzieller Standorte verändern kann. Der alpine und zum Teil der voralpine Raum reagieren mit kurzen steilen Ganglinien und sind gegenüber Doppelwellen weniger sensitiv, weil kaum Wellenüberlagerung entsteht. Für den Sylvensteinspeicher, der im alpinen Raum liegt, können daher kurze Niederschlagspausen für eine schnelle Entlastung des Speicherraumes genutzt werden. Un-terhalb von Seen mit einem großen Retentionsvermögen erzeugen Doppelwellen aufgrund der langen Retentionsäste durch die Wellenüberlagerung deutlich höhere Abflüsse als Ein-zelwellen. Rückhalt an der oberen Isar ist unter diesen Kriterien am optimalsten. Empfohlene Maßnahmen - ohne Bauaufwand - konnten bereits umgesetzt werden und verbessern den Hochwasserschutz und das Hochwassermanagement an der Isar. Die Auswertungen zeigen, dass in den Monaten April, Mai, September und Oktober die Hochwasserereignisse in Folge von Vb-Zugbahnen im Zuge der Klimaveränderung häufiger und in den Sommermonaten extremer werden könnten.
Kurzfassung auf Englisch: This study aims to investigate how existing and new flood reservoirs can be used to reduce the damage of flooding with focus to the whole catchment. To improve flood protection by means of an impact assessment of potential flood reservoirs a rainfall-runoff model is essential, to create the hydrographs for the analysis. The results of research show a high relevance for the occurrence of floods due to Vb-tracks for Central Europe. Low-pressure areas tracking Vb have the potential to create critical floods because of their unusually high amount of precipitation. This knowledge is used to generate hydrographs, which represent the peak processing of the flood in the entire catchment. Using a new catalogue of Vb-tracks, it can be shown that between the years 1959 and 2015 Vb-tracks have been responsible for at least 30% of all observed flood events during the period April to October. In the summer months, every second Vb-track induces a flood. Furthermore, it is clear that in around 60% of all observed cases Vb-tracks are sequential and at least one other low-pressure area follows on this track within a month. In the context of a demand for flood retention reservoirs to be resilient against multi-peak waves (DIN19700), this sequence is of high importance. What kind of multi-wave type is critical is determined by the efficiency of the reservoir discharge. The release time of the reservoir can be calculated individually for every catchment area. A persistent Vb-track will be critical if this release time is considerably longer than the interval between the subsequent events – deduced as around two days in this study. Concerning this in the catchment area of the Isar, a reservoir at the river Loisach between lake Kochelsee and Beuerberg or at the river Amper would be critical, as the retention at lakes Kochelsee and Ammersee naturally lead to very slow reduction of the discharge. Looking downstream of lakes with a high retention space, i.e. Lake Ammersee, double waves create much higher runoff than single waves due to the overlapping of the waves induced by the long retention branches. The alpine region and parts of the alpine foothills react with short and steep hydrograph curves and are less sensitive to double waves, as there is hardly any overlap of the waves. The Sylvensteinspeicher is situated in the alpine area and can therefore be discharged quickly to renew the retention volume. Overall, these results confirm that for areas with a high correlation to Vb-tracks, scenario calculations based on the knowledge of Vb-tracks should be considered for flood prevention planning, especially concerning new reservoirs. It could be expected that runoff caused by floods will augment due to climate change, because rising air temperature leads to more water saturation of the clouds. With higher rainfall intensity, the danger of flooding in spring and autumn could rise significantly in future, as Vb-tracks are more frequent in May, April and September than in July and August. At the moment, these summer months have the highest flood risk due to Vb. Higher intensity in the summer season (June to August) could lead be more extreme floods. This knowledge of the meteorological origin of extreme flood should be included in the method for generating hydrographs. Therefor a new method is developed to generate hydrographs using standardized observed rainfall sequences from Vb events. The observed hydrographs within Vb-events are compared with the hydrographs generated by the new method and those are discussed concerning peak overlap for the entire catchment.It can be demonstrated, that the new method using standardized observed rainfall sequences is more adapted to reproduce the peak overlap in the catchment, in case of weather situations with tracking rainfall, because choked flow at the alpine mountains is considered. For similar cases it can be recommended to include the new method as a variant, in order to represent the natural process more adequate. The uncertainties of the calculation can be shown via ensembles with different runoff coefficients. During calculation it turned out, that not only rainfall sequence and preconditions are highly relevant for calibration of the rainfall-runoff model runoff coefficient (how expected) but although the method of flood routing and the roughness coefficients. Finally the method can be employed to critically investigate the impact for the whole catchment and to develop an overall flood protection system. Based on an extensive impact assessment of all potential locations in the catchment Isar it could be shown, which reservoirs have not only local but regional impact. Reservoirs were most effective at the upper Isar.

Home | Suchen | Veröffentlichen | Hilfe | Viewer