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Klassifikation von Pegel-Einzugsgebieten und Regionalisierung von Abfluss- und Modellparametern unter Berücksichtigung des Abflussverhaltes, hydroklimatischer und physiogeografischer Gebietsmerkmale

Catchment classification and regionalisation of runoff- and model parameters by runoff behaviour, hydroclimatic und physiographic catchment characteristics

  • Der Aufbau einer Klassifikation von Einzugsgebieten (EZG) auf Basis des Abflussverhaltens und der Gebietseigenschaften sowie die Regionalisierung von Abflussparametern sind Kernthemen der Hydrologie. Die Ziele dieser Arbeit sind der Aufbau einer Klassifikation für EZGs mit hoher räumlicher Auflösung nach dem Abflussverhalten und der Gebietseigenschaften, die Identifikation abflussrelevanter, physiogeografischer und klimatischer Gebietseigenschaften und die Regionalisierung von Abflussverhalten und Modellparametern auf Basis von Klassifikationen. Dabei wird untersucht, ob sich 53 häufig benachbarte und z.T. ineinander geschachtelte Einzugsgebiete in Rheinland-Pfalz für eine Klassifikation eignen und wie das Abflussverhalten für die Beurteilung von Ähnlichkeiten beschrieben werden kann. Das Abflussverhalten der EZGs wird mit einer großen Anzahl von Ereignis-Abflussbeiwerten je EZG und Abflussdauerlinien (Flow-Duration Curves) der EZGs beschrieben, die das Abflussverhalten umfassend und mit einer ausreichenden Trennschärfe abbilden. Gebietseigenschaften, die das Abflussgeschehen dieser EZG dominieren, sind langjährige, mittlere Niederschlagssummen, die mittlere potentielle Verdunstung, die Topografie und die Speichermöglichkeiten im EZG. Für den Aufbau und die Anwendung der EZG-Klassifikationen wird ein hierfür entwickeltes Verfahren eingesetzt, dass auf Selbstorganisierenden Merkmalskarten (Self-Organizing Maps, SOM) basiert. Vorteile dieses Verfahrens gegenüber vielen konventionellen Verfahren sind Qualitätsmaße, die datenbasierte Bestimmung wichtiger Parameter, aussagestarke Visualisierungen der Ergebnisse und die Klassifikation und Regionalisierung mit einer Methode. Die Auswertung von zwei separaten Klassifikationen, nach dem Abflussverhalten und nach den physiogeografischen und klimatischen Gebietseigenschaften, stellen einen direkten Zusammenhang zwischen Abfluss- und Gebietseigenschaften her. Der Überschneidungsbereich der beiden Klassifikationen ist die Grundlage für die Übertragung von Abflussinformationen auf unbeobachtete Gebiete (Regionalisierung). Die Ergebnisse zeigen, dass die Methode der Clusteranalyse, Klassifikation und Regionalisierung mit SOM und den genannten Abfluss- und Gebietskennwerten geeignet ist, EZGs mit einer hohen räumlichen Auflösung treffend und detailliert zu klassifizieren sowie Abflussparameter zu regionalisieren.
  • Catchment classification concerning hydroclimatic and physiographical catchment characteristics and regionalisation of runoff- and model-parameters are central themes of hydrology. The objectives of this work are the description of runoff-behaviour, the identification of runoff-relevant catchment properties, the construction of a classification with high spatial resolution and the regionalisation of runoff and model parameters for 53 mostly adjacent and nested catchments in Rhineland-Palatinate, Germany. Both kinds of characteristics build separated classes of catchments. Signature indices, derived from a huge amount of event-based runoff coefficients and the flow duration curves of each catchment, describe the runoff behaviour of the catchments in a comprehensive way with an appropriate discriminatory power. Mean annual precipitation and evaporation, topography and water storage capacities are the dominating catchment properties for runoff behaviour in the study area. The algorithm for catchment grouping, classification and regionalisation is based on Self-Organizing Maps (SOMs). Advantages of this method are quality measures, data based determination of important parameters, visualization and the possibility for classification and regionalization with a single method. Two separate classification systems, one of runoff behaviour and one of catchment properties, produce a direct link between both catchment descriptors. The overlap between the classifications is the basis for regionalisation of runoff information and model parameters to ungauged catchments. Results show that the the cluster analysis, classification and regionalization based on the signature indices and dominant catchment properties with SOM are suitable to build a classification with high spatial resolution and to regionalise catchments accurately.

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Metadaten
Author:Rita Ley
URN:urn:nbn:de:hbz:385-8430
Advisor:Markus Casper
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of completion:2014/01/29
Publishing institution:Universität Trier
Granting institution:Universität Trier, Fachbereich 6
Date of final exam:2013/12/20
Release Date:2014/01/29
Tag:Abflussbeiwert; Abflussdauerlinie; Abflussverhalten; Selbstorganisiernde Merkmalskarte; physiogeografische Gebietseigenschaften
Flow Duration Curve; Self Organizing Map; runoff coefficient
GND Keyword:Einzugsgebiet; Klassifikation; Regionalisierung
Institutes:Fachbereich 6 / Geographie und Geowissenschaften
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 55 Geowissenschaften, Geologie / 550 Geowissenschaften

$Rev: 13581 $