Hydrologische Modelle und Qualität der Vorhersagen

Das BAFU verwendet mehrere hydrologische Modelle für seine Vorhersagen. Die Vorhersagen der Wasserstände und Abflussmengen beruhen auf hydrologischen und meteorologischen Daten sowie auf hydrologischen Modellen. Die Qualität der hydrologischen Vorhersagen wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, so zum Beispiel durch die Grösse und hydrologische Komplexität des Einzugsgebiets sowie die Wetterlage.

Hydrologische Modelle

Das BAFU setzt seit mehreren Jahren das Vorhersagesystem Flood Early Warning System FEWS ein. FEWS ist damit das zentrale Arbeitswerkzeug des Prognostikers. Es bietet eine Programmumgebung, welche das Datenmanagement, die Datenvalidierung und die Datenvisualisierung der Eingangsdaten (z.B. Messdaten, numerische Wettermodelle) wie auch der Resultate (hydrologische Vorhersagen) übernimmt. In FEWS werden die integrierten hydrologischen Modelle angestossen, welche die eigentlichen Vorhersagen berechnen. Das BAFU verwendetet vier hydrologische Modelle:

  • Das Modell HBV (Einzugsgebiet des Rheins)
  • Das Modell WaSiM (in Zukunft für die ganze Schweiz)
  • Das Modell PREVAH (Einzugsgebiet der Sihl und im Tessin)
  • Das Modell LARSIM (Einzugsgebiet des Rheins)

Das BAFU ist zurzeit daran das konzeptuelle, semi-distributive Modell HBV durch das rasterbasierte Modell Model WASIM zu ersetzen. In Zukunft wird das Modell WaSiM für die ganze Schweiz vorliegen. Zusätzlich wird das Modell LARSIM, welches beim Vorhersagedienst Karlsruhe bereits für das gesamte Einzugsgebiet des Rheins operationell verwendet wird, ins Vorhersagesystem FEWS eingebaut. In Zusammenarbeit mit den Kantonen Zürich und Tessin wurde für die jeweiligen Einzugsgebiete das Modell PREVAH aufgesetzt und in FEWS integriert.

Qualität der Abflussvorhersagen

Die Schweiz ist mit ihrer alpin geprägten Topographie, der daraus resultierenden kleinräumigen Gliederung des Geländes und der starken anthropogenen Beeinflussung (Seeregulierung, Wasserkraftnutzung) hydrologisch äusserst komplex und schwierig zu modellieren.

Folgende Punkte beeinflussen die Qualität der Abflussvorhersagen:

  • Grösse des Einzugsgebiets: Abflussvorhersagen für grössere Einzugsgebiete sind genauer als für kleine Gebiete. In grossen Einzugsgebieten gleichen sich Fehler bei der numerischen Wettervorhersage und bei den Anfangsbedingungen tendenziell aus und die Abdeckung mit meteorologischen und hydrologischen Messdaten ist besser. Für kleinere und mittlere Gebiete stehen viel weniger Messstationen zur Verfügung. Die Gebiete sind teilweise durch menschliche Eingriffe wie Kraftwerke beeinflusst. Zudem nimmt die Trefferwahrscheinlichkeit von Niederschlagsvorhersagen ab, je kleiner die Gebiete sind.

  • Niederschlag und Schneeschmelze: Für die Berechnung einer Abflussvorhersage werden als Input die numerischen Vorhersagemodell COSMO und EZMWF (Europäisches Zentrum für mittelfristige Wettervorhersagen) von MeteoSchweiz verwendet. Bereits kleine Abweichungen bezüglich räumlichem und zeitlichem Verlauf des Niederschlags gegenüber der Realität können zu relativ grossen Abweichungen bei Lokalisierung, Höhe und Zeitpunkt von Hochwasserereignissen führen. Für die Vorhersage der Schneeschmelze hat die Temperatur einen massgeblichen Einfluss. Besonders wenn im Mittelland Schnee liegt, kann eine Abweichung von nur 1 Grad zu grossen Fehlern bei der Berechnung der Schmelzwasserspende führen.

  • Seeregulierungen: Bis auf den Bodensee und den Walensee sind alle grösseren Seen der Schweiz reguliert. Die Steuerung der Wehre ist durch Regulierschemata im hydrologischen Modell berücksichtigt. Gerade in Hochwassersituationen muss in der Praxis zum Teil kurzfristig von diesen Vorschriften abgewichen werden. Dies kann im Modell nicht berücksichtigt werden.

  • Fehlende Messdaten - Berechnete Ausgangsdaten: Verschiedene wichtige Grössen des Wasserhaushaltes werden nicht flächendeckend und zeitnah erhoben. So müssen beispielsweise das Wasseräquivalent der Schneedecke, die Bodenfeuchte und die Verdunstung im Modell aus anderen Grössen berechnet werden. Dies führt zu Unsicherheiten bei den Anfangsbedingungen und folglich auch bei den Berechnungen für die Zukunft.

  • Gebietseigenschaften: Damit ein hydrologisches Modell den Wasserhaushalt möglichst treffend nachbilden und mittels Input eines numerischen Wettermodells auch den Abfluss präzise vorhersagen kann, muss das Modell mit gemessenen meteorologischen und hydrologischen Daten kalibriert werden. Die besten Resultate beim Kalibrieren werden bei unbeeinflussten Gebieten mit guter Datengrundlage erzielt. Mehr Probleme bereiten Gebiete mit komplexen Gebietseigenschaften (z.B. Karst), starker Beeinflussung durch Wasserkraft und Regulierungen, sowie ungenügender Abdeckung mit meteorologischen Daten.

  • Unsicherheit je nach Vorhersagezeitraum: Die Vorhersagen für die nächsten Stunden sind relativ gut, weil sie auf gemessenen Daten basieren. Je weiter die Vorhersage in die Zukunft reichen, desto schlechter ist die Qualität. Vorhersagen, die weiter als 12 Stunden in die Zukunft reichen, basieren nicht mehr auf Messdaten sondern ausschliesslich auf meteorologischen Vorhersagen, was die Genauigkeit der hydrologischen Vorhersagen reduziert.

Weiterführende Informationen

Kontakt
Letzte Änderung 22.08.2018

Zum Seitenanfang

https://www.bafu.admin.ch/content/bafu/de/home/themen/wasser/fachinformationen/zustand-der-gewaesser/hydrologische-vorhersagen-des-bundes/hydrologische-modelle-und-qualitaet-der-vorhersagen.html