Das Projekt HoWa-innovativ · Achim Six, Dr. Andy Philipp Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie Landeshochwasserzentrum Das Projekt HoWa-innovativ2 | 28.08.2019

Achim Six, Dr. Andy Philipp

Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie

Landeshochwasserzentrum

Das Projekt HoWa-innovativ Verbesserung der Hochwasserfrühwarnung für kleine Einzugsgebiete

@LfULG

Foto © HoWa-innovativ

Europäischer Katastrophenschutzkongress, Berlin

27./28.08.2019

2 | 28.08.2019 | A. Six / A. Philipp | Europäischer Katastrophenschutzkongress | @lfulg

Gliederung

1. Warum Hochwasserfrühwarnsysteme (HWFWS) in kleinen EZG?

2. Aktuelles HWFWS in Sachsen

3. Grenzen von HWFWS am Beispielereignis Vogtland 2018

4. Inhalte Projekt HoWa-innovativ


Warum Hochwasserfrühwarnsysteme (HWFWS) Motivation für das Projekt

2010: Bertsdorf, SN; Quelle: O. Menges


Warum Hochwasserfrühwarnsysteme (HWFWS)

❙ Lokale Starkregen und als Folge kleinräumige (extreme!) Hochwasser nehmen wahrscheinlich zu

(Klimawandel) auch Schäden an Leib und Leben!

❙ HW-Vorhersage und -Warnung hier sehr schwierig (nicht möglich auf Basis von Pegelmessungen)

❙ Niederschlagsvorhersagen aus num. Wettervorhersage Unsicherheiten, aber wichtig!

❙ „Nowcasting“-Verfahren bringen Nutzen, müssen aber verbessert werden

❙ Niederschlagsbeobachtung (quantitative Niederschlagsschätzung) wichtigster Input

für ereignisbezogene Warnung und Vorhersage

❙ Schließt Lücke zwischen Wetterwarnungen und beobachtungsbasierten Hochwasserwarnungen

(HW-Meldepegel) bzw. HW-Vorhersagen

Motivation für das Projekt



Lfd.

Nummer Zeitraum Lokalisierung Ereignisart

Niederschlagsintensität

(maximal, lokal,

punktuell)

Hochwasser-

erscheinungen

nachgewiesen

1 14.05.2017 Oberlausitz Konvektiv > 30 mm / 20 min Ja

2 28./29.06.2017 Ost- und Westsachsen Zyklonal-konvektiv > 50 mm / 6 h Ja

3 10.07.2017 Nordsachsen Zyklonal-konvektiv > 70 mm / 24 h Ja

4 11.07.2017 Oberlausitz Zyklonal-konvektiv > 40 mm / 6 h Ja

5 12.07.2017 Verbreitet Zyklonal > 35 mm / 6 h Nein

6 26./27.07.2017 Ostsachsen Zyklonal > 30 mm / 6 h Nein

7 01./02.08.2017 Ostsachsen Konvektiv > 35 mm / 6 h Nein

8 10./11.08.2017 Ost-, West- und N.-SN Zyklonal-konvektiv > 40 mm / 60 min Ja

9 16.05.2018 Großenhainer Pflege Zyklonal-konvektiv > 30 mm / 1 h Ja

10 24.05.2018 Oberes Vogtland Zyklonal-konvektiv > 150 mm / 12 h Ja

11 31.05.2018 Oberes Vogtland Konvektiv > 70 mm / 1 h Ja

12 01.06.2018 u.a. Lommatzscher Pfl. Konvektiv > 70 mm / 2 h Ja

13 11.06.2018 Oberes Vogtland Zyklonal-konvektiv > 30 mm / 6 h Ja

14 17.08.2018 Mittleres Erzgebirge Zyklonal-konvektiv > 60 mm / 1h Ja




Das aktuelle HW-Frühwarnsystem Für kleine Einzugsgebiete (< 200 km²)

❙ Für 16 Regionen

❙ Stündlich aktualisiert

❙ Prognoseweite: 24 h

❙ Gültig für kleine

Einzugsgebiete!

❙ Keine ortsgenauen

Aussagen möglich!

(Unsicherheiten)

❙ Mobile Ansicht verfügbar

❙ RSS-Feed verfügbar

(z.B. für automatische

Benachrichtigungen)


Das aktuelle HW-Frühwarnsystem Für kleine Einzugsgebiete (< 200 km²)

❙ Antriebe: Radar-QPE (RADOLAN-RW) und diverse QPFs (pseudo-probabilistisch mit

drei Perzentilen [10/50/90] aus COSMO-D2-EPS)

❙ ergänzt Wetterwarnungen um hydrologisches Vorwissen (Bodenfeuchte,

Abflussbereitschaft, Wasserführung)

❙ Methodik und Technik würde Verarbeitung „echter“ probabilistischer Antriebe zulassen

hier fehlt aber noch Nutzer-Input Teilvorhaben HoWa-innovativ

❙ www.hochwasserzentrum.sachsen.de/fruehwarnung

http://www.hochwasserzentrum.sachsen.de/fruehwarnung


Und bei Extremhochwasser? Ereignis 24.05.2018 im Vogtland

❙ Gradientenarme Lage quasi-ortsfester gewittriger Starkregen; streifig eng

begrenzt

❙ Lage war schwierig zu prognostizieren (Skinny CAPE Profile); NWP: „griffige“ Signale

für die Region erst in der 12z-Läufen (erst nachmittags verfügbar!)

❙ DWD-Unwetterwarnung (Stufe 4): ca. 14:45 Uhr MESZ; erste AS-Überschreitung ca.

14:10 Uhr MESZ (Pegel Adorf 1; AE ca. 170 km²)

❙ Regenmengen lokal > 150 mm in 12 h, davon Gutteil in kurzer Zeit (siehe ff.)

❙ Historischer Vergleich: Rauner Bach (Kopfgebiet Weiße Elster): 23.05.1934 – 200 bis

300 mm in drei bis vier Stunden!

❙ Wasserführung der Oberen Weißen Elster > AS4; Schäden durch Überschwemmung

UND Überflutungen (wild abfließendes Wasser)



Andauer

(h)

Höchste

Niederschlagshöhe

(mm)

Jährlichkeit nach

KOSTRA-2010R (a)

1 36,7 ~10

2 68,5 ~100

3 91,2 >100

6 128,5 >>100

12 150,2 >>100

24 151,8 >100

Bad Elster-Sohl (DWD); statistische Einordnung



Operat. Prognose (24.05.2018, 13:00 MESZ + 24h) Nachhersage (Hindcast; 24.05.2018, 09:00 MESZ +24h)

max. HW-Alarmstufen 24.05.2018





Radar

„Realität“

COSMO-D2 // 9z

Operat. VHS

CD2-EPS // 9z

90 % Wahrschl.

CD2-EPS // 9z

50 % Wahrschl.

CD2-EPS // 9z

10 % Wahrschl.

CD2-EPS // 9z

5 % Wahrschl.

(4/4)

(1/4)

(0/4)

(1/4)

(3/4)

(4/4)



Radar

„Realität“

COSMO-D2 // 9z

Operat. VHS

CD2-EPS // 9z

90 % Wahrschl.

CD2-EPS // 9z

50 % Wahrschl.

CD2-EPS // 9z

10 % Wahrschl.

CD2-EPS // 9z

5 % Wahrschl.

(4/4)

(1/4)

(0/4)

(1/4)

(3/4)

(4/4)


Projekt HoWa-innovativ Ein Verbundprojekt!

❙ 3 Partner – 3 Bereiche:

❙ Univ. Augsburg:

Verbesserung kleinräumiger

Niederschlagsmessung

mittels Richtfunkstrecken

❙ TU Dresden:

Hydrologische Modellierung

unter Unsicherheit

❙ LHWZ:

Nutzer-sensibles Design

von wahrscheinlichkeits-

basierten Warnprodukten


Projekt HoWa-innovativ Zielstellung des Projekts


Projekt HoWa-innovativ Pilotregionen


Projekt HoWa-innovativ Niederschlagsmessung mittels Richtfunkstrecken

❙ Problem: Niederschlag in Raum und Zeit per se unbekannt

❙ Messverfahren

❙ am Punkt (Ombrometer) genau für einen Ort; keine flächenhafte Information; sehr hohe

zeitliche Auflösung; direkte Messung

❙ RADAR gute räumliche Abdeckung, aber bestimmte Probleme; gute zeitliche Auflösung

(i.d.R. 5-Minunten-Messwerte); indirekte Messung

❙ Neu: CML-Daten linienintegrale (indirekte) Messung der Niederschlags; sehr hohe

zeitliche Auflösung

❙ Philosophie: Integration aller verfügbaren Daten bringt beste Schätzung des unbekannten raum-

zeitlichen Niederschlagsverlaufs


Projekt HoWa-innovativ Niederschlagsmessung mittels Richtfunkstrecken

distance

gauge

CML

❙ Produkte: Niederschlagsfelder CML und CML + Radar

❙ Große Anzahl an Messungen; nahe-Echtzeit; kostenfrei/-günstig


Projekt HoWa-innovativ Hydrologische Modellierung unter Unsicherheit

hydrologisches

Vorhersage-

ensemble

Probabilistisches

Warnprodukt

Mittelwert

Spannweite

Quantile

Wahrscheinlichkeiten

Minima, Maxima

Meteorologische

Ensemblevorhersagen

z.B. COSMO-DE-EPS

Niederschlags-

Abfluss-

Modelle

❙ Unsicherheiten in der meteorologischen Vorhersage sollte (muss) in die Hochwasserwarnung und

Vorhersage einbezogen werden!

❙ Mehrwert für große Einzugsgebiet ist wissenschaftlich belegt. Aber bis zu welchen Einzugsgebiets-

größen und Vorwarnzeiten erfolgt ein Informationszugewinn? (Nutzen vs. Kosten?!)

Statistische

Analyse &

Postprocessing


Projekt HoWa-innovativ Hydrologische Modellierung unter Unsicherheit

❙ Verwendung von COSMO-D2-EPS als Antrieb für hyd. Modelle 20 Member

❙ Darstellungsformen:

90%-quantile range

70%-quantile range

mean

observation


Projekt HoWa-innovativ Nutzerorientiertes Design und Training

❙ 3 Workshops pro Pilotregion

❙ WS 1: 09/2019: Praxisanforderungen

❙ Was sind Warnprodukte? Welche Warnprodukte auf Zuverlässigkeits-Basis gibt es?

❙ Welche Anforderungen an solche Warnprodukte haben die Nutzer?

❙ WS 2: Q2/Q3 2020: Training und Handlungsoptionen

❙ Vorstellung neues Frühwarntool („Beta-Version“)

❙ Training: Entscheidungen unter Unsicherheit/mit Zuverlässigkeits-Wissen

❙ WS 3: Q1 2021: Praxistauglichkeit des Frühwarn-Tools

❙ Vorstellung Änderungen am Frühwarntool (nach Nutzerwünschen)

❙ Diskussion/Festlegungen für ein „sachsenweites Produkt“


Hochwasserfrühwarnung für kleine EZGs Zusammenfassung

❙ Auslösende Zellen u.U. erst direkt vor dem Ereignis (15 bis 30 min vorher) auf dem

Radar „sichtbar“; Abflussgeschehen nahezu zeitgleich mit Niederschlag

❙ Numerische Wettervorhersage kann in solchen Fällen genauen Ort, Eintrittszeit und

Intensität nicht deterministisch abbilden („Grenzen der Vorhersagbarkeit“)

❙ Hochwasserwarnungen auf Basis von Pegelbeobachtungen nicht hinreichend

nützlich für kleine, schnell-reagierende Einzugsgebiete

❙ Vorhersagebasierte Hochwasserfrühwarnung erweitert Vorwarnzeit; ABER (siehe

oben): Unsicherheiten! sollten in Warnprodukten kommuniziert werden!

❙ Produkt Hochwasserfrühwarnung (derzeit) KEIN offizielles Produkt i.S. HWNAVO

❙ Verhaltensvorsorge der Bevölkerung (im Vorfeld!) muss im Vordergrund stehen, um

zumindest Schäden an Leib und Leben zu verhindern („Nicht in den Keller gehen…“)


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

www.howa-innovativ.sachsen.de

Foto © HoWa-innovativ

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Das Projekt HoWa-innovativ · Achim Six, Dr. Andy Philipp Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie Landeshochwasserzentrum Das Projekt HoWa-innovativ2 | 28.08.2019