Flow Analysis with WaSiM-ETH - Model ParameterSensitivity at Different Scales

Johannes Cullmann

Technische Universität Dresden

Institut für Hydrologie und Meteorologie

9. Workshop zur großskaligen Modellierung in der Hydrologie

18.11.2005

GliederungGliederungGliederung

• WaSiM-ETH Senisitivität/Skalen

• Parametrisierung von WaSiM-ETH

9. Workshop zur großskaligen Modellierung in der Hydrologie

18.11.2005

HintergrundHintergrundHintergrund

NA-Modellierung Freiberger Mulde zur Hochwasservorhersage

12

34

5

11 ZöblitzZöblitz 129 km²129 km²

22 HopfgartenHopfgarten 529 km²529 km²

33 KriebsteinKriebstein 1757 km²1757 km²

44 NossenNossen 585 km²585 km²

55 ErllnErlln 2983 km²2983 km²

Testgebiet

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Fliesszeiten nach BeckerFliesszeiten nach BeckerFliesszeiten nach Becker

SchwarzePockau

Freiberger Mulde

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Vorbereitung – Sensitivitätsanalyse – Schwarze PockauVorbereitung Vorbereitung –– Sensitivitätsanalyse Sensitivitätsanalyse –– SchwarzeSchwarze PockauPockau

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18.11.2005

Sensitivität- KriteriumSensitivitätSensitivität-- KriteriumKriterium

( ) ( )( )10% 10%P PS

P+ − −

=

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18.11.2005

Sensitivität- Schwarze Pockau- Tag vs StundeSensitivitätSensitivität-- SchwarzeSchwarze PockauPockau-- TagTag vsvs StundeStunde

( ) ( )( )10% 10%P PS

P+ − −

=

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18.11.2005

Sensitivität - ZeitskalaSensitivität Sensitivität -- ZeitskalaZeitskala

Modell ist nicht ohne Nacheichung in der Zeitskala übertragbar

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Sensitivität- Schwarze Pockau- Räumliche Auflösung SensitivitätSensitivität-- SchwarzeSchwarze PockauPockau-- Räumliche Auflösung Räumliche Auflösung

c0(a), cwh(b), dr(c), kelsqd(d) ,kelsqi(e),krec(f), ksat(g) ,LAI(h), layers(i), ku(j) ,θsat(k) ,θres(l)c0(a), cwh(b), dr(c), kelsqd(d) ,kelsqi(e),krec(f), ksat(g) ,LAI(h), layers(i), ku(j) ,θsat(k) ,θres(l)

c0(a)

cwh(b)

dr(c)

kelsqd(d)

kelsqi(e)

krec(f)

ksat(g)

LAI(h)

layers(i)

ku(j)

θsat(k)

θres(l)( ) ( )( )10% 10%P PS

P+ − −

=

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NS-efficiency vs. Räumliche Auflösung in verschiedenen GebietenNSNS--efficiencyefficiency vs. Räumliche Auflösung in verschiedenen Gebietenvs. Räumliche Auflösung in verschiedenen Gebieten

c0(a), cwh(b), dr(c), kelsqd(d) ,kelsqi(e),krec(f), ksat(g) ,LAI(h), layers(i), ku(j) ,θsat(k) ,θres(l)c0(a), cwh(b), dr(c), kelsqd(d) ,kelsqi(e),krec(f), ksat(g) ,LAI(h), layers(i), ku(j) ,θsat(k) ,θres(l)

NS als Gütekriterium ???Welche Gütekriterien sollen gelten?

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18.11.2005

Flowtime

topography

Flowtime

landuse

Sensitivität- Schwarze Pockau- Fliesszeiten 100m RasterSensitivitätSensitivität-- SchwarzeSchwarze PockauPockau-- Fliesszeiten 100m RasterFliesszeiten 100m Raster

LegendFlowtime

LegendLanduse

112

142

211

231High : 40102

Low : 147

242

311

312

313

321

322landuse 324

512

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18.11.2005

Sensitivität- Schwarze Pockau- Fliesszeiten 100m/500m RasterSensitivitätSensitivität-- SchwarzeSchwarze PockauPockau-- Fliesszeiten 100m/500m RasterFliesszeiten 100m/500m Raster

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

5800 5820 5840 5860 5880 5900 5920

500_lan500_tanpegel

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

5800 5820 5840 5860 5880 5900 5920

100_lan100_tanpegel

βtan)( ⋅⋅∆⋅Θ= rmsifl dzkq

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Sensitivität- ZwischenfazitSensitivitätSensitivität-- ZwischenfazitZwischenfazit

Modell ist nicht ohne Nacheichung in der Raumskala übertragbar

Festlegung auf Raum und Zeit vor der Modellierung

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3 NA-Modellierung – Zöblitz 3 NA3 NA--Modellierung Modellierung –– Zöblitz Zöblitz

1983 Kalibriert

b a

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3 NA-Modellierung – Zöblitz 3 NA3 NA--Modellierung Modellierung –– Zöblitz Zöblitz

Modellergebnisse zeigen, dass WaSiM-ETH die Dynamik richtig abbildet.

Die NA-Modellierung soll für den operativen Einsatz des Systems noch verbesssert werden.

Das Gebiet lässt sich nicht für alle Ereignisse mit einer Parametrisierung beschreiben.

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18.11.2005

3 NA-Modellierung – Zöblitz 3 NA3 NA--Modellierung Modellierung –– Zöblitz Zöblitz

Ableitung einer dynamischen Parametrisierung aus der N-Ganglinie.

1954

05

101520

2952 3052 3152

N [m

m] 1958

05

101520

2853 2903 2953 3003 3053

N [m

m]

1996

0

5

10

15

20

2926 2976 3026 3076 3126N

[mm

]

Regelbasierte Parametrisierung in Abhängigkeit von M3, M7.

M3 und M7 werden als gleitende Merkmale kontinuierlich abgegriffen.

M7 M3

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3 NA-Modellierung – Zöblitz3 NA3 NA--Modellierung Modellierung –– ZöblitzZöblitz

Entwicklung einer dynamischen Parametrisierung des Modells in Abhängigkeitvon Vorfeuchtemerkmalen des Ereignisses.

WaSiM-ETH „dynamisch“WaSiM-ETH „statisch“Scheitel in mm/h

-1 0

10

140 1

0 -3

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1995

_2

1996

1954

1958

1983

1995

_119

95_2

1996

1998

1980

modellpegelzeitfehler

212

0-10

6 -1 -4

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1983 1978 1958 1980 1995_1 1996 1998

modellpegelzeitfehler

a b

MRSE(scheitel) = 0.099 MRSE(scheitel) = 0.047

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ConclusionConclusionConclusion

Erst Raum und Zeitskala festlegen –dann modellieren

Modellergebnisse können durch variable Parameter verbessert

werden

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18.11.2005

FINFINFIN

Danke für die Aufmerksamkeit