rwth aachen ingenieurhydrologie - vorlesung hydrologie i: gebietsniederschlag
DESCRIPTION
RWTH Aachen - Ingenieurhydrologie Vorlesung Hydrologie I Themen: Ermittlung des Gebietsniederschlages NiederschlagsradarTRANSCRIPT
![Page 1: RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Gebietsniederschlag](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081515/5586be78d8b42a2c5c8b4689/html5/thumbnails/1.jpg)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I
Themen:
Vorlesung 3
Ermittlung des Gebietsniederschlages
Niederschlagsradar
![Page 2: RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Gebietsniederschlag](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081515/5586be78d8b42a2c5c8b4689/html5/thumbnails/2.jpg)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
[mm/h]
[mm/h]
[mm/h]
[mm/h]
Die einfachste Methode zum Übergang vom Stationsniederschlag (Punktniederschlag) auf den Gebietsniederschlag (Flächenniederschlag) ist die Mittelwertbildung in Form des
Arithmetischen Mittels.
hN =1
nåi =1
n
hNi
Gebietsniederschlag
![Page 3: RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Gebietsniederschlag](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081515/5586be78d8b42a2c5c8b4689/html5/thumbnails/3.jpg)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
[mm/h]
Die einfache Mittelwert-bildung ist ausreichend, wenn ein dichtes Mess-stellennetz vorliegt und / oder Angaben für Zeitintervalle in der Größenordnung von Monats- bzw. Jahres-niederschlägen ermittelt werden müssen.
Für kleine Zeitintervalle ist diese Methode nicht zu empfehlen.
Ergebnis:
Arithmetisches Mittel
![Page 4: RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Gebietsniederschlag](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081515/5586be78d8b42a2c5c8b4689/html5/thumbnails/4.jpg)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Mit der Thiessen-Polygon-Methode werden Einflussflächen für jede Station gebildet.
Dabei wird postuliert, dass der Niederschlag in der Einflussfläche dem Stationsnieder-schlag entspricht.
A1 A2
A3 A4
Thiessen-Polygon-Methode
![Page 5: RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Gebietsniederschlag](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081515/5586be78d8b42a2c5c8b4689/html5/thumbnails/5.jpg)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Bei der Inverse-Distanz-Methode wird der Flächenniederschlag mit Hilfe einer orthogonalen Rasterbildung und Wichtung der nächst-gelegenen Stations-niederschläge in den vier angrenzenden Quadranten gebildet.
Dabei geht die Entfernung der Nieder-schlagsstation um-gekehrt proportional in die Wichtung ein.
d3
d1
d2 w ij =
1
d ij²
åi =1
4 1
d ij²
hNj = åi =1
4
w i hNi
Inverse-Distanz-Methode
![Page 6: RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Gebietsniederschlag](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081515/5586be78d8b42a2c5c8b4689/html5/thumbnails/6.jpg)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Isohyetenmethode
Bei dieser Methode werden aus den Angaben der Stationsnieder-schläge Linien gleicher Niederschlagshöhen ( = Isohyeten ) durch den räumlichen Abstand interpoliert.
Der Gebietsniederschlag ergibt sich aus:
Das Verfahren kann orographische Einflüsse und Reliefeffekte (bei der Interpolation) berücksichtigen.
Die Methode ist nicht frei von subjektiven Einflüssen des Bearbeiters.
Zum Einsatz gelangt das Isohyetenverfahren bei der Angabe von Jahresniederschlägen.
ÃAP =1
AE
åi =1
n
P i A i
Isohyetenmethode
![Page 7: RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Gebietsniederschlag](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081515/5586be78d8b42a2c5c8b4689/html5/thumbnails/7.jpg)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Hypsometrische Kurve
In Einzugsgebieten, bei denen die Variation der Niederschläge über die Geländehöhe größer ist als über die horizontale Ausdehnung, kann eine Auswertung der Gebietsniederschläge mit der Hypsometrischen Kurve erfolgen.
Dafür werden die Wichtungsfaktoren über höhenabhängige Flächenanteile ermittelt.
Die Methode ist ebenfalls stark abhängig von der Erfahrung des Anwenders und nur für lange Niederschlagsdauern zu verwenden [Monats- und Jahresniederschläge]
900
700
500
[m N N ]
N 3
N 1
N 2
[% ]A 1 A 3A 2
Hypsometrische Kurve
![Page 8: RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Gebietsniederschlag](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081515/5586be78d8b42a2c5c8b4689/html5/thumbnails/8.jpg)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Bildquelle: DWD
Prinzipskizze der Radarmessung
Niederschlagsradar
![Page 9: RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Gebietsniederschlag](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081515/5586be78d8b42a2c5c8b4689/html5/thumbnails/9.jpg)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
DWD Radarverbund
![Page 10: RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Gebietsniederschlag](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081515/5586be78d8b42a2c5c8b4689/html5/thumbnails/10.jpg)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Pulsvolumen V
Öffnungswinkel = 1°
Pulsvolumenhöhe c*
Radarniederschlagsmessung
PE = C * U² * 1/r² * z [w]
PE = Empfangsleistung
C = Gerätekonstante
U = Rayleighapproximations- Faktor
r = Zielentfernung
Z = Reflektivitätsfaktor
![Page 11: RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Gebietsniederschlag](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081515/5586be78d8b42a2c5c8b4689/html5/thumbnails/11.jpg)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Mit Hilfe von Niederschlagsmessungen können sowohl qualitative als auch quantitative Angaben zur räumlichen Verteilung von Niederschlägen gewonnen werden.
Aus der Reflexion der rückgestrahlten Energie des Radar lässt sich ein Rückschluss auf die Niederschlagsintensität ziehen.
Z = a I b
Z = Reflektivitätsfaktor ( Radarecho )
I = Niederschlagsintensität [mm/h]
a,b = Parameterkonstanten
b ~ 1,6
a = 140 bei Nieselregen
a = 200 im Mittel
a = 500 bei Gewitter
Radarniederschlagsmessung
![Page 12: RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Gebietsniederschlag](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081515/5586be78d8b42a2c5c8b4689/html5/thumbnails/12.jpg)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Die Fehlereinflüsse bei der Radarmessung sind im wesentlichen:
die Aggregationszustände des Wassers
die Größe der Niederschlagsteilchen
Radarniederschlagsmessung
L
r r r r rrmax
Radarbin
![Page 13: RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Gebietsniederschlag](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081515/5586be78d8b42a2c5c8b4689/html5/thumbnails/13.jpg)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Eine Abweichung in der Größenordnung von 20% zu den Niederschlagsintensitäten der Regenschreiber ist eher die Regel als die Ausnahme.
Radarsensoren neigen bei Starkregen zu sehr großen Unterschätzungen der Niederschlagsmengen [Grund dafür sind Dämpfungseffekte]
Radarniederschlagsmessung
L
r r r r rrmax
Radarbin
![Page 14: RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Gebietsniederschlag](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081515/5586be78d8b42a2c5c8b4689/html5/thumbnails/14.jpg)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Bonner Niederschlagsradar
![Page 15: RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Gebietsniederschlag](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081515/5586be78d8b42a2c5c8b4689/html5/thumbnails/15.jpg)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Beispiel: Kaltfront
Bildquelle: Prof. Simmer
Beispiel für ein Radarbild einer Kaltfront mit kräftigen Regenschauern.
Die Schauer verlaufen linienförmig über das Einzugsgebiet.
![Page 16: RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Gebietsniederschlag](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081515/5586be78d8b42a2c5c8b4689/html5/thumbnails/16.jpg)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Beispiel: Kaltfront
Kaltfront Ereignis im Februar.
Die Zugbahn der Front kann im Elevationsscan gut nachvollzogen werden.
Bildquelle: Prof. Simmer
![Page 17: RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Gebietsniederschlag](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081515/5586be78d8b42a2c5c8b4689/html5/thumbnails/17.jpg)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Bildquelle: DWD
Satellitenaufnahmen (hier METEOSAT) erlauben durch Spektralaufnahmen Rückschlüsse über den Wassergehalt der Wolken und die Temperatur-verhältnisse in den Wolken.
Die geostationären Satelliten (~36.000 km Höhe) messen in drei Spektralbereichen:
Sichtbarer Spektralbereich (0,5 - 0,9 m)
Niederschlagsindex per Satellit
![Page 18: RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Gebietsniederschlag](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081515/5586be78d8b42a2c5c8b4689/html5/thumbnails/18.jpg)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Bildquelle: EUMETSAT
Wasserdampfabsorbtions-band (5,7 – 7,1 m) zur Bestimmung des Wasserdampfgehaltes in 5 – 10 km Höhe
METEOSAT Satellit
![Page 19: RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Gebietsniederschlag](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022081515/5586be78d8b42a2c5c8b4689/html5/thumbnails/19.jpg)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Infraroter Spektralbereich (10,5 – 12.5 m) zur Temperaturbestimmung in den Wolken
METEOSAT Satellit