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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
9. Workshop zur großskaligen Modellierung in der Hydrologie
18.11.2005
Fliesszeiten nach BeckerFliesszeiten nach BeckerFliesszeiten nach Becker
SchwarzePockau
Freiberger Mulde
9. Workshop zur großskaligen Modellierung in der Hydrologie
18.11.2005
Vorbereitung – Sensitivitätsanalyse – Schwarze PockauVorbereitung Vorbereitung –– Sensitivitätsanalyse Sensitivitätsanalyse –– SchwarzeSchwarze PockauPockau
9. Workshop zur großskaligen Modellierung in der Hydrologie
18.11.2005
Sensitivität- KriteriumSensitivitätSensitivität-- KriteriumKriterium
( ) ( )( )10% 10%P PS
P+ − −
=
9. Workshop zur großskaligen Modellierung in der Hydrologie
18.11.2005
Sensitivität- Schwarze Pockau- Tag vs StundeSensitivitätSensitivität-- SchwarzeSchwarze PockauPockau-- TagTag vsvs StundeStunde
( ) ( )( )10% 10%P PS
P+ − −
=
9. Workshop zur großskaligen Modellierung in der Hydrologie
18.11.2005
Sensitivität - ZeitskalaSensitivität Sensitivität -- ZeitskalaZeitskala
Modell ist nicht ohne Nacheichung in der Zeitskala übertragbar
9. Workshop zur großskaligen Modellierung in der Hydrologie
18.11.2005
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+ − −
=
9. Workshop zur großskaligen Modellierung in der Hydrologie
18.11.2005
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?
9. Workshop zur großskaligen Modellierung in der Hydrologie
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
9. Workshop zur großskaligen Modellierung in der Hydrologie
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
9. Workshop zur großskaligen Modellierung in der Hydrologie
18.11.2005
Sensitivität- ZwischenfazitSensitivitätSensitivität-- ZwischenfazitZwischenfazit
Modell ist nicht ohne Nacheichung in der Raumskala übertragbar
Festlegung auf Raum und Zeit vor der Modellierung
9. Workshop zur großskaligen Modellierung in der Hydrologie
18.11.2005
3 NA-Modellierung – Zöblitz 3 NA3 NA--Modellierung Modellierung –– Zöblitz Zöblitz
1983 Kalibriert
b a
9. Workshop zur großskaligen Modellierung in der Hydrologie
18.11.2005
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.
9. Workshop zur großskaligen Modellierung in der Hydrologie
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
9. Workshop zur großskaligen Modellierung in der Hydrologie
18.11.2005
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
9. Workshop zur großskaligen Modellierung in der Hydrologie
18.11.2005
ConclusionConclusionConclusion
Erst Raum und Zeitskala festlegen –dann modellieren
Modellergebnisse können durch variable Parameter verbessert
werden
9. Workshop zur großskaligen Modellierung in der Hydrologie
18.11.2005
FINFINFIN
Danke für die Aufmerksamkeit
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