Menschen weltweit werden mit Hochwasserereignissen unterschiedlicher Stärke konfrontiert. Um Eigentum und, noch viel wichtiger, Leben zu retten, ist eine rechtzeitige und zuverlässige Hochwasserwarnung und folglich -vorhersage unerlässlich. Ziel dieser Arbeit ist es deshalb, ein auf Fuzzy-Regeln basiertes Hochwasserwarnsystem für mesoskalige Einzugsgebiete und die Vorhersage von extremen Hochwasserereignissen mit Wiederkehrperioden von 100 Jahren und mehr unter Berücksichtigung von Unsicherheiten zu entwickeln. Da extreme Hochwasserereignisse mit einer Jährlichkeit von 100 oder mehr Jahren in der Realität nicht in jedem Einzugsgebiet bereits beobachtet und aufgezeichnet wurden, ist eine Erweiterung der Datenbank auf Grund von Modellsimulationen zwingend notwendig. In dieser Arbeit werden hierzu das hydrologische Modell WaSiM-ETH (Wasserhaushalts-Simulations-Modell ETH) sowie von Bliefernicht et al. (2008) generierte Niederschlagsfelder verwendet. Die Kalibrierung des Modells erfolgt mit dem SCE (Shuffled Complex Evolution) Optimierungsalgorithmus. Um reproduzierbare Kalibrierungsergebnisse zu erzielen und die notwendige Kalibrierungszeit möglichst gering zu halten, werden unterschiedliche Optimierungskonfigurationen untersucht und eine Kalibrierungsstrategie für das mesoskalige Einzugsgebiet des Oberen Mains entwickelt. Um eine kontinuierliche und zuverlässige Vorhersage zu garantieren, ist die Idee entwickelt worden, Fuzzy-Regelsysteme für unterschiedliche Vorhersagehorizonte (3 Tage; 6, 12 und 48 Stunden) für die drei Hauptpegel des Oberen Mains aufzustellen, die im Zusammenspiel eine kontinuierliche Vorhersage sicher stellen. Der Fokus der 3-Tagesvorhersage liegt hierbei in der zuverlässigen Wiedergabe von geringen und mittleren Abflussbedingungen sowie der zuverlässigen und rechtzeitigen Vorhersage von Überschreitungen einer vordefinierten Meldestufe. Eine vorhergesagte Überschreitung der Meldestufe führt zu einem Wechsel der Vorhersagesysteme von der 3-Tages- zu der 6-, 12- und 48-Stundenvorhersage, deren Fokus auf der Vorhersage der Hochwasserganglinie liegt. In diesem Zusammenhang wird die Effizienz der beiden klassischen Regelsysteme,Mamdani und Takagi-Sugeno, sowie die Kombination unterschiedlicher Eingangsgrößen, unter anderem Tukey Tiefenfunktion, näher untersucht. Ein weiterer Effizienzvergleich wird zwischen den Mamdani Regelsystemen der 48-Stundenvorhersage und dem hydrologischen ModellWaSiM-ETH durchgeführt. Für das Training der beiden Regelsysteme wird der SA (Simulated Annealing) Optimierungsalgorithmus verwendet. Die einzelnen Fuzzy-Regelsysteme werden schließlich in dem entwickelten Hochwasserwarnsystem ExpHo-HORIX (Expertensystem Hochwasser - HORIX) zusammengefügt. Standardmäßig wird für jede Vorhersage die Niederschlagsunsicherheit auf Grund von Ensemble-Vorhersagen innerhalb ExpHo-HORIX analysiert und ausgewiesen. Im Hochwasserfall können für die stündlichen Fuzzy-RegelsystemeModellunsicherheiten des hydrologischenModells, das für die Generierung der Datenbank von Extremereignissen verwendet wurde, zusätzlich ausgewiesen werden. Hierzu müssen zusätzlich Ergebnisse der SCEM Analyse (Grundmann, 2009) vorliegen.    «

Menschen weltweit werden mit Hochwasserereignissen unterschiedlicher Stärke konfrontiert. Um Eigentum und, noch viel wichtiger, Leben zu retten, ist eine rechtzeitige und zuverlässige Hochwasserwarnung und folglich -vorhersage unerlässlich. Ziel dieser Arbeit ist es deshalb, ein auf Fuzzy-Regeln basiertes Hochwasserwarnsystem für mesoskalige Einzugsgebiete und die Vorhersage von extremen Hochwasserereignissen mit Wiederkehrperioden von 100 Jahren und mehr unter Berücksichtigung von Unsicherheite...    »