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Voraussetzungen für den Einsatz von

Radarniederschlagsdaten in der

Ingenieurhydrologie Wiesbaden, 21. April 2017

AG Starkregen & Sturzfluten FB Architektur/Bauingenieurwesen Hochschule RheinMain

B. Eng. Lisa Trost

Prof. Dr. E. Ruiz Rodriguez

2

Projekt KLIMPRAX Starkregen

Projektteil 2: Erstellung von „Starkregen-Abflusskarten“ und Anpassung

der Rechenmodelle an die Erfordernisse bei Starkregen

AP 2.1: Untersuchung, inwieweit die beim DWD vorliegenden

RADOLAN-Radarniederschlagsdaten für die Modellierung

von Starkregenereignissen genutzt werden können, sowie die

Entwicklung von Schnittstellen und Werkzeugen für die Praxis

(in Zusammenarbeit mit dem DWD)

AP 2.2: Untersuchungen zum abflusswirksamen Niederschlag bei

Starkregen

AP 2.3: Untersuchungen zum Oberflächenabfluss an Steilhängen

AP 2.4: Erstellung von örtlichen „Starkregen-Abflusskarten“

in zwei Pilotprojekten

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Voraussetzungen für den Einsatz von

Radarniederschlagsdaten in der

Ingenieurhydrologie

• Verfügbarkeit von Radarniederschlagsdaten

• Qualität der Radarniederschlagsdaten

• Kosten der Radarniederschlagsdaten

• Werkzeuge für die Verarbeitung und den

Einsatz der Radarniederschlagsdaten in der

Ingenieurhydrologie

• Verfügbarkeit und Kosten für die Werkzeuge

• Schnittstellen zur Nutzung von Radarniederschlagsdaten in

eingeführten und bewährten DV-Werkzeugen

• Arbeitsaufwand für den Einsatz von Radarniederschlagsdaten in der

Ingenieurhydrologie

• Nutzen des Einsatzes von Radarniederschlagsdaten in der

Ingenieurhydrologie

Quelle: DWD, WarnWetter App

4

RADOLAN-Radarniederschlagsdaten des DWD

(Radar-Online-Aneichung)

Aus der Überlagerung der

Radarniederschlagsdaten aus den 17 Wetter-

radarstandorten des DWD ergeben sich

RADOLAN-Komposite für die Fläche der

Bundesrepublik Deutschland (900 km x 900 km) mit

einer räumlichen Auflösung von 1km x 1km.

Die RW-RADOLAN-Komposite haben eine

zeitliche Auflösung von 1h und stellen an den

Niederschlagsstationen angeeichte Niederschlags-

summen in 1/10 mm/h Genauigkeit zur Verfügung .

Die RW-RADOLAN-Komposite sind frei verfügbar

(ftp://ftp-cdc.dwd.de/pub/CDC/).

Die RY-RADOLAN-Komposite haben eine

zeitliche Auflösung von 5 Minuten und stellen die

Niederschlagssummen in 1/100 mm/h Genauigkeit

zur Verfügung. Die RY-RADOLAN-Komposite

werden nach Konsistenzprüfung durch den DWD

gegen eine Nutzungsgebühr bereitgestellt.

ftp://ftp-cdc.dwd.de/pub/CDC/




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Angebote des DWD:

• RADOLAN RW-Daten in binär-Format

• bis zum 10. April 2015 auf DWD Server empfohlen: Python Routinen wradLIB (kostenlos

verfügbar)

• seit dem 10. April 2015 auf DWD Server empfohlen: IDLRaBiD 5.1 (Darstellungsprogramm für

Radarbilder des Deutschen Wetterdienstes), benötigt IDL-Version 6.2 (Interactive Data

Language)

• seit Mai 2016 historische RADOLAN RW –Daten als ASCII Dateien

• seit Juni 2016 aktuelle RADOLAN RW-Daten als ASCII Dateien

• seit Juni 2016 Unterstützungsdokumente für die Verwendung von RADOLAN Produkten in GIS

• RADOLAN RY-Daten nur in binär-Format

• Nowcasting: KONRAD, ZELLMOS, RADVOR-OP, FZ-PRODUKT

Andere Angebote:

• KONRAD, webKONRAD - Zugang über das Feuerwehrinformationssystem (FEWIS)

• WaWIS (Registrierung über DWD notwendig)

• NinJo, Lizenz erhältlich über Ernst Basler + Partner GmbH

• NIRA.web, HST SYSTEMTECHNIK GMBH & CO KG (MeteoMedia, Meteogroup)

• Kachelmannwetter, Wetter.de, meteox.de, u.v.m.

ARBEITSPAKET 2.1

Verfügbarkeit der Radarniederschlagsdaten

Werkzeuge für Modellierer/ Ingenieurbüros

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Das OpenSource Software Paket RADAR steht auf der Homepage der Hochschule

RheinMain zum freien Download bereit.

http://www.hs-rm.de (Suchwort: KLIMPRAX)

Programmierung von einfachen

Verarbeitungsroutinen RADAR zur Nutzung

von RADOLAN-Radarniederschlagsdaten

RADOLAN Daten

Ergebnisse aus

Software RADAR

GIS mit Werkzeugen

zur Aufbereitung der

Niederschlagsdaten

Analyse von

Starkregenereignissen

(Aneichung von Modellen)

Synthese von

Starkregenereignissen

(Modellierung zur Bemessung)

GIS- Schnittstelle

http://www.hs-rm.de/de/fachbereiche/architektur-und-bauingenieurwesen/forschungsprofil/aktuelle-

projekte/klimprax-starkregen-umgang-mit-starkniederschlaegen-in-hessen/

Einleseroutinen:

RadarRWlesen_fuer_Raster

RadarRYlesen_fuer_Raster

http://www.hs-rm.de/




http://www.hs-rm.de/de/fachbereiche/architektur-und-bauingenieurwesen/forschungsprofil/aktuelle-projekte/klimprax-starkregen-umgang-mit-starkniederschlaegen-in-hessen/






















7 ARBEITSPAKET 2.1

Analyse von Starkregenereignissen mit RW-RADOLAN-Komposite

Hochwasser am Freitag den 11. Juli 2014 im

Einzugsgebiet (AE= 21 km²)

des Rambachs in Wiesbaden

Einschätzung WKI des N-Ereignisses

mit KOSTRA DWD, Dauer 1h; hN=45 mm

N-Station WI Auringen Wiederkehrintervall 100 Jahre

8

Analyse von Starkregenereignissen mit

RY-RADOLAN-Komposite

Maximale N-Intensitäten aus

RY-RADOLAN-

Radarniederschlagsdaten

9 ARBEITSPAKET 2.1

Analyse von Starkregenereignissen mit RY-RADOLAN-Komposite

Einschätzung des WKI des

N-Ereignisses mit KOSTRA DWD

Dauer 1h; hN=24 mm

Wiederkehrintervall < 5 Jahre

Dauer 2h; hN=65 mm

Wiederkehrintervall > 1000 Jahre

Dauer 1h; hN=18 mm


Dauer 2h; hN=68 mm

Wiederkehrintervall > 1000 Jahre

Dauer 1h; hN=24 mm


10 ARBEITSPAKET 2.1

Braunsbach

11 ARBEITSPAKET 2.1

Braunsbach

12

Analyse von Starkregenereignissen

Zwischenfazit:

• RADOLAN-Radarniederschlagsdaten sind verfügbar und erlauben eine sehr gute

räumliche (1km x1 km) und zeitlich Analyse (bis zu 5 Minuten) von

Starkregenereignissen.

• Die Radarniederschlagsdaten zeigen eine typische ungleichmäßige räumliche und

zeitliche Verteilung der Niederschlagssummen und der Niederschlagsintensitäten auch

in kleinen Einzugsgebieten.

• Die ungleichmäßige räumliche Verteilung der Niederschlagssummen und der

Niederschlagsintensitäten erschwert die Einschätzung des WKI des Starkregens für

ein Einzugsgebiet ohne Pegel am Gebietsausgang.

• Der Antrieb von NA-Modellen mit einem Blockregen und einer gleichmäßigen

Gebietsüberregnung ist auch bei kleinen Einzugsgebieten unrealistisch.

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Auswerteroutinen (1):

• RadarRW_Haeufigkeit_mult:

Mit Hilfe der Routine RadarRW_Haeufigkeit_mult lässt sich für mehrere vorgegebene

stündliche Niederschlagssummenschwelle (z.B. 40 mm, 60 mm, 80 mm) die

Auftretenshäufigkeit innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums für jedes RADOLAN-

RASTER bestimmen.

Innerhalb des gewählten Zeitraums werden die stündlichen RW-RADOLAN-Binärdateien

nacheinander eingelesen und für jedes RADOLAN-RASTER (1km x 1km) die Häufigkeit

der Überschreitung der vorgegebenen Niederschlagssummenschwellen in einer

Häufigkeitsmatrix (900 x 900 Elemente) eingetragen. Das Ausgabe Format ist ein

ArcGIS® kompatible ASCII-Raster-Datei.

Programmierung von

Verarbeitungsroutinen für

RADOLAN RW- und RY- Formate

14

Programmierung von



Häufigkeit von Starkregen mit einer Niederschlagssummenschwelle >40mm im RADOLAN-RW-1h-Intervall innerhalb des Zeitraums 06.2005 bis 12.2014 für das Land Hessen

Legende Häufigkeit 2005-2014 N > 40mm


RadarRW_Haeufigkeit_mult:

15


• RadarRW_Ident_Extrem

Mit Hilfe der Routine RadarRW_Ident_Extrem lassen sich innerhalb eines vorgegebenen

Zeitraums für eine vorgegebene stündliche Niederschlagssummenschwelle für jedes

RADOLAN-RASTER das Datum und die Uhrzeit einer Überschreitung bestimmen und in

eine ASCII-Datei auslagern. Die räumliche Ausdehnung der Suche lässt sich durch

Eingabe von Randkoordinaten einengen.

• RadarRW_Maxima

Mit Hilfe der Routine RadarRW_Maxima lassen sich innerhalb eines vorgegebenen

Zeitraums für jedes RADOLAN-RASTER die maximalen, einstündigen

Niederschlagssummen bestimmen. Innerhalb des gewählten Zeitraums werden die

stündlichen RW-RADOLAN-Binärdateien nacheinander eingelesen und für jedes

RADOLAN-RASTER (1km x 1km) der Maximalwert Wertematrix (900 x 900 Elemente)

eingetragen. Das Ausgabeformat ist eine ArcGIS® kompatible ASCII-Raster-Datei.

Programmierung von



16


• RadarRW_Maxima

Programmierung von



Maximale Niederschlagssummen im RADOLAN-RW-1h-Intervall im Zeitraum 06.2005 bis 12.2014 für das LAND HESSEN

17


• RadarRW_Mittelwert

zur Berechnung der räumlichen Verteilung der mittleren Niederschlagsmengen für einen

definierten Zeitraum innerhalb einer gewählten räumlichen Ausdehnung innerhalb des

nationalen RADOLAN-Rasters.

• RadarRW_Summe

zur Berechnung der räumlichen Verteilung des Niederschlagsvolumens für einen

definierten Zeitraum innerhalb einer gewählten räumlichen Ausdehnung innerhalb des

nationalen RADOLAN-Rasters.

• RadarRW_Vorregenindex

zur Berechnung der räumlichen Verteilung des Vorregenindex für einen definierten

Zeitpunkt innerhalb einer gewählten räumlichen Ausdehnung innerhalb des nationalen

RADOLAN-Rasters.

Methoden:

- 30 Tage

- 21 Tage nach Zaiß

- variabler Tagesanzahl

vor dem Ereignisdatum

ARBEITSPAKET 2.1

Programmierung von



𝑉𝑁(30, 21) = 𝑘𝑖 ∙ ℎ𝑁,𝑖

(30, 21)

𝑖=1

k = 0,9

oder

k = 0,796 ∙ e(0,0047*WZ)

oder

k=1

18


• RadarRW_Vorregenindex

ARBEITSPAKET 2.1

Programmierung von



19

Problematik:

• Polarstereographische Projektion der RADOLAN-Rasterdaten

ist nicht längen- und flächentreu

Polarstereographisch Gauss-Krüger

ARBEITSPAKET 2.1

Darstellung und Projektion der


20

880,12 km

838,78 km

85

7,8

7 k

m

85

8,5

9 k

m

Fläche: 737.840 km² Fläche: 810.000 km² Δ-Fläche: 9 %

ARBEITSPAKET 2.1

Polarstereographische Projektion Gauß-Krüger Projektion



21

Lösung 1: RADOLAN-Daten im Gauß-Krüger Raster: Zone 1 bis 5 anbieten

Lösung 2: Umrechnen der Projektion im GIS System

Lösung 3: RADOLAN-ASCII Daten im UTM Raster: Zone 32 (Zone 33) anbieten

Gitterpunkte des UTM Rasters

ARBEITSPAKET 2.1



22

ArViRadDB: ArchivierungVisualisierungRadarniederschlagsDatenBank

Archivierung und Visualisierung historischer Ereignisse mit Hilfe einer

Datenbank gestützten Software

(RW und RY RADOLAN-Radarniederschlagsdaten im Binärformat)

Basis: NoSQL-Datenbank (MongoDB)

Datenbankelemente:

• Zeitindex (Datum und Zeitpunkt)

• X,Y- Lagekoordinaten (RADOLAN-RASTER)

• Niederschlagshöhe (RW 1/10mm, RY 1/100 mm)

Routinen/Werkzeuge für die Bearbeitung und

Auswertung von RADOLAN-


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Entwicklung und Verwendung von ArViRadDB:

Interdisziplinäre Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Ralf Dörner,

Fachbereich Design Computer Science Media der HS-RM

Bearbeiter:

B.Eng. Patrick A. Blair (Entwicklung)

B.Eng. André Merdan (Optimierung der Benutzerfreundlichkeit und Funktionalität)

Verwendung durch die AG Starkregen im KLIMPRAX Starkregen Projekt:

Herausfiltern von möglichen charakteristischen Starkregen-Ereignissen aus den

archivierten RW-RADOLAN-Daten

Routinen/Werkzeuge für die Bearbeitung und

Auswertung von RADOLAN-


http://www.hs-rm.de/de/fachbereiche/architektur-und-bauingenieurwesen/forschungsprofil/aktuelle-

projekte/klimprax-starkregen-umgang-mit-starkniederschlaegen-in-hessen/























VIELEN DANK FÜR IHRE

AUFMERKSAMKEIT!

AG Starkregen & Sturzfluten FB Architektur/Bauingenieurwesen Hochschule RheinMain

B. Eng. Lisa Trost

Prof. Dr. E. Ruiz Rodriguez

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25 ARBEITSPAKET 2.1

Quelle: Deutscher Wetterdienst (DWD), Abteilung Hydrometeorologie

voraussetzungen für den einsatz von ... · die ry-radolan-komposite haben eine zeitliche...

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