|
BaSYS Rainmanager |
|
Der Rainmanager führt eine statistische Analyse der Massen- und KOSTRA-Daten des Deutschen Wetterdienstes gemäß DWA-A 118/121 zur Synthese von (Euler-)Modellregengruppen sowie von Serien- und KOSTRA-2010 und KOSTRA-2020-Regen für die Verwendung in BaSYS MIKE, BaSYS KanZEIT und externen Applikationen durch. Der Rainmanager wird über die Aufgabe "Regentypen statistisch generieren" in der Gruppe Bibliotheken "Regentypen" in BaSYS MIKE, BaSYS HydroCAD und KanZEIT aufgerufen.
Abschnitte der Hilfe
In der Hilfe werden folgende Abschnitte beschrieben:
|
Zugehöriges Symbol |
Der Rainmanager wird über die Aufgabe: Regentypen statistisch generieren aus der Gruppe Bibliotheken im Formular Regentypen in BaSYS MIKE, BaSYS HydroCAD und KanZEIT gestartet.
Der Assistent durchläuft folgende Seiten:
Startseite
|
Zugehöriges Symbol |
Nach dem Aufruf des Assistenten wird die Startseite angezeigt.
Regentypen auswählen
|
Zugehöriges Symbol |
In diesem Dialogfenster sind die Regentypen zu wählen, die generiert werden sollen.
|
Assistent (2/10) - Regen-Typen |
|
||||||||
|
Zu generierende Regentypen wählen Wählen Sie hier, welche Regentypen generiert werden sollen. |
|
||||||||
|
Regentypen:
|
|
||||||||
|
|
Regentypen:
Für die Generierung der Regentypen stehen folgende Modellregengruppen und Serienregen zur Verfügung:
-
Modellregen nach Euler
-
Modellregengruppen
-
Serienregen
Je nach Auswahl der Regentypen werden die jeweiligen Optionen auf den folgenden Seiten des Assistenten angezeigt und gesetzt.
Optionen zur Herkunft der Niederschlagsdaten
|
Zugehöriges Symbol |
In diesem Abschnitt werden die Optionen für die Niederschlagsdaten, Messstation und Koordinaten gesetzt.
Beim Aufruf des Rainmanagers aus KanZEIT beginnt der Assistent an dieser Stelle mit dem Setzen der Optionen für die KOSTRA-Daten.
KOSTRA wird bisher nur für die Modellregengruppen erwähnt. Die Gesamtniederschlagshöhe des jeweiligen Modellregens entspricht genau der KOSTRA-Höhe für Dauerstufe = Dauerstufe und Jährlichkeit = Jährlichkeit. Dazu werden die KOSTRA-Daten unbedingt benötigt, außerdem werden daraus die Euler-Modellregen berechnet.
Assistent (3/10)- Optionen |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Herkunft der Niederschlagsdaten zusammenstellen Stellen Sie hier die Messstationen und Dateien der Niederschlagsdaten zusammen. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Folgende Datenfelder sind verfügbar:
|
Gruppe |
Feld |
|
Einheit |
Details |
|
Niederschlagszeitreihe |
Messstation |
- |
- |
Eingabe der Niederschlagsmessstation (Ort) |
|
|
Zeitreihendateien |
![]() |
- |
Auswahl des Dateityps der Niederschlagszeitreihendateien (*.dat, *.reg) |
|
|
Zeitreihendateien |
|
- |
Über die Funktion wird der Explorer geöffnet, um das Verzeichnis zur Verwaltung der Massendaten-Dateien (Format des Deutschen Wetterdienstes DWD) festzulegen. Das Verzeichnis muss vor dem ersten Import der Massendaten-Dateien definiert sein. |
|
|
|
Beim Import einer Modellregengruppe oder eines Serienregens sind jetzt nur noch Zeitreihendateien von mindestens 10 zusammenhängenden Jahren nötig. Zuvor waren 20 Zeitreihendateien nötig. Eine Warnmeldung weist auf die Abweichung von den DWA-A 121 Richtlinien hin. |
||
|
KOSTRA Koordinate |
Modus |
|
- |
Je nach gewähltem Modus der KOSTRA Koordinaten werden in den weiteren Datenfeldern die X-und Y-Koordinaten angegeben |
|
|
|
|
- |
Abszisse, Ordinate |
|
|
|
|
- |
Spalte, Zeile |
|
|
|
|
m |
Rechtswert, Hochwert |
|
|
|
|
° |
Östliche Länge, Nördliche Breite |
|
|
|
|
|
|
|
KOSTRA Daten |
Regenspendendateien |
|
- |
Auswahl des Verzeichnisses der KOSTRA Regenspendendateien über den Explorer |
|
|
Koordinatendatei |
|
- |
Auswahl der KOSTRA- Koordinatendatei über den Explorer. |
KOSTRA 2020 |
Berücksichtigung von UC |
|
% |
Der UC-Wert beschreibt je Dauerstufe und Wiederkehrzeit die maximal mögliche Abweichung von der relevanten Niederschlagshöhe in Prozent % (Wertebereich von minimal -100% bis maximal +100%) Der Wert wird dann für alle Dauerstufen und Niederschlagshöhen genutzt. Auch gewünschte Zwischenwerte werden direkt über die Parameter ermittelt und brauchen nicht interpoliert werden. Der UC Wert wird dann als Maximum aus den benachbarten Dauerstufen sowie Wiederkehrzeiten bestimmt. |
|
Parameterdatei |
|
- |
Auswahl der KOSTRA 2020- Parameterdatei über den Explorer. |
||
|
|
|
|
Eigenschaften des Berechnungszeitraums
|
Zugehöriges Symbol |
In diesem Abschnitt werden die statistischen Parameter zur Identifizierung der Niederschlagsereignisse aus den Massendaten gesetzt.
In der folgenden Abbildung sind die Standardwerte gemäß DWA Arbeitsblatt A 118 zu sehen.
Assistent (4/10) - Eigenschaften des Berechnungszeitraums |
||||||||||||||||||||
Identifizierung der Niederschlagsereignisse konfigurieren Setzen Sie hier die statistischen Parameter zur Identifizierung der Niederschlagsereignisse aus den Massendaten. |
||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||
|
Zeitabschnitt
Dauer [min]
Für die Ermittlung der minimalen Höhe pro Zeitabschnitt gewählte Regenabschnittsdauer. Der Zeitabschnitt durchläuft die Massendaten vom ersten bis zum letzten Intervall. Dadurch werden alle Regenereignisse identifiziert, die der Grenzpause, der minimalen Höhe pro Zeitabschnitt und der minimalen Höhe pro Intervall genügen.
Leerabschnitthöhe [mm]
Regenereignisse, die diesen Parameterwert in keinen Zeitabschnitt überschreiten, werden vernachlässigt.
Grenzpause
Mindestdauer [min]
Regenpause zwischen zwei Ereignissen. Nach jeder Trockenphase > Grenzpause endet ein Regenereignis.
Leerintervallhöhe [mm]
Minimale Niederschlagshöhe in einem Zeitintervall. Dieser Grenzwert ist wesentlich für die Dauer der identifizierten Ereignisse. Kleinere Werte der minimalen Höhe pro Intervall werden vom Algorithmus nicht berücksichtigt. Die kleineren Werte werden aber in die identifizierten Ereignisse übernommen.
Parameter zur Generierung der Euler-Modellregengruppe
|
Zugehöriges Symbol |
Für die Euler-Modellregengruppe werden in diesem Abschnitt die Parameter gesetzt.
Assistent (5/10)- Parameter zur Generierung der Euler-Modellregengruppe |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Generierung der Euler-Modellregengruppe konfigurieren Setzen Sie hier die statistischen Parameter zur Generierung der Euler-Modellregengruppe aus den KOSTRA-Daten. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Eulerregen
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Dauerstufen
Jede Dauerstufe kann in der Liste über die Maus oder den Cursor markiert werden. Für die Generierung sind maximal 10 Dauerstufen laut DWA empfohlen.
Die erforderliche Zahl der Dauerstufen hängt von der Größe des Einzugsgebietes ab.
Jährlichkeiten
Auswahl der Jährlichkeiten erfolgt über die Maus oder den Cursor.
ix/Dn
Für den Modellregen nach Euler Typ II wird der Zeitpunkt für den Beginn des Regenintervalls mit der höchsten Niederschlagsintensität beim 0,3-fachen der Modellregendauer festgelegt. Daher ist hier für den Modellregen nach Euler (Typ II) ix/Dn = 0,3 zu setzen.
Parameter zur Generierung der Modellregengruppe
|
Zugehöriges Symbol |
Die Dauerstufe D [min] ist ein wichtiges Hilfsmittel zur Generierung von Modellregengruppen. Dabei werden aus einer gegebenen kontinuierlichen Niederschlagsreihe je Dauerstufe alle Niederschlagsereignisse mit Dauer des Maximalabschnittes = Dauerstufe identifiziert.
Assistent (6/10)- Parameter zur Generierung der Modellregengruppe |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Generierung der Modellregengruppe konfigurieren Setzen Sie hier die statistischen Parameter zur Generierung der Modellregengruppe aus den Niederschlagsereignissen. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Modellregen
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Dauerstufen:
Jede Dauerstufe kann in der Liste über die Maus oder den Cursor markiert werden. Für die Generierung sind maximal 10 Dauerstufen laut DWA empfohlen. Die erforderliche Zahl der Dauerstufen hängt von der Größe des Einzugsgebietes ab.
Jährlichkeiten:
Die Dauer der Niederschlagsserie muss gemäß DWA A 118 einen Zeitraum von mindestens 20 Jahren umfassen.
Assistent (7/10)- Parameter zur Generierung der Modellregengruppe |
||||||||||||||||||
Generierung der Modellregengruppe konfigurieren Setzen Sie hier die statistischen Parameter zur Generierung der Modellregengruppe aus den Niederschlagsereignissen. |
||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
|
Modellregen
Der normierte Modellregen wird je Dauerstufe D mittels statistischer Auswertung der kontinuierlichen Niederschlagsreihe berechnet. Aus dem jeweiligen normierten Modellregen der Modellregengruppe können über die Mindesthöhe [mm] und einen vom Maximalabschnitt abhängigen Faktor Modellregen beliebiger Häufigkeit ermittelt werden.
Mindesthöhe
Die Mindesthöhe [mm] entspricht der Niederschlagshöhe eines gewählten KOSTRA-Regens, der die Bedingung Dauer [min] = Dauerstufe [min] erfüllt.
Über die Mindesthöhe und einen vom Maximalabschnitt abhängigen konstanten Faktor kann aus dem jeweiligen normierten Modellregen der Modellregengruppe der reale Modellregen ermittelt werden. Die Mindesthöhe hat also keinen Einfluss auf die statistische Auswertung der kontinuierlichen Niederschlagsreihe.
Regen mit ungültigem Maximalabschnitt verwerfen
Durch Anhaken dieser Option werden Regen mit ungültigem Maximalabschnitt verworfen.
Der Wert sollte gemäß DWA A 118 mindestens 2/3 betragen. Wird der Wert unterschritten, wird er für die Berechnung nicht verwendet. Im Rainmanager wird der Wert als prozentuale Besetzung von 66,67 % berücksichtigt.
Je Dauerstufe
Ereignisse pro Jahr
Gemäß DWA A 118 sollten zur statistischen Ermittlung der Modellregengruppen zwischen 2 und 3 Regenereignisse pro Jahr berücksichtigt werden. Für das Beispiel wurde ein Wert von 2,5 / a gewählt.
Mindestbesetzung
Die prozentuale Mindestbesetzung [%] gibt den Maximalabschnitten eine Mindestzahl an Niederschlagsintervallen vor. Gemäß DWA Arbeitsblatt 118 sollte je Dauerstufe eine prozentuale Besetzung von mindestens 200/3 % gewählt werden.
Beispielsweise besitzen die Maximalabschnitte der Dauerstufe 30 min jeweils 6 Intervalle von je 5 min. Bei einer vorgegebenen prozentualen Besetzung von 66,7 % müssen mindestens 4 Intervalle des jeweiligen Maximalabschnittes Niederschlag aufweisen. Maximalabschnitte, die maximal 3 Intervalle mit Niederschlag besitzen, werden bei der automatischen Auswertung für die Dauerstufe 30 min nicht berücksichtigt.
Parameter zur Generierung des Serienregens
|
Zugehöriges Symbol |
Für den Serienregen werden in diesem Abschnitt die Parameter gesetzt.
Assistent (8/10)- Parameter zur Generierung des Serienregens |
|||||||||||||||||||||||||
Generierung des Serienregens konfigurieren Setzen Sie hier die statistischen Parameter zur Generierung des Serienregens aus den Niederschlagsereignissen. |
|||||||||||||||||||||||||
Serienregen
|
|||||||||||||||||||||||||
|
Dauerstufen
Jede Dauerstufe kann in der Liste über die Maus oder den Cursor markiert werden.
Die Dauerstufe [min] entspricht in etwa derjenigen für eine Modellregengruppe (s.u.). Für den zugehörigen Maximalabschnitt gelten die folgenden Vereinfachungen:
• Die Niederschlagssummen von Regenereignissen, welche die Dauer der Dauerstufe unterschreiten, gilt automatisch als Summenwerte der jeweiligen Dauerstufe.
• Prozentuale Besetzungen werden nicht berücksichtigt.
Wiederkehrzeit
Die Wiederkehrzeit [a] entspricht dem Kehrwert der Häufigkeit [1/a]. Für das Beispiel wurde ein Wert von 10 Jahren gewählt.
Zusammenfassung und Start
|
Zugehöriges Symbol |
Zunächst folgt die Seite Zusammenfassung
und Start. Diese Seite des Assistenten ermöglicht eine letztmalige
Prüfung der Einstellungen. Nach Klick auf
Nach Anstoß des Algorithmus wird die Seite Durchführung und Protokoll aufgerufen. Dort werden alle wichtigen Aktionen des Assistenten automatisch mit protokolliert. Das zugehörige Verlaufsprotokoll kann exportiert werden.
Die theoretischen Grundlagen beschreiben folgende Themen:
Identifizierung der Regenereignisse
|
Zugehöriges Symbol |
Alle Daten und Aufgaben, die mit der Identifizierung der Regenereignisse im Zusammenhang stehen, werden in der Benutzeroberfläche der Kanalhydraulik (BaSYS MIKE,BaSYSHydroCAD, KanZEIT) in den Formularen der Regentypen und Regenereignisse angezeigt.
Die Niederschlagszeitreihendaten (Massendaten) werden über den Assistenten importiert.
Die Dateien müssen folgenden Bedingungen genügen:
-
Jede Datei muss die Niederschlagsmassendaten eines Jahres beinhalten.
-
Während des Imports der Daten werden Plausibilitätsprüfungen durchgeführt, die wichtigsten Dateiparameter werden mit den Vorgaben des Deutschen Wetterdienstes überprüft.
Bezeichnung der Niederschlagszeitreihendateien (Massendaten)
|
Zugehöriges Symbol |
Die Bezeichnung der Massendaten-Dateien muss folgender Konvention genügen:
-
NxxxxNyy.dat
Beispiel:
-
N0704N90.dat
Die Konvention umfasst die Platzhalter:
-
xxxx: Vierstellige Stationsnummer
-
yy: Zweistellige Jahresangabe
Das Beispiel zeigt die Stationsnummer 0704 Stuttgart mit Massendaten im MD-Format für das Jahr 1990.
MD-Format
|
Zugehöriges Symbol |
Im MD-Format des DWD werden Niederschlagsmassendaten standardisiert in Form von ASCII-Dateien übertragen. Deren Struktur wird hier am Beispiel der Datei N0704N91.dat mit den Daten der Messstation 0704 Stuttgart für das Jahr 1991 erklärt. Die ASCII-Datei wird gemäß Konvention NxxxxNyy.dat bezeichnet:
● |
xxxx |
Nummer der Messstation. |
● |
yy |
Jahr der kontinuierlichen Niederschlagsaufzeichnungen. |
Die ASCII-Datei besitzt pro Datensatz (Zeile) 80 Spalten.
Kenndaten
Die Kenndaten befinden sich in Datensatz 1 und 2 (Zeile 1 und 2). Falls in Datensatz 2 / Spalte 63 eine Zahl > 0 eingetragen ist, können ab Zeile 3 maximal 9 Datensätze mit Kommentaren folgen. Die Kenndaten des Beispiels besitzen den folgenden Aufbau:
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
(Spalte 1 .. 80) |
0 |
7 |
0 |
4 |
|
|
0 |
|
0 |
|
|
|
0 |
|
1 |
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
0 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
5 |
3 |
1 |
. |
9 |
2 |
5 |
|
5 |
3 |
6 |
5 |
. |
3 |
0 |
0 |
|
G |
K |
K |
|
|
|
7 |
6 |
5 |
. |
0 |
0 |
Datensatz 1. |
0 |
7 |
0 |
4 |
|
|
0 |
|
0 |
|
|
|
0 |
|
2 |
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
- |
2 |
|
1 |
|
1 |
1 |
9 |
9 |
1 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
3 |
1 |
1 |
2 |
1 |
9 |
9 |
1 |
2 |
3 |
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
0 |
N |
|
|
|
|
m |
m |
/ |
I |
B |
|
|
|
|
|
|
|
Datensatz 2. |
Spalten von Datensatz 1:
Spalte |
Inhalt |
01 - 04 |
Nummer der Messstation. |
07 - 13 |
Feste Zeichenfolge '0 0 0'. |
14 - 15 |
Laufende Nummer der Zeile innerhalb der Kenndaten. |
17 - 19 |
Feste Zeichenfolge '0 0'. |
20 - 49 |
Hier wird optional die Bezeichnung der Messstation eingetragen. Im Beispiel ist dies die Stationsnummer. |
51 - 58 |
Optionaler Rechtswert der Messstationskoordinate. Die Angabe hängt vom Koordinatensystem (Spalte 69 - 71) ab:
|
60 - 67 |
Optionaler Hochwert der Messstationskoordinate. Weitere Details werden in der Dokumentation zum Rechtswert (Spalte 51 - 58) und zum Koordinatensystem (Spalte 69 - 71) beschrieben. |
69 - 71 |
Falls die Messstationskoordinate angegeben ist, muss an dieser Stelle das Koordinatensystem dokumentiert sein:
|
73 - 80 |
Optionale Geländehöhe an der Messstelle in Meter über normal Null mit zwei Nachkommastellen. |
Spalten von Datensatz 2:
Spalte |
Inhalt |
01 - 04 |
Nummer der Messstation. |
07 - 13 |
Feste Zeichenfolge '0 0 0'. |
14 - 15 |
Laufende Nummer der Zeile innerhalb der Kenndaten. |
17 - 19 |
Feste Zeichenfolge '0 0'. |
24 - 25 |
Intervallbreite IB der Messdaten in Minuten. |
29 - 30 |
Zehnerpotenz der Messwerte in Millimeter. Im Beispiel sind alle Werte mit 10-2 zu multiplizieren. |
31 - 38 |
Beginn der Niederschlagsmessung im Format ddMMjjjj, in den Beispieldaten 01.01.1991. |
39 - 44 |
Beginn der Niederschlagsmessung im Format hhmmss, in den Beispieldaten 0 Stunden, 0 Minuten, 0 Sekunden. |
45 - 52 |
Ende der Niederschlagsmessung im Format ddMMjjjj, in den Beispieldaten 31.12.1991. |
53 - 58 |
Ende der Niederschlagsmessung im Format hhmmss, in den Beispieldaten 23 Stunden, 0 Minuten, 0 Sekunden. |
63 - 63 |
Anzahl der folgenden Kommentardatensätze. Im MD-Format können bis zu 9 Kommentarzeilen übertragen werden. Meistens werden diese Zeilen aber nicht benötigt, so dass in der Spalte der Wert 0 steht. |
64 - 66 |
Optionale Angabe der Datenart:
|
69 - 78 |
Angabe der Datendimension. Für Niederschläge ist der Wert 'mm/IB' erforderlich. Ansonsten ist die Angabe optional. |
Messdaten
Die Messdaten der kontinuierlichen Niederschlagsaufzeichnung sind in der Beispieldatei ab Datensatz 3 (Zeile 3) dokumentiert:
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
(Spalte 1 .. 80) |
0 |
7 |
0 |
4 |
|
|
1 |
|
1 |
1 |
9 |
9 |
1 |
|
9 |
1 |
1 |
3 |
0 |
|
|
|
|
9 |
5 |
|
|
1 |
4 |
1 |
|
|
1 |
2 |
6 |
|
|
|
9 |
5 |
|
|
|
9 |
5 |
|
|
1 |
1 |
2 |
|
|
|
9 |
5 |
|
|
|
9 |
2 |
|
|
|
5 |
7 |
|
|
|
4 |
9 |
|
|
|
3 |
1 |
|
|
|
2 |
7 |
Datensatz 3. |
0 |
7 |
0 |
4 |
|
|
1 |
|
1 |
1 |
9 |
9 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
3 |
0 |
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Datensatz 4. |
Beschreibung der Spalten:
Spalte |
Inhalt |
01 - 04 |
Nummer der Messstation. |
06 - 13 |
Datum der Niederschlagsmessung im Format ddMMjjjj, in den Beispieldaten 01.01.1991. |
14 - 15 |
Stunde des ersten Messwertes der Zeile im Format hh. |
16 - 19 |
Minuten und Sekunden des ersten Messwertes der Zeile im Format mmss. In den Beispieldaten sind dies 11 Minuten und 30 Sekunden. |
20 - 20 |
Falls für den Zeitraum der Zeile kein Niederschlag gemessen wurde, ist in Spalte 20 ein N eingetragen. |
21 - 80 |
In Spalte z1 bis z5 und z6 bis z0 werden 12 Messwerte übertragen. Dabei ist z der Platzhalter für die Zehner der jeweiligen Spalte. Die Einheit, meist mm, und deren Zehnerpotenz, meist -2, stehen im zweiten Datensatz der ASCII-Datei. Beispielsweise ist in Spalte 28 bis 30 ein Wert von 141/100 = 1,41 mm notiert. |
Die Messdaten einer Stunde werden mit folgender Zeilenzahl übertragen:
-
1-Minuten-Schritte: 5 Zeilen.
-
2-Minuten-Schritte: 2,5 Zeilen.
-
5-Minuten-Schritte: 1 Zeile.
Nach erfolgreicher Identifizierung der Regenereignisse können die maßgebenden Regenereignisse für unterschiedliche Regentypen automatisch über statistische Funktionen generiert werden.
Modellregengruppen
|
Zugehöriges Symbol |
Die Niederschlagsreihen, die über den Rain Manager statistisch ausgewertet werden, sollten gemäß DWA Arbeitsblatt 118 einen Zeitraum von mindestens 20 Jahren umfassen. Die Vorgehensweise bei der Auswertung von Modell- und Serienregen wird in DWA Arbeitsblatt 121 beschrieben.
Diese Dokumentation zur Konfiguration des Rain Managers bezieht sich auf die 30-jährige kontinuierliche Regenreihe des DWD für Stuttgart, Station 0704. Daraus wurden die Regenereignisse über die Standardeinstellungen des Rain Managers ermittelt.
In dieser Hilfe befindet sich ein weiterer Abschnitt zu den theoretischen Grundlagen der Serienregen.
Dauerstufe D
Die Dauerstufe D [min] ist ein wichtiges Hilfsmittel zur Generierung von Modellregengruppen. Dabei werden aus einer gegebenen kontinuierlichen Niederschlagsreihe je Dauerstufe alle Niederschlagsereignisse mit Dauer des Maximalabschnittes = Dauerstufe identifiziert.
Es sind maximal 10 Dauerstufen erlaubt.
Die erforderliche Zahl der Dauerstufen hängt von der Größe des Einzugsgebietes ab:
-
Beispielsweise hat sich für Regensburg eine Modellregengruppe mit den vier Dauerstufen 15 min, 30 min, 60 min, 90 min bewährt.
-
Für das Beispiel Stuttgart wurde eine Modellregengruppe mit zehn Dauerstufen gewählt. Die zugehörige Tabelle befindet sich weiter unten.
Maximalabschnitt
DWA Arbeitsblatt 118 definiert den Maximalabschnitt als zusammenhängende Intervallfolge eines Niederschlagsereignisses. Die Intervallfolge ist folgendermaßen charakterisiert:
● |
Dauer [min] |
Dauerstufe D des Modellregens [min]. |
|
|
Die Dauer muss ein ganzzahliges Vielfaches des Niederschlagsintervalls [min] sein. |
● |
Niederschlagssumme [mm] |
Maximalwert des Niederschlagsereignisses [mm]. |
Der Maximalabschnitt wird ermittelt, indem sozusagen ein Fenster mit der Dauer des Maximalabschnitts durch das Niederschlagsereignis geschoben wird:
-
Je Fensterposition ergibt sich eine Niederschlagssumme.
-
Der Maximalwert der Fensterpositionen ist der gesuchte Wert des Maximalabschnitts.
-
Für das Beispiel wurde eine Besetzung im Maximalabschnitt (siehe weiter unten) von 2/3 gewählt. Das heißt, dass je Fensterposition mindestens 2/3 der Intervalle eine Niederschlagshöhe beinhalten müssen. Andernfalls ergibt sich kein Maximalabschnitt.
Folgende Skizze zeigt die möglichen Positionen des Fensters für die Dauerstufe D = 10 Minuten in einem Niederschlagsereignis mit einem Intervall von 5 Minuten und einer Dauer von 35 Minuten. Es ergibt sich ein Maximalabschnitt von 1,7 mm:
Position |
5 min |
10 min |
15 min |
20 min |
25 min |
30 min |
35 min |
Ergebnis |
Bemerkung |
1 |
0,5 mm |
0,1 mm |
-- |
0,8 mm |
0,9 mm |
-- |
1,8 mm |
0,6 mm |
|
2 |
0,5 mm |
0,1 mm |
-- |
0,8 mm |
0,9 mm |
-- |
1,8 mm |
-- |
B.i.M. < 2/3! |
3 |
0,5 mm |
0,1 mm |
-- |
0,8 mm |
0,9 mm |
-- |
1,8 mm |
-- |
B.i.M. < 2/3! |
4 |
0,5 mm |
0,1 mm |
-- |
0,8 mm |
0,9 mm |
-- |
1,8 mm |
1,7 mm |
Maximalabschnitt. |
5 |
0,5 mm |
0,1 mm |
-- |
0,8 mm |
0,9 mm |
-- |
1,8 mm |
-- |
B.i.M. < 2/3! |
6 |
0,5 mm |
0,1 mm |
-- |
0,8 mm |
0,9 mm |
-- |
1,8 mm |
-- |
B.i.M. < 2/3! |
Die Bemerkung B.i.M. der Beispieltabelle ist eine Abkürzung für die Besetzung im Maximalabschnitt.
Normierter Modellregen
Der normierte Modellregen wird je Dauerstufe D mittels statistischer Auswertung der kontinuierlichen Niederschlagsreihe berechnet. Aus dem jeweiligen normierten Modellregen der Modellregengruppe können über die Sollhöhe [mm] und einen vom Maximalabschnitt abhängigen Faktor Modellregen beliebiger Häufigkeit ermittelt werden.
Sollhöhe
Die Sollhöhe [mm] entspricht der Niederschlagshöhe eines gewählten KOSTRA-Regens, der die Bedingung Dauer [min] = Dauerstufe [min] erfüllt. Die Sollhöhen des Beispiels sind dem KOSTRA-Regen für Stuttgart entnommen.
Über die Sollhöhe und einen vom Maximalabschnitt abhängigen konstanten Faktor kann aus dem jeweiligen normierten Modellregen der Modellregengruppe der reale Modellregen ermittelt werden. Die Sollhöhe hat also keinen Einfluss auf die statistische Auswertung der kontinuierlichen Niederschlagsreihe.
Grenzhöhe
Die Grenzhöhe [mm] bezeichnet den unteren Schwellenwert, mit dem die identifizierten Regenereignisse statistisch ausgewertet werden.
Die Grenzhöhe ist so hoch anzusetzen, dass für die jeweilige Dauerstufe maximal 2 bis 3 Ereignisse pro Jahr identifiziert werden. Für eine 30-jährige Niederschlagsreihe ergeben sich somit pro Dauerstufe maximal 90 Ereignisse.
Im Beispiel werden je Dauersteufe 75 Ereignisse berücksichtigt. Die Grenzhöhe ergibt sich dann als Rang 75 aller innerhalb der Dauerstufe gefundenen Maximalabschnitte. Das heißt, in der statistischen Auswertung werden alle Niederschlagsereignisse berücksichtigt, deren Summe im Maximalabschnitt mindestens den Wert der Grenzhöhe besitzt. So ergeben sich die gesuchten 75 Ereignisse.
Prozentuale Besetzung
Die prozentuale Besetzung [%] gibt den Maximalabschnitten eine Mindestzahl an Niederschlagsintervallen vor. Gemäß DWA Arbeitsblatt 118 sollte je Dauerstufe eine prozentuale Besetzung von mindestens 200/3 % gewählt werden.
Beispielsweise besitzen die Maximalabschnitte der Dauerstufe 30 min jeweils 6 Intervalle von je 5 min. Bei einer vorgegebenen prozentualen Besetzung von 66,7 % müssen mindestens 4 Intervalle des jeweiligen Maximalabschnittes Niederschlag aufweisen. Maximalabschnitte, die maximal 3 Intervalle mit Niederschlag besitzen, werden bei der automatischen Auswertung für die Dauerstufe 30 min nicht berücksichtigt.
Ermittlung der Grenzhöhe
● |
Dauer der Niederschlagsserie |
Die Dauer der Niederschlagsserie muss gemäß DWA A 118 einen Zeitraum von mindestens 20 Jahren umfassen. Für das Beispiel wurden 30 Jahre gewählt. |
● |
Regenereignisse pro Jahr und Modellregen |
Gemäß DWA A 118 sollten zur statistischen Ermittlung der Modellregengruppen zwischen 2 und 3 Regenereignisse pro Jahr berücksichtigt werden. Für das Beispiel wurde ein Wert von 2,5 / a gewählt. |
● |
Besetzung im Maximalabschnitt |
Der Wert sollte gemäß DWA A 118 mindestens 2/3 betragen. Im Programm wird eine Warnung ausgegeben, falls der Wert unterschritten wird. Für das Beispiel wurde der Wert 2/3 gewählt. Im Rainmanager wird der Wert als prozentuale Besetzung von 66,67 % berücksichtigt. |
● |
Regenereignisse pro Modellregen |
Die Anzahl der Regenereignisse, die für jeden Modellregen der Modellregengruppe zu berücksichtigen ist, ergibt sich aus der Multiplikation der Dauer der Niederschlagsserie mit den gewählten Regenereignissen pro Jahr und Modellregen. Für das Beispiel ergeben sich: |
Daraus ergibt sich das folgende, vom Rainmanager automatisch ermittelte Modell:
Dauerstufe |
Sollhöhe |
Grenzhöhe |
Häufigkeit |
Prozentuale Besetzung |
min |
mm |
mm |
1 / a |
% |
10 |
20,6 |
6,01 |
0,10 |
66,67 |
15 |
25,0 |
7,44 |
0,10 |
66,67 |
20 |
28,0 |
8,49 |
0,10 |
66,67 |
30 |
32,4 |
9,79 |
0,10 |
66,67 |
45 |
36,8 |
11,19 |
0,10 |
66,67 |
60 |
40,0 |
12,67 |
0,10 |
66,67 |
90 |
42,2 |
15,52 |
0,10 |
66,67 |
120 |
44,0 |
18,74 |
0,10 |
66,67 |
180 |
46,6 |
23,06 |
0,10 |
66,67 |
240 |
48,4 |
25,93 |
0,10 |
66,67 |
Häufigkeit
Die Häufigkeit [1/a] des jeweiligen Modellregens hängt direkt mit der statistischen Ermittlung der Sollhöhe zusammen, die meist über KOSTRA erfolgt. Für das Beispiel Stuttgart wurde eine Wiederkehrzeit von 10 Jahren gewählt, also eine Häufigkeit von 0,1 / a.
Integrierte Logik gemäß DWA Arbeitsblatt 118
Das Arbeitsblatt gibt folgende Logik zur statistischen Ermittlung der Modellregengruppe vor:
-
Je Dauerstufe werden alle Niederschlagsereignisse identifiziert, für die gilt:
- Prozentuale Besetzung des Maximalabschnittes eingehalten.
- Niederschlagshöhe des Maximalabschnittes ≤ Grenzhöhe.
- Häufigkeit ≈ 30 / Dauer der kontinuierlichen Regenreihe.
- Intensität des Vor- und Nachregens ≤ minimale Intensität. -
Je identifiziertes Niederschlagsereignis wird im Maximalabschnitt der Schwerpunkt auf der Zeitachse [min] ermittelt.
-
Je Dauerstufe wird der Mittelwert [min] aller Schwerpunkte gebildet und durch das Zeitintervall (meist 5 min) dividiert. Das Ergebnis entspricht ganzzahlig gerundet der Nummer des sogenannten Schwerpunktintervalls (beispielsweise Intervall 4).
-
Je identifiziertes Niederschlagsereignis werden die Werte im Maximalabschnitt auf das Schwerpunktintervall zentriert. Beispielsweise umfasse ein Maximalabschnitt der Dauerstufe 30 min die Intervalle 3 bis 8. Bei gegebenem Schwerpunktintervall 4 werden dann die Niederschlagshöhen im Maximalabschnitt so angeordnet, dass Intervall 4 den Maximalwert besitzt.
-
Je Niederschlagsereignis werden die Niederschlagshöhen durch die Niederschlagssumme des Maximalabschnittes geteilt. Dadurch ergeben sich normierte Niederschlagsereignisse. Alle Maximalabschnitte sind auf 1 mm/D[min] Niederschlagsintensität normiert. Dabei ist D[min] die Dauer der Dauerstufe, beispielsweise 30 min.
-
Je Zeitintervall der jeweiligen Dauerstufe werden die Intensitäten aller normierten Regenereignisse aufsteigend sortiert. Je Zeitintervall wird der mittlere Rang aller Intensitäten, der sogenannte Medianwert, bestimmt.
-
Je Dauerstufe werden die Medianwerte zu einer Intensitätskurve aneinander gereiht. Somit sind die normierten Modellregen statistisch ermittelt.
-
Je Dauerstufe wird für den normierten Modellregen die Summe der Niederschlagsintensitäten des Maximalabschnitts gebildet. Die gewählte Sollhöhe wird durch diese Summe dividiert. Damit ergibt sich ein Faktor von meist rund 1,0.
-
Je Dauerstufe wird die Intensitätskurve des normierten Modellregens mit dem zugehörigen Faktor multipliziert. Damit ist die Modellregengruppe fertiggestellt. Die Niederschlagssumme entspricht dann für den Maximalabschnitt jedes Modellregens genau der zugehörigen gewählten Sollhöhe.
Serienregen
|
Zugehöriges Symbol |
Theoretische Grundlagen
Die Beispieldaten Stuttgart sowie die Grundlagen zu Dauerstufe und Maximalabschnitt des Serienregens werden in den theoretischen Grundlagen der Modellregengruppen beschrieben.
Als Konfigurationseinstellung wurde nur der Mindestabstand gewählt:
Mindestabstand ... (UNDP) |
240 min |
Über die Formel gemäß DWA A 118:
N = 2,71 · M / T n
mit:
N - Je Dauerstufe zu berücksichtigende Regenereignisse
M - Zeitraum der kontinuierlichen Regenreihe, also 30 Jahre
T n - Wiederkehrzeit des Regenereignisses in Jahren
ergibt sich für T n = 5 Jahre der Wert N = 16. Die Berechnung über <Konfiguration_Serienregen_Stuttgart.xls> führt dann zu folgenden Schwellenwerten:
Dauerstufe |
Schwellenwert |
min |
mm |
15 |
13,27 |
30 |
15,28 |
60 |
17,15 |
120 |
23,38 |
240 |
33,02 |
360 |
37,57 |
Dabei sind die Dauerstufe und der Schwellenwert wie folgt definiert:
Dauerstufen
Gemäß DWA A 118 sind für Serienregen 6 Dauerstufen empfohlen.
Die erforderliche Zahl der Dauerstufen hängt von der Größe des Einzugsgebietes ab. Für das Beispiel Stuttgart wurde ein Serienregen mit sechs Dauerstufen gewählt. Die zugehörige Tabelle befindet sich weiter unten.
Maximalabschnitt
Im Vergleich mit den Modellregengruppen gibt es für die Ermittlung des Maximalabschnitts folgende Besonderheiten:
-
Es gibt keine Besetzung im Maximalabschnitt. Das heißt, dass für jede Fensterposition wird die summarische Niederschlagshöhe berechnet.
-
Für Niederschlagsereignisse mit einer Dauer < Dauerstufe gilt die summarische Niederschlagshöhe als Niederschlagssumme des Maximalabschnitts.
Folgende Skizze zeigt die möglichen Positionen des Fensters für die Dauerstufe D = 10 Minuten in einem Niederschlagsereignis mit einem Intervall von 5 Minuten und einer Dauer von 35 Minuten. Es ergibt sich ein Maximalabschnitt von 1,7 mm:
Position |
5 min |
10 min |
15 min |
20 min |
25 min |
30 min |
35 min |
Ergebnis |
Bemerkung |
1 |
0,5 mm |
0,1 mm |
-- |
0,8 mm |
0,9 mm |
-- |
1,8 mm |
0,6 mm |
|
2 |
0,5 mm |
0,1 mm |
-- |
0,8 mm |
0,9 mm |
-- |
1,8 mm |
0,1 mm |
|
3 |
0,5 mm |
0,1 mm |
-- |
0,8 mm |
0,9 mm |
-- |
1,8 mm |
0,8 mm |
|
4 |
0,5 mm |
0,1 mm |
-- |
0,8 mm |
0,9 mm |
-- |
1,8 mm |
1,7 mm |
|
5 |
0,5 mm |
0,1 mm |
-- |
0,8 mm |
0,9 mm |
-- |
1,8 mm |
0,9 mm |
|
6 |
0,5 mm |
0,1 mm |
-- |
0,8 mm |
0,9 mm |
-- |
1,8 mm |
1,8 mm |
Maximalabschnitt. |
Schwellenwert
Der Schwellenwert [mm] entspricht von der Definition her der Grenzhöhe des Modellregens einer Dauerstufe.
Modell
Über das Modell wird die Konfiguration der statistischen Auswertung der Niederschlagsmassendaten festgelegt:
● |
Dauer der Niederschlagsserie |
Die Dauer der Niederschlagsserie muss gemäß DWA A 118 einen Zeitraum von mindestens 20 Jahren umfassen. Für das Beispiel wurden 30 Jahre gewählt. |
● |
Wiederkehrzeit |
Die Wiederkehrzeit [a] entspricht dem Kehrwert der Häufigkeit [1/a]. Für das Beispiel wurde ein Wert von 5 Jahren gewählt. |
● |
Regenereignisse pro Dauerstufe |
Die Anzahl der Regenereignisse je Dauerstufe der Niederschlagsserie ergibt sich gemäß DWA A 118 gerundet über die Formel: 2,71 ∙ Dauer / Wiederkehrzeit. Für das Beispiel ergeben sich: |
Daraus ergibt sich für das Beispiel das folgende, vom Rainmanager automatisch ermittelte Modell:
Dauerstufe |
Schwellenwert |
min |
mm |
15 |
13,27 |
30 |
15,28 |
60 |
17,15 |
120 |
23,38 |
240 |
33,02 |
360 |
37,57 |
Impressum der Dokumentation |
Stand: |
15.01.2020 |
Verantwortlich: |
Jörg Martin |
Copyright: |
Barthauer Software GmbH |
Erreichbarkeit: |
Homepage: www.barthauer.de |