Parameterschätzung für Niederschlags-Abfluss Modelle

In der Hydrologie werden Niederschlags-Abfluss Modelle unter anderem zur Abflussvorhersage und Hochwasserprognose, zum Management von Wasserressourcen und zur Abschätzung der Auswirkungen von Klimaänderungen angewendet. Heutzutage besteht ein Bedarf an räumlich-verteilten Vorhersagen, auch für Gebiete, wo keine Messungen vorliegen. Daher kommen räumlich verteilte hydrologische Modelle vermehrt zum Einsatz. Die Verwendung solcher verteilter Modelle ermöglicht eine realistischere Berücksichtigung der Heterogenität im Niederschlag und in Gebietseigenschaften. Die Abkehr von den (traditionellen) flächenagregierten hin zu den verteilten Modellen erhöht aber signifikant die Komplexität der Parameterschätzung. Die Thematik der Parameterschätzung ist auch eng verwandt mit dem Forschungsgebiet der Vorhersage in unbeobachteten Einzugsgebieten, in denen keine Abflussdaten zur Kalibrierung von Modellparametern zur Verfügung stehen. Das übergeordnete Thema dieses Forschungsantrags ist die Schätzung von räumlich-verteilten Parametern in beobachteten als auch unbeobachteten Einzugsgebieten. Das Ziel ist die Reduktion von Unsicherheiten in den Simulationsergebnissen, um die Vorhersagefähigkeit von verteilten Niederschlags-Abfluss Modellen zu verbessern. Fünf Arbeitsschwerpunkte werden verfolgt: [1] Parametrisierung eines bestehenden konzeptionellen Modells für eine verbesserte räumliche Modellierung; [2] Analyse der Auswirkungen der räumlichen Diskretisierung auf die Parameterwerte; [3] A priori-Schätzung von verteilten Modellparametern mit Hilfe von räumlichen Datensätzen; [4] Globale Optimierung von verteilten Parametern; [5] Vorhersage in unbeobachteten Einzugsgebieten. Es wird erwartet, dass der Arbeitsschwerpunkt [2] wichtige Schlussfolgerungen für die Punkte [3] bis [5] ergeben wird. Es ist geplant, eine Kombination von bestehenden Methoden zu testen und, sofern erforderlich, auch neue Methoden zu entwickeln. Die Methoden werden in mehreren (30 oder mehr) österreichischen und amerikanischen Einzugsgebieten angewendet. Die Einzugsgebiete sollen einen weiten Bereich von unterschiedlichen Gebietseigenschaften und klimatologischen Bedingungen repräsentieren, von Tiefland zu alpinen Gebieten, in humiden und semi-ariden Regionen. Die Arbeiten werden an einer in diesem Forschungsgebiet weltweit führenden Institution durchgeführt. Dies ermöglicht die Anwendung und Weiterentwicklung neuester Forschungserkenntnisse im Rahmen eines österreichischen Kontextes. Im Speziellen werden die Forschungsarbeiten die Fähigkeit zur Abflussvorhersage und Hochwasserprognose verbessern, aber auch die Abschätzung von Wasserressourcen und der Auswirkung von Klimaänderungen wird präziser möglich sein.