Expertensystem: Systemzustände in Wildbacheinzugsgebieten

Das beantragte Forschungsprojekt soll einen Beitrag zur Abschätzung des Ausmaßes von Hochwasserereignissen in Wildbacheinzugsgebieten liefern. Die bisher verwendeten Methoden zur Bestimmung des Ausmaßes von Ereignissen mit festgelegter Wiederkehrdauer (statistische Auswertung von Abflussmessreihen, Verwendung von Schätzformeln) berücksichtigen weder den aktuellen Systemzustand im Einzugsgebiet zu Beginn des Niederschlagsereignisses noch mögliche Veränderungen der klimatischen Rahmenbedingungen. Im Rahmen des beantragten Projekts soll daher ein neuer, bisher kaum beschrittener Weg zur Dimensionierung von Hochwasserereignissen eingeschlagen werden. Es soll der Prototyp eines Expertensystems entwickelt werden, das den zu Beginn eines Niederschlagsereignisses anzutreffenden abflusssteuernden Systemzustand im Einzugsgebiet (z.B. Boden trocken, gesättigt, gefroren, Vegetation mit voller Blattentwicklung, beweidet) bestimmt. Anhand von Regeln der Form "wenn A, dann B" soll der aktuelle Sytemzustand aus den Systemeigenschaften (Geologie, Topographie, Boden- und Vegetationsausstattung), aus Niederschlags- und Temperaturdaten sowie aus Informationen über die Nutzung des Gebiets abgeleitet werden. Die dazu notwendige Klassifizierung der Systemzustände soll mit Hilfe der Fuzzy-Logik-Methodik erfolgen, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass die Systemzustände (z.B. Boden mäßig feucht, feucht, sehr feucht) fließend ineinander übergehen und sich die daraus resultierenden Abflussverhältnisse nicht sprunghaft, sondern kontinuierlich verändern. Die Programmierung des Expertensystem soll mit der Fuzzy Logic Toolbox des Programms MATLAB durchgeführt werden. Die notwendigen raumbezogenen Daten sollen mit Hilfe des Geographischen Informationssystems ArcGIS zur Verfügung gestellt werden. Zur Bestimmung des aus dem Systemzustand des Einzugsgebiets resultierenden Hochwasserabflusses muss das Expertensystem mit einem Abflussmodell gekoppelt werden. Um den Einfluss der Abfluss-modellierung auf das Gesamtergebnis abschätzen zu können und damit Rückschlüsse auf die Qualität des Expertensystems zu erleichtern, sollen vorerst zwei verschiedene Hochwassermodelle (PROMAB, HQsim) eingesetzt werden, die sich beide in mehreren Andwendungen in alpinen Wildbacheinzugsgebieten bewährt haben. Der Prototyp des Expertensystems wird in kleinen Wildbacheinzugsgebieten (< 10 km) mit guter Datenverfügbarkeit getestet. Das projektierte Verfahren soll es ermöglichen, für jede Niederschlagsmenge und -intensität verschiedene Hochwasserszenarien in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Systemzuständen im Einzugsgebiet zu errechnen. Der Experte kann sich somit ein Bild über die im Einzugsgebiet möglichen Hochwasserereignisse machen und zwischen systemabhängigen Bemessungs-grundlagen auswählen.