Bewertung der Eignung synthetischer NiedSim3 Niederschlagszeitreihen für Kanalnetzsimulationen unter Berücksichtigung der natürlichen Variabilität des Niederschlags

233-247

Artikel aus einer Zeitschrift

200204448

Niederschlagssimulation, Urbanhydrologie, Schmutzfrachtsimulation, synthetische Niederschlagszeitreihen
Für die Planung und Dimensionierung von Entwässerungssystemen in urbanen Gebieten werden langjährige Niederschlagzeitreihen in hoher zeitlicher Auflösung benötigt. In Deutschland sind entsprechende gemessene Zeitreihen nicht flächendeckend, sondern nur an wenigen Orten verfügbar. Mit dem Niederschlagssimulator NiedSim lassen sich langjährige Zeitreihen in fünfminütiger Auflösung stochastisch generieren. Hierzu werden zunächst statistische Niederschlagsparameter auf ein 1 km x 1 km Raster räumlich interpoliert. Anschließend kann mit den interpolierten Parametern für einen beliebigen Rasterpunkt eine Niederschlagszeitreihe simuliert werden.
Im vorliegenden Artikel wird die neueste Version NiedSim3 vorgestellt, die in den Bundesländern Baden-Württemberg, Bayern, Hessen und Rheinland-Pfalz durch die jeweiligen Behörden vertrieben und in der Ingenieurspraxis eingesetzt wird. Die synthetischen Zeitreihen werden sowohl durch einen Vergleich mit Statistiken gemessener Zeitreihen als auch mit Hilfe einer Schmutzfrachtsimulation eines fiktiven Kanalnetzes validiert. Die Ergebnisse der synthetischen Reihen in der Schmutzfrachtsimulation werden den Ergebnissen von gemessenen Zeitreihen gegenübergestellt. Hierbei wird die Stichprobenunsicherheit der gemessenen Zeitreihen über ein Bootstrap-Verfahren berücksichtigt. Es zeigt sich, dass die synthetischen Niederschlagszeitreihen in der Validierung vergleichbare Ergebnisse liefern wie gemessene Zeitreihen, wenn die räumlich interpolierten Parameter mit den örtlichen Statistiken übereinstimmen. Bei Anwendung einer Kreuzvalidierung können jedoch in orographisch sehr heterogenen Gebieten systematische Abweichungen in den Statistiken und bei der Schmutzfrachtsimulation auftreten.
Long-term precipitation time series in a high temporal resolution are required for the design of urban drainage systems. However, such measured time series are only available at a few places in Germany. The stochastic rainfall simulator NiedSim can generate long time precipitation time series in a temporal resolution of five minutes to compensate for the lack of high resolution time series. At first, statistical parameters are spatially interpolated on a 1 km x 1 km grid. Then, a precipitation time series can be generated for any desired grid point with the interpolated parameters. This article presents the latest version NiedSim3 which is used in engineering practice in the federal
states of Baden-Württemberg, Bavaria, Hesse and Rhineland-Palatinate and is distributed by the public authorities. The synthetic time series are validated with statistics of observed time series as well as with combined sewer simulations of an artificial sewer system. The results of the synthetic time series of the combined sewer simulation is compared with the results of measured time series. The sampling uncertainty of the measured time series is considered using a bootstrap approach. The validation shows that the synthetic time series lead to results that are comparable to those of the observed time series if the spatially interpolated statistical parameters are similar to
those of the observations. However, applying a cross validation can lead to systematic deviations in the statistics and in combined sewer simulations of regions with a very heterogeneous orography.
Keywords: Precipitation simulation, urban hydrology, combined sewer simulation, synthetic precipitation time series