Hochwasserstatistik auf der Grundlage saisonal differenzierter Mischverteilungen

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas H. Schumann
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 260442043

Die Ermittlung der Hochwasserwahrscheinlichkeiten auf der Grundlage der Extremwertstatistik für Jahreshöchstabflüsse wurde in Deutschland in den letzten Jahrzehnten durch Regelwerke wie z.B. dem DWA- Merkblatt M-552 weitgehend standardisiert. Allerdings sind die, bereits 1941 von Gumbel betonten Voraussetzungen für die Anwendung der Extremwertstatistik auf die Jahreshöchstwerte (die Stichprobe sei homogen, d.h., jeder einzelne Wert der Stichprobe unterliegt der gleichen Verteilung, und die Ursachen der Ereignisse sind gleich) nicht erfüllt. Die Ursachen der betrachteten Hochwasserereignisse sind komplex und unterschiedlich, so sind z.B. Regen- und Schneeschmelzhochwasser in den Reihen der Jahreshöchstabflüsse durchmischt. Es kann gezeigt werden, dass Winter- und Sommerhochwasser unterschiedliche Häufigkeiten aufweisen, die durch unterschiedliche Verteilungsfunktionen beschrieben werden können. Die jahreszeitlichen Unterschiede in der Hochwassergenese, die sich in der saisonalen Variabilität des Auftretens von Hochwasserereignissen unterschiedlicher Größe zeigt, stellen ein wesentliches Merkmal des Hochwasserregimes eines Einzugsgebietes dar. Mit der Berücksichtigung dieses Merkmals in hochwasserstatistischen Analysen kann deren Unsicherheit reduziert und die Abschätzung extrem seltener Hochwasser verbessert werden. Im Rahmen der geplanten Arbeiten soll die Saisonalität der Hochwasserverhältnisse verschiedener Regionen Deutschlands analysiert und mit Hilfe von Mischverteilungen in der probabilistischen Bewertung extrem großer Ereignisse berücksichtigt werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Verteilungsfunktionen von Hochwasserereignissen unterschiedlicher Genese mit Hilfe von saisonal differenzierten Analysen ermittelt, mit einfachen Indikatoren kategorisiert, mit extremwertstatistischen Ansätzen beschrieben und schließlich zu Verteilungen der Jahreshöchstwerte kombiniert werden können. Hierzu werden verschiedene mathematische Ansätze zur Berechnung saisonal differenzierender Hochwasserstatistiken verglichen. Durch die Betrachtung einer größeren Anzahl von Einzugsgebieten in Bayern, Thüringen und Sachsen wird die Allgemeingültigkeit der neu entwickelten Ansätze zur Generierung von Mischverteilungen nachgewiesen. Mit den geplanten Untersuchungen ist eine wesentliche Verbesserung der Grundlagen hochwasserstatistischer Analysen zu erwarten. Es handelt sich um Grundlagenforschung, deren Ergebnisse breite praktische Anwendungen im nationalen und internationalen Rahmen finden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen