Vergleich der Ansätze, Fehlerquantifizierung und Empfehlung für die Praxis
Zielsetzung:
In jedem Arbeitsschritt (A - G) wurden Ansätze unterschiedlicher Komplexität vorgesetllt und verglichen. Nun soll der Mehrwert des Ansatzes "Innovation" über die gesamte Modellkette beschrieben, dominierenden Fehlerquellen identifiziert und daraus Empfehlungen abgeleitet werden. Zentral ist dabei die Unterscheidung zwischen Inputfehlern (εINPUT), Systemfehlern (εSYSTEM) und Outputfehlern (εOUTPUT).
Synthese:
Die folgende Tabelle fasst pro Arbeitsschritt die Kernverbesserung zusammen.
Niederschlag als dominante Fehlerquelle: Der Niederschlagsinput hat den grössten Einfluss auf die Modellgüte. Das zeigt sich am deutlichsten bei räumlich Variablen Ereignissen (z.B. EV08), wenn die "1Station" eine NSE = 0.51 und "Innovation" eine NSE = 0.77 bei identischer Kanalnetzmodellierung liefert. Der gesamte NSE-Gewinn von 0.26 resultiert allein aus dem verbesserten Niederschlagsinput! Bei räumlich gleichförmigen Ereignissen (z.B. EV02) schrumpft dieser Unterschied, was bestätigt, dass die bis dato nicht abgebildedte räumliche Niederschlagsvariabilität die zentrale Fehlerquelle ist.
Systematische Modellfehler: Der verbesserte Niederschlagsinput deckt Schwächen bei der hydraulischen Modellierung auf, die bei schlechterem Input nicht sichtbar waren. Das zeigt sich konkret darin, dass die Innovation bei der Niederschlags-Kreuzvalidierung nahezu bias-frei ist (PBIAS < 6%), im Output nach der hydraulischen Berachnung aber teils höhere PBIAS-Werte aufweist als die einfacheren Ansätze. Diese Verschiebung der Fehlerzentralität entsteht hauptsächlich durch eine stark vereinfachte Modellierung. Pauschale Anfangsverlust, konstante Systemparameter, getroffene Annahmen, Steuerungsregeln, Funktionen von Sonderbauwerken etc. sowie Modellierungsgrundlagen die nicht dem aktuellen Zustand entsprechen bilden die reale Dynamik nur grob ab.
Empfehlung für Anwender:
Die Wahl des Ansatzes hängt von der verfügbaren Datenlage, der Modellierungskapazität und dem Anwendungszweck ab. Es empfiehlt sich folgende Priorisierung:
- Niederschlag (grösster Einzeleffekt): Bereits die Nutzung von frei verfügbaren Radardaten (MeteoSchweiz «Precip») bringt eine räumliche Differenzierung. Die Zusammenführung der Radardaten mit den Bodenstationen ist im weiteren empfehlenswert.
- Trockenwetterauswertung (korrigiert die Basislinie): Aktuelle Wasserverbrauchsdaten und eine datenbasierte TW-Ganglinie statt Pauschalwerte. Erfordert Zugang zu den Abflussganglinien am ARA-Zulauf und den Wasserzählerdaten, beide sind bei den Betreibern vorhanden.
- ET & Versickerung (berücksichtigt saisonale Effekte): Relevant für Sommerereignisse und Wasserbilanzbetrachtungen. Bei reiner Dimensionierung für Starkregenereignisse ist der Mehrwert geringer, da bei hohen Intensitäten die Verluste anteilsmässig klein werden.
- Haltungsflächen und Befestigungsgrad (verbessert die räumliche Zuordnung): Lohnt sich vor allem dann, wenn bestehende Modelle bekannte Schwächen bei der Flächenzuordnung haben oder eine Überarbeitung des GEP ansteht. Die IR-Luftbilder sind als OGD frei verfügbar, das DGM (SwissAlti3D) über SwissTopo.
Übertragbarkeit: Die Methodik ist nicht auf das Pilotgebiet beschränkt. Alle verwendeten öffentlichen Datenquellen sind schweizweit verfügbar. Die gebietsspezifischen Daten (Kanalnetzplan, Wasserverbrauchsdaten, Abflussganglinien) liegen bei den jeweiligen Betreibern vor. Die entwickelte Modellkette ist modular aufgebaut – einzelne Arbeitsschritte können unabhängig voneinander auf den Innovationsansatz umgestellt werden. Python-Codes werden auf Nachfrage zur Verfügung gestellet.
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