Merkblatt DWA-M 541 „Statistische Analyse von Niedrigwasserkenngrößen“

Die DWA hat das Merkblatt DWA-M 541 „Statistische Analyse von Niedrigwasserkenngrößen“ veröffentlicht.

Für die Ermittlung von Niedrigwasserkenngrößen und deren statistische Wahrscheinlichkeitsanalyse werden seit mehr als zwei bzw. drei Jahrzehnten die DVWK-Regeln zur Niedrigwasseranalyse 120 (Teil I: Statistische Untersuchung des Niedrigwasserabflusses, 1983) und 121 (Teil II: Statistische Untersuchung der Unterschreitungsdauer und des Abflussdefizits, 1992) herangezogen. Seit dieser Zeit hat sich der Wissensstand im Bereich der Niedrigwasserstatistik weiterentwickelt. Damit ist auch die Notwendigkeit eines breiter angelegten Ansatzes deutlich geworden, sodass nach Prüfung der oben genannten Regeln der Vorschlag zu ihrer Überarbeitung durch die DWA-Arbeitsgruppe HW-3.1 „Niedrigwasser“ aufgenommen wurde.

Niedrigwasser ist ein integraler Bestandteil des Abflussregimes, der einen zeitlich und regional begrenzten Zustand in einem oberirdischen Gewässer beschreibt, bei dem der Wasserstand oder der Abfluss einen bestimmten Schwellenwert erreicht oder unterschreitet. Die Kenntnis der Niedrigwasserverhältnisse in einem Gewässer hat damit große Bedeutung für seine zielgerichtete wasserwirtschaftliche Nutzung und ökologische Bewertung.

Niedrigwasser ist in erster Linie bedingt durch Niederschlagsmangel, kann sich jedoch auch durch den Rückhalt des Niederschlags in der Schneedecke, in Gletschern oder im gefrorenen Untergrund ergeben. Zudem kann es anthropogen durch diverse Bewirtschaftungsmaßnahmen im Gewässer oder dessen Einzugsgebiet verstärkt oder abgeschwächt werden.

In diesem Merkblatt werden zunächst die wichtigsten Kenngrößen für das Niedrigwasser definiert: Niedrigwasserabfluss bzw. -wasserstand, Unterschreitungsdauer, Abflussdefizit sowie aus der Dauerlinie abgeleitete Quantile. Für die Ermittlung der Unterschreitungsdauer und des Abflussdefizits sind Schwellenwerte erforderlich. Sie sollten in Abhängigkeit von der Zielstellung der Untersuchung festgelegt werden.

Es werden sowohl die natürlichen und anthropogenen Einflussgrößen auf das Niedrigwasser diskutiert, als auch die genannten Kenngrößen und deren Ableitung aus der Ganglinie vorgestellt. Darauf aufbauend entwickeln sich inhaltlich die Kernthemen des Merkblatts: (1) Wahrscheinlichkeitsanalyse von Niedrigwasserabflüssen und (2) Wahrscheinlichkeitsanalyse von Unterschreitungsdauern und Abflussdefiziten. Mithilfe eines Verfahrensablaufs und anhand von Beispielen wird dem Leser jeweils schrittweise das methodische Vorgehen vermittelt – von der Festlegung der Kenngröße bis hin zur Ermittlung ihrer Quantile und deren Konfidenzgrenzen. Beide Verfahren setzen Stationarität der zugrundeliegenden Serien voraus, sodass im dritten Kernthema des Merkblatts (instationäre Wahrscheinlichkeitsanalyse) diskutiert wird, welche Möglichkeiten bestehen, um mit signifikanten Instationaritäten im Rahmen der Wahrscheinlichkeitsanalyse umzugehen. Auch die dazu präsentierten Methoden sind mit Beispielen für ein besseres Leseverständnis untersetzt.

Änderungen

Gegenüber den DVWK-Regeln zur Wasserwirtschaft Nr. 120 und 121 wurden folgende Änderungen vorgenommen:

1. Verstärkte Auseinandersetzung mit der Aufbereitung, Prüfung und Plausibilisierung der Daten
2. Erweiterung um die Analyse von Dauerlinien und daraus abgeleiteten Quantilen
3. Erweiterung der Auswahl der für die Wahrscheinlichkeitsanalyse nutzbaren theoretischen Verteilungsfunktionen und Parameterschätzverfahren
4. Ablösung des indirekten Verfahrens zur statistischen Analyse von Niedrigwasserdauern und Abflussdefiziten durch ein direktes Verfahren
5. Aufnahme der instationären Wahrscheinlichkeitsanalyse
6. Kurzdarstellung unterschiedlicher Statistikprogramme für die wasserwirtschaftliche Praxis.

Das Merkblatt wurde von der DWA-Arbeitsgruppe HW-3.1 „Niedrigwasser“ im Auftrag des DWA-Hauptausschusses „Hydrologie und Wasserbewirtschaftung“ im Fachausschuss HW-3 „Wasserbewirtschaftung“ erarbeitet. Es richtet sich an Wasser- und Umweltbehörden, Fachplaner und Studierende und bietet eine Hilfestellung für die Ableitung von Niedrigwasserkenngrößen.

Merkblatt DWA-M 541 „Statistische Analyse von Niedrigwasserkenngrößen“, Juli 2022, 111 Seiten, ISBN 978-3-96862-221-7, Ladenpreis: 109 Euro, fördernde DWA-Mitglieder: 87,20 Euro

Herausgeberin und Vertrieb

DWA-Bundesgeschäftsstelle, Theodor-Heuss-Allee 17, 53773 Hennef; Tel. 0 22 42/872-333, Fax 0 22 42/872-100, E-Mail: info@dwa.de, DWA-Shop: www.dwa.de/shop