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WAVOS-Einsatzgebiete

Das Wasserstandsvorhersagesystem WAVOS dient sowohl zur Niedrig-/Mittelwasservorhersage als auch zur Hochwasservorhersage und wird in mehreren Flussgebieten operationell eingesetzt.

Deutschland-Karte mit Vorhersagezentralen, die WAVOS verwendenVorhersagesystem "WAVOS" in verschiedenen Vorhersagezentralen

WAVOS Rhein (Niedrig-/Mittelwasservorhersage)

Mit Hilfe von WAVOS Rhein erstellt die BfG operationell die Niedrig- und Mittelwasservorhersagen für die Bundeswasserstraße Rhein. Die Vorhersage erfolgt werktäglich für die sieben Rheinpegel Oestrich, Kaub, Koblenz, Köln, Düsseldorf, Ruhrort und Emmerich. Fällt der Wasserstand am Pegel Ruhrort unter die Marke von 4 Metern, wird die Vorhersage auch an Wochenenden und Feiertagen berechnet. Die Veröffentlichung erfolgt über das Elektronische Wasserstraßen-Informationssystem ELWIS und wird der Schifffahrt direkt via nautischem Informationsfunk übermittelt.

Vorhersagen für Niedrig- und Mittelwasser auf ELWIS

Seit September 2008 ist der Vorhersagezeitraum für sämtliche Pegel von 2 auf 4 Tage ausgedehnt, um in erster Linie der Schifffahrt eine wirtschaftlichere Nutzung der vom Wasserstand abhängigen Ladekapazitäten zu ermöglichen. Zusätzlich leistet dies einen Beitrag zur weiteren Erhöhung der Verkehrssicherheit.

Gewässernetz, Vorhersagepegel und Übersichtskarte Niedrig- und Mittelwasservorhersage für die Bundeswasserstraße RheinNiedrig- und Mittelwasservorhersage für die Bundeswasserstraße Rhein (zum Vergößern klicken)

Das Vorhersagesystem

Für das Rheingebiet verwenden wir eine speziell an die Anforderungen und die verfügbaren Daten angepasste Version des Vorhersagesystems WAVOS. Herzstück des Systems ist ein eindimensionales hydrodynamisches Modell, das die Wasserbewegung im Rhein unterhalb von Karlsruhe und in den Nebenflüssen Main und Mosel berechnet.

Die zweite wichtige Komponente des Vorhersagesystems ist ein Niederschlag-Abfluss-Modell, mit dessen Hilfe das gesamte Rheineinzugsgebiet bis zur deutsch-niederländischen Grenze (ca. 160.000 km²) abgebildet ist. Dieses flächenhafte Modell berechnet die Zuflüsse zum Rhein als Reaktion auf bereits gefallenen sowie vorhergesagten Regen bzw. schmelzenden Schnee. Das Modell berücksichtigt eine Vielzahl von Teilprozessen – wie z.B. die Infiltration und die Verdunstung – und weitere Einflussfaktoren – wie z.B. Landschaftsform, Landnutzung (bebaute Gebiete, Wald, Wiesen,…), Bodenfeuchte und Bodenarten. Durch den kontinuierlichen Betrieb ist das Niederschlag-Abfluss-Modell in der Lage, das Wettergeschehen vorangegangener Tage (hydrologische Vorgeschichte) in die Berechnung der aktuellen Situation einzubeziehen.

Die Eingangsdaten

Die Menge der kontinuierlich zu sammelnden Eingangsdaten für ein Vorhersagesystem dieser Größenordnung ist umfangreich. Neben den Wasserstands- bzw. Abflusswerten von 47 Pegeln fließen derzeit online stündliche Messdaten von über 600 Wetterstationen im in- und ausländischen Einzugsgebiet des Rheins sowie die Wettervorhersagen des Deutschen Wetterdienstes in die Berechnungen ein.

Das System führt den Import, die Konvertierung und Archivierung der Daten vollständig automatisiert, d.h. ohne Bedienung durch den Menschen durch. Außerdem unterstützt WAVOS das hydrologische Fachpersonal bei der Plausibilisierung der Eingangsdaten sowie der berechneten Vorhersagen.

WAVOS Rhein (Hochwasservorhersage)

Die Erstellung der Hochwasservorhersagen für den freifließenden Rhein zwischen Worms und der deutsch-niederländischen Grenze erfolgt – wie für die Niedrig-/Mittelwasservorhersage – auf Basis des Vorhersagesystems WAVOS. Die BfG hat, in Kooperation mit den zuständigen Bundesländern, das Vorhersagesystem an einige hochwasserspezifische Besonderheiten des Rheins angepasst. So berücksichtigt das System bei der Berechnung der Vorhersagen z.B. die Wirkung der Hochwasserrückhaltemaßnahmen. Die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes und das Land Rheinland-Pfalz betreiben gemeinsam das Hochwassermeldezentrum (HMZ) Rhein, angesiedelt bei der Wasser- und Schifffahrtsdirektion Südwest in Mainz.

Das HMZ Rhein nimmt seine Arbeit auf, sobald an ausgewählten Pegeln die festgelegte Hochwassermeldehöhe überschritten wird. Je nach hydrologischer Situation sind es bis zu 15 Pegel entlang des Rheins, für die das HMZ mehrmals täglich Hochwasserberichte und Wasserstandsvorhersagen für die nächsten 24 Stunden sowie Hochwassertendenzen bis zu 48 Stunden veröffentlicht.

Gewässernetz, Vorhersagepegel und Übersichtskarte Karte der Vorhersagepegel RheinDas Hochwassermeldezentrum Rhein erstellt Vorhersagen für 15 Vorhersagepegel (zum Vergößern klicken)

Im Hochwasserfall erfolgt keine Veröffentlichung von Wasserstandsvorhersagen über das Elektronische Wasserstraßen-Informationssystem ELWIS, sondern nur auf den Webseiten der zuständigen Hochwasserzentralen:

Hochwassermeldezentrum Rhein

Hochwasser-Vorhersage-Zentrale Baden-Württemberg

Auf den Seiten des Elektronischen Wasserstraßen-Informationssystems ELWIS finden Sie im Hochwasserfall

WAVOS Main

Mit Hilfe von WAVOS Main erstellt die Hochwasservorhersagezentrale (HVZ) Main Wasserstandsvorhersagen für den Main unterhalb von Trunstadt. Die Vorhersage wird im Routinebetrieb einmal werktäglich berechnet. Im Hochwasserfall werden je nach Bedarf mehrmals täglich Vorhersagen für die betroffenen Pegel erstellt.

Hochwassernachrichtendienst Bayern

Gewässernetz und Vorhersagepegel Karte der Vorhersagepegel MainKarte der Vorhersagepegel am Main und Nebenflüssen (zum Vergößern klicken)

WAVOS Elbe

Bei Niedrig- und Mittelwasser berechnet das Wasser- und Schifffahrtsamt Magdeburg werktäglich mit WAVOS Elbe die Wasserstandsvorhersage und veröffentlicht diese unter anderem in ELWIS, dem Elektronischen Wasserstraßen-Informationssystem des Bundes.

Vorhersagen für Niedrig- und Mittelwasser auf ELWIS

Bei Hochwasser erfolgt die Berechnung der Vorhersage mit Hilfe von WAVOS Elbe in den jeweiligen Landesbehörden, welche auch für die Veröffentlichung zuständig sind. Für den sächsischen Teil der Elbe ist dies das Landeshochwasserzentrum (LHWZ) des Freistaates Sachsen, für die restliche Strecke bis Geesthacht die Hochwasservorhersagezentrale (HVZ) Elbe des Landesbetriebes für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-Anhalt.

Landeshochwasserzentrum Sachsen

Hochwasservorhersagezentrale (HVZ) Elbe des Landesbetriebes für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-Anhalt

Gewässernetz und Vorhersagepegel Vorhersagepegel an der ElbeKarte der Vorhersagepegel an der Elbe (zum Vergößern klicken)

Vorhersagesystem

Um Vorhersagen für die Elbe von Schöna bis Geesthacht zu ermöglichen, hat die BfG für das Vorhersagesystem ein eindimensionales hydrodynamisches Modell für die Elbestrecke zwischen Ústí n.L. und Zollenspieker aufgebaut. Die Modellierung der Saale ab Naumburg und der Havel unterhalb Rathenow sind weitere Bestandteile des Vorhersagesystems. Um die Rückstaueffekte in den Mündungsbereichen abbilden zu können, wurde zusätzlich die Mulde ab Golzern im Modell integriert. Insgesamt ergibt sich somit eine Modellstrecke von über 1000 km.

Datengrundlage

Datengrundlage des neuen Modells ist ein hochaufgelöstes Digitales Geländemodell des Wasserlaufes zwischen den Deichen, welches in Zusammenarbeit von Bund und Ländern entstand. Es umfasst die Abschnitte der Elbe von der Deutsch-Tschechischen Grenze bis zum Wehr Geesthacht, der Saale unterhalb von Calbe, der Havel unterhalb von Rathenow und die Havelpolder.

Geschichte

An der Elbe wurde bereits seit Mitte der 80er Jahre das Zentralmodell Elbe und ab 1995 das von der BfG entwickelte Nachfolgemodell ELBA zur täglichen Wasserstandsvorhersage betrieben. Bereits vor dem Elbe-Hochwasser vom August 2002 liefen die ersten Planungen zur Erstellung von WAVOS Elbe. Im Gegensatz zu seinem Vorgänger ELBA kann WAVOS aufgrund der Verwendung des eindimensionalen hydrodynamischen Modells Rückstaueffekte, Polderflutungen und Deichbrüche bei der Berechnung der Vorhersage berücksichtigen. Am 28.11.2002 wurde eine Arbeitsgruppe ins Leben gerufen, die sich aus Vertretern der sieben an die Elbe angrenzenden Bundesländer (Sachsen, Sachsen-Anhalt, Brandenburg, Niedersachsen, Mecklenburg-Vorpommern, Schleswig-Holstein und Hamburg), der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung und der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) zusammensetzt. Aufgabe dieser Arbeitsgruppe war die Begleitung des Aufbaus des hydrodynamischen Modells und eines neuen Vorhersagesystems. Das Ergebnis, WAVOS Elbe, wurde seit Januar 2007 sukzessive in den einzelnen Vorhersagezentralen der Elbe eingeführt.

WAVOS Donau

Mit Hilfe von WAVOS Donau erstellt die BfG Niedrig- und Mittelwasservorhersagen für die vier Pegel Pfelling, Deggendorf, Hofkirchen und Vilshofen entlang der frei fließenden Donaustrecke Straubing-Vilshofen. Die Vorhersage erfolgt werktäglich und wird u. a. im Elektronischen Wasserstraßen-Informationssystem ELWIS veröffentlicht. Werden bestimmte Grenzwerte unterschritten (Pfelling: 409 cm; Hofkirchen: 309 cm), erfolgt die Vorhersage auch an Wochenenden und Feiertagen.

Die BfG hat das Vorhersagemodell für die Donau weiterentwickelt. Seit dem 1. März 2012 können für die beiden Pegel Hofkirchen und Vilshofen erweiterte Vorhersage-/Abschätzungszeiträume bereitgestellt werden. Vor der Weiterentwicklung wurde für die vier Vorhersagepegel jeweils ein Tag Vorhersage und ein weiterer Tag als Abschätzung veröffentlicht.

WAVOS Donau: Vorhersage- und Abschätzungszeiträume seit 1.3.2012
PegelVorhersageAbschätzung
Pfelling1 Tag1 Tag
Deggendorf1 Tag1 Tag
Hofkirchen1 Tag2 Tage
Vilshofen2 Tage2 Tage

Vorhersagen für Niedrig- und Mittelwasser auf ELWIS

Steigen die Wasserstände über die Meldehöhen, wird die Vorhersage von der Hochwasservorhersagezentrale (HVZ) Donau des Hochwassernachrichtendienstes in Bayern berechnet und veröffentlicht. Im Hochwasserfall erstellt die HVZ je nach Bedarf mehrmals täglich Vorhersagen für die betroffenen Pegel.

Hochwassernachrichtendienst Bayern

Gewässernetz und Vorhersagepegel Karte der Vorhersagepegel DonauKarte der Vorhersagepegel an der Donau (zum Vergößern klicken)

Modellaufbau

Das aktuelle Vorhersagemodell der Donau besteht aus zwei Komponenten. Während der rund 170 km lange Abschnitt zwischen Neu-Ulm und Kehlheim über einen statistischen Ansatz (Künstliches Neuronales Netz) abgebildet wird, kommt für die rund 200 km lange Bundeswasserstraße Donau (Kehlheim bis Staustufe Jochenstein) ein eindimensionales hydrodynamisches Modell zum Einsatz. Beide Modellkomponenten benötigen neben aktuellen Messwerten Zuflussvorhersagen für die Nebenflüsse, welche der Hochwassernachrichtendienst Bayerns der BfG operationell zur Verfügung stellt.

WAVOS Oder

Mit Hilfe von WAVOS Oder erstellt das Hochwassermeldezentrum Frankfurt (Oder) des LUGV (Landesamt für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz von Brandenburg) Wasserstandsvorhersagen für die Grenzoder zwischen Ratzdorf und Gartz sowie für die Hohensaaten-Friedrichsthaler-Wasserstraße. Die Vorhersage wird im Routinebetrieb einmal werktäglich berechnet und u. a. im Elektronischen Wasserstraßen-Informationssystem ELWIS veröffentlicht.

Vorhersagen für Niedrig- und Mittelwasser auf ELWIS

Im Hochwasserfall werden je nach Bedarf mehrmals täglich Vorhersagen erstellt und vom Hochwassermeldezentrum Frankfurt (Oder) veröffentlicht.

LandesUmwelt / VerbraucherInformationssystem Brandenburg (LUIS-BB)

Gewässernetz und Vorhersagepegel Karte der Vorhersagepegel OderKarte der Vorhersagepegel an der Oder (zum Vergrößern klicken)

Modellaufbau

Der Modellbereich des eindimensionalen hydrodynamischen Models wurde größer gewählt als der Vorhersagebereich, um so Randeinflüsse zu verkleinern und längere Vorhersagezeiten zu ermöglichen. Er umfasst folgende Bereiche:

  • die Oder von Połęcko bis zum Oderhaff einschließlich der Stromspaltung in West- und Ostoder
  • die Lausitzer Neiße unterhalb von Guben
  • die Warthe unterhalb von Gorzów
  • die Hohensaaten-Friedrichsthaler-Wasserstraße unterhalb des Wehrs Hohensaaten.

Im unteren Grenzoderbereich befinden sich zwischen Hohensaaten-Friedrichsthaler-Wasserstraße und Oder drei Flutpolder mit einer Gesamtfläche von rund 4700 ha. Diese sind während der Wintermonate und während größerer Hochwasser überflutet. Da sowohl Polderzu- als auch -ausflüsse eine große Bedeutung für das Abflussgeschehen der Oder haben, können diese im Modell berücksichtigt werden. Zudem ist es möglich, eine Deichöffnung bzw. einen Deichbruch zu simulieren, um so die Auswirkungen auf den Ablauf der Hochwasserwelle untersuchen zu können.

Datengrundlage

Datengrundlage des Modells ist ein hochaufgelöstes Digitales Geländemodell (DGM-W) des Wasserlaufes. Dieses DGM-W, dessen Gitterweite 1,25 m beträgt, basiert im trockenen Bereich (Vorlandflächen) auf Laserscandaten einer Befliegung und im nassen Bereich auf Peilungen des WSA Eberswalde. Es umfasst den durchflusswirksamen Bereich auf deutschem und polnischem Territorium zwischen den Deichen.

Geschichte

Im Juli/August des Jahres 1997 kam es an der Oder zu einem Hochwasser, das zu extremen Schäden führte. Dieses Hochwasser war der Anlass für das Landesamt für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz von Brandenburg, die Bundesanstalt für Gewässerkunde mit der Erstellung eines Wasserstandsvorhersagemodells (WVM) für die Grenzoder im Bereich zwischen den Pegeln Ratzdorf und Gartz zu beauftragen. Das WVM Grenzoder entspricht dem Wasserstandsvorhersagesystem WAVOS.

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