Entwicklung eines instationären Berechnungsansatzes für Regenhöhen zur Anwendung in der wasserwirtschaftlichen Bemessungspraxis

Für die Bewirtschaftung des Wasserdargebots in Form der Wasserversorgung und -entsorgung aber auch für den Hochwasserschutz auf kommunaler Ebene sind verschiedene wasserwirtschaftliche Bauwerke notwendig. Eine wichtige Planungskenngröße für die Bemessung und den Betrieb solcher Bauwerke sind unter anderem Starkregenangaben. Diese Angaben werden auf Basis von beobachteten oder modellierten Niederschlagszeitreihen erstellt. Mittels Extremwertverteilungsfunktionen werden Quantilwerte berechnet, die weiterführend für die Festlegung von Bemessungswerten verwendet werden können.
Die klassischen und derzeit angewendeten Verfahren der Extremwertstatistik setzen stationäre Zeitreihen voraus. Dem stehen prognostizierte, klimatische Veränderungen und die bereits beobachtete Zunahme von Starkregenereignissen gegenüber, sodass die stationären Verfahren unter Umständen nicht mehr ohne Weiteres anwendbar sind. Mittels erweiterter statistischer Verfahren können die auch als Instationaritäten bezeichneten, langzeitlichen oder auch abrupten Änderungen in Zeitreihen entsprechend berücksichtigt und modelliert werden.
In der vorliegenden Dissertation wird ein instationärer, extremwertstatistischer Ansatz zur Berechnung von Regenhöhen als Planungskenngröße entwickelt. Es erfolgt eine zeitabhängige Berechnung von Quantilwerten, sodass Instationaritäten in den Beobachtungsdaten berücksichtigt werden können.
Der entwickelte Berechnungsansatz nutzt regionalisierte Klimaprojektionen zur Modellierung zeitabhängiger Parameter der Verallgemeinerten Extremwertverteilung. Diese Parameter werden für jeden Zeitpunkt über alle Dauerstufen hinweg optimiert. Die anschließend berechneten, instationären Quantilwerte werden in Abhängigkeit ausgewählter Perzentile und einer geplanten Bauwerkslebensdauer in eine zeitunabhängige Planungskenngröße überführt.
Der Ansatz wird für 49 Niederschlagsstationen in Nordrhein-Westfalen ausgewertet, wobei eine Detailbetrachtung und -auswertung anhand der Niederschlagsstation Detmold_KA erfolgt. Die Berechnungsergebnisse werden mit Koordinierten Starkniederschlags-Regionalisierungs-Auswertungen (KOSTRA-DWD 2010R) und Starkregenangaben verglichen. Weiterführend wird die Auswirkung der sich verändernden Bemessungsgrößen exemplarisch anhand eines Niederschlags-Abfluss-Modells dargestellt.