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Publikation Comparing Q347 development and regionalization using recent data in two Swiss cantons(09.11.2024) Dups, Yanick; Lebrenz, HenningIn Switzerland, low flows are characterized by the discharge level corresponding to a 95% exceedance probability on a ten-year average flow duration curve, referred to as Q347. This threshold not only has significant implications for planning but also requires authorities to adjust the operation of relevant infrastructure to mitigate ecological impacts on watercourses. The value of Q347 can be determined from a flow duration curve if a discharge time series of at least ten years is available. However, for smaller catchments such time series are typically unavailable, necessitating the regionalization of Q347 values. In Switzerland, multiple linear regression has been established to estimate the area-specific discharge q347 for ungauged basins. The primary objective of this study was to regionalize Q347 values for small, ungauged catchments (383 in the Canton of Solothurn and 9'034 in the Canton of Zürich) each with an area of less than 100 km². Daily discharge, precipitation, and temperature time series were collected for a 30-year study period from 1990 to 2020 from 56 gauged catchments in Solothurn, and similarly for a ten-year study period from 2013 to 2023 in Zürich, focusing on catchments smaller than 500 km² surrounding the target areas. A total of 30 “static” parameters delineating geometry, topography, geology, land use, and drainage along with nine “climatic” parameters describing temperatures, precipitation distributions, and potential evapotranspiration were defined and computed to characterize both gauged and ungauged catchments. The temporal variability of low flow events was then analysed for observed catchments in the two study areas. Over the past 30 years, the frequency of low flow events below the threshold has systematically increased, while the ten-year Q347 values for these catchments have decreased during the same period. Three multiple linear regression methods were developed and implemented to be coupled with two adjustment techniques supplementing truncated discharge time series. Validation of the proposed models showed reduced errors and increased linear correlations between estimated and observed values compared to standard models. Notably, a spatially more homogeneous yet catchment-specific distribution of estimated values is observable. The proposed models yielded promising results, particularly when time series remain unadjusted, or adjustment is done using the Antecedent Precipitation Index (API) combined with the flow duration curve of a donor basin (Ridolfi et al., 2020). Using recent data for parameter selection and model fitting, especially in the Zürich study area (2013-2022), often resulted in lower Q347 values compared to standard models, reflecting an adaptation to current climatic trends.06 - PräsentationPublikation Analysis of the resolution of precipitation data required to obtain robust results from a hydrodynamic sewer network model(19.04.2024) Rabiei, Ehsan; Hoppe, Holger; Lebrenz, HenningThe need for precipitation data for calibrating hydrodynamic sewer network models is often compromised by using the nearest available rain gauges to study area. Due to the scarcity and irregular locations of the rain gauges, this way of satisfying the need for precipitation data can lead to incorrect conclusions with respect to the temporal and spatial patterns of precipitation, depending on the location of the rain gauges in the study area. Recent developments in the field of precipitation measurement by means of weather radar data open up new possibilities for the use of such data sources in hydrodynamic sewer network models. Even though weather radar provides precipitation information with a high temporal and spatial resolution, the raw radar data contains several sources of error and is inaccurate. The radar data are therefore often corrected and merged with ground measurements. The main objective of this study is to investigate the resolution of precipitation data required to obtain robust results in a hydrodynamic channel network model. The study area is a small catchment close to Munich in Bavaria, Germany. Data from the Isen weather radar station of the German Weather Service (DWD), which is located around 33 km from the study area, was used. Following the objectives of this study, various weather radar data products were processed in order to be used as input for a hydrodynamic sewer network model. The data with a temporal resolution of 5 minutes to 1h and a spatial resolution of 250 m x 250 m up to 1.000 m x 1.000 m form the basis for creation of datasets to be investigated. It has been observed that the use of high-resolution precipitation data leads to better model results, especially when the data is merged with rain gauges. However, it should be noted that the quality of the model results does not decrease linearly when the resolution of the precipitation data is reduced.06 - PräsentationPublikation Physikalische Modellierung des Geschiebetransports für «WieseVital»(Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband, 03/2024) Venuleo, Sara; Unrau, Silas; Guido Derungs; Lebrenz, HenningDas Revitalisierungsprojekt «WieseVital» (BS) sieht den Einbau einer grobkörnigen Schutzschicht über die gesamte Gewässersohle sowie punktuell eingebrachtes, feinkörniges Laichsubstrat vor. Um die Interaktion der beiden Kornfraktionen, insbesondere den Einfluss der Feinsedimente auf die grobkörnige Schutzschicht zu beurteilen, wurde an der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) ein physikalisches Wasserbaumodell im Massstab 1:20 nachgebaut. Unter Beachtung von Skalierungseffekten und den abgeleiteten Rand- und Übertragungsbedingungen, konnten wertvolle Grundlagen und Hinweise für den Bau und den Betrieb des geplanten Flussabschnitts gewonnen werden. Das eingebrachte feinkörnige Laichsubstrat verteilt und vermischt sich bis zur Vermischungstiefe, die durch «kinetische Siebung» (z. B. beim HQ100) deutlich erhöht werden kann. Im Allgemeinen erleichtern die Feinsedimente den Bewegungsbeginn der grobkörnigen Schutzschicht, ohne allerdings ihre Stabilität zu gefährden. Ergänzend können erhöhte Kolkbildungen an geplanten ökologischen Einbauten durch lokale Sohlsicherungsmassnahmen begrenzt werden. Im späteren Betrieb kann das Modell von Wilcock & Crowe für die Abschätzung der gesamten Geschiebefracht angewendet werden, falls die raumzeitliche Verteilung der notwendigen Gewässersohleneigenschaften bekannt ist.01B - Beitrag in Magazin oder ZeitungPublikation Machbarkeit von smarten Drainagen in bindigen Böden(Springer, 12/2022) Venuleo, Sara; Lebrenz, Henning; Staufer, PhilippSmarte Drainagen, die temporär Wasser zurückhalten, können eine weitere Möglichkeit zur Anpassung an den Klimawandel sein. Sie reduzieren u. a. die Spitzen von Hochwasser und können bei ausbleibenden Niederschlägen zur Linderung der Trockenheit beitragen. Mithilfe von physikalischen Modellversuchen wurden Grenzen und aber auch die grundsätzliche Machbarkeit für Geländesituationen aufgezeigt, die in der Nordwestschweiz und Südbaden typisch sind.01A - Beitrag in wissenschaftlicher ZeitschriftPublikation Neue Abschätzungsmodelle zur Bestimmung des Q347(Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband, 2023) Dups, Yanick; Santolamazza, Daniela Pavia; Staufer, Philipp; Lebrenz, HenningNiedrigwasserperioden können mit dem Q347 (5-Prozent-Quantil) beschrieben werden. Die Unterschreitung dieses Schwellenwertes hat Auswirkungen auf die Planung und den Betrieb relevanter Infrastruktur, auch um die ökologischen Auswirkungen in den Fliessgewässern zu reduzieren. In dieser Studie werden für die gletscherfreien Einzugsgebiete des Untersuchungsgebiets um den Kanton Solothurn die zeitliche Variabilität der Unterschreitungsereignisse analysiert und neue Abschätzungsmodelle des Q347-Wertes für unbeobachtete Einzugsgebiete vorgestellt. In den letzten 30 Jahren ist ein vermehrtes Auftreten der Unterschreitungstage, bzw. eine systematische Abnahme der Q347-Werte aufgrund von Klimawandel, zu beobachten. Auch ist die Eintrittswahrscheinlichkeit der Niedrigwasserperioden mit zunehmender Er-eignisdauer für spätere Sommermonate am höchsten. Des Weiteren schlagen wir neue Regressionsmethoden zur Ab-schätzung des Q347 für unbeobachtete Einzugsgebiete vor. Wir vergleichen drei Verfahren zur Auswahl von geeigneten Parametern und evaluieren drei Regressionsmodelle in Kombination mit zwei Anpassungsmethoden zur Ergänzung verkürzter Zeitreihen des gemessenen Abflusses. Die Validierung ergibt, dass die vorgeschlagenen Modelle kleinere Fehler und grössere, lineare Zusammenhänge zwischen Schätz-und beobachtetem Wert erzeugen als die Vergleichs-modelle. Die Anwendung auf die «Einzugsgebietsgliederung Schweiz» zeigt eine räumlich homogenere, aber EZG-spezifische Verteilung des Q347. Diese sollte als Beitrag zur Bewältigung der zukünftigen Herausforderungen in der Was-serwirtschaft angesehen werden.01B - Beitrag in Magazin oder ZeitungPublikation Estimation of the Variogram Using Kendall's Tau for a Robust Geostatistical Interpolation(14.01.2017) Lebrenz, Henning; Bárdossy, AndrásThe estimation of an appropriate variogram is a crucial step toward the description of spatial dependence, the geostatistical interpolation of environmental variables, and the subsequent hydrological engineering. The classical variogram in the literature ideally necessitates a normal distribution of the variable and is not robust against outliers within the data. These presumptions are hardly given under empirical conditions and, therefore, a new estimation method is proposed for the variogram. The new method is based on the description of spatial dependence by the robust rank coefficient τ and generalizes the method from the Gaussian to the general case of empirical distributions. The conversion of the robust estimate using a Monte-Carlo simulation and subsequent quantile-quantile transformation with the empirical marginal distribution performs the generalization. Monthly precipitation data from South Africa serve as the variable and were artificially contaminated with outliers. The effects on the variogram and subsequent geostatistical interpolation were investigated for the proposed, classical, and four existing robust variogram models in this comparative study. The investigation revealed that the proposed variogram describes a distinct spatial dependence structure under empirical conditions, which is robust against outliers. The cross validation of the linear estimator demonstrates that the proposed variogram tends to improve the bias and spread of the resulting error distribution, and hence the quality of the geostatistical interpolation.01A - Beitrag in wissenschaftlicher Zeitschrift