In kleinen Einzugsgebieten (EZG) auf der Mesoskala (Gebietsgrößen von einigen km² bis zu maximal 100 km²) stehen in der Regel keine räumlich hoch aufgelösten Messreihen der hydrometeorologischen Größen zur Verfügung. Die gängigen Messnetze der nationalen Meteorologischen und Hydrometeorologischen Dienste (MHD) erfassen die zur hydrologischen Modellierung erforderlichen Komponenten des Wettergeschehens nur großräumig mit einer groben räumlichen Auflösung. In Bayern beträgt die mittlere räumliche Dichte der automatischen Niederschlagsstationen (Deutscher Wetterdienst und Landesamt für Umwelt) 14,6 km².

Um zuverlässige Modellierungen in kleinen Einzugsgebieten zu ermöglichen, müssen Messungen bzw. Datenaufzeichnungen mit zu diesen Zwecken konstruierten bzw. modifizierten Messeinrichtungen vorgenommen werden. Zur Erfassung der erforderlichen Größen, wird eine geeignete Messeinrichtung mit schon verfügbaren, kostengünstigen Sensoren und Einplatinenrechnern (wie Raspberry PI) zur Steuerung, Speicherung und Fernübertragung der Messdaten entwickelt.

Ziel des geplanten Projektes ist die Entwicklung eines Systems:

• zum kontinuierlichen Erfassen bzw. Aufzeichnen und Übermitteln (incl. Datenfernübertragung) von hydrometeorologischen Größen (Niederschlag, Lufttemperatur, relative Luftfeuchte, Sonnenscheindauer, Windgeschwindigkeit etc.) in kleinen, unbeobachteten Einzugsgebieten;
• zur automatischen Kopplung mit häufig verwendeten hydrologischen Modellen unter Einbeziehung der erfassten Werte in die hydraulische 2D-Modellierung und in die hydrologische Modellierung mit physikalisch basierten Niederschlag-Abflussmodellen (N-A-M) in kleinen Wassereinzugsgebieten (EZG) auf der Meso-Skala;
• zur effizienten Verdichtung der vorhandenen Beobachtungsnetze;
• zur Qualitätsprüfung (interne und externe Konsistenz) der gemessenen Zeitreihen;
• zur Datenassimilation für die inverse Modellierung des prozessbasierten hydrologischen Modells;
• zur Schaffung qualitativ besserer Datengrundlagen durch Datenverdichtung mit Einsatz innovativer Techniken (Einplatinenrechner, Mikroprozessoren, low-cost Sensorik) in kleinen und mittleren Einzugsgebieten;
• zur direkten Verknüpfung mit der Lehre an der TUM; diese Low-cost Messsysteme werden unmittelbar für Lehrzwecke an der TUM eingesetzt.

Das Innnovationspotential des Projektes HYDROMETSENSO besteht nicht nur in der Entwicklung von Lowcost-Netzwerken, sondern auch in der automatischen Kopplung mit häufig verwendeter hydrologischer Software (z. B. WaSiM, LARSIM, MIKE), um Dataassimilation und Real-time-Vorhersagen realitätsnäher zu ermöglichen. Die automatische Kopplung soll in einem Pilotgebiet verwirklicht werden, um mit Hilfe von schon vorliegenden Referenzdaten die entwickelten Instrumente zu validieren und mit ihnen die Kopplung der Prozesskette Messung-Modellanwendung-Vorhersage zu testen.

HYDROMETSENSO ist ein Verbundprojekt zwischen der Technischen Hochschule München TUM und dem Ingenieurbüro für Umweltmanagement und Wasserwesen UWM Dr. techn. habil. Tibor Molnar.

Auftraggeber: Bundesminister für Bildung und Forschung
Projektbeginn: 01.04.2021
Projektende: 31.04.2023   
Projektleitung: Dr. techn. habil. Tibor Molnar; Prof. Dr. Gabriele Chiogna
Projektbearbeitung: Dr.-Ing. Karl Broich