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Full text: 15: Wasserstandsvorhersage mittels neuronaler Netze

Differenzen werden häufig als Stau bezeichnet [Hansen 64]. Die mehrmals tägliche Vorhersa 
ge des Staus obliegt dem Aufgabenbereich des Wasserstandsvorhersagedienstes des BSH. 
Eine umfangreiche Sammlung meteorologischer Daten ermöglichte es, die maßgeblichen 
meteorologischen Größen zu ermitteln, die den Stau ortsabhängig bewirken [Annutsch 93]. 
Mit Hilfe multiregressiver Analyse und verschiedener Ansätze (u.a. Potenzreihen) wurde die 
Anzahl der relevanten Größen und die Reihenfolge ihrer Bedeutung herausgefunden [An 
nutsch 93, pers. Komm.]. 
Die einflußreichste Größe ist der Wind (Richtung und Stärke). Erste Untersuchungen über 
den Einfluß des Windes auf Zeit und Höhe von Hoch- und Niedrigwasser wurden u.a. bereits 
von Borgen (1843 bis 1909) und Rauschelbach durchgeführt (1888 bis 1978) [Annutsch 93]. 
Unter gleichen Windbedingungen ist aufgrund der unterschiedlichen Wassertiefe der Stau zur 
Zeit des Niedrigwassers größer (durch den Einfluß der Bodenreibung) als der zur Zeit des 
Hochwassers [Annutsch 77]. Der vom Wind erzeugte positive oder negative Stau ist etwa 
dem Quadrat der Windgeschwindigkeit proportional, wobei der Einfluß der Windrichtung in 
den Proportionalitätsfaktor eingeht. Ein Beispiel: Unter der Annahme gleichbleibender 
Windrichtung beträgt bei Windstärke 5 Bf (= 8 bis 11 m/s) die theoretische Schwankungs 
breite des Staus nur 0.2 m, bei Windstärke 10 Bf (= 25 bis 28 m/s) aber bereits 1.3 m 
(Tab.2.1). Auch die Länge der Windbahn (fetch) und die Wirkdauer des Windes tragen zur 
Stauentwicklung bei. 
Bf (Beaufort) 
0 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
11 
12 
m/sec 
0 - 0,2 
0,3 - 1,5 
1,6 - 3,3 
3.4 - 5,4 
5.5 - 7,9 
8,0 - 10,7 
10.8 - 13,8 
13.9 - 17,1 
17,2 - 20,7 
20,8 - 24.4 
24.5 - 28,4 
28.5 - 32,6 
32,7 und mehr 
kn (Knoten) 
unter 1 
1 - 3 
4 - 6 
7 - 10 
11-16 
17 - 21 
22 - 27 
28-33 
34 - 40 
41 - 47 
48 - 55 
56 - 63 
64 und mehr 
Tab.2.1: Windstärken der Beaufort-Skala und entsprechende Windgeschwindigkeiten in m/s und kn. 
Die Abhängigkeit von der Windrichtung ist besonders kritisch beim Übergang von auf- zu 
ablandigen Winden (für Cuxhaven: 200° ~ SSW) (Abb.2.4). Ein verhältnismäßig geringes 
Abweichen der aktuellen Windrichtung nach der einen oder anderen Seite kann einen Vor 
zeichenwechsel des Staus bedingen. Bei höheren Windgeschwindigkeiten können hieraus 
beträchtliche Stauabweichungen resultieren. Ablandige Winde haben bei gleicher Windstärke 
dem Betrage nach geringere Wirkung als auflandige Winde ungefähr entgegengesetzter 
Richtung. Außerdem sind die stauwirksamsten Richtungen für auf- und ablandige Winde nur 
näherungsweise entgegengesetzt gerichtet. Bei gleicher Windstärke sind die stauwirksamste 
Windrichtung und der Staubetrag von Ort zu Ort verschieden. Abb.2.5 zeigt die Beziehung
	        
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