Remarkable low flow of River Elbe during #EuroDrought18

N.B.: This is only to shed a light on hydrological conditions at a specific location and a specific day. #EuroDrought18 isn’t over yet for larger regions that were affected up to now. More in-depth analyses need to follow. Additionally, flow in the River Elbe is strongly affected by dams, barrages, locks, etc., located in the Czech part of the catchment, foremost since the 1960’s, where a number of larger dams went into operation. Dams etc. affect the flow regime in both ways; they can sustain the flow by an additional release of water. On the other hand, flow is sometimes retained by technical operations for a certain time, e.g., in order to collect water for a more efficient energy production or to prepare releasing a “wave” to the downstream channel to support navigation, for instance. Therefore, a direct comparison of current conditions to historical extremes (i.e., prior the 1960’s) is not permitted.

Yesterday’s remarkable low flow was caused by a sunk due to the operation of Střekov barrage weir. The barrage was operated to retain water which was later released to improve power generation at Střekov and to support tourist-steamer navigation in and around Dresden on the upcoming weekend. Thus, the current low flow situation in the Elbe clearly is a consequence of #EuroDrought18. However, yesterday’s quite extreme low flow was also influenced by man-made operations.

First of all, here are some impressions of the situation on the evening of yesterday’s August, 23 (all pics taken by myself; feel free to share):

As already mentioned, a comparison with past data should be carried out with caution. Taking data starting from 1965 (data can be downloaded here) and comparing to current data (which can be found here) leads to the conclusion, that yesterday’s mean flow of 73.8 m³/s (mean water level: 43 cm) is the lowest daily mean flow since at least 50 years:

Daily mean flow of Elbe at Dresden from January 01, 1965 to August 23, 2018 (data can be found here and here; note the logarithmic scale of the ordinate axis).

Ripping up the data a bit and comparing it to empirically drawn flow percentiles gives the following image:

Flow climatology for Dresden / Elbe drawn from daily mean flow values from January 01, 1965 to December 31, 2017 and compared to current mean hourly flow values of the years 2017 and 2018 (solid lines). The R-Script used for data analysis and dataviz is courtesy of WSL and can be downloaded here.

The big question is, if the current drought will still last for a while, or not… Seasonal forecasts indicate near-normal conditions for the next months. If they are right, the upcoming rainfall would not fully compensate the current rainfall deficit until the end of the year, though.

ECMW seasonal forecast (Sept-Oct-Nov) of mean precipitation anomaly (source).

Up to now, the present drought seems to be a major event with more severe characteristics than the droughts of 2003 and 2015, at least for parts of Europe. However, this claim needs to be verified by further analyses, which will be carried out by the hydrology community in the future, for sure! In the meantime, feel free to follow the #EuroDrought18 hash tag on Twitter to stay up to date on the topic…

Last not least, here is some visual comparision of the 2015 with the 2018 situation:

Augustus Bridge over River Elbe in Dresden with indicated extreme water levels for selected flood and low flow events (as of August 23, 2018).

#EuroDrought18

Colleague Massimiliano Zappa of WSL proposed via his Twitter channel to connect the scientific community via the hashtag #EuroDrought18 (at least the ones, who are on Twitter):

The proposal faced very broad agreement. The further development of the current drought situation will be interesting since seasonal precipitation forecasts show no fundamental relief of the situation (except parts of Southern Europe):

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Seasonal precipitation anomaly forecast of DWD/MPI/UHH for August to October 2018; (c) DWD, MPI-M and UHH; Source: https://www.dwd.de/DE/leistungen/jahreszeitenvorhersage

Other seasonal forecasting systems point out the same direction; so, there is some evidence that there will be further coverage of #EuroDrought18

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Seasonal precipitation anomaly forecast of ECMWF for August to October 2018; (c) ECMWF; Source: https://www.ecmwf.int/en/forecasts/charts/catalogue/

By now, there has been a lot of interesting coverage going on with Twitter. So please feel free and follow and contribute to #EuroDrought18!

Automatic verification set up for HWFWS

Our intern Ivan Vorobevskii did a great job in crunching Early Warning System output and putting it together with regionally observed flood/warning levels. Typical scores like POD, FAR, AUC are also calculated. The plot below gives an idea on the verification problem, which is kind of fuzzy, rather than really being crisp/dichotomous. We have to put some more effort in the specific verification approach (preferably, thinking the problem a bit from the perspective of warning product users, which typically do some sort of fuzzy decision making, too!)

Forecasts_vs_daily_obs
Some output of the early warning system (forecast mode) vs. daily reference data (specifically for the warning region “Weisse Elster/Bergland”). Mind the increase in production frequency from 8/d to 24/d on June 5, 2018.

Besides the forecasts, the Early Warning System operationally also runs in hindcast mode (driven only with QPE data), delivering some possibility to separate input parameter (i.e., QPF data) uncertainty from model uncertainty, by using hindcast data for verification.

#TdH18 – Resumee Tag 2

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Gewinner Postpreis: Poster von Seibert et al. zu CrowdWater auf dem Tag der Hydrologie 2018

Hier (einigermaßen mit heißer Nadel gestrickt) meine Gedanken zum zweiten Tag es diesjährigen TdHs (natürlich wieder nur subjektiv und ein Ausriss der Gesamtveranstaltung):

  • Das Poster auf Tagungen ist gemeinhin (zumindest in meiner Wahrnehmung) unterschätzt… Viele Gute Poster hier (Inhalt und Gestaltung)! Hoffentlich werden auch die Poster im Nachgang digital bereitgestellt?!
  • Der zweite Tag ist ebenso gut besucht, wie der erste Tag; auch die beiden angebotenen Exkursionen sind meines Wissens ausgebucht.
  • Plattformen/Module/Bausteine/Methoden für ein besseres Hochwasserrisikomanagement (HWRM) sind ein wichtiges Thema. Auch interessant ist die Frage, wo im HWRM sich es überhaupt lohnt, etwas “zu investieren” (siehe Vortrag Prof. Evers). Hier scheint es aber so zu sein, dass man zwar verstanden hat, dass das nur unter Einbeziehung der Nutzer geht, ebendieser Punkt aber erst nach und nach “gelebt” wird.
  • Vieles läuft noch “nebeneinander her” – insofern ist das Motto des diesjährigen TdHs (Messen – Modellieren – Managen) aus meiner Sicht goldrichtig. Eine weitere Vernetzung/Verzahnung von Bausteinen ist immanent wichtig; hierfür sind vor allem stets Standard-Schnittstellen wichtig (typisierte Datenformate, Webservice-Schnittstellen, etc.); eventuell stehen dahingehend hier die hydrologischen Wissenschaften und anverwandten Bereiche (wie Geoinformatik, IT, etc.) noch ziemlich am Anfang.

#TdH18 – Resumee Tag 1

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Impression von der Keynote-Session; v.l.n.r.: Prof. Schütze (TU Dresden), Prof. Disse (TU München), Prof. Feger (TU Dresden), Sachsens Umweltstaatsminister Schmidt, Dr. Müller (LfULG), Prof. Weiler (Uni Freiburg)

Nun ist der erste Tag des 20. Tages der Hydrologie vorbei und ich frage mich, welche Lehren, Erkenntnisse und Einsichten hängen bleiben (sollten). Ich versuche, die aus meiner (subjektiven!) Sicht prominentesten Thesen und Richtungen kurz anzureißen.

Hinweis: da auf der Tagung vier Sessions parallel liefen, kann der Artikel natürlich nur einen Ausriss liefern.

  • Modellierer und Entscheidungsträger müssen (noch) enger zusammenrücken und zukünftig eventuell auch direkt zusammen arbeiten. Das betrifft auch und insbesondere die Frage danach, wer beispielsweise die Risikobewertung vornimmt (bspw. Vorhersageersteller oder -nutzer).
  • Die hydrologischen Wissenschaften orientieren sich aktuell stark in eine sozio- sowie öko-hydrologische Richtung.
  • Dass Unsicherheiten vorhanden sind und diese kommuniziert werden sollten, ist mittlerweile Common Sense. Keinen Common Sense gibt es allerdings dahingehend, wie Unsicherheiten (methodisch) ermittelt werden, wie geeignete Produkte aussehen, um Unsicherheitsaussagen zu transportieren und was Kommunikation in diesem Zusammenhang eigentlich bedeutet (Information vs. Konsultation vs. Partizipation).
  • Die Monetarisierung von hydrologischen Maßnahmen und deren Wirkung (beispielsweise Hochwasservorhersage plus Steuerung einer vorhandenen Retentionsmaßnahme vs. Aufwand für neuen technischen Hochwasserschutz) ist möglicherweise methodisch noch ausbaufähig, kann aber bereits straightforward angewendet werden und dient durchaus, Maßnahmen und -optionen transparent und in Abstimmung mit Stakeholdern darzustellen.
  • Eine tatsächlich prozessorientierte Forschung in der Landschaft (Experimentalgebiete, Hang- und Plotstudien, Lysimeterstudien, etc.) wird (zumindest gefühlt) mehr und mehr zurückgefahren (hier wäre sicher eine Überprüfung dieser These anhand einer Metastudie mehr als interessant).
  • Eine sehr interessante “Ausnahme” bzgl. des vorhergehenden Punkts war der Vortrag von Fabian Ries et al. (AG Prof. Weiler), wo extensive Beregnungsversuche auf der Plot-Skala in ganz Baden-Württemberg (23 Standorte!) vorgestellt wurden. Das Ziel war hier, die kleinskalige Abflussbildungsdynamik bei (extremem) Starkregen besser zu verstehen und zu quantifizieren.
  • Gehört hier im engeren Sinne nicht dazu, ist aber im Kontext eine Erwähnung wert: Vor allem im globalen Maßstab (auch und vor allem in Entwicklungs- und Schwellenländern!) werden hydrologische und meteorologische Messnetze eher dünner als dichter.
  • Messdaten sind wichtig wie eh und je! Sie bringen allerdings die Hauptunsicherheiten in hydrologische Betrachtungen ein. Fernerkundung kann eine zeitlich kontinuierliche Prozessbeobachtung am Punkt nur ergänzen, niemals ersetzen. Konzeption, Pflege, Ausbau und Optimierung der Messnetze ist daher ein Dauerthema. Fernerkundung als neuartige (im Sinne von “ersetzende”) Strategie zur Datenerhebung erscheint als eine Idee, welche nicht umfassend tragen wird.
  • Konkrete Projekte, welche einen spürbaren Impact und direkte Verbesserungen “vor Ort” erzielen, tragen sich gewissermaßen selbst. Es gab einige sehr schöne Beispiele dafür zu bestaunen (Hochwasservorhersage Sihl/Entscheidungsunterstützung Bewirtschaftung Sihl-Speicher, modellunterstützte hochwassersensitive Renaturierung der Escher – um nur zwei zu nennen).

Für ein (auch nur vorübergehendes) Fazit ist es zu diesem Zeitpunkt zu früh. Schauen wir mal, was der morgige zweite Tag der Konferenz bieten und bringen wird.

Abschließend sei unbedingt gesagt, dass die Konferenz über die Erwartungen der Veranstalter hinaus sehr gut besucht wird (aktuell tummeln sich wohl mehr als 400 Teilnehmer hier). Aus meiner Sicht ist das ein dicker Strich unter der Wichtigkeit der hydrologischen Wissenschaften im Angesicht der Herausforderungen des (bereits seit einiger Zeit) angebrochenen neuen Jahrhunderts.

Hochwasser-Frühwarnsystem Sachsen: jetzt online

Das in den vergangenen Jahren am Sächsischen Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG) konzipierte Hochwasserfrühwarnsystem für Sachsen ist nun online verfügbar. Das System prognostiziert die Hochwassergefährdung für 16 Vorhersageregionen im Freistaat für bis zu 24 Stunden im Voraus. Methodisch basiert es auf einem vergleichsweise einfachen Klassifikationsverfahren, welches sich für den Anwendungsfall “Frühwarnung” als durchaus konkurrenzfähig gegenüber teilweise weitaus aufwändigeren Ansätzen erwiesen hat.

Alle Details zum überspannenden Projekt, zu Vorarbeiten, Vergleichsuntersuchungen sowie eine Auswertung der Modellperformance für das erste anderthalbe Jahr des operationellen Betriebes finden sich im Projektendbericht:

Endbericht Hochwasserfrühwarnung für kleine Einzugsgebiete

Eine kompakte Übersicht zum Frühwarnsystem bietet dieser Erklärfilm:

Frühwarninformationen sind derzeit über die Webseite des Landeshochwasserzentrums sowie proaktiv über einen RSS-Feed zu beziehen. Mit letzterer Möglichkeit lassen sich vielfältige nutzerseitige Warnlösungen erstellen (z.B. Benachrichtigungen auf Desktop-Computern oder auf Smartphones). Auch mit webbasierten Diensten wie IFTTT lässt sich mit RSS-Feeds mittlerweile ziemlich viel anstellen (“Drehe das Licht auf Rot, wenn eine Warnung vorliegt”).

Das LfULG setzt derweil seine Aktivitäten zur Verbesserung des Managements von Starkregenereignissen fort, insbesondere als Lead-Partner im EU-Interreg-Projekt RAINMAN. Dabei wird unter anderem ein starker Fokus auf die Einbeziehung von Nutzern von Frühwarnungen gelegt mit dem Ziel, die Risikobewertung vor Ort zu stärken sowie Frühwarnprodukte zukünftig noch mehr maßgeschneidert anbieten zu können.

Tag der Hydrologie: Programm online

#TdH18: Das Programm für den diesjährigen Tag der Hydrologie in Dresden ist online und hier zu finden.