Public procurement notice: Contract Notice
Published: 2019-07-19
Buyer: Bundesanstalt für Gewässerkunde
Country: DE
Contract type: Services
Procedure: Open procedure
CPV classification: 72260000: Software-related services
Submission deadline: 2019-08-21
Award criteria: The most economic tender

Technical requirements: 1) Erweiterung des HydPy-Frameworks um zusätzliche Prozesse (Speichersteuerung, Schneemassentransport) und zusätzliche Funktionalitäten für die optimierte Kalibrie-rung und Anwendung von Datenassimilations-Methoden mittels OpenDA;
2) Erstellung eines optimierten hydrologischen HBV-Modells in HydPy-H für das Rheingebiet und eines räumlich verteiltes HydPy-L Modell für das Lahn-Gebiet;
3) Kalibrierung des hydrologischen Modells für Teilgebiete im Schweizer Teil des Einzugsgebiets und im Lahn-Gebiet
4) Anwendung von Datenassimilationsmethoden zur Assimilation des beobachteten Abflusses im Lahn-Gebiet;
5) Anwendung von Datenassimilationsmethoden zur Assimilation von beobachteten Seewasserständen in der Schweiz;
6) Anwendung von Datenassimilationsmethoden zur Assimilation des simulierten Schneewasseräquivalents von DWD-Snow4 im Alpenraum;
Da die Steuerung der Schweizer Seen im Alpenraum einen großen Einfluss auf die Vorhersagegüte des Rheins hat, sind die in dem operationellen Vorehrsagemodell des BAFU enthalte-nen Methoden zur Simulation der Speichersysteme in das HydPy-Framework zu integrieren. Darüber hinaus haben Erfahrungen aus Anwendungen mit dem HBV-Modell gezeigt, dass sich in hoch gelegenen Einzugsgebieten kontinuierlich eine Schneedecke aufbauen kann, die auf Grund der kalten Temperaturen in diesen Gebieten auch im Sommer nicht abgebaut wird. Um die Schneemodellierung unter diesem Aspekt zu verbessern, ist das HydPy-Framework um eine Schnee-Transport Komponente analog zu dem Modell LARSIM (LEG 2019) zu erweitern, durch die Schneeverwehungs- und Lawinenprozesse abgebildet werden können.
Zusätzlich ist das Framework um zusätzliche Funktionalitäten zu erweitern, um eine optimierte Anwendung von automatischen Kalibrier- und Daten-Assimilations-Verfahren mit Open-DA, z. B. bei der Handhabung räumlich verteilter Parameter/Zustandsvariablen, Parallelisierung, Änderung Eingangszeitreihen, zu gewährleisten.
Das operationell bei der BfG eingesetzte hydrologische Modell HBV134 ist in das in dem hydrologischen Modellframework HydPy enthaltene Modell HydPy-H zu überführen. Zusätzlich liegt für den Alpenraum das räumlich höher aufgelöstes HBV-Modell HBV-CH des Bundesamt für Umwelt (BAFU) der Schweiz vor, in dem auch die Schweizer Seen abgebildet sind. Dieses Modell ist ebenfalls nach HydPy-H zu überführen und mit dem aktuellen operationellen Modell zu einem gemeinsamen hydrologischen Modell HydPy-H_Rhein179 zusammenzuführen.
Um für eine generelle Übertragung der Methoden für die Vorhersage der BfG zusätzlich Erfahrungen in der Datenassimilation mit räumlich verteilten Zustandsvariablen zu gewinnen, ist für die Lahn das bestehende LARSIM-ME Modell nach HydPy-L zu überführen
Zur Verbesserung der Abflusssimulation in der operationellen Vorhersage der BfG sind die Teileinzugsgebiete im Schweizer Rhein-Einzugsgebiet bis zum Pegel Basel und die Teileinzugsgebiete des Lahn-Gebietes, in dem Datenassimilations-Methoden angewendet werden, mit OpenDA automatisch zu kalibrieren.
Mit den zuvor erstellten hydrologischen Modellen sollen für ausgewählte Gebiete und Anwendungen Methoden zur Datenassimilation mit OpenDA aufgebaut werden, um die Anwendung der Datenassimilationsmethoden exemplarisch zu testen. Bei der Anwendung der Methoden ist eine generelle Übertragbarkeit der Methoden für das gesamte Rheingebiet sicher zu stellen.
1) Für das Lahn-Einzugsgebiet ist für ausgewählte Pegel in dem Gebiet der beobachtete Abfluss mit 2 unterschiedlichen Datenassimilationsverfahren (Partikel Fil-ter, Ensemble Kalman Filter) zu assimilieren, um die Schätzung der Systemzustände des hydrologischen Modells zu verbessern;
2) Für 4 Schweizer Seen sind mit einem geeigneten Verfahren von OpenDA beobachtete See-Wasserstände in das System zu assimilieren, um die Simulation und Vorhersage der Abflüsse aus den Schweizer Seen, die einen großen Einfluss auf die Vorhersagegüte für die Rhein-Pegel haben, zu verbessern;
3) Für die Gebiete in den Alpen ist das gerasterte Schnee-Produkt DWD-Snow4 in das Modell zu assimilieren, um die Schätzung der Schneezustände im hydrologischen Modell zu verbessern.