Die auf Hochwasserstudienberichten basierenden Methoden berechnen den QBAR-Wert, während das Flood Estimation Handbook den QMED-Wert als Indexhochwasser verwendet. Die Einleitung zum FSR (A.4.4) deutet auf einen Zusammenhang zwischen QBAR und QMED hin, wobei
QBAR=1.07*QMED.
QMED wird im FEH mit einer Wiederkehrperiode von 2 Jahren oder als "Hochwasser, das durchschnittlich jedes zweite Jahr überschritten wird" (FEH, Band 3, 2.1) beschrieben. QMED wird auch als "mittleres jährliches Hochwasser" und QBAR als "durchschnittliches jährliches Hochwasser" definiert.
Der andere offensichtliche Unterschied besteht darin, dass der FEH-Ansatz auf DTM-basierten Einzugsgebiet-Merkmalen beruht. FEH, Band 3, 13.9.2, enthält einen detaillierteren Vergleich der beiden Ansätze.
Zur relativen Leistungsfähigkeit der beiden Methoden wird im FEH festgestellt:
"Aufgrund der vielen Unterschiede ist ein direkter Vergleich der beiden Gleichungen nicht wirklich möglich. Ein qualitativer Vergleich der Modelleignung und des Gesamtfehlers deutet darauf hin, dass die beiden Modelle ein weitgehend ähnliches Leistungsniveau aufweisen."
Die obigen Aussagen beziehen sich auf die ursprüngliche 6-Variablen-Gleichung im FSR. Seit der Veröffentlichung im Jahr 1975 wurde diese in Bezug auf kleine Einzugsgebiete und die Verstädterung bearbeitet. In FSSR 6 (1978) wurden Schwierigkeiten bei der Anwendung der 6 Variablen auf kleine Standorte festgestellt, und es wurde eine neue Gleichung für Standorte von weniger als 20 km² vorgeschlagen. In FSSR 5 wurde die Möglichkeit bereitgestellt, QBAR-Informationen auf verstädterte Einzugsgebiete auszudehnen, und dies wurde nachfolgend in FSSR 16 ergänzt. Diese ergänzenden Berichte wurden in die dritte Auflage des FSR aufgenommen, die im März 1993 veröffentlicht wurde.
Der IH-Bericht 124 (1994) baute auf diesen und anderen Publikationen auf und befasste sich insbesondere mit den Problemen kleiner, relativ durchlässiger, trockenerer und teilweise verstädterter Einzugsgebiete. Es wurde eine 3-Variablen-Gleichung entwickelt, die FSSR 6 ähnelte, aber auf mehr Daten basierte.
Es gibt kein direktes Äquivalent für kleine Einzugsgebiete im FEH. Darin heißt es: "Die Gleichung mit Einzugsgebietdeskriptoren ist ein stark verallgemeinertes Modell, das im gesamten Vereinigten Königreich anwendbar ist". Das FEH warnt davor, dass der QMED-Wert in durchlässigen Einzugsgebieten schlecht abgeschätzt werden kann (FEH, Band 3, 13.7.4).
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Genauigkeit der verallgemeinerten FEH-Gleichung im Großen und Ganzen der verallgemeinerten FSR-Gleichung entspricht und IH 124 ein neueres, spezialisiertes Modell ist, das versucht, die speziellen Probleme kleiner Tiefland-Einzugsgebiete zu lösen. Alle diese Methoden können mit Messdaten verbessert werden.
Das FEH-Handbuch empfiehlt, Wachstumskurven und damit die Wachstumsfaktoren, die mit einer Wiederkehrperiode verbunden sind, aus vermessenen Einzugsgebieten abzuleiten. Wurde das Einzugsgebiet nicht vermessen oder sind die Messdaten begrenzt, wird die Wachstumskurve aus einer Pool-Gruppe abgeleitet. "Einzugsgebiete werden nach ihrer wahrgenommenen hydrologischen Ähnlichkeit und nicht nach ihrer geografischen Lage gruppiert."
Beim FSR-Ansatz wurden die Einzugsgebiete in 10 geografische Standorte in Großbritannien gruppiert. Dies ermöglichte die Veröffentlichung von Tabellen, um schnell und einfach Wachstumskurven abzuleiten. Es werden allerdings Einzugsgebiete unterschiedlicher Größe und mit unterschiedlichen Böden, jedoch mit ähnlicher durchschnittlicher jährlicher Niederschlagsmenge gruppiert. Außerdem führt dies zu relativ großen Gruppen, was die Genauigkeit verringert.
Der FEH-Ansatz ist grundlegend anders. Hydrologisch ähnliche Einzugsgebiete, die über das ganze Land verstreut sein können, müssen identifiziert werden. Es ist jedoch erforderlich, in jedem Fall eine Basisanalyse durchzuführen, die genauer, aber auch sehr arbeitsintensiv ist (FEH, Band 3, 16.7.4.). Hierbei können durchlässige Einzugsgebiete als Sonderfall einbezogen werden (FEH, Band 3, Kapitel 19).
Das FEH-Modell kann auch unverhältnismäßig arbeitsintensiv sein, wenn eine Schätzung des Volumenstroms an einem kleinen Standort nur erforderlich ist, um den angemessenen zulässigen Abfluss aus einem vorgeschlagenen Erschließungsprojekt anzugeben. Andere Faktoren, wie die Kapazität des stromabwärts liegenden Entwässerungssystems können bei der Bestimmung des zulässigen Abflusses eine größere Rolle spielen.
Die typische Variation der Wachstumsfaktoren kann anhand der im FSR publizierten und in CIRIA-Buch 14 (1994) für die Verwendung beim Entwurf von Hochwasser-Speicherreservoiren reproduzierten Tabellen untersucht werden. Die größte Variation für einen Niederschlag mit 100-jähriger Wiederkehrperiode besteht zwischen Region 10 ((2.08*QBAR) und Region 5 (3.56*QBAR)). Bei der Zusammenlegung der Daten für ganz Großbritannien betrug der Wachstumsfaktor für eine Wiederkehrperiode von 100 Jahren 2.61 (FSR, Band 1, Tabelle 2.38).
Wenn eine vollständige Studie auf Grundlage von Messdaten erforderlich ist, ist es dennoch nützlich, dass ein Ingenieur die Größenordnung des Anstiegs kennt, bevor er mit der Basisanalyse beginnt, deren Komplexität für Anfänger eine große Fehleranfälligkeit darstellt.
Bei der Berechnung eines zulässigen Abflusses für einen kleinen Standort könnte eine konservative Schätzung unter Verwendung der FSR-Methode vorgenommen werden (siehe umseitig stehende Fehler und Sicherheitsfaktoren). Wenn sich eine solche Schätzung bei einem großen Standort oder in einem für Hochwasser anfälligen Einzugsgebiet als kostspielig oder ungeeignet erweisen sollte, könnte der vollständige FEH-Ansatz angewendet werden (siehe auch Schnellspeicherschätzung in der Quellensteuerung).
Der Ingenieur muss FEH, Band 3, zu Rate ziehen, um die detaillierte Methodik der Auswahl von Pool-Gruppen und der Entwicklung von Wachstumskurven für den FEH-Ansatz zu erfahren. Die Publikation ist auch wegen ihrer praktischen Ratschläge und mit ihrem Hintergrundwissen zu den möglichen Stolperfallen statistischer Methoden eine unverzichtbare Lektüre.
Die Methode und die Tabellen der FSR-Wachstumskurve sind in der Software enthalten. CIRIA-Buch 14 wird aufgrund der eindeutigen Schritt-für-Schritt-Bestimmung von Wachstumskurven anhand der neuesten FSR-Methoden empfohlen.
Sowohl der FSR (Band 1, 2.6.8) als auch das FEH (Band 3, 17.5) versuchen, Standardfehler für die Bestimmung der Wachstumskurve zu quantifizieren. In beiden Publikationen wird nahegelegt, dass eine direkte Ableitung nicht möglich sei, es werden aber die folgenden Angaben bereitgestellt. FSR-Wachstumsfaktoren haben eine Standardabweichung von ca. 14 %, 27 %, 32 % und 50 % für eine Wiederkehrperiode von 10, 50, 100 bzw. 1000 Jahren, ausgedrückt als Prozentsatz der regionalen Wachstumskurven-Ordinate. Das FEH leitet eine Näherung aus der PUM-Analyse ab, die faktorielle Standardfehler von mehr als 1.15 bzw. 1.23 für Wiederkehrperioden von 20 bzw. 50 Jahren ergibt. Beide Methoden werden in den FEH-Dokumenten unter Verwendung anderer Genauigkeitsmessungen verglichen, und die FEH-Methode erwies sich als homogener, mit niedrigeren gepoolten Unsicherheitsmessungen (PUMs, FEH, Band 3, 16.7.4).
Es ist jedoch zu beachten, dass bei der Bestimmung von QBAR und QMED allein anhand der Einzugsgebiet-Merkmale eine größere Fehleranfälligkeit besteht. Der faktorielle Standardfehler für die FSR-Methode beträgt 1.46 (6-Variablen-Gleichung, ein Fehler für IH 124 ist nicht angegeben) und für die FEH-Methode 1.55 (FEH, Band 3, 13.9.2). Wenn die Verteilung normal ist, bedeutet dies, dass 68 % der Standorte einen tatsächlichen QMED-Wert in folgenden Bereich aufweisen:
QMED tatsächlich > QMED geschätzt/1.55 und QMED tatsächlich < 1.55 * QMED geschätzt.
Wenn eine Wiederkehrperiode von 50 Jahren erforderlich ist, sollte der faktorielle Standardfehler sowohl für das Indexhochwasser als auch für die Wachstumskurve kombiniert werden.
Wenn die Bestimmung eines zulässigen Abflusses an einem kleinen Standort kritisch wäre, könnte ein Sicherheitsfaktor in angemessener Weise unter Verwendung der FSR-Methode eingesetzt werden. Die Prüfung der oben genannten Standardfehler würde einen Sicherheitsfaktor von 1.5 für eine Wiederkehrperiode von 2 Jahren ergeben, der sich bei einer Wiederkehrperiode von 100 Jahren auf den Faktor 2 erhöhen würde. Für den Teil des Fehlers, der mit der Wachstumskurve und damit mit dem Sicherheitsfaktor assoziiert wird, könnte ein linearer Anstieg mit ln T zulässig sein, wie in FSR, Band 1, 2.6.8, beschrieben.
Sicherheitsfaktor für Wiederkehrperiode T
SFT = (ln t – ln 2) * (SF100-SF2) / (ln 100 – ln 2) + SF2
Dies entspräche einem Konfidenzintervall von 68 % (FEH, Band 3, 12.5). Bei etwa 84 % (68 % + 32 %/2) der Standorte kann jedoch davon ausgegangen werden, dass der Abfluss größer ist als der Hochwasservolumenstrom, nachdem der Sicherheitsfaktor angewendet wurde. Wenn das Ziel darin besteht, einen Fluss-Einzugsgebiet mit Dutzenden dieser Strukturen zu schützen, kann man sehen, dass die Fälle von Unterschätzung (84 %) die wenigen Fälle von Überschätzung (16 %) bei weitem überwiegen und eine allgemeine Verbesserung erreicht wird.
Wären am betreffenden Standort oder an hydrologisch ähnlichen Standorten Messdatensätze verfügbar, so könnte ein geringerer Sicherheitsfaktor gerechtfertigt sein. Die obige Methode ermöglicht eine vernünftige erste Schätzung.
Während die Standardfehler der oben genannten Methoden groß sind (fse-Werte von bis zu 2), schwankt die Abweichung des angegebenen zulässigen Abflusses im ganzen Land zwischen 1 und 80 l/s/ha (ein Faktor von 80!!). In diesem Zusammenhang können die oben genannten Methoden als Quantenverbesserung empfohlen werden.
Die im Interim Code of Practice for SUDS vom Juli 2004 vorgeschlagene Methode berücksichtigt die oben genannten Kriterien und schlägt einen Ansatz vor, der auf der Fläche des betreffenden Standorts basiert. Bei größeren Standorten wird die neueste und komplexeste Methode (FEH) vorgeschlagen, während IH 124 mit den FSR-basierten Wachstumskurven für Standorte mit weniger als 200 ha bzw. über 200 ha, wenn die FEH-Methode nicht angewendet werden kann, akzeptabel ist.
Ergebnis für <50 ha IH 124 und 50 ha anteilig
50 - 200 ha IH 124
>200 ha FEH, Einheiten-Ganglinien, IH 124
Wenn der Standort weniger als 50 ha beträgt, wird das Ergebnis 50 ha für den Abfluss berechnet und ein anteiliger Abfluss linear interpoliert. Wenn beispielsweise 20 l/s für 50 ha berechnet werden, dann werden 12 l/s für 30 ha verwendet.
Wenn die ersten 5 mm des Niederschlags vom Standort aufgenommen werden oder es ein Nettoausgleichsvolumen für den Abfluss vor und nach der Erschließung gibt, die auf einem 6-stündigen 100-Jahres-Niederschlag basiert (in der Regel durch Versickerung erreicht), dann sind die folgenden Abflüsse akzeptabel:
Die Abflüsse, die auf dem unerschlossenen Einzugsgebiet für Wiederkehrperioden von 1, 30 und 100 Jahren basieren, sind bei der Analyse für das erschlossene Einzugsgebiet für die gleichen Wiederkehrperioden zulässig.
Können die oben genannten Aufnahme- oder Nettoausgleichskriterien nicht erfüllt werden, so sind die Abflüsse für 30 und 100 Jahre aus dem erschlossenen Standort auf ein Maximum des mittleren jährlichen Hochwasservolumenstroms aus dem nicht erschlossenen Standort zu begrenzen. Darüber hinaus darf wie oben der Abfluss für eine Wiederkehrperiode von 1 Jahr ohne Erschließung nicht vom Abfluss für 1 Jahr für den erschlossenen Standort überschritten werden.
Die Straßenbaubehörde empfiehlt weiterhin den Einsatz von ADAS für die kleineren Standorte.
<=40ha ADAS
> 40ha IH 124
Entwurfswiederkehrperiode von 75 Jahren für die Tragfähigkeit von Gräben usw., um die Überflutung von Schnellstraßen aus angrenzenden unbebauten Gebieten zu verhindern
Diese Methoden zur Abschätzung von Hochwasserspitzen wurden aus gängigen Dokumenten reproduziert. Schätzungen, die allein auf den Merkmalen des Einzugsgebiets basieren, können jedoch mit erheblichen Fehlern behaftet sein (siehe oben). Sie sollten, wo immer möglich, mit Messdaten, ähnlichen Standorten und Kanalkapazitätsmerkmalen abgeglichen werden. Pumpaufzeichnungen, sofern vorhanden, können ebenfalls nützliche Daten für die Kalibrierung liefern. Der IH-Bericht 124 und Band 3 des FEH liefern wesentliche Hintergründe zur Anwendung der Methoden.
Die Benutzer werden auf eine Reihe von Zitaten aufmerksam gemacht:
"Die Hochwasserschätzung ist bei kleineren Einzugsgebieten von Natur aus schwieriger als bei größeren.….; Fehler, die nicht erkannt werden, haben einen proportional größeren Einfluss auf die endgültige Schätzung." IH 124
"Die besten Hochwasserschätzungen kombinieren die effektive Nutzung von Hochwasserdaten und Software mit einem hohen Maß an hydrologischer und statistischer Beurteilung, verstärkt durch ein detailliertes Verständnis des Studienziels und des betreffenden Einzugsgebiets – eine ziemliche Herausforderung." FEH
"Es wird empfohlen, das Verfahren aus Kapitel 3 (Schätzung des QMED-Werts anhand von Einzugsgebietdeskriptoren) nur bei vorläufigen Bewertungen oder bei kleineren Hochwasserentwurfs-Problematiken anzuwenden." FEH
"Das Ignorieren von Messdaten zum Hochwasservolumenstrom in der Nähe des Standorts wird niemals verziehen..." FEH