Prediction of Muddy Floods Using High-Resolution Radar Precipitation Forecasts and Physically-Based Erosion Modeling in Agricultural Landscapes
Abstract
:1. Introduction
2. Materials and Methods
2.1. Study Areas
2.2. High-Resolution Radar Precipitation Data and Forecasts
2.2.1. Data Description
2.2.2. Data Preparation and Analysis
2.2.3. Comparison of Radar Precipitation Data and Rain Gauge Data
2.3. High-Resolution Physically-Based Erosion Modeling Using EROSION 3D
2.3.1. Modeling Approach
- bulk density [kg/m3]
- organic carbon [% by weight]
- initial soil moisture [% by volume]
- hydraulic roughness [s/m1/3]
- resistance to erosion [N/m2]
- cover [%], and
- soil texture [% by weight] [39].
2.3.2. Model Parameterization
2.3.3. Derivation of E 3D’s Soil Parameter ‘Cover’ from NDVI
2.4. Qualitative Model Validation by UAV Monitoring
3. Results
3.1. High-Resolution Radar Precipitation Data and Forecasts
3.1.1. Comparison of Radar Precipitation Data and Rain Gauge Data
3.1.2. The Storm Events by Radar Images
3.1.3. The Radar Precipitation Forecasts
3.2. High-Resolution Physically-Based Erosion Modeling Using EROSION 3D
3.2.1. Reconstruction and Qualitative Validation of the Muddy Floods
3.2.2. Forecast of the Muddy Floods
4. Discussion
5. Conclusions
Author Contributions
Funding
Acknowledgments
Conflicts of Interest
Abbreviations
DLM | Digital Landscape Model |
DTM | Digital Terrain Model |
DWD | German term, abbreviated from Deutscher Wetterdienst meaning German Meteorological Service |
E 3D | EROSION 3D Soil Erosion Model |
GIS | Geographic Information Systems |
KOSTRA-DWD-2010R | German term, abbreviated from KOordinierte STarkniederschlagsRegionalisierung und -Auswertung des DWD meaning coordinated regionalization and analysis of heavy precipitation by the DWD |
METVER | German term, abbreviated from METeorologisches VERdunstungsmodell, meaning meteorological evaporation model |
NDVI | Normalized Difference Vegetation Index |
RADKLIM | German term, abbreviated from RADarKLIMatologie, meaning radar climatology |
RADOLAN | German term, abbreviated from RADar-OnLine-ANeichung meaning radar online adjustment |
RADVOR | German term, abbreviated from RADar-NiederschlagsVORhersage, meaning radar precipitation forecast |
SfM | Structure from Motion |
UAV | Unmanned Aerial Vehicle |
USLE | Universal Soil Loss Equation |
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Product | Procedure | Characteristics |
---|---|---|
RZ | RADOLAN | real-time, unadjusted to rain gauges |
RY | RADOLAN | real-time, quality tested, unadjusted to rain gauges |
YW | RADKLIM | reprocessed, quasi-gauge adjusted |
RV | RADVOR | real-time, forecasted, basis: RY, unadjusted to rain gauges |
Intensity | mm/5 min 1 | mm/10 min | mm/hr |
---|---|---|---|
Light | <0.2 | <0.5 | <2.5 |
Moderate | ≥ 0.2–< 0.8 | ≥ 0.5–< 1.7 | ≥ 2.5–< 10.0 |
Heavy | ≥ 0.8–< 4.2 | ≥ 1.7–< 8.3 | ≥10.0–< 50.0 |
Very heavy | ≥4.2 | ≥8.3 | ≥50.0 |
© 2019 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
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