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Die Modellierung urbaner Sturzfluten am
Beispiel Mirker Bach
Dr.-Ing. Oliver Buchholz
20. Symposium Flussgebietsmanagement beim Wupperverband
Gebietsforum Wupper der Bezirksregierung Düsseldorf, 21./22.06.2017
22. Juni 2017 www.hydrotec.de 1
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Agenda
Einleitung
Grundlagen und Methoden
Beispiel Mirker Bach
Fazit
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Quelle GDV 2016
Schäden durch Starkregenereignisse
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Trend Klimawandel:Der DWD geht von einer Zunahmevon Starkregenereignissen aus.
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Beispiel Starkregen Können faktisch jede Kommune treffen
Sind schwer vorhersagbar
Führen in Verbindung mit Erosion und
Geschiebe zu großen Schäden
Stellen Gefahr für Leib und Leben dar
Das Bewusstsein für diese Gefahr
steigt, Zunahme der Häufigkeiten
befürchtet
Macht sich bemerkbar in der Vielzahl
der veröffentlichten Merkblätter,
Informationsbroschüren,
Handlungsanleitugnen, etc.
Starkregenereignisse
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Quelle: wz.de
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Beispiel Starkregen Können faktisch jede Kommune treffen
Sind schwer vorhersagbar
Führen in Verbindung mit Erosion und
Geschiebe zu großen Schäden
Stellen Gefahr für Leib und Leben dar
Das Bewusstsein für diese Gefahr
steigt, Zunahme der Häufigkeiten
erwartet
Macht sich bemerkbar in der Vielzahl
der veröffentlichten Merkblätter,
Informationsbroschüren,
Handlungsanleitungen, etc.
Starkregenereignisse
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Quelle: youtube
Quelle: youtube2011
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Sturzflutbetrachtungen: Welche Wege nimmt das Wasser bis zum Gewässer?
Starkregenereignisse
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Quelle: uvo.nrw.de, ÜSG HQ500, HWGK Wupper
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Folgerung:
Kanalisation ist
kapazitiv zu berück-
sichtigen, aber nicht
zwingend gekoppelt
2D/Kanal zu
simulieren.
Maßgebliche
Prozesse sind
Oberflächenabflüsse.
Urbane Sturzfluten jenseits der
Kanalbemessung
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Quelle: LUBW, 2017, Leitfaden Kommunales Starkregenrisikomanagement in Baden-Württemberg
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Modelltechnik im Vergleich
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Niederschlag
NA-Modell
Hydraulik-Modell
GIS
N Bestand
HQx im Gewässer
Überflutungsflächen für Gewässer
HWGK, HWRK
Niederschlag
Abflussbildung
2D-Hydraulik
GIS
N Bestand
N eff
Überflutungsflächen
Starkregengefahrenkarten
fläc
hig
linea
r
fläc
hig
Klassisches RMHochwasser
RisikomanagementSturzflut / Starkregen
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Ermittlung der Einzugsgebiete
Schummerung, Gefälle
Fließwege, Senken-Analyse
Auswertung historischer Ereignisse
(Feuerwehreinsätze)
Analyse der topografischen Gegebenheiten
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Ermittlung Effektivniederschlag /
Berechnung Überstau Kanalnetz
Sturzflutberechnung 2D-Screening-Modell
Identifizierung Hotspots
2D-Feinmodell Gefahren-/Risikokarten
Maßnahmen
2D-Modellierung
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Feinmodell, 1x1 m Raster mit 3D-
Gebäuden
Zur Modelltechnik
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Feinmodell, 1x1 m Raster mit 3D-
Gebäuden
Zur Modelltechnik
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Software:
HYDRO_AS-2D
Max. 3,5 Mio. Knoten pro Modell
3,5 km² bei 1x1 m Raster
350 km² Grobmodell bei 10x10m
Raster
LINUX: bis max. 70 Mio. Knoten
Jede Mischform, auch unstrukturierte
Dreiecksvermaschung möglich
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Anlass: Erstellung HW-Gefahren und
Risikokarten
Gebietscharakteristik
Ae,ges = 8,1 km², Ae,kan = 2,9 km²
41 kanalisierte Teileinzugsgebiete
56 natürliche Teileinzugsgebiete
56% der TEZG besitzen
Versiegelungsgrad > 30%
(48% der EZG-Fläche)
4 Regenrückhaltebecken
Lange verrohrte Gewässerstrecken
HQ100 aus Langzeitsimulation in der
Verrohrung Mirker Bach ~ 25 m³/s
Fazit: Detaillierte Untersuchung und
Modellierung erforderlich
Mirker Bach – Innovatives Pilotprojekt
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Mirker Bach – Innovatives Pilotprojekt
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N-Stationen
NA-Modell
Hydraulik-Gewässer
GIS
N Bestand
HQx im Gewässer
Überflutungsflächen für Gewässer
HWGK, HWRK
N-Radar
Abflussbildung
2D-Hydraulik
GIS
N Bestand
N eff
Überflutungsflächen
Sturzflutgefahrenkarten
fläc
hig
linea
r
linea
r
Klassisches RMHochwasser
RisikomanagementSturzflut / Starkregen
N-KOSTRA
Hydraulik-Verrohrung
Teilprojekt Radar durch: hydro & meteo, Lübeck
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10 Jahre DX-Daten korrigiert und
angeeicht
Pixelstatistik
Vergleich mit Stations- und KOSTRA-N
Radar niedriger
Absenkung N um 10 % für HWGK
Analyse der Zugrichtungen
Ereignischarakterisierung
Erstellung eines Regenkataloges
Fallstudie Extremereignis
Mirker Bach, Radar-N, hydro & meteo
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-
-
hydro & meteo
45 min, 10 a
Extremereignis Morsbachhydro & meteo
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Vergleich der hydrologischen
Längsschnitte in NASIM
HQ100 wg. der kurzen Laufzeit Radar
(10 a) nicht ausgewertet
Mirker Bach, NA-Modellierung
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Mirker Bach, Abgrenzung 2D-Fein – Grobmodell
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Ausschnitt Straßenbrücke BAB 46/
Bahndamm
Mirker Bach, 2D-Feinmodell
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Übergabe Liste mit Einsatzorten zwischen Sommer 2006 und Sommer 2007
Mirker Bach, Abgleich mit Feuerwehreinsätzen
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Simulationsergebnisse ÜSG
HQ100 links, HQ1000 rechts
Abflüsse aus Gewässern und
Überstau der verrohrten
Abschnitte
Mirker Bach, ÜSG
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Belastung des Grobmodells durch Niederschlagsdaten entsprechend der Nasim-
Teilgebiete (Morsbach-Ereignis von hydro&meteo)
Mirker Bach, 2D-Grobmodell
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Sturzflutgefahrenkarte (Pilot)
Simuliert mit Radar-Niederschlag des
Ereignisses am Morsbach vom 6.8.2007
Erarbeitung einer Auswertesystematik
(gebäudescharf)
Kombination von Fließtiefe und
Geschwindigkeit (2D-Output)
Hoher Informationsgehalt
Bürger, Betroffene
Einsatzkräfte
Mirker Bach, Sturzflutgefahrenkarte
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Simulation von Verklausungsszenarien Bsp. Verrohrung Uellendahler Straße
Restrisikobetrachtung / Verklausung
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Mirker Bach innovative Studie
Kombination unterschiedlicher Modelle
und (neuer) Methoden
Vertiefte Radar-N-Betrachtung liefert
wichtige Erkenntnisse für N-
Charakteristik des kleinen
Einzugsgebietes Absenkung N
Flächige 2D-Simulation liefert
deutlichen Erkenntnisgewinn über
Fließwege und Betroffenheiten
Gute Informationsgrundlage für Bürger
als Voraussetzung zur Eigenvorsorge
Fazit
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Dr.-Ing. Oliver Buchholz
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