Untersuchung der Auswirkungen von Sturzfluten auf ... · Starkregenwerkstatt Grafschaft Agenda Hydrotec Starkregen und Sturzfluten in Wachtberg Methodik 2D-Starkregenmodelle Beispiele

Starkregenwerkstatt Grafschaft

2D-Abflussberechnungen – Wie schaffe ich

wertvolle Lösungen mit einer Modellierung?

Dr.-Ing. Oliver Buchholz

Dipl.-Ing. Robert Mittelstädt

20.02.2018 www.hydrotec.de

Untersuchung der Auswirkungen von

Sturzfluten auf Siedlungsgebiete in NRW

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Agenda

Hydrotec

Starkregen und Sturzfluten in Wachtberg

Methodik 2D-Starkregenmodelle

Beispiele Sturzflutsimulation

Wachtberg (Werthhoven, Fritzdorf, Arzdorf)

Übach-Palenberg

Grevenbroich

Fazit

www.hydrotec.de 20.02.2018

Quarks & Co

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Seit über 30 Jahren am

Markt

Aachen, Essen

Ca. 60 Mitarbeiter

Hydraulik

Hydrologie

Planung

GIS / DB

Softwareentwicklung

HW-Risikomanagement

HW-Schutz

HW-Vorhersage

Urbane Sturzfluten

Immer erreichbar: www.hydrotec.de

www.hydrotec.de 20.02.2018 3

Hydrotec Produkte und Informationssysteme

Programme

NASIM – Niederschlag-Abfluss-Modell

HQ-Statistik

Schmutzfrachtsimulation

GIS-Anbindung

Jabron – 1D-Hydraulik

Gewässerhydraulik

ÜSG Berechnung

GIS-Werkzeuge

TimeView – Zeitreihenbearbeitung

GIS & Informationssysteme

WWI – Wasserwirtschaftliches

Informationssystem

QUIS – Querbauwerke-Informationssystem

MIP – eGovernment-System Fördermittelvergabe

FIS – Fischerei-Informationssystem


Partner:

Dr. Nujic

HYDRO_AS-2D

2D-Hydraulik

Feststofft-/Schwebstoff-/Wärmetransport)

Aquaveo

SMS – Surface Modelling Solution

Deltares

Delft FEWS

SOBEK

ESRI

ArcGIS Desktop

ArcGIS Enterprise

4 Starkregenwerkstatt Grafschaft


Quelle GDV 2016

Schäden durch Starkregenereignisse


Trend Klimawandel:

Der DWD geht von einer Zunahme

von Starkregenereignissen aus.


Beispiel Grafschaft

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


Quelle: hochwasser-grafschaft.de


Starkregen und Sturzfluten Wachtberg

Starkregenereignisse:

24. Juni 1693 – 6 Tote

11. Juni 1859

5. August 1931

2. Juli 1966

3. Juli 2010

20. Juni 2013

4. Juni 2016


Quelle: www.hna.de

2. Juli 1966 Berkum (Bonner Zeitungsdruckerei und Verlagsanstalt H. Neusser GmbH)

4. Juni 2016 Werthhoven (Hanneke Rindermann)

3. Juli 2010 Berkum

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Starkregen und Sturzfluten

Sturzflutbetrachtungen: Welche Wege nimmt das Wasser bis zum Gewässer?


Ausschnitt HWGK HQextrem Niederbachem /

Wachtberg


Folgerung:

Kanalisation ist

kapazitiv zu berück-

sichtigen, aber nicht

zwingend gekoppelt

2D/Kanal zu

simulieren.

Maßgebliche

Prozesse sind

Oberflächenabflüsse.

Sturzfluten jenseits der Kanalbemessung


Quelle: LUBW, 2017, Leitfaden Kommunales

Starkregenrisikomanagement in Baden-

Württemberg

NRW-Arbeitshilfe zum Starkregenrisikomanagement

(im Entwurf)


Modelltechnik im Vergleich


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

flä

ch

ig

line

ar

flä

ch

ig

Klassisches RM

Hochwasser

Risikomanagement

Sturzflut / Starkregen


Theorie/Methodik GIS-Analyse/2D



Untersuchung der Auswirkungen von Sturzfluten

auf Siedlungsgebiete in NRW (Beispiele)

Modelltechnik/Verfahren Stufenkonzept

I. GIS-Analyse (Fließwege & Senken)

II. Kanalnetzmodell

III. 2D-Grobmodell

IV. 2D-Feinmodell

Beispiele

Wachtberg (Werthhoven, Fritzdorf, Arzdorf)

Übach-Palenberg

Grevenbroich

Vorteile HYDRO_AS-2D

Vergleich der 2D-Modelle

Fazit und Empfehlung



I. Analyse der topografischen Gegebenheiten

Ermittlung der Einzugsgebiete

Prüfung DGM Plausibilität

Schummerung, Gefälle

Fließwege, Senken-Analyse

Auswertung historischer Ereignisse

Abgleich mit Feuerwehreinsätze



Vergleich Lage Überstau mit Senken

und Fließwegen

Prüfung Volumen Überstau und

Volumen Senke

II. Kanalnetzmodell:

Vergleich Überstau mit Senken und Fließwegen


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III. 2D-Srceeningmodell und Kanalnetzüberstau

Ermittlung Effektivniederschlag

Berechnung Überstau Kanalnetz

Sturzflutberechnung 2D-Screeningmodell

Vergleich GIS-Analyse – Überstau – 2D

Erstellung Gefahrenkarte 2D-Screeningmodell



Sehr große Gebiete (> 100 km²)

können kostengünstig und schnell

berechnet werden.

Gefahrenkarte bereits gut zur

Analyse und Maßnahmenplanung

verwendbar.

III. 2D-Srceeningmodell und Kanalnetzüberstau


Grevenbroich:

110 km²

N100

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IV. 2D-Feinmodell (mit Kanalnetzkopplung)

Gewässer, Verrohrungen, Wehre

Gebäude, Mauern, Durchfahrten

Straßen, Gehwege

Kanalschächte und Regeneinläufe

Bruchkanten, Rauheiten

Bodeneigenschaften



Niederschlagsbelastung in Abhängigkeit

der Landnutzung (Effektivniederschlag)

Versickerung/Infiltration je Bodenart

Zufluss von Gewässern, Überstau und

Regeneinläufe

Dachflächen und sehr feine Geometrien

IV. 2D-Feinmodell: Randbedingungen


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


Istzustand

2D-Feinmodell Ist-/Planzustände Werthhoven


Planzustand Plan_Feldwege

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2D-Feinmodell Fritzdorf/Arzdorf (i. Bearb.)


Beispiele:

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2D-Feinmodell Grevenbroich Elsen/Orken


Quelle, Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen


2D-Feinmodell Grevenbroich Gindorf/Gustorf


geplantes Baugebiet

2D-Modell Gefahrenkarte

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2D-Feinmodell Scherpenseel

(Übach-Palenberg)



GIS-Analyse: liefert gute Erkenntnisse

über das EZG, ersetzt jedoch keine 2D-

Hydraulik

2D-Screeningmodell: günstige Methode

mit guten Ergebnissen zur Gefahren-

und Risikoabschätzung Hotspots

2D-Feinmodell: sehr detaillierte

Methode für lokale Betrachtungen

Maßnahmen: 2D-Feinmodell zur

Wirkungsanalyse sehr gut geeignet

Flächige 2D-Simulation liefert

deutlichen Erkenntnisgewinn über

Fließwege und Betroffenheiten

Gute Informationsgrundlage für Bürger

als Voraussetzung zur Eigenvorsorge

Fazit



GIS-Analyse: liefert gute Erkenntnisse

über das EZG, ersetzt jedoch keine 2D-

Hydraulik

2D-Screeningmodell: günstige Methode

mit guten Ergebnissen zur Gefahren-

und Risikoabschätzung Hotspots

2D-Feinmodell: sehr detaillierte

Methode für lokale Betrachtungen

Maßnahmen: 2D-Feinmodell zur

Wirkungsanalyse sehr gut geeignet

Flächige 2D-Simulation liefert

deutlichen Erkenntnisgewinn über

Fließwege und Betroffenheiten

Gute Informationsgrundlage für Bürger

als Voraussetzung zur Eigenvorsorge

Fazit


Informierte Anwohner können

geeignete Vorsorgemaßnahmen

treffen.


2D-Abflussberechnungen – Wie schaffe ich

wertvolle Lösungen mit einer Modellierung?

Dr.-Ing. Oliver Buchholz

Dipl.-Ing. Robert Mittelstädt

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