von der Starkregensimulation zur Abschätzung von ......•„Oberflächenabfluss infolge Infiltrations-überschuss“ ist der dominante Prozess im Starkregenfall •14 - 23 % zeigen

von der Starkregensimulation zur Abschätzung von Hochwasserabflüssen kleiner Einzugsgebiete B. Kohl und G. Markart

„2. Trierer Workshop zur Niederschlag-Abfluss-Modellierung

Trier, 14.-15.September 2009

Institut für Naturgefahren und WaldgrenzregionenB F W

Bundesforschungs- und Ausbildungszentrum für Wald, Naturgefahren und Landschaft (BFW)






Karikatur: Johann Mayr






Inhalt:

Einleitung

Experimentelle Abflussuntersuchungen am Standort

Laufzeitverfahren

Geländeanleitung

ZEMOKOST






Einleitung:

12.171 Wildbäche

769 Pegel

4,7 km² Ø Wildbach

13 Pegel ≤ 4,7 km²

99,9 % unbeobachtet






Einleitung:

Faustformeln :: „Waffenscheinpflichtige“ N/A-Modelle

Großer Bedarf an Methoden zur Abschätzung

von Hochwasserabflüssen in unbeobachteten

Einzugsgebieten






Experimentelle Abflussuntersuchungen:

10 – 120 mm/h1 – 400 m²

Beregnungs-

experimente und

Begleituntersuchungen






Experimentelle Abflussuntersuchungen:

Ergänzende Messungen:

• Feldaufnahmen von

Vegetation und Boden

• Bodenfeuchte-Monitoring (TDR)

• Laboranalysen von Boden-

und Vegetationseigenschaften






Laufzeitverfahren:

Abflussspitze Q

= Yconst. = C

Abstraktionszeit t0

Oberflächenlaufzeit tOB

Niederschlagsdauer tR

Nachlaufzeit tN

Niederschlag iT

c

iCJL

t

Lv TOB

OB

OB

527

)( 3

2

3

1

3

2

)( TiCAQ

Konzentrationszeit nach IZZARD

Rationalformel






Laufzeit-

verfahren:






Laufzeit-

verfahren:






Geländeanleitung:

Diese Anleitung ist im WWW auf der Homepage

des BFW frei erhältlich:

http://bfw.ac.at/rz/bfwcms.web?dok=4343

Online-Bestellung der Print-Version möglich.

Erarbeitet in intensiver

Zusammenarbeit mit dem

Bayerischen Landesamt für

Wasserwirtschaft

T. SCHAUER und G. BUNZA,

sowie B. SOTIER und R. STERN

http://bfw.ac.at/rz/bfwcms.web?dok=4343






Geländeanleitung:

AKL Y100 % RKL c

0 0

1 0 – 10 1 sehr glatt

2 10 – 30 2 ziemlich glatt

3 30 – 50 3 etwas glatt

4 50 – 75 4 etwas rauh

5 75 – 100 5 ziemlich rauh

6 100 6 sehr rauh






Geländeanleitung:

AKL 5

RKL 1

AKL 2

RKL 3






ZEMOKOST:

Das Programm ZEMOKOST ist ein Laufzeitverfahren

zur Hochwasserabschätzung in Wildbacheinzugsgebieten

nach Zeller modifiziert von Kohl und Stepanek.

Jürg ZELLER (1974, 1981):

Starkniederschläge und ihr Einfluss auf Hochwasserereignisse

Elemente zur Abschätzung der Hochwasserabflüsse kleiner Einzugsgebiete






ZEMOKOST - Niederschlag:






ZEMOKOST - Oberflächenabfluss:

Teileinzugsgebietsgliederung

Knotendefinition

Fläche A

Gerinnelose Fließlänge LOB

Neigung JOB

GIS hilfreich jedoch nicht obligatorisch






ZEMOKOST - Gerinneabfluss:


Gerinnelänge LG (Hauptgerinne)

Gerinneneigung JG (Pauschalgefälle)

Gerinnerauheit D90 (Korndurchmesser,

Ansprache im Gelände)

Gerinnequerschnitte, Durchlässe,

Anschlaglinien, Stumme Zeugen






ZEMOKOST - Abflussbeiwert:


Flächenanteile je Abflussklasse

(Flächengewichtete Mittelwerte)

Systemzustandsindex (SZI)

GIS hilfreich jedoch nicht obligatorisch






ZEMOKOST - Oberflächenrauheit:


Flächenanteile je Rauheitsklasse

(Flächengewichtete Mittelwerte)






ZEMOKOST - Oberflächenrauheit:


Interflow (Beitragende Fläche,

Leitfähigkeit)

Abflussprofiltypen:

Oberflächenabfluss

Zwischenflächenabfluss

Tiefgründiger Abfluss






ZEMOKOST

Berechnung:

Einzelereignis

(Jährlichkeit, Dauerstufe)

Bemessung

(Jährlichkeit)

HQ [m³/s] = 105,138






ZEMOKOST

Plausibilitätsprüfung:

Vergleich der Schätzung beobachteter Abflüsse und

möglicher maximaler Abflüsse mit den Modellergebnissen






ZEMOKOST

Plausibilitätsprüfung:

Vergleich der Modellergebnisse mit empirischen Formeln






ZEMOKOST

Unsicherheiten:

Niederschlag, Jährlichkeiten

Interflow (Zwischenabfluss)

T=150 a






Geländeanleitung und ZEMOKOST:

Ein praktikabler und nachvollziehbarer Ansatz

Ein Bindeglied zwischen empirischen Faustformeln

und „High-Sophisticated“ Modellen

M. KERSCHBAUMER (2008): Physikalische Modellversuche zur Planung und Optimierung des Geschiebeablagerungsplatz am Vorderbergerbach, Universität für Bodenkultur, S.148.

C. HEMUND (2008): Geländeanleitung zur Abschätzung des Oberflächenabflussbeiwertes nach Markart et al. – Evaluation der Anwendbarkeit für schweizerische Einzugsgebiete. Diplomarbeit der Philosophisch-naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Bern.

R. STÖFFLER (2007): Die Eignung des Niederschlags-Abflussmoduls ZEMOKOST zur Abschätzung von Hochwasserwerten anhand von Beispielen in der Steiermark. Diplomarbeit, Universität Graz, S.138.

R.F. TOTSCHNIG (2007): Abschätzung des Fließzustandes in steilen Wildbächen. Diplomarbeit, Universität für Bodenkultur, S.132.

C. RESSEL (2006): Hydrologische, hydrogeologische Situation im Erweiterungsgebiet des Dachsteinkalk-Steinbruches Ebensee. Diplomarbeit, Montanuniversität Leoben.






Danke

für Ihr

Interesse

Mag. Bernhard KOHLDipl.-Ing. Dr.Dr.hc. Gerhard MarkartInstitut für Naturgefahren

und Waldgrenzregionen (BFW)Abteilung Gebietswasserhaushalt

Rennweg 1 - HofburgA - 6020 Innsbruck

Tel.: +43-512-573933-5132Fax: +43-512-573933-5135E-mail: [email protected]

mailto:[email protected]






Vorfeuchte – Initialabstraktion:

• Vorfeuchte bestimmt

die Initialabstraktion

• Flächen mit hohem

Oberflächenabfluss

haben auch eine

geringere Pufferzeit

• Auch Flächen mit

Yconst = 1 haben im

Mittel eine Pufferzeit

von ~5min: Yges < 1






Intensitätsabhängigkeit des Abflussbeiwerts:

37 Standorte

Beregnungen mit

unterschiedlichen

Intensitäten






Die Bedeutung von Oberflächenabfluss:

• 79% aller Standorte

liefern bei

Starkregen Ober-

flächenabfluss

• 41 % der Flächen

über 50 % Abfluss

• im Mittel

nach 20 Minuten

Abflusskonstanz

n = 160

I = 100 mm/h

tR >= 60 min






Ausprägung von Oberflächenabfluss:

• kein Abfluss

• konstant

• aszendent

• doppelt aszendent

• aszendent - deszendent

• doppelt konstant

• indifferent






• Ein Fünftel weist

Infiltration >

Niederschlag auf

• „Oberflächenabfluss

infolge Infiltrations-

überschuss“ ist der

dominante Prozess

im Starkregenfall

• 14 - 23 % zeigen

andere Prozesse

tR >= 60 min

n = 254

Ausprägung von Oberflächenabfluss:

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von der Starkregensimulation zur Abschätzung von ......•„Oberflächenabfluss infolge Infiltrations-überschuss“ ist der dominante Prozess im Starkregenfall •14 - 23 % zeigen