Die Karte zeigt einen Ausschnitt um Augsburg, aufgenommen am 2. Juni 2024. Die Hochwasserflächen sind hellblau markiert, Siedlungsgebiete in rosa. Die Wasserausdehnung wurde auf Basis von Sentinel-1 Satellitendaten (dunkelblau) in einer geometrischen Auflösung von zehn Metern abgeleitet. Für die Auswertung der Radardaten nutzte das DLR ein automatisiertes Verfahren, das speziell für Flutereignisse entwickelt wurde.
Quelle: DLR/ZKI

05.06.24 – Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) unterstützt die Einsatz- und Rettungskräfte in Süddeutschland zeitnah mit aktuellen Lageinformationen, insbesondere aus Luftbildaufnahmen und Satellitendaten. Die Daten bereitet das Zentrum für satellitengestützte Kriseninformation (ZKI) im Earth Observation Center (EOC) des DLR in Form von Hochwasserkarten und als Webanwendung auf. Sie finden Anwendung bei Behörden und Organisationen wie dem Bayerischen Rote Kreuz (BRK), dem Technischen Hilfswerk (THW), der Deutschen Lebens-Rettungs-Gesellschaft (DLRG) und der Bundeswehr.

Besondere Unterstützung lieferte das DLR mit hochauflösenden Aufnahmen aus der Luft. Vom Standort Oberpfaffenhofen aus überflog das DLR-Forschungsflugzeug Dornier DO 228-212 am 3. Juni 2023 die Hochwassergebiete entlang des Donaustreifens zwischen Günzburg und Regensburg – darunter Donauwörth, Neuburg, Manching und Kehlheim – wie auch die schwer betroffenen Gebiete Schrobenhausen und Pfaffenhofen. Heute am 4. Juni erstellt das DLR-Team Luftbilder von weiteren Regionen zwischen Regensburg und Passau. Betrieben wird das Forschungsflugzeug von der DLR-Einrichtung Flugexperimente.

Unterstützung aus der Luft und dem All

Für die Aufnahmen aus der Vogelperspektive ist die Dornier mit dem 3K-Kamerasystem ausgestattet. Das Luftbild-Kamerasystem wurde vom DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung entwickelt und liefert aktuell Aufnahmen mit einer Auflösung von bis zu vier Zentimeter. Das System lieferte bereits während des Elbehochwassers 2002 und zum Hochwasser in Nordrhein-Westfalen und Rheinland Pfalz 2021 wertvolle Aufnahmen. Entsprechend ist sie auch bei Katastrophenschutz-Übungen im Einsatz und wird für die Verkehrsforschung genutzt.

Die Datensätze und Analysen der aktuellen Kameraflüge werden den Lagezentren zügig zur Verfügung gestellt. Einige Daten und Auswertungen sind auch auf der ZKI-Webseite öffentlich abrufbar. Da die Hochwassersituation in Süddeutschland voraussichtlich noch anhält, wird das ZKI die Kriseninformationen laufend durch Satellitendaten und Auswertungen ergänzen. Die Ergebnisse fließen auch in das DLR-Projekt IFAS ein, das der Krisenfrüherkennung dient und zum Ziel hat, relevante Informationen noch schneller bereitzustellen.

www.dlr.de

https://activations.zki.dlr.de/de/activations/

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Historischer Wipperkotten an der Wupper. Hier wurden früher Messer geschliffen. In Zukunft soll eine KI auf Basis von Sensordaten Hochwasserlagen frühzeitig erkennen.
Quelle: Adobe.Stock/ JEFs-FotoGalerie

Das »Bergische Hochwasserwarnsystem (HWS 4.0)« soll Gefahren präziser als etablierte Warnsysteme erkennen und Alarm schlagen, wenn Gewässer über die Ufer zu treten drohen. Das Projektkonsortium besteht aus Heinz Berger Maschinenfabrik, Wupperverband, Bergischer Universität Wuppertal, Bergischer Struktur- und Wirtschaftsförderungsgesellschaft, Wuppertaler Stadtwerke und Bergischer Industrie- und Handelskammer Wuppertal-Remscheid-Solingen. Es wurde bereits im Jahr 2023 von Wirtschafts- und Klimaschutzministerin Mona Neubaur überreicht. Im Frühjahr 2024 wurde das Vorhaben nun auch offiziell in die KI.NRW-Flagship-Initiative eingegliedert.

KI spielt zentrale Rolle bei modernen Frühwarnsystemen

„Mit Blick auf den Klimawandel wird es nötig, Menschen, aber auch Infrastrukturen, Wohn- und Industrieanlagen zukünftig besser vor Extremwetterereignissen wie Hochwassern zu schützen. Das Projekt Bergisches Hochwasserwarnsystem zeigt, dass Künstliche Intelligenz dabei eine zentrale Rolle spielen kann. Modernste Sensorik und KI machen präzise Prognosen und damit frühzeitige Hochwasserwarnungen möglich. Wir sind überzeugt, dass dieses Vorhaben neue Maßstäbe bei der Einleitung von Schutzmaßnahmen setzen wird und freuen uns daher sehr, das Projekt in unsere Flagship-Initiative aufzunehmen“, sagt Dr. Christian Temath, Geschäftsführer der Kompetenzplattform KI.NRW. Unter dem Motto »Flagships powered by KI.NRW« unterstützt KI.NRW vom Land geförderte, anwendungsbezogene KI-Projekte mit hoher gesellschaftlicher Relevanz und hilft dabei, wegweisende Pioniervorhaben auch über die Landesgrenzen hinaus sichtbar zu machen.

Hochwasserschutz-App für gefährdete Unternehmen

Das Warnsystem soll die datengetriebene Vorhersage von regionalen Wasserpegeln und Hochwassergefahren unter Berücksichtigung der aktuellen Wetterlage und sonstiger Umweltfaktoren ermöglichen. Eine dreistellige Anzahl an Sensoren erfassen dafür die Pegelstände an Gewässern, Rückhaltebecken und Kanälen, die Niederschlagsmengen, den Unterwasserdruck, Luftfeuchtigkeit, -druck und -temperatur sowie die Windrichtung und -stärke. In diesen Daten soll die Künstliche Intelligenz Muster erkennen, die im Zusammenhang mit einem Anstieg der Pegelstände stehen. Damit unterscheidet sich das Projekt von klassischen Vorhersagen. Informationen zu lokalen Wasserpegeln, Prognosen und Warnungen sollen an gefährdete Unternehmen künftig in Echtzeit über eine Hochwasserschutz-App bereitgestellt werden, die vom Wupperverband entwickelt wird.

Das in dem Projekt erarbeitete Know-how kann auch anderen Regionen zugutekommen. Das System wird nach einer erfolgreichen Einführung im Bergischen Land allen Regionen in Nordrhein-Westfalen zur Verfügung gestellt.

https://www.polis-convention.com

www.ki.nrw

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In den nächsten zwei Jahren erhält das Projekt rund 240.000 Euro Fördergelder. Punkten konnte die HRW mit einer zukunftsweisenden Fragestellung und einem fachübergreifenden Ansatz zwischen Wirtschaftswissenschaftlern und Bauingenieuren.

„Smart Water“ will zeigen, dass Wasser(-wirtschaft) und Digitalisierung sehr viel mehr miteinander zu tun haben, als zunächst gedacht. Die sinnhafte Kombination von Technik und Ökonomie biete, so die Fachhochschule, ungeahnte Chancen bei der Bewältigung zentraler gesellschaftlicher Herausforderungen wie extremen Wettersituationen und Klimawandel. „Digitalisierung wird uns über die nächsten Jahre und Jahrzehnte in stets wandelndem Kleid begegnen. Dies strukturiert zu begleiten ist die zentrale Aufgabe,“ so Professor Dr. Mark Oelmann vom Wirtschaftsinstitut. Dabei ist es ihm und Professor Dr.-Ing. Markus Quirmbach vom Institut Bauingenieurwesen wichtig, die bestehenden Risiken nicht zu vernachlässigen. Um Risiken von Daten- über Ver- und Entsorgungssicherheit bis hin zur Verunsicherung von Mitarbeitern entgegenzuwirken seien erhebliche Anstrengungen im Wasserbereich nötig.

Die Entwicklungen der vergangenen Jahre im Bereich der Digitalisierung haben die Notwendigkeit unterstrichen, sich verstärkt mit kleineren und mittelständischen Unternehmen außerhalb der Wasserwirtschaft zu vernetzen. In der Vergangenheit haben sich insbesondere diese Unternehmen als Treiber und Ideengeber der Digitalisierung hervorgetan. „Smart Water“ will bewusst die Zusammenarbeit mit dieser Unternehmensgruppe aus verschiedenen Branchen der Region stärken, um gemeinsam an Lösungsansätzen zu arbeiten und einen wichtigen Beitrag zur Digitalisierung der Wasserwirtschaft zu leisten. Das Förderprogramm FH Struktur ist darauf ausgerichtet, der Forschung an Fachhochschulen Impulse für neue Forschungsansätze zu geben und deren Forschungsprofile zu stärken. Die Hochschule Ruhr West erhält nun mit acht weiteren Fachhochschulen in NRW eine Anschubfinanzierung von jeweils 240.000 Euro über zwei Jahre.

www.hochschule-ruhr-west.de

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Die Karten zeigen, welche Flächen abhängig von der Schwere des Hochwasserereignisses überschwemmt werden können. Dargestellt sind außerdem die möglichen Überflutungstiefen, auch für kleinere Nebenflüsse. Im Enzkreis sind dies beispielsweise neben Enz, Nagold, Würm und Pfinz auch größere Seitengewässer wie Eyach, Kirnbach, Schmie, Metter, Kotzenbach, Kämpfelbach oder Arnbach. In der Kommunal- und Regionalplanung ermöglichen Hochwasser-Gefahrenkarten es, wichtige Retentionsräume zu schützen und neue Risiken zu verhindern. Außerdem bieten sie Informationen für Bürger und Betriebe, die selbst Schutzmaßnahmen planen oder optimieren möchten. Erster Landesbeamter Wolfgang Herz zeigt sich als Umweltdezernent zufrieden, dass das umfangreiche Datenmaterial jetzt fertiggestellt ist: „Die Karten sind ein wichtiges Instrument der Risikovorsorge und eine unverzichtbare Planungsgrundlage vor allem für die Gemeinden.“

Die Hochwasser-Gefahrenkarten enthalten insbesondere die sogenannten „festgesetzten Überschwemmungsgebiete“. Dies sind nach Definition des Wassergesetzes Baden-Württemberg vor allem Gebiete, in denen ein Hochwasserereignis statistisch einmal in 100 Jahren zu erwarten ist. Die Festsetzung dieser Gebiete erfolgt kraft Gesetz; sie treten an Stelle der bisherigen, vom Landratsamt für einzelne Überschwemmungsgebiete erlassenen Rechtsverordnungen. Diese wurden im Sinne der Rechtsklarheit aufgehoben. „Die zunehmende Gefahr von Hochwasser- und Starkregenereignissen erfordert eine deutlich verbesserte Risikovorsorge“, sagt Herz. Die Hochwasser-Gefahrenkarten können jedoch nur von Gewässern ausgehende Überschwemmungsgefahren darstellen. Nicht abgebildet sind mögliche Überflutungen durch Starkniederschläge, wie sie im vergangenen Jahr auch im Enzkreis vorkamen.

Eine rechtzeitige und genaue Vorhersage solcher Ereignisse ist bislang kaum möglich, da sie ohne ausreichende Vorwarnzeit und sehr lokal auftreten. Deshalb plant das Land, sogenannte Starkregen-Gefahrenkarten zu erstellen. Hierfür wurde ein neues hydrologisches Verfahren entwickelt, mit dem der Abfluss der Niederschlagsmengen auf der Geländeoberfläche analysiert werden kann. Eine Hilfestellung für Städte und Gemeinden bietet jetzt schon der Leitfaden „Kommunales Starkregenmanagement in Baden- Württemberg“, den die Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg herausgegeben hat.

www.hochwasserbw.de

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Sprecher der neuen Forschergruppe: Andreas Schumann. Foto: RUB, Daniel Sadrowski

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert die Arbeiten des Teams mit 2,2 Millionen Euro für drei Jahre. Weitere 400.000 Euro steuert der österreichische Wissenschaftsfonds bei. Das Projekt namens „Space-Time Dynamics of Extreme Floods (Spate)“ beginnt Mitte 2017.

„Extreme Hochwasser sind in den vergangenen 20 Jahren in Deutschland gehäuft aufgetreten“, sagt Schumann, Leiter des Bochumer Lehrstuhls für Hydrologie, Wasserwirtschaft und Umwelttechnik. Seine Kollegen und er analysieren in sechs großen Flussgebieten in Deutschland und Österreich, welche Bedingungen seit Beginn des 20. Jahrhunderts zu besonders starken Hochwassern geführt haben.

Das Team berücksichtigt zum Beispiel extreme Großwetterlagen und den Einfluss der Alpen. Auch die sich anhäufenden Effekte vieler lokaler Eingriffe in die Gewässer durch Baumaßnahmen kalkulieren die Forscher ein. Im Vergleich zu normalen Hochwasserereignissen möchten sie herausfinden, welche Kombinationen von Einflussfaktoren für extreme Überschwemmungen verantwortlich sind.

Die Erkenntnisse fließen in Computersimulationen und stochastische Modelle ein. Diese spiegeln dann zum einen wider, welche Kombinationen natürlicher Bedingungen in der Atmosphäre und im Flussgebiet besonders risikoträchtig sind. Zum anderen reflektieren sie den Einfluss des Menschen und die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Faktoren. Schlussendlich sollen es die Modelle ermöglichen, das Risiko für künftige Hochwasser und deren Stärke besser zu beurteilen. Das Bochumer Team kooperiert mit Kolleginnen und Kollegen der Universitäten in Hannover, Stuttgart und Frankfurt am Main, der Technischen Universität Wien sowie dem Geoforschungszentrum in Potsdam und dem Umweltforschungszentrum in Halle.

www.dfg.de

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Verlegung der Fernwärmetrasse
„Ringschluss-Süd“. Foto: Technische Werke Ludwigshafen AG / Fotograf: Axel Heiter

Die Technischen Werke Ludwigshafen (TWL) sind mit 1.883 Kilometern Stromnetz, 652 Kilometern Erdgasleitungen sowie 533 Kilometern Trinkwasserleitungen und 76 Kilometern Leitungen für die Fernwärme zwar kein außergewöhnlich großer Versorger, aber in Sachen Innovation und IT hat das pfälzische Unternehmen trotzdem oder gerade deshalb die Nase vorn. Schon im letzten Jahrzehnt hatte TWL seine Geschäftsprozesse im Netzbetrieb und bei großen Baumaßnahmen von der Kalkulation der Projekte über die Ausschreibung, Vergabe bis hin zur Rechnungsprüfung analysiert und automatisiert. In diesem Rahmen führte der Versorger 2003 das AVA- und Baukostenmanagementsystem CALIFORNIA 3000 des Münchener Systemhauses G&W Software ein, das mit einer one-way Datenverbindung an SAP angebunden war. Im Zuge der fortschreitenden Digitalisierung und der damit wachsenden Ansprüche an interne Prozesse hat TWL 2014 auf die Nachfolgegeneration California.pro aufgerüstet. Zur Prozessoptimierung entwickelte man gleichzeitig in Zusammenarbeit mit allen Fachbeteiligten eine neue bidirektionale Schnittstelle zu SAP.

Immer einen Schritt voraus

Seinen Ruf als innovativer Energieversorger hat TWL in der Vergangenheit bereits mit zahlreichen Projekten, wie Beteiligungen an Solar- und Windenergieanlagen, der Errichtung einer Powerto- Heat-Anlage im Fernheizkraftwerk sowie dem Bau eines modernen Wärmespeichers, der überschüssiges, aufgeheiztes Fernwärmewasser aufnimmt, das zur Deckung von Wärmebedarfsspitzen zum Einsatz kommt, unter Beweis gestellt. Schon im letzten Jahrzehnt hatte TWL mit CALIFORNIA 3000 die Geschäftsprozesse sowohl im Netzbetrieb als auch bei den großen Baumaßnahmen von der Kalkulation der Projekte über die Ausschreibung, Vergabe bis hin zur Rechnungsprüfung und Abrechnung analysiert und automatisiert. Seit der Aufrüstung auf California.pro im Jahr 2014 ist der Versorger zudem in der Lage, sämtliche Bauprojekte zu kalkulieren, Leistungsverzeichnisse zu erstellen, Baumaßnahmen auszuschreiben und den wirtschaftlichsten Bieter zu ermitteln. Darüber hinaus überwacht TWL mit dem Programm die Kosten während des gesamten Bauprozesses und rechnet diese ab.

Mit dem AVA- und Baukostenmanagementsystem lassen sich beispielsweise auch Hausanschlüsse auf Basis einheitlicher Leistungsverzeichnisse einfach und schnell kalkulieren und Routinemaßnahmen über Rahmenverträge beauftragen. Alle Maßnahmen, die auf der Basis der Rahmenverträge während der Laufzeit abgewickelt werden, kann TWL sofort ohne Ausschreibung beauftragen und abrechnen. Dazu ermittelt der Baubeauftragte mit dem ausführenden Unternehmen nach Abschluss der Maßnahme die Aufmaße und übermittelt die Daten im GAEB-Format an das AVA-System. Dort werden sie überprüft und via Schnittstelle an das SAP-System weitergeleitet. Auf Grundlage des Rahmenvertrages leitet das System dann automatisch das Gutschriftverfahren ein.

Da jedoch die alte Schnittstelle zum SAP-System nicht mehr weiterentwickelt wurde, musste relativ schnell eine neue Schnittstelle entwickelt werden.

Manuel Dell, technischer Fachwirt und bei den Technischen Werken für California. pro zuständig, erläutert: „Die neue Schnittstelle sollte bedeutend mehr können als die alte, war diese doch eine one-way-Datenverbindung von CALIFORNIA 3000 zu SAP.“ An diesem Entwicklungsprozess waren die Fachbereiche Infrastruktur Planung, Infrastruktur Bau, Betrieb, Grundsatzplanung, Einkauf und Abrechnung allesamt beteiligt. Für sie galt es zunächst, die Anforderungen und den Nutzungsumfang der Schnittstelle zu definieren. Gemeinsam mit G&W Software sowie dem SAP-Systemhaus und G&W-Partner SPV AG legten sie anschließend die Prozesse sowie die zu übertragenden Inhalte fest und definierten für die Nutzer die Freigabeprozesse. Auch passte man Druckansichten und Berechtigungen an, plante den Personenkreis für den Test und legte den Zeitrahmen für die Testphase und die Inbetriebnahme fest. Für diesen iterativen Prozess inklusive der Realisierung der Schnittstelle durch G&W Software und SPV brauchte das Team nur fünf Monate.

Arbeiten mit dem neuen System

Tiefbrunnenbohrung Parkinsel. Foto: Technische Werke Ludwigshafen AG / Fotograf: Axel Heiter

Heute werden die kompletten Leistungsverzeichnisse (LV) aus California.pro im Auftragsstadium an das SAP-System übergeben. Mittels exportierter LVs generiert TWL eine Bestellanforderung an den Einkauf. Diese beinhaltet als Kopfnotiz das Stichwort wie zum Beispiel „Auswechseln der Gasversorgung“ und die Bezeichnung des Bauvorhabens. Gleichzeitig löst das System beim Anlegen der Bestellanforderung E-Mails an den Einkauf zur späteren Bearbeitung der Bestellung aus. „Übersteigt das Auftragsvolumen den Delegationsbetrag der Mitarbeiter, muss der Linienvorgesetzte die Anforderung freigeben. Diese Freigabe kann je nach Höhe des Bestellwertes auch mehrstufig erfolgen.“, erklärt Manuel Dell den Genehmigungsprozess.

Nach der Freigabe wird im SAP-System die Bestellung an den Nachunternehmer ausgelöst. Um den Zusammenhang zwischen Bestellung und Leistungsverzeichnis herzustellen und später entsprechend abrechnen sowie eventuelle Nachträge auf die Bestellung buchen zu können, wird die im SAP-System generierte Bestellnummer über die neu entwickelte Schnittstelle an California.pro übertragen. „Abhängig vom Baufortschritt ermittelt ein Vertreter des Auftragnehmers die Massen, die vom TWL-Baubeauftragten geprüft, gegengezeichnet und vom Auftragnehmer in der Datenart 11 an die betreffenden Fachbereiche übertragen und dort in California.pro eingelesen, um gegen das Auftrags-LV abgerechnet zu werden“, erklärt Manuel Dell. Im AVA-System werden dann die Abrechnungswerte zum SAP-System übertragen und das Gutschriftverfahren ausgelöst. Nachträge fügt TWL dem ursprünglichen Leistungsverzeichnis hinzu, schreibt die Nachtragspositionen fest und übergibt diese automatisch ins SAP-System zur Generierung der Bestelländerung.

Nach der Massenerfassung werden diese auch wieder in California. pro eingelesen und dann zur Auszahlung frei gegeben. Insgesamt können im ERPSystem bis zu 99 Nachträge pro Maßnahme und Hunderte von Abrechnungen übergeben werden. Die Vorteile dieser Arbeitsweise wie Transparenz und eine Verschlankung der kaufmännischen Prozesse liegen für TWL klar auf der Hand. Durch die Datenkonsistenz zwischen dem AVAund dem SAP-System könnte die Fehlerquote bei der Abrechnung minimiert werden. Auch sei mittels Fehlerprüfung die sofortige Kontrolle der exportierten Daten möglich. So ist der gesamte Prozess von der Angebotsaufforderung bis zur Abrechnung schnell und flexibel gestaltbar. Da sich nach Aufmaßprüfung und Freigabe der Abrechnungsprozess lückenlos anschließt, können die Nachunternehmer ihren Cashflow zudem selbst steuern.

www.gw-software.de
www.twl.de
www.myspv.com

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Quelle: pixabay (Atlantis_C; efrederk; jan_nijman; 753446) CC0

Der Bürgermeister der Baden-Württembergischen Braunsbach Gemeinde, Frank Harsch, machte auf dem Hochwassertag des Umweltministeriums in Baden- Württemberg im April in Stuttgart deutlich: Eine solche Katastrophe, wie es die Gemeinde im Kochertal im letzten Jahr im Zuge des massiven Starkregens erfahren hatte, ist aus der 750jährigen Geschichte des Ortes nicht überliefert. Bis zu 180 Liter pro Quadratmeter hatte es am 29. Mai 2016 geregnet und eine wahre Sturzflut verursacht. Ein Ereignis mit Folgen. Landesweit werden in BW Gefahrenkarten für Starkregen erstellt, die wichtige Erkenntnisse bringen sollen. Bisher gab es solche Karten vorwiegend für Flusstäler. Nun sollen sich in BW die rund 1.100 Kommunen auf solche Extremereignisse einstellen, denn eine Sturzflut kann jede Gemeinde treffen. Als Vorbild gilt dabei die Gemeinde Ditzingen, die zusammen mit sieben Kommunen im Glemstal solche Karten erstellt hat.

Der Deutsche Wetterdienst (DWD) definiert Starkregen als Niederschlag von mindesten zehn Litern Wasser pro Quadratmeter innerhalb einer Stunde in einem 50 bis 100 Quadratkilometer großen Gebiet. Die letzten Starkregenergeignisse in Deutschland kamen bereits auf das zehnfache dieser Menge. Problematisch an Starkregen ist, dass er nicht einfach vorhergesagt werden kann, da solche Ergeignisse sehr plötzlich und unerwartet eintreten können. Das Schadenspotenzial ist hoch, Katastrophenschutz und Stadtentwässerung aber in der Regel schlecht auf solche Situationen vorbereitet. Aus diesem Grund zollen nun auch deutschlandweit Kommunen und Gemeinden dem Risiko von starkregenbedingten Sturzfluten größere Aufmerksamkeit.

Bisher wurden Starkregenereignisse in Gefahrenabwehrplänen nicht thematisiert. Ebensowenig sind sie gesetzlich vorgeschrieben. Für Starkwind gibt es beispielsweise eine normierte Einteilung Deutschlands in Windlastzonen (DIN 1055-4), anhand der infrastrukturelle Anforderungen bemessen werden können. In diese Lücke stoßen die Hochwassergefahrenkarten, die Kommunen wie Ditzingen inzwischen vermehrt erstellen – ein Trend, der inzwischen deutschlandweit zu beobachten ist.

1.20 Wasser-/Abwassermanagement

Barthauer Software GmbH

Seit über 25 Jahren entwickelt BARTHAUER zuverlässige Infrainformatik-Software.
Das Netzinformationssystem BaSYS bietet umfassende Tools für die Sparten
Kanal, Wasser, Gas und Kabel. Mit GeoDS, dem Geoobjects Design Studio, können
beliebige Geoobjekte oder Kataster für jedwedes kommunales Inventar erschaffen
werden. Weltweit einzigartig lassen sich BARTHAUER Produkte dank Multiplattformkonzept
investitionssichernd in alle GIS/CAD-Systeme integrieren.

DATEV eG

Team Public Sector

Die DATEV eG unterstützt mit einer über 50-jährigen Erfahrung als Softwarehaus und IT-Dienstleister Steuerberater, Wirtschaftsprüfer und Rechtsanwälte sowie deren zumeist mittelständische Mandanten. Das Unternehmen zählt zu den größten Informationsdienstleistern und Softwarehäusern in Europa und bietet auch kommunale Kompetenz.
Denn DATEV liefert speziell auf die kommunalen Belange abgestimmte Beratung sowie ein durchgängiges Software-System rund um das Finanz- und Personalwesen.

GreenGate AG

Die GreenGate AG entwickelt hoch anpassungsfähige und innovative Softwarelösungen für die strategische Instandhaltung von Anlagen und Infrastrukturen. Ver- und Entsorger müssen gesetzliche Vorgaben erfüllen und Versorgungssicherheit gewährleisten. Mit unserer Softwarelösung planen, dokumentieren und überwachen Sie Ihre Betriebs- und Instandhaltungsprozesse effizient und wirtschaftlich.

NIS AG Netzinformationssysteme

Die NIS AG bietet seit über 20 Jahren mit rund 30 qualifizierten Mitarbeitenden
für Ver- und Entsorgungsunternehmen im Bereich der Netzinformation
und des Asset Management ganzheitliche und innovative Lösungen an.
Sie ist lizenzierter „value added Partner“ von GE Grid Solutions. Der Leistungskatalog
der NIS AG umfasst Beratung/Consulting, Softwareentwicklung, Schulung
und Outsourcing-Dienstleistungen.

RIWA GmbH

Gesellschaft für Geoinformationen

Als erfolgreiches und innovatives Unternehmen bieten wir gesamtheitliche Lösungen auf den Gebieten Geoinformationssysteme, Vermessung, Wasserwirtschaft, Internetauskunftssysteme und den damit verbundenen Dienstleistungen, die sich an kommunale Verwaltungen, Zweckverbände, Stadtwerke, Industriebetriebe und Baufirmen, Energieversorger sowie gewerbliche und private Bauherren richten.

Intergraph – Division Hexagon Safety & Infrastructure

Intergraphs Division Hexagon Safety & Infrastructure ist ein weltweiter
Anbieter von Geo-Lösungen (GIS) sowie von Einsatzleit-/Lage-/Stabsinformationssystemen.
Unsere branchenspezifische Software ermöglicht die
übersichtliche Darstellung, Analyse und organisationsübergreifende Bereitstellung
selbst von hoch komplexen Daten – zum Schutz der öffentlichen
Sicherheit und Betrieb von Infrastrukturen.

SAG GmbH, Bereich CeGIT

Mit 400 Mitarbeitern bietet SAG CeGIT Lösungen und Dienstleistungen zu
Asset- & Netzdatenmanagement, Betriebsführung, Instandhaltung, Trassierung,
Fernerkundung, Netzplanung und Smart Grids. Jahrzehntelange Erfahrungen
der SAG von Aufbau bis Betrieb von Energieanlagen & -netzen sind Basis unserer
Lösungen, die Wettbewerbs- und Zukunftsfähigkeit von Stadtwerken,
Netzbetreibern, Kommunen und Industriebetrieben nachhaltig unterstützen.

Doch dieser Prozess ist noch nicht standardisiert. Im Gegensatz zu fluvialem Hochwasser lassen sich allein auf Basis topographischer Karten keine eindeutigen Risikoregionen für pluviales Hochwasser identifizieren. Von der Siedlungswasserwirtschaft wird nun erwartet, neue Konzepte gegen Sturzfluten in Innenstädten zu entwickeln.

Die derzeit modernste und genaueste Methode zur Identifikation von Gefahrengebieten ist die sogenannte gekoppelte Simulation. Dabei wird das Verhalten von Wasser innerhalb des Kanalnetzes, an der Oberfläche und in Gewässern als Gesamtsystem simuliert, wobei keine fiktiven Haltungsflächen herangezogen, sondern tatsächliche Oberflächen mit hydrologischen Eigenschaften „beregnet“ werden. Dieser Ansatz der gekoppelten Simulation bezieht erstmals auch die Vorgänge an der Wasseroberfläche in die Stadtentwässerung mit ein. Bisherige Ergebnisse zeigen, dass die gekoppelte Simulation belastbare Ergebnisse liefert. Aber auch rein GIS-basierte Anätze stellen heute leistungsfähige Methoden bereit, um Hochwassergefahrenkarten zu erstellen.

Auch die Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall (DWA) empfiehlt, auch die Auswirkungen seltener Starkregenereignisse auf die Generalentwässerungsplanung zu betrachten. Dafür ist im November 2016 das Merkblatt DWA-M 119 erschienen, in dem die Analyse der Überflutungsgefährdung durch lokale Starkregen in Bezug auf kommunale Entwässerungssysteme thematisiert werden. Starkregengefahr verspricht also weit mehr als ein Modethema zu sein.

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Starkregenereignisse können in bestimmten Situationen Hochwasser oder aber Überflutungen durch eine Überlastung des Kanalnetzes verursachen. Vor diesem Hintergrund ist es besonders für Kommunen wichtig, nicht nur das Kanalnetz selbst zu kennen, sondern auch die Kapazität der Kanalisation – besonders im Falle von Starkregen – richtig einschätzen zu können. Nur so können frühzeitig Maßnahmen zur Vorbereitung auf außergewöhnlich starke Belastungen des Kanalnetzes ergriffen und Schäden minimiert werden.

Ergebnisbericht der hydrodynamischen Kanalnetzsimulation mit Statistiken (Tabellen und Diagramme). Foto: Barthauer Software GmbH

Kombinierte Lösung

Vor diesem Hintergrund haben sich die Barthauer Software GmbH, Entwickler von Software-Lösungen für das Infrastruktur- Management und die Wasserwirtschaft, zusammen mit der DHI Wasy GmbH, Anbieter für Digitalisierung, Modellierung und Visualisierung von Wassersystemen, bereits 2014 für die Entwicklung einer gemeinsamen Softwarelösung zur hydrodynamischen Kanalnetzberechnung zusammengeschlossen. Das fertige Produkt BaSYS MIKE wurde 2015 erstmals veröffentlicht und ist eine Kombination aus dem Netzinformationssystem BaSYS von Barthauer und dem Rechenkern MIKE1D von DHI. Während BaSYS die vollständige bautechnische Erfassung des geplanten beziehungsweise bestehenden Kanalnetzes ermöglicht sowie über Detailansichten und Tabellen zur Erfassung, Planung und Verwaltung der Stamm- und Hydraulikdaten des Kanalnetzes verfügt, lässt sich mit MIKE1D die hydrodynamische Kanalnetzsimulation realisieren. Das heißt, Kommunen haben damit nicht nur einen Überblick über ihr Kanalnetz und den Verlauf der Rohre, sondern auch die Möglichkeit, das Fließverhalten des in die Kanalisation eindringenden Wassers zu simulieren und mögliche Schwachstellen des Netzes vorzeitig zu identifizieren.

„Allgemein richtet sich die Integration des Rechenkerns Mike 1D in die Barthauer Software Lösung BaSYS als BaSYS MIKE an all jene Personen, die eine hydrodynamische Kanalnetzberechnung durchführen möchten”, erklärt Dr. Florian Winter, Account Manager Süddeutschland/Schweiz bei Barthauer Software GmbH. „Häufig sind es Ingenieurbüros, die diese Leistung für Kommunen erbringen. Dennoch nutzen „größere“ Kommunen, Eigenbetriebe, Abwasserwerke, Stadtwerke aber auch Flughäfen unsere Software einschließlich der hydrodynamischen Kanalnetzberechnung.” Ein Vorteil der Lösung sei, dass es keine Schnittstellenproblematik gebe. „So können auch bestehende in BaSYS erstellte und verwaltete Abwasserkataster als Input für die hydrodynamische Berechnung verwendet werden”, so Dr. Winter weiter.

Kanalnetzdimensionierung

Um eine Generalentwässerungsplanung durchzuführen, muss das Kanalnetz zunächst im Rahmen der zu untersuchenden Netzvarianten dimensioniert werden. Dafür wurde das sogenannte Zeitbeiwert-Verfahren in die BaSYS Applikationen integriert, das in erster Linie bei zusammenhängenden Gebieten beziehungsweise bei der Neubemessung eines geplanten Entwässerungssystems zur Anwendung kommt. Dabei wird das lagemäßig verortete und unter Berücksichtigung der Mindestnennweiten vordimensionierte Kanalnetzmodell im Fließzeitverfahren berechnet. Das Gesamtnetz lässt sich automatisch sowie mit MIKE1D dimensionieren. Die automatische Dimensionierung kann für das Gesamtnetz und, alternativ, ausschließlich für geplante oder hydraulisch überlastete Haltungen durchgeführt werden. Hydraulisch komplexe Bereiche des Kanalnetzes wie Haltungen mit Gegengefälle, Pumpwerke oder Sonderbauwerke der Regenwasserbehandlung werden über die hydrodynamische Kanalnetzsimulation mit MIKE1D dimensioniert und bei Bedarf weiter für das Zeitbeiwert-Verfahren genutzt.

Hydrodynamische Kanalnetzsimulation

„Für die Kanalnetzsimulation wird das Modell zunächst über Messdaten sorgfältig kalibriert”, erklärt Dr. Florian Winter. Das integrierte Niederschlag-Abfluss- Modell bildet dann die Strömungsvorgänge von der Abflussbildung innerhalb der Einzugsgebiete bis zu den Übergabepunkten vom Kanalnetz in die Kläranlage und/ oder die Vorflut real ab. Grundlage für die hydrodynamische Kanalnetzsimulation sind die sogenannten Saint-Venant-Gleichungen.

Mit der Kennlinienbibliothek, die ebenfalls in BaSYS MIKE enthalten ist, lassen sich zudem Volumen-, Versickerungs-, Pumpen-, Durchfluss- und Drosselkennlinien standardisiert vorgeben.

Hydraulische Modellierung

Simulationsergebnisse: Dynamischer Längsschnitt mit zeitlichem Verlauf der Wasserspiegellage für die gewählte Haltungsfolge. Foto: Barthauer Software GmbH

Der zu berechnende Kanalnetzbereich wird nach einmaliger grafischer Wahl der Endhaltungen automatisiert als sogenanntes Hydrauliknetz erzeugt. Die Kanalobjekte des Hydrauliknetzes sind dabei ohne Veränderung der Stammdaten durch hydraulische Ersatzsysteme direkt aus der Datenbank berechenbar. Die Kanalnetzdimensionierung mit dem Zeitbeiwert-Verfahren interpretiert das Hydrauliknetz automatisch als Schächte- Haltungen-Modell, das die Detaillierung von Sonderbauwerken nicht berücksichtigt. Um die Ergebnisse aus der Kanalnetzdimensionierung und der hydrodynamischen Kanalnetzsimulation zu visualisieren, stehen vordefinierte Datenbankabfragen und Berichte zur Verfügung.

Das BaSYS Dashboard analysiert die Ergebnisse statistisch. Wichtige Kenndaten werden dynamisch über baukastenartig angeordnete Diagramme ausgegeben. Anhand der Rechenläufe der hydrodynamischen Kanalsetzsimulation werden für die relevanten Kanalobjekte Ganglinien erzeugt und in der Datenbank gespeichert. In BaSYS-Plan werden die Daten über Themenpläne, beispielsweise zu Wasserstand und hydraulischer Auslastung, visualisiert. Die Datenbankabfragen und Berichte, das Dashboard und die Themenpläne sind über standardisierte XML-Dokumente definiert. Diese können dupliziert, im multifunktionalen Editor bearbeitet sowie beliebig importiert und exportiert werden. Der dynamische Längsschnitt entspricht einer Videoanimation zur zeitlichen Entwicklung der Wasserspiegellage in einer gewählten Haltungsfolge. „Dieser dient dazu, Entscheidungsträgern die Simulationsergebnisse für kritische Stellen des Kanalnetzes realitätsnah visualisieren zu können”, so Dr. Winter.

www.barthauer.de

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Die Sieg fließt durch die Innenstadt von Siegen. Im Falle von Starkregen und Hochwasser ist besonders die Innenstadt gefährdet. Foto: Marco Verch

Am 28. August 2002 regnet es in Siegen so stark, dass Keller und Wohnungen geflutet und Straßen überschwemmt werden. Die Regenfälle sind so heftig, dass ein Erdrutsch auf dem Friedhof in Kaan-Marienborn Särge vor die Wohnhäuser spült. Fünf Jahre später trifft es die benachbarte Gemeinde Wenden. Mit Blick auf die Starkregenereignisse im letzten Jahr, insbesondere in Düsseldorf sowie in kleineren Kommunen in Süd- und Ostdeutschland, ist deutlich geworden, dass nicht nur Flusshochwasser in Städten gravierende Schäden verursachen kann. Schaut man auf Statistiken und Wetter- und Klimaprognosen könnte das sogenannte pluviale Hochwasser, also durch starke, plötzliche Regenfälle verursachte Überflutungen, in Zukunft für immer mehr Kommunen zu einem schwerwiegenden Problem werden. Denn im Gegensatz zu fluvialem, also Flusshochwasser, lassen sich Starkregenereignisse und deren Ausmaß nur bedingt bis überhaupt nicht vorhersagen. Treten dann weniger extreme Ereignisse beider Quellen zeitgleich auf, kann es trotzdem zu einem Versagen der Entwässerungsinfrastruktur kommen. So kann ein mittleres Hochwasserereignis im Gewässer dazu führen, dass Niederschlagswasser nicht in ausreichendem Maße über die Kanalisation abgeschlagen werden kann und es infolgedessen zu einem Rückstau und somit zu Überschwemmungen kommt. Vor diesem Hintergrund führt das Forschungsinstitut Wasser und Umwelt (fwu) des Departments Bauingenieurwesen der Universität Siegen gemeinsam mit dem Entsorgungsbetrieb der Stadt Siegen (ESi) seit Anfang 2016 ein Projekt zur Simulation von Starkniederschlägen im Stadtgebiet Siegen (SiSSi) durch.

Ziel des Projekts ist, mittels Computermodell die potenziell gefährdeten Bereiche und Gebäude im Stadtgebiet von Siegen zu ermitteln. „Dabei schauen wir ganz konkret auch nach Situationen, in denen beide Gefahrenquellen, Flusshochwasser und Starkniederschlag, zusammen in Erscheinung treten und entwickeln methodische Ansätze für eine kombinierte Betrachtung“, erklärt Prof. Jürgen Jensen vom Lehrstuhl für Hydromechanik, Binnen- und Küstenwasserbau des fwu. Im Fokus der Untersuchungen steht das kommunale Entwässerungssystem, denn dort machen sich Schwachstellen bei Starkregenereignissen am ehesten bemerkbar. Das bedeutet im Umkehrschluss, dass besonders in diesem Bereich viel für die Überflutungsvorsorge getan werden kann. Am Ende soll ein numerisches Modell zur Identifizierung der potenziellen Hochwasserrisiken entstehen, das neben der Geländeoberfläche und den Gewässern außerdem das Kanalnetz abbildet. So soll die Interaktion der einzelnen Systeme untereinander berücksichtigt und bei der Simulation entsprechend abgebildet werden können.

Oben: Die Grafik zeigt die physikalische Abhängigkeit zwischen der Kanalisation und einem Fließgewässer, hier am Beispiel eines Trockenwetterabflusses. In diesem Fall fließt das häusliche Schmutzwasser durch den Kanal, ggf. durch ein Regenüberlaufbecken und anschließend zur Kläranlage.
Unten: Ist im Gewässer beispielsweise ein mittleres Hochwasser und es kommt gleichzeitig zu einem Starkregenereignis, so kann die Kanalisation aufgrund des Rückstaus nicht mehr vollständig über den Regenüberlauf in das Gewässer abschlagen und es kommt zu einem gewässerbedingten Rückstau und entsprechenden Überflutungen. Fotos: fwu

Aktuell arbeiten neben Professor Jensen Dr.-Ing. Jens Bender (fwu) und Stefan Roth (ESi) als fachliche Leiter, zwei wissenschaftliche Mitarbeiter und zwei bis drei Studenten des fwu am Projekt, das in vier Arbeitspakete unterteilt ist. Zunächst müssen die detaillierten Daten, wie Digitale Geländemodelle, Orthofotos, Boden- und Landnutzungsdaten, Kanalstammdaten sowie meteorologische und hydrologische Daten angefordert und aufbereitet werden. „Das ist reine Fleißarbeit, denn dieser Teil des Projekts fordert am meisten Zeit, Arbeit und Genauigkeit und ist besonders fehleranfällig“, berichtet Professor Jensen. Untersucht wird das komplette Stadtgebiet Siegens, das aus 23 Stadtteilen besteht und sich auf rund 115 km² erstreckt. „Das bedeutet, unsere Mitarbeiter müssen die etwa 155 km Gewässer und 600 km Kanäle in diesem Gebiet überhaupt erstmal händisch erfassen. Dazu kommen noch rund 18.000 Kanalschächte, über 15.500 Straßenabläufe, 18 Regenüberlaufbecken, 55 Regenüberläufe und 15 Pumpwerke sowie zwei Kläranlagen. Diesen Teil haben wir zwar im Prinzip abgeschlossen, allerdings schleichen sich hier schnell mal Fehler ein. Daher müssen die Daten immer wieder überprüft und angepasst werden.“

Im zweiten Schritt folgt die Niederschlags-Abfluss-Modellierung (NA-Modell), mit der das gesamte Einzugsgebiet der oberen Sieg und ihrer Zuflüsse modelliert wird. „Mit diesem Modell können wir Niederschlagsereignisse in das Modell einsteuern und so an jedem beliebigen Punkt im Gewässersystem die resultierenden Bemessungsabflüsse, die Grundlage für hydraulische Modellierungen, ermitteln“, erklärt Professor Jensen. „Dieser Teil befindet sich aber auch schon in Bearbeitung.“

Im dritten Schritt wird das Kanalnetz dynamisch mit dem Oberflächenabfluss- und Gewässermodell gekoppelt. Für die Modellierung müssen die Wasserstände, Fließgeschwindigkeiten und Überschwemmungsflächen genau berechnet werden, um so den komplexen Ablauf eines Hochwasserereignisses besser modellieren und die Schwachpunkte der Entwässerungsinfrastruktur identifizieren zu können. Am Schluss steht dann die fertige Hochwasserschadensanalyse, die auf Basis der Modelle erstellt wird. „Wir wissen zum Beispiel, dass die wertigeren Regionen in Siegen mit den höchsten Mieten relativ niedrig bzw. nahe der Sieg gelegen und deshalb ohnehin schon durch Hochwasser gefährdet sind. Kommt dann unerwartet Starkregen hinzu, muss es ein Entwässerungssystem und andere bauliche Vorkehrungen geben, die eine Überschwemmung und größere – vor allem finanzielle Schäden – für die Eigentümer verhindern“, erklärt Prof. Jensen. „Das können auch einfache bauliche Maßnahmen, wie die Erhöhung des Bordsteins um wenige Zentimeter oder Verwallungen sein. Die Entscheidungsgrundlage liefern dann zum Beispiel Starkregen- oder Hochwassergefahrenkarten die mit unserem Modell erstellt werden.“

1.20 Wasser-/Abwassermanagement

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Seit über 25 Jahren entwickelt BARTHAUER zuverlässige Infrainformatik-Software.
Das Netzinformationssystem BaSYS bietet umfassende Tools für die Sparten
Kanal, Wasser, Gas und Kabel. Mit GeoDS, dem Geoobjects Design Studio, können
beliebige Geoobjekte oder Kataster für jedwedes kommunales Inventar erschaffen
werden. Weltweit einzigartig lassen sich BARTHAUER Produkte dank Multiplattformkonzept
investitionssichernd in alle GIS/CAD-Systeme integrieren.

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Team Public Sector

Die DATEV eG unterstützt mit einer über 50-jährigen Erfahrung als Softwarehaus und IT-Dienstleister Steuerberater, Wirtschaftsprüfer und Rechtsanwälte sowie deren zumeist mittelständische Mandanten. Das Unternehmen zählt zu den größten Informationsdienstleistern und Softwarehäusern in Europa und bietet auch kommunale Kompetenz.
Denn DATEV liefert speziell auf die kommunalen Belange abgestimmte Beratung sowie ein durchgängiges Software-System rund um das Finanz- und Personalwesen.

GreenGate AG

Die GreenGate AG entwickelt hoch anpassungsfähige und innovative Softwarelösungen für die strategische Instandhaltung von Anlagen und Infrastrukturen. Ver- und Entsorger müssen gesetzliche Vorgaben erfüllen und Versorgungssicherheit gewährleisten. Mit unserer Softwarelösung planen, dokumentieren und überwachen Sie Ihre Betriebs- und Instandhaltungsprozesse effizient und wirtschaftlich.

NIS AG Netzinformationssysteme

Die NIS AG bietet seit über 20 Jahren mit rund 30 qualifizierten Mitarbeitenden
für Ver- und Entsorgungsunternehmen im Bereich der Netzinformation
und des Asset Management ganzheitliche und innovative Lösungen an.
Sie ist lizenzierter „value added Partner“ von GE Grid Solutions. Der Leistungskatalog
der NIS AG umfasst Beratung/Consulting, Softwareentwicklung, Schulung
und Outsourcing-Dienstleistungen.

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Als erfolgreiches und innovatives Unternehmen bieten wir gesamtheitliche Lösungen auf den Gebieten Geoinformationssysteme, Vermessung, Wasserwirtschaft, Internetauskunftssysteme und den damit verbundenen Dienstleistungen, die sich an kommunale Verwaltungen, Zweckverbände, Stadtwerke, Industriebetriebe und Baufirmen, Energieversorger sowie gewerbliche und private Bauherren richten.

Intergraph – Division Hexagon Safety & Infrastructure

Intergraphs Division Hexagon Safety & Infrastructure ist ein weltweiter
Anbieter von Geo-Lösungen (GIS) sowie von Einsatzleit-/Lage-/Stabsinformationssystemen.
Unsere branchenspezifische Software ermöglicht die
übersichtliche Darstellung, Analyse und organisationsübergreifende Bereitstellung
selbst von hoch komplexen Daten – zum Schutz der öffentlichen
Sicherheit und Betrieb von Infrastrukturen.

SAG GmbH, Bereich CeGIT

Mit 400 Mitarbeitern bietet SAG CeGIT Lösungen und Dienstleistungen zu
Asset- & Netzdatenmanagement, Betriebsführung, Instandhaltung, Trassierung,
Fernerkundung, Netzplanung und Smart Grids. Jahrzehntelange Erfahrungen
der SAG von Aufbau bis Betrieb von Energieanlagen & -netzen sind Basis unserer
Lösungen, die Wettbewerbs- und Zukunftsfähigkeit von Stadtwerken,
Netzbetreibern, Kommunen und Industriebetrieben nachhaltig unterstützen.

Nach bisherigem Stand ist die Analyse allerdings erstmal nur für Siegen selbst gedacht. „Unser Ziel ist es nicht, ein fertiges Produkt für die Anwendung in anderen Städten zu entwickeln, das würde auch den Rahmen des Projekts sprengen“, erklärt Professor Jensen. Profitieren sollen andere Kommunen aber trotzdem. „Mit SiSSi wollen wir einen methodischen Ansatz liefern, quasi einen Nachweis, dass unsere Idee – pluviales Hochwasser als dynamischen Prozess darzustellen – funktioniert. Dies könnte dann ein Anreiz für andere Kommunen sein, in ähnliche Projekte zu investieren.“

www.fwu.uni-siegen.de/wb

Der Beitrag Bereit für den Ernstfall: Wann kommt die Flut? erschien zuerst auf Business Geomatics.

Starkregengefahrenkarten sind wichtig, um Risikopotentiale zu erkennen und umfangreiche Aufklärung in der Öffentlichkeit zu betreiben. Doch bisher war die Simulation für größere Gebiete entweder aufgrund der detaillierten Höhenmodelle für die IT zu anspruchsvoll (zu lange Rechenzeiten), oder es musste mit groben Auflösungen gerechnet werden, was keine zufriedenstellenden Ergebnisse lieferte. Die Firma geomer GmbH aus Heidelberg hat mit FloodArea HPC ein Programm, mit dem selbst mehrere hundert Quadratkilometer große Areale in einem Rechenlauf simuliert werden können – und das mit äußerst detaillierten Daten zu Gelände und Infrastruktur.

Ein Kreisverkehr in der Nähe von Ditzingen. Die Siedlungen im Tal der Glems sind gemäß der Simulation eines Starkregens gefährdet. Fotos: B Polizei Baden-Württemberg, Stadt Ditzingen, tarkregengefahrenkarten Glems 2011

Eine Starkregengefahrenkarte zeigt den Weg des Niederschlagwassers auf: Mit einem hydrologisch-hydraulischen Modell wird der Wasserabfluss vom Ort des Niederschlags bis hin zum nächst größeren Gewässer abgebildet. Zu sehen, welche Gebiete das Regenwasser auf seinem Weg überfluten kann, ist für kommunale Verantwortungsträger, Katastrophenschutzbeauftragte und betroffene Bürger eine wichtige Entscheidungsgrundlage.

Seit dem Jahr 2001 hat geomer mit FloodArea ein Programm im Angebot, das komplett in ArcGIS integriert ist und mit dem Überschwemmungsflächen berechnet werden können. War der wichtigste Anwendungsschwerpunkt anfangs die Erzeugung von Hochwassergefahrenkarten für Bäche bis zu großen Flüssen wie Rhein und Elbe, so ist nach und nach die Erstellung von Karten für den Bereich von lokalen Starkregenereignissen dazu gekommen. So wird das Programm beispielsweise stark in Baden-Württemberg eingesetzt, das nach den verheerenden Regenfällen im Jahr 2016 große Fördermittel für Kommunen bereitgestellt hatte, um Gefährdungskarten zu erstellen.

Im Zuge der Weiterentwicklung ist im Jahr 2013 die FloodArea HPC auf den Markt gekommen. HPC steht für High Performance Computing und betrifft vor allem die Multi-Core-Fähigkeit der Lösung. Heute können dabei auch aufwändige Simulationen von größeren Gebieten in kürzester Zeit durchgeführt werden. In dem Forschungsprojekt Future City unter Federführung des Lippeverbandes hat geomer eine Starkregengefahrenkarte für eine 144 Quadratkilometer große Region im westfälischen Unna erstellt. „Der Einsatz von FloodArea HPC hat dafür gesorgt, dass auch für ein sehr feinräumiges Raster eine Gefahrenkarte erzeugt werden konnte“, beschreibt Dr. André Assmann, Gesellschafter von geomer. Auch bei noch größeren Projektgebieten hat sich die Simulations- und Modellierungssoftware bewährt: Für acht Kommunen im Einzugsgebiet der Glems hat geomer mit FloodArea Starkregenkarten für rund 300 Quadratkilometer zur Verfügung gestellt. Zur Erstellung von Starkregengefahrenkarten benutzt das Programm Laserscandaten in der bestmöglichen Auflösung, im Fall von Unna war es ein Raster von einem Meter. Zusätzlich kartiert geomer vor Ort bauliche Gegebenheiten, die selten kartographisch erfasst sind (beispielsweise Mauern und Durchlässe). Je nach gewünschtem Genauigkeitsgrad können auch das Gewässernetz oder die kleineren Mulden des digitalen Höhenmodells (DHM) korrigiert werden.

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SAG GmbH, Bereich CeGIT

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Asset- & Netzdatenmanagement, Betriebsführung, Instandhaltung, Trassierung,
Fernerkundung, Netzplanung und Smart Grids. Jahrzehntelange Erfahrungen
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Für die Abflussermittlung verwendet geomer die typischerweise für eine hydrologische Modellierung verwendeten Daten: Dazu gehören Informationen zur Landnutzung (ATKIS und ALK), zur Bodenbeschaffenheit (Bodenkarten) sowie zur Hangneigung aus der Auswertung des Geländemodells. Beim Niederschlag als Kenngröße kann das Programm eine beliebige zeitliche und räumliche Verteilung annehmen. Bei diesem hydrologischen Modell wird zum Beispiel simuliert, welche Böden wie viel Wasser absorbieren können und bei welchem Niederschlag eine Sättigung eintritt. Diese Werte sind entscheidend für die Wasserableitung nichtversiegelter Flächen. Mit den sogenannten Rauhigkeiten, die sich auf der Basis der Landnutzung für jede Rasterzelle des Geländemodells ergeben, wird festgelegt, welchen Fließwiderstand das Wasser jeweils hat. Die Auflösung dieses Oberflächenmodells sollte der des Geländemodells entsprechen und möglichst detailliert sein, um den Einfluss von Strukturen wie z.B. Wegen, Weggräben und kleinen Geländevertiefungen auch abbilden zu können. „Für die Fließwege können so Abflussspitzen in kleinen Teileinzugsgebieten und die daraus resultierenden Rückstaueffekte sehr genau abgebildet werden“, sagt Assmann.

Bezüglich des Kanalnetzes unterstützt FloodArea HPC unterschiedliche Möglichkeiten, die von einer summarischen Integration der Leistungsfähigkeit der Teilgebiete des Entwässerungssystems bis zu einer linearen Kopplung mit Kanalnetzmodellen reichen.

Besonders wichtig ist auch die Datenausgabe, die für die Öffentlichkeitsarbeit und die Aufklärung rund um die Starkregengefahr eine wichtige Rolle spielt. FloodArea bietet dafür neben den statischen Karten auch vielfältige Möglichkeiten für weitere Auswertungen und Darstellungen, vor allem im Internet. Die Website www.starkregengefahr.de/ glems stellt in diesem Zusammenhang ein gelungenes Beispiel dar.

www.geomer.de

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Pluviale, durch Starkregen verursachte Überflutungen, treten insbesondere im urbanen Raum auf. Aber wo genau sind Gefahrenpunkte, welche Fließwege sucht sich das Regenwasser, wenn plötzlich 20 Liter oder mehr Regen pro Quadratmeter niedergehen, und wie kann eine Kommune die Gefahrengebiete ausweisen und so Grundstückseigentümer zielgerichtet informieren? Diese Fragestellungen werden aktuell in dem Forschungsprojekt BESTKLIMA im bergischen Städtedreieck (Wuppertal, Solingen, Remscheid) behandelt. Dort untersucht das federführende Institut für Stadtbauwesen und Stadtverkehr der RWTH Aachen, wie sich Städte an die heutigen Klimaanforderungen strategisch anpassen können, unter anderem bei dem Thema Starkregen.

Neben den Städten ist an der Studie die Bergische Struktur- und Wirtschaftsförderungsgesellschaft mbh beteiligt, die bereits 2013 für die Städte Remscheid und Solingen eine Klimaanpassungsstrategie erarbeitet hatte. Besonderheit des Forschungsprojektes ist es, dass nicht nur eine Methodik entwickelt werden soll, um diese Maßnahmen zu identifizieren. Es wird auch untersucht, wie komplexe Anpassungsvorhaben auf stadtregionaler Ebene einerseits organisiert und gesteuert und andererseits auch qualitativ bewertet und eingeschätzt werden können. Im Raum steht also in erster Linie die Frage, was solche Maßnahmen für konkrete Auswirkungen haben. Daraus abgeleitet werden sollen Stadt- und Regionalplanung, Entwässerungsplanung oder Konzepte für das Gesundheitswesen. Für andere Kommunen soll BESTKLIMA als eine Art Blaupause Gültigkeit haben. Noch in diesem Jahr sollen Ergebnisse gezeigt werden.

Darstellung von Schadenspotentialen in Abhängigkeit von Wasserstand und Gebäudenutzung. Foto: Franz Fischer Ingenieurbüro GmbH

Die Aufgabe der Fließwege- und Muldenmodellierung für die Stadt Remscheid wurde im Juli 2015 an das Franz Fischer Ingenieurbüro GmbH vergeben und im Frühjahr 2016 abgeschlossen.

„Diese tragen vor allem zur Identifikation überflutungsgefährdeter Gebiete bei“, sagt Ralf Ostermann, einer der Geschäftsführer des Ingenieurbüros. „Und sind somit eine wichtige Grundlage für eine Sensibilisierung und Aufklärung der Öffentlichkeit gegenüber dem Thema Starkregen“.

Die dafür notwendigen Daten konnte Fischer Teamplan mit überschaubarem Aufwand beschaffen. So hatte das Bundesland NRW ab Anfang 2017 die digitalen Geobasisdaten über Dienste und Download als Open Data bereitgestellt. Grundlage war eine Open Data-Verordnung aus dem Jahr 2016. „Das hat uns die Beschaffung der Daten enorm erleichtert“, sagt Ostermann. In NRW sind Höhenmodelle (DGM), Landschaftsmodelle (DLM), topographische Karten (DTK), Luftbilder (DOP), Liegenschaftskataster und historische Karten verfügbar. Für das DGM war dabei eine Auflösung von mindestens einem Punkt pro Quadratmeter (aus den Laserscan-Daten) notwendig, die dann auf ein 25-Zentimeter-Raster interpoliert wurden. Zudem nutzte Fischer Teamplan die Gebäudeumrisse aus ALKIS. Die Daten für die Verrohrungen und Durchlässe mussten dabei individuell aus verschiedenen Quellen zusammengetragen und teils händisch erfasst werden. Auf dieser Basis wurd ein Regenereignis simuliert, bei dem die Fließwege berechnet wurden. Fischer Teamplan hat daraufhin ein Risiko- und Schadenspotenzial bis auf Gebäudeebene kartiert, das eine wichtige Informationsquelle für Rettungsdienste, Fachbehörden und Bürger werden kann.

Bei Starkregen stößt die Abführung des Oberflächenwassers über den Kanal oft an ihre Grenzen. Foto: Franz Fischer Ingenieurbüro GmbH

Wuppertal hatte bereits die von Gewässern ausgehende Hochwasser- und Überflutungsgefahr im Rahmen des Generalentwässerungsplans (GEP) untersucht und dabei eine gekoppelte Modellierung realisiert, die Kanalnetz- und Oberflächenabflüsse integriert untersucht. Die im Rahmen von BESTKLIMA angewandte Methode setzte aber nicht auf diese detaillierte Modellierung. Vielmehr wurde ein Geländemodell herangezogen und innerhalb eines speziellen Programms (FloodAera von Geomer, siehe Beitrag Seite 4) ein Starkregenereignis simuliert. Dabei wurden variable Abflussbeiwerte (vor allem aufgrund der Hangabflussgefährdung genutzt und die Fließrichtungen analysiert. Die Untersuchung berücksichtigte auch Fließhindernisse, die nicht im Geländemodell enthalten waren. Daraufhin wurden die Schadenspotenziale gebäudegenau bestimmt und klassifiziert, wobei noch unterschieden wurde, ob die Gebäude direkt im Einflussbereich von Fließwegen oder Senken liegen. So lassen sich gefährdete, öffentliche oder private Einrichtungen (Schulen, Krankenhäuser, Tiefgaragen) und kritische Infrastruktur (Strom-/Trinkwasserversorgung) sehr gut bestimmen. „Dafür haben wir zwar hohe Datenmengen bei entsprechender Datenauflösung benötigt, die Rechnerkapazität hielt sich aber in Grenzen“, beschreibt Ralf Ostermann.

Die GIS-basierte Grobanalyse der Fließwege und Mulden macht es möglich, Schadenspotenziale einfach zu bestimmen, ohne dafür aufwändigere Verfahren wie eine gekoppelte Simulation heranzuziehen, bei der Gewässer, Oberflächen und Kanal integriert betrachtet werden. Trotz des hohen Automatisierungsgrades war es notwendig, die Ergebnisse zu plausibilisieren. „Ohne Ortskenntnis und Erfahrungen ist dies bei solchen Projekten nicht möglich“, sagt Ostermann.

www.fischer-teamplan.de

Drei Fragen

Ralf Ostermann. Foto: Franz Fischer Ingenieurbüro GmbH

Ralf Ostermann beantwortet drei Fragen zum Projekt BESTKLIMA:

Business Geomatics: Welche Datenauflösung ist für welche Auswertequalität notwendig?

Ralf Ostermann: Das DGM sollte fein genug sein, um Straßenzüge und ähnliche Strukturen abzubilden. Eine Rasterweite von einem Meter ist im Allgemeinen gut geeignet. Für detaillierte Untersuchungen kann aus den Laserscandaten eine Auflösung von bis 50 bis 25 Zentimetern hergeleitet werden.

Wie sieht es mit der Verfügbarkeit der notwendigen Daten generell aus?

In NRW liegen die Daten flächendeckend vor und können kostenlos vom Land bezogen werden. Seit Anfang des Jahres hat sich der zur Verfügung stehende Datenumfang deutlich erhöht, die Datenanforderung wurde deutlich vereinfacht.

Die drei in BESTKLIMA involvierten Städte liegen in einer ausgeprägten Mittelgebirgslandschaft. Wie sieht das Risikopotenzial Ihrer Erfahrung nach in flacheren Gebieten wie zum Beispiel der Norddeutschen Tiefebene aus?

Die gegensätzliche Topographie führt häufig auch zu unterschiedlichen Problemstellungen. In den Mittelgebirgsregionen treten häufig zwar nur geringe Fließtiefen, dafür aber hohe Fließgeschwindkigkeiten auf. Zudem kann es in Mulden- und Tieflagen zu einer schnellen Füllung kommen. In flacheren Gebieten kommt es im Gegensatz zwar selten zu hohen Fließgeschwindigkeiten, dafür aber schneller zu größeren Fließbeziehungsweise Einstautiefen. Damit haben beide topographischen Ausprägungen ihre Eigenheiten, die im Einzelfall untersucht werden müssen.

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