Die Wahrscheinlichkeit für Starkregen nimmt im Zuge des Klimawandels zu. In Berlin gab zuletzt Juli 2016, Juni 2017, Juli 2017, Juli 2018, August 2019 und September 2021 außergewöhnliche Vorfälle. Quelle: MIKHAIL/Stock.Adobe.com

Die nun veröffentlichte flächendeckende Starkregenhinweiskarte für Berlin bietet eine erste Orientierungshilfe, wo es bei Starkregen aufgrund von Geländetiefpunkten zu möglichen Überflutungen kommen könnte. Zudem dokumentiert sie Daten von Starkregeneinsätzen der Berliner Feuerwehr. Desweitern liegen aktuell für die Gebiete Flughafensee (südliches Reinickendorf), Moabit (Mitte) sowie rund um den Obersee und den Orankesee in Lichtenberg detaillierte Starkregengefahrenkarten vor. Weitere Gebiete werden in den kommenden Jahren sukzessive in enger Zusammenarbeit von den Berliner Wasserbetrieben und der Senatsverwaltung ergänzt. Die Starkregengefahrenkarte gibt u.a. Aufschluss darüber, wie hoch Wasser an bestimmten Standorten stehen kann oder welche maximalen Fließgeschwindigkeiten für verschiedene Regenszenarien auftreten können. Die Karten helfen dabei, Gebiete zu erkennen, die gefährdet sein könnten, um Schutzmaßnahmen für Gebäude, Infrastruktur und Bauprojekte zu verbessern.

Das von der SenMVKU koordinierte Starkregenrisikomanagement ist eine kommunale Gemeinschaftsaufgabe, bei der zahlreiche Ebenen und Akteure beteiligt sind: Bundes- und Landesbehörden, Bezirke, Landesbetriebe, Industrie- und Gewerbebetriebe, Infrastrukturbetreiber, aber auch Bürgerinnen und Bürger. Die SenMVKU arbeitet in enger Kooperation mit dem Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) und den Berliner Wasserbetrieben an einer stetigen Verbesserung der Gefahrenbeurteilung. So erarbeiten das BKG mit Unterstützung der Länder aktuell eine deutschlandweite „Hinweiskarte Starkregengefahren“.

Einen vorsorgenden Beitrag zur Verringerung von Starkregengefahren leisten insbesondere auch dezentrale Maßnahmen der Regenwasserbewirtschaftung. Für die Planung und Umsetzung von derlei Maßnahmen bietet die Berliner Regenwasseragentur Interessierten eine Erstberatung an.

In Berlin kam es in den letzten Jahren vermehrt zu Starkregenereignisse mit erheblichen Schäden (Juli 2016, Juni 2017, Juli 2017, Juli 2018, August 2019, September 2021).

Die flächendeckende Starkregenhinweiskarte bietet eine erste Orientierungshilfe und eine einfache Gefahrenabschätzung basierend auf einer Kombination aus topographischer Senkenanalyse und Feuerwehreinsatzdaten. Sie zeigt potenzielle Überflutungsbereiche aufgrund topografischer Tiefpunkte an und verweist auf vergangene Starkregenereignisse, die Schäden verursacht haben.

Die Starkregenkarten sind eingebettet in den FIS-Broker der Senatsverwaltungs für Stadtentwicklung, Bauen und Wohnen.
Quelle: SenMVKU

Die Starkregengefahrenkarte beinhaltet eine detaillierte Bewertung der räumlichen Ausdehnung von Überflutungen, den Überflutungstiefen und den Fließgeschwindigkeiten bei verschiedenen Starkregenszenarien. Sie zeigt die räumliche Ausdehnung von Überflutungen, Überflutungstiefen (Wasserstand über Gelände) und Fließgeschwindigkeiten eines starkregenbedingten Hochwassers bei verschiedenen Szenarien (seltenes, außergewöhnliches und extremes Ereignis).

Die Analyse wurde auf Basis eines gekoppelten 1D-Kanalnetz und eines 2D-Oberflächenabflussmodells (1D/2D gekoppeltes Modell) durchgeführt. Bei diesem Verfahren wird die Berechnung der Abflussvorgänge im Kanalnetz (1D) mit der zweidimensionalen hydrodynamischen Modellierung der Oberflächenabflüsse (2D) kombiniert, um einen bidirektionalen Austausch von Wasservolumen, d.h. einen Austausch in beide Richtungen, zwischen Oberfläche und Kanalnetz an den Schächten und Straßenabläufen zu berücksichtigen. Die Erarbeitung der Starkregengefahren erfolgt basierend auf der von den BWB und der für Wasserwirtschaft zuständigen Senatsverwaltung gemeinsam entwickelten Leistungsbeschreibung „Erstellung von Starkregengefahrenkarten für Berliner Misch- bzw. Regenwassereinzugsgebiete“.

Voraussetzung sind Daten zu Topographie, Gebäuden, Straßen, Versiegelung und bodenkundlichen Kennwerten sowie Kanalnetzdaten. Für die 1D-Modellierung des Kanalnetzes wurde das aktuelle Kanalnetz (Misch- oder Trennkanalisation) der BWB verwendet. Die Entwässerungsinfrastruktur wird durch ein Kanalnetzmodell abgebildet, wobei dieses u.a. Schächte, Straßenabläufe, Haltungen und Haltungsflächen berücksichtigt. Auf Grundlage des digitalen Geländemodells wurde ein detailliertes, lückenloses und überlappungsfreies 2D-Oberflächenmodell erstellt und um standardisierte Dachformen der Gebäudedaten ergänzt. Mauern oder Bordsteine werden durch Bruchkanten berücksichtigt. Diese werden aufgrund der Auflösung jedoch nicht durch das DGM abgebildet und werden – falls sie abflussrelevant sind – nachträglich über Bruchkanten berücksichtigt.

Maßgebliche Datensätze für Gebäudeflächen sind die ALKIS-Gebäude und der Datensatz der Gründächer (im Bereich der Kleingärten). Bei der Abflussbildung von Dachflächen wird zwischen einleitenden und nicht einleitenden Dächern basierend auf den Daten der Erfassung des Niederschlagsentgelts unterschieden. Einleitende Dächer werden in der Modellierung als direkt an den Kanal angeschlossen betrachtet (1D-Abflussbildung). Bei nicht einleitenden Dächern erfolgt die Abflussbildung über das Oberflächenabflussmodell. In diesem Fall wird der effektive Niederschlag auf die umliegende Oberfläche verteilt, indem das Prinzip der Randverteilung angewendet wird. Straßen und Wege umfasst alle befestigten Flächen, wie Straßen, Wege, Plätze und private versiegelte Flächen. Die Abflussbildung dieser Flächen erfolgt über das 2D-Oberflächenabflussmodell und es wird nicht zwischen einleitend und nicht einleitend unterschieden. Als Gewässerflächen werden alle stehenden Gewässer und Fließgewässer aus dem ALKIS-Datensatz angenommen. Alle restlichen Flächen werden als Grünflächen angesetzt. Für diese Flächen werden im Modell entsprechende Abflussparameter, wie Benetzungs- und Muldenverluste sowie Anfangs- und Endabflussbeiwert, basierend auf Literaturwerten, angesetzt. Das Modell bildet den Rückhalt der Vegetation (Interzeption), die Versickerungsfähigkeit des Bodens und die Oberflächenrauheiten ab.

Für Hochwasserrisikogebiete (SenUVK, 2018) wurden in Berlin im Rahmen der Hochwasserrisikomanagementrichtlinie bereits Hochwassergefahrenkarten erarbeitet und Überschwemmungsgebiete ausgewiesen.

Grundlage der Starkregengefahrenkarte sind

• ATKIS DGM – Digitales Geländemodell
• ALKIS- Amtliches Liegenschaftskatasterinformationssystem
• Kanalnetzmodelle Regenwasser und Schmutzwasser (BWB)
• Entgeltdaten (BWB)
• Generalentwässerungsplan (GEP), (BWB)
• Straßenabläufe
• Gründächer
• Luftbilder (Orthophotos)
• Bodenkundliche Kennwerte
• Straßenbefahrung
• Feuerwehreinsätze und Überstauatlas
• Starkniederschlagsregionalisierung und -auswertung (KOSTRA) des Deutschen Wetterdienstes (DWD)

www.berlin.de

www.berlin.de/umweltatlas/wasser/starkregen/

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Bild: Simulationsergebnis (Überflutungstiefen) für ein Starkregen-Ereignis in Nordrhein-Westfalen Quelle: BKG

Starkregen-Ereignisse haben durch den Klimawandel signifikant zugenommen. Die bei solch einem Ereignis auftretenden Niederschlagsmengen können in kürzester Zeit so hoch ausfallen, dass es auch abseits von Gewässern zu katastrophalen Überflutungen kommt. Die vom BKG für ganz Deutschland geplante „Hinweiskarte Starkregengefahren“ zeigt realistische Simulationsergebnisse zu möglichen Überflutungsszenarien, insbesondere Überflutungstiefen und Strömungsgeschwindigkeiten. Die Karte wird somit zu einem wichtigen Instrument, um durch Starkregen gefährdete Bereiche zu identifizieren. Kommunen, Planern und Einsatzkräften wird es damit bundesweit ermöglicht, adäquate Maßnahmen abzuleiten, sowohl präventiv als auch im akuten Katastrophenfall.

Als Grundlagendaten dienen viele verschiedene Geodaten des Bundes und der Länder, insbesondere ein sehr hochaufgelöstes digitales Geländemodell sowie Daten zur Flächennutzung, wie beispielsweise der Versiegelung oder der Bebauung. Weiterhin gehen die langjährig gesammelten und ausgewerteten Niederschlagsdaten des Deutschen Wetterdienstes in die Berechnungen des BKG ein. Die enge Kooperation mit den jeweiligen Länderbehörden, der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) und weiteren Bundesbehörden stellt einen großen Schritt hin zu einer bundesweit einheitlichen Abdeckung der Gefahrenlage Starkregen dar.

Spätestens zu Beginn des Jahres 2024 werden die Ergebnisse als interaktive Webkarten zur Verfügung gestellt. Auch ein Download der Daten ist vorgesehen. Als erste Teilregion einer bundesweiten Hinweiskarte steht Nordrhein-Westfalen seit Oktober 2021 als interaktive Webkarte im frei zugänglichen Geoportal des Bundes und der Länder bereit: https://geoportal.de/Info/tk_04-starkregengefahrenhinweise-nrw. Sobald die Einzelprojekte abgeschlossen sind, werden die Flächen von Berlin, Bremen, Brandenburg, Hamburg, Mecklenburg-Vorpommern, Niedersachsen, Sachsen, Sachsen-Anhalt, Schleswig-Holstein und Thüringen ebenfalls kartiert sein.

www.bkg.bund.de

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Die Flutkatastrophe im Ahrtal hat massive Schäden verursacht, die noch lange sichtbar sein werden. Großteile der Infrastruktur werden wieder aufgebaut. Die infrest-Technologie unterstützt dies. Foto: C. Ketz

Die Lösungen der infrest bieten Kommunen und Netzbetreibern interessante Einsatzfelder, die über die Einholung von Leitungsauskünften hinausgehen. Städte und Kommunen können das Portal zusätzlich dafür nutzen, digitale Genehmigungsverfahren nach den Vorgaben des Onlinezugangsgesetz (OZG) rechtskonform umzusetzen. Und Netzbetreiber ohne eigene Planauskunftssysteme können mit Hilfe der Portallösung sogar eine vollautomatische Planauskunft aufbauen.

Für Netzbetreiber, die zwar kein eigenes Planauskunftssystem im Einsatz haben, aber ihren Anlagenbestand in einer webbasierten GIS-Lösung verwalten, kann über eine Systemkopplung mittels WebMapService (WMS) mit dem webbasierten infrest Leitungsauskunftsportal eine vollautomatische Planauskunft eingerichtet werden. Die Leitungsauskünfte werden dann mittels WMS-Aufruf automatisiert erstellt und dem Auskunftssuchenden samt zugehörigen Unterlagen wie Leitungsschutzanweisung oder Legende im infrest Leitungsauskunftsportal zum Download zur Verfügung gestellt. Der Netzbetreiber erhält einen Zugang zum Portal, über welchen er Einsicht in alle eingegangenen Anfragen und Auskünfte hat.

Digitale Antragsverfahren OZG-konform umsetzen

Städte und Kommunen können darüber hinaus auch bei digitalen Antragsverfahren von den Lösungen der infrest profitieren. So hat das Unternehmen mehrere Schnittstellen zu bekannten Fachverfahrensherstellern (Dr. Haller, Archikart, Caigos etc.) entwickelt, mittels der Kommunen über das infrest Leitungsauskunftsportal ihre Antragsverfahren im Bereich der Ver- und Entsorgungsinfrastruktur nach dem Standard der Hamburger Leitstelle XPlanung/XBau digitalisieren können. Städte können so Bescheide inklusive Nachforderungsmanagement digital umfassend übermitteln. Neben den Genehmigungsverfahren zur Verkehrsrechtlichen Anordnung (VRAO) werden in Berlin so bereits das Antragsverfahren auf Zustimmung gemäß §127 des neu gefassten Telekommunikationsgesetzes (TKMG) sowie zur Sondernutzungen beziehungsweise Aufbrüchen OZG-konform abgewickelt. Weitere digitale Antragsverfahren starten demnächst in Teilen von Brandenburg und Rheinland-Pfalz.

Verzahnte Baustellenkoordination von Tiefbau- und Verkehrsplanung

Mit weiteren Lösungen der infrest lassen sich andere Prozesse im Rahmen von Tiefbauarbeiten effizienter gestalten. So koordinieren in Berlin, Köln, Düsseldorf sowie Brandenburg an der Havel die städtischen Infrastrukturbetreiber die Planung ihrer Tiefbaumaßnahmen mit dem infrest Baustellenatlas. Bei räumlichen und zeitlichen Überschneidungen der im System hinterlegten Baumaßnahmen werden die Verantwortlichen automatisch informiert und können ihre Aktivitäten im Idealfall miteinander abstimmen. Das führt, so infrest,  zu deutlichen Kostenersparnissen durch kürzere Gesamtbauzeiten und erhebliche Ressourcen- und CO2 Einsparungen.

Einsatz im Ahrtal

Um mehr Transparenz zu schaffen und die Planungen neuer Baumaßnahmen weiter zu erleichtern, wurde die webbasierte Lösung jetzt in Richtung Verkehrsplanung erweitert. Die Infrastrukturbetreiber beziehungsweise die von ihnen beauftragten Verkehrsplaner können nun auch die für die Baumaßnahmen notwendigen Verkehrsänderungen inklusive Umleitungen im System hinterlegen. Oft wird von den städtischen Verkehrsunternehmen im Rahmen von Gleisarbeiten ein Schienenersatzverkehr eingerichtet. Um zu vermeiden, dass geplante Tiefbauarbeiten den fahrplanmäßigen Verkehrsfluss behindern, können die Verkehrsbetriebe jetzt auch diese temporären Umfahrungen in den Baustellenatlas eintragen.

Die neuen Erweiterungen ermöglichen es den beteiligten (Verkehrs-) Planern außerdem, weiterführende Informationen zu den eingerichteten Umleitungen zu hinterlegen. So lassen sich zur besseren Planung unter anderem Informationen zur Staugefährdung, Anzahl der betroffenen Fahrspuren sowie der Art der betroffenen Verkehrsteilnehmer:innen angeben.

Werden neue Tiefbaumaßnahmen auf der Umleitungsstrecke geplant, informiert der Baustellenatlas die verantwortlichen Planer:innen und Verkehrsunternehmen automatisch. Sie können dann gemeinsam Lösungen erarbeiten, um Verkehrsbehinderung zu vermeiden.

Sowohl der infrest Baustellenatlas als auch das infrest Leitungsauskunftsportal kommen seit Herbst dieses Jahres im vom Jahrhunderthochwasser betroffenen Landkreis Ahrweiler zum Einsatz. „Wir freuen uns, dass wir mit unseren Lösungen einen Beitrag zum schnellen Wiederaufbau der von der Hochwasserkatastrophe betroffenen Städte, Gemeinden und Infrastruktur leisten können,“ so infrest-Geschäftsführer Jürgen Besler. (sg)

www.infrest.de

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Mithilfe von KOSTRA-DWD ist es unter anderem möglich, die Niederschlagshöhe starker Regenereignisse bezüglich ihrer Jährlichkeit einzuschätzen. Foto: Pixelio / Rainer Sturm

KOSTRA-DWD steht für „Koordinierte Starkniederschlagsregionalisierung und -auswertung des DWD“. Der Datensatz wird bereits seit mehr als 30 Jahren regelmäßig vom Deutschen Wetterdienst erarbeitet. Eine erste Fortschreibung mit dem Namen KOSTRA-DWD-2000 erschien im Jahr 2005. Sie basierte auf den Daten der Jahre 1951 – 2000. Eine weitere Fortschreibung der Starkniederschlagsauswertung wurde im Jahr 2016 als KOSTRA-DWD-2010 veröffentlicht. Sie beruht nun auf den Daten der Jahre 1951 – 2010.

Auf Anregung einzelner Landesbehörden wurde darüber hinaus im Jahr 2017 eine Revision dieses Datensatzes (KOSTRA-DWD-2010R) durchgeführt. Im Rahmen der Starkniederschlagsauswertung wurden Niederschlagshöhen und Niederschlagsspenden berechnet. Die Berechnung erfolgte in Abhängigkeit von verschiedenen Dauerstufen (5 min bis 72 h) beziehungsweise Jährlichkeiten (1 a bis 100 a). Die Ergebnisse wurden auf ein deutschlandweites Rasternetz (je Rasterfeld rund 67 km²) übertragen.

Für den neuen Datensatz wurden in den Jahren 2018 bis 2021 im Projekt „Methodische Untersuchungen zur Novellierung der Starkregenstatistik für Deutschland (MUNSTAR)“ die Methodik und die Datenbasis grundlegend erneuert.

Ein wesentlicher Anwendungsbereich für die rasterbasierte Starkniederschlagsauswertung ist die Dimensionierung wasserwirtschaftlicher Bauwerke. Auch für die Dimensionierung von Entwässerungssystemen und Versickerungsanlagen werden sie häufig herangezogen. Mithilfe von KOSTRA-DWD ist es jedoch auch möglich, die Niederschlagshöhe starker Regenereignisse bezüglich ihrer Jährlichkeit einzuschätzen. Diese Einschätzung dient häufig der Bewertung von Schadensereignissen.

Leistungen, die im Sinne des Geodatenzugangsgesetzes zu den Geodaten gehören, werden entgeltfrei und ohne Nutzungseinschränkungen im CDC zur Verfügung gestellt. Hierzu gehören seit Juli 2017 auch die KOSTRA-DWD-Rasterdaten.

Die KOSTRA-DWD-Daten werden auch von der DWA (Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V.) im Rahmen des MDMS-Datentool mit den KOSTRA-Daten angeboten. Das Programm hatte Tandler für den DWA entwickelt.

Programme wie das Messdatenmanagementsystems „AquaZIS“ von Tandler integrieren diesen Datensatz, um ihn für Programme etwa für die Kanalnetzberechnung verfügbar zu machen. (sg)

www.dwd.de

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Nordrhein-Westfalen leidet in Folge des Klimawandels unter immer häufiger auftretenden Starkregenereignissen. Ein Forschungsteam hat daher zwölf Handlungsempfehlungen erarbeitet, die sich sowohl an die kommunale Politik und Verwaltung als auch an die Landes- und Bundesebene richtet. Foto: Shutterstock Inc.

Gesetzlichen Rahmen und finanzielle Sicherheit herstellen

Fünf „übergeordnete“ Empfehlungen (Ü1 bis Ü5) zielen auf verbesserte Rahmenbedingungen für die Integration der Klimaanpassung in die Planung auf Landes- und Bundesebene. Bislang wird in wesentlichen Gesetzen nichts oder wenig zum Thema Klimaanpassung geregelt. Deshalb soll das Thema in alle relevanten Bundes- und Landesgesetze (etwa die Klimaschutzgesetze, das Wasserhaushaltsgesetz und das Baugesetzbuch) aufgenommen und dort, wo es bereits verankert ist, weiter konkretisieret werden. Besonders finanzschwache Kommunen stehen zudem vor dem Problem, dass es zwar projektbasierte Förderung für Klimaanpassung gibt, diese jedoch immer nur vorübergehend gewährt wird. Das Autorenteam empfiehlt deshalb, Klimaanpassung durch Landesgesetze zur Pflichtaufgabe für Kommunen zu machen. Dafür müssten die Kommunen dauerhaft mit entsprechenden Finanzmitteln ausgestattet werden. Ärmere Bundesländer sollen wiederum über eine neue Gemeinschaftsaufgabe „Klimaanpassung“ vom Bund unterstützt werden. Projektförderung für investive und innovative Maßnahmen soll es trotzdem weiterhin geben. Besonders in zwei Gebieten mahnen die Autor:innen außerdem deutliche Verbesserungen in den Förderkulissen für Kommunen an: Beim Monitoring, ob etwa bauliche Vorschriften tatsächlich eingehalten werden, und bei Aktionsplänen zur Vorbereitung auf Hitzewellen, die bereits jetzt jedes Jahr tausende Todesopfer fordern.

Möglichkeiten besser nutzen

Sieben weitere, „spezifische“ Empfehlungen (S1 bis S7) beziehen sich auf die kommunale Planungspraxis und spezifische gesetzliche Vorschriften. Mit der Bauleitplanung steht den Kommunen ein Steuerungsinstrument für zahlreiche gesellschaftliche Bereiche wie Wohnungsbau, Verkehr, Energiewirtschaft, Wasserwirtschaft, Gesundheitswesen und Vorsorge gegenüber Naturgefahren zur Verfügung, das für die Verbesserung der städtischen Anpassungskapazität genutzt werden kann. Doch an vielen Stellen behindern rechtliche Regelungen und falsche Prioritäten wirksames Handeln. Besonders bei der Frage, wie Flächen entsiegelt und vielfältig genutzt werden können, machen die Autor*innen zahlreiche Blockaden aus, so etwa PKW-Stellplatzpflichten in Landesbauordnungen, Zuständigkeitskonkurrenz zwischen verschiedenen Fachverwaltungen oder zu schwache Eingriffsregelungen, die bei flächenversiegelnden Neubauten eine ausgleichende Entsiegelung anderswo erzwingen könnten. Weiterhin sehen sie eine Notwendigkeit für mehr lokale Überzeugungsarbeit (z. B. hinsichtlich des wasserwirtschaftlichen Nutzens von Gründächern) und eine stärker an Klimaanpassung orientierte Anwendung von existierenden Regeln – etwa im Denkmalschutz oder beim Schutz der menschlichen Gesundheit angesichts extremer Hitze.

Die Handlungsempfehlungen wurden im Rahmen des Forschungsprojektes „ExTrass: Urbane Resilienz gegenüber extremen Wetterereignissen — Typologien und Transfer von Anpassungsstrategien in kleinen Großstädten und Mittelstädten“ (als Teil der BMBF-Leitinitiative „Zukunftsstadt“) von Forschenden und kommunalen Fachleuten erarbeitet. An zwei Workshops im Februar und September 2021 waren über insgesamt fünf Tage mehr als 80 Personen aus unterschiedlichen Bereichen (Stadt- und Umweltplanung, Klimaanpassungsmanagement, kommunale Verwaltung, Forschung) aus 65 Kommunen in Deutschland beteiligt.

Die kompletten zwölf Handlungsempfehlungen des Forschungsteams können Sie hier kostenfrei herunterladen. (jr)

www.leibniz-irs.de

www.adelphi.de

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Der Klimaatlas bietet Daten über die Entwicklung und mögliche Folgen des Klimawandels in Nordrhein-Westfalen. Screenshot: www.klimaatlas.nrw.de

„Der Klimaatlas ist ein weiterer Baustein, um die Klimaanpassung in NRW voranzutreiben und die verschiedenen Akteurinnen und Akteure zu unterstützen“, betonte Umweltminister Oliver Krischer bei der Vorstellung der neuen Plattform: „Mit dem neuen Klimaatlas setzt das LANUV neue Maßstäbe bei der Datenbereitstellung zu Klimaentwicklung, Klimafolgen und Klimaanpassung.“

Der neue Klimaatlas teilt sich auf in einen Bereich für professionelle Anwender:innen, die Detailinformationen für die Stadtplanung oder andere Maßnahmen zur Anpassung an den Klimawandel benötigen. Ein niedrigschwelliger Einstieg leitet mit wenigen Klicks zu ersten grundlegenden Informationen über die Auswirkungen des Klimawandels auf das tägliche Leben. Die Unterschiede zwischen Klimawandel, Klimaanpassung und Klimaschutz werden hier ebenso erläutert wie die einzelnen Methoden der wissenschaftlichen Erhebungen und der Entwicklung von Indikatoren. (jr)

www.klimaatlas.nrw.de

www.lanuc.nrw.de

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Das Jahrhundert-Hochwasser vom Juli 2021 zerstörte oder beschädigte über 100 Brücken im Ahrtal. Foto: Dominik Kuhn/KIT

Das Hochwasser im Juli 2021 gehört zu den fünf schwersten und teuersten Naturkatastrophen der letzten 50 Jahre in Europa. Mehr als 180 Menschen verloren ihr Leben, weit über 10 000 Gebäude wurden beschädigt. Kritische Infrastrukturen wie Strom- und Wasserversorgungsnetze, Brücken, Bahnstrecken und Straßen wurden teilweise oder vollständig zerstört. Das Gesamtausmaß des Hochwassers am 14. und 15. Juli 2021 in der Eifel war auch für Expertinnen und Experten überraschend. Eine Kombination mehrerer Faktoren bedingte diese Katastrophe: „Wir haben untersucht, wie Niederschläge, Verdunstungsprozesse sowie Gewässer- und Abflussverhalten dieses Hochwasser begünstigt haben“, sagt Dr. Susanna Mohr, Geschäftsführerin des Center for Disaster Management and Risk Reduction Technology (CEDIM) am KIT, welche die Studie zusammen mit einem interdisziplinären Team aus mehreren Instituten des KIT erstellt hat.

An der Ahr bewegte sich die geschätzte Wasserabflussmenge 2021 in einer ähnlichen Größenordnung wie bei den historischen Hochwasserereignissen 1804 und 1910. Trotzdem lagen die Pegelstände 2021 an mehreren Orten deutlich höher. „Wir haben gesehen, dass sich die Art des Geschiebes – also Material, das durch ein Fließgewässer mittransportiert wird – erheblich verändert hat. Neben Abtragungen von Sedimenten und bereits vorhandenem Totholz hat der anthropogene, also vom Menschen verursachte Einfluss eine erhebliche Rolle gespielt“, sagt Mohr. „So haben sich etwa Fahrzeuge, Wohnwagen, Mülltonnen oder Baumaterialien an Brückenbereichen gestaut, was zu zusätzlichen Engpässen geführt und die Auswirkungen des Hochwassers weiter verschärft hat.“ Um zukünftig besser auf solche Ereignisse vorbereitet zu sein, sei es beim Hochwasserrisikomanagement notwendig, Landschaft, Infrastrukturen und Bebauung sowie Flussverläufe einschließlich deren Veränderungen und mögliche Sedimenttransporte in die Gefährdungsbeurteilung miteinzubeziehen.

Niederschlagsausmaß nicht einzigartig

Die Forschenden verglichen weiterhin das Niederschlagsereignis vom Juli 2021 mit historischen Niederschlagsaufzeichnungen: „Unsere Analysen zeigen, dass die beobachtete Gesamtniederschlagsumme mit zu den höchsten der letzten 70 Jahre in Deutschland zählt – und somit extrem, aber nicht einzigartig war“, sagt Dr. Florian Ehmele vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Department Troposphärenforschung (IMK-TRO). „Die Niederschlagsereignisse, die beispielsweise zu den schweren Hochwassern in Berlin und Brandenburg 1978 oder an der Elbe 2002 geführt haben, waren sowohl hinsichtlich ihrer Niederschlagsintensität als auch ihrer Ausdehnung oder Lebensdauer deutlich stärker.“ Allerdings seien vergangene Niederschlagsereignisse, die mit dem im Juli 2021 vergleichbar sind, überwiegend im Osten und Süden von Deutschland und seltener im Westen beobachtet worden.

Zusätzlich haben die Forschenden des KIT das Hochwasserereignis unter verschiedenen Klimarandbedingungen simuliert. „Die Intensität solcher Niederschlagsereignisse nimmt um circa sieben Prozent pro Grad Erwärmung zu. Die Simulationen zeigen, dass sich die Niederschlagsmenge bereits jetzt um elf Prozent gegenüber vorindustriellen Bedingungen erhöht hat“, sagt Dr. Patrick Ludwig, Leiter der Arbeitsgruppe „Regionale Klimamodellierung“ am IMK-TRO. „Bei fortschreitender globaler Erwärmung müssen wir also von einer weiteren Verstärkung des Niederschlags ausgehen.“ Aber nicht nur das sei zukünftig ein Problem: „Laut unserer Zukunftsprojektionen dehnen sich solche Extremereignisse zusätzlich sowohl räumlich als auch zeitlich aus und deren Häufigkeit nimmt zu“, prognostiziert Ludwig.

Risikokompetenz der Bevölkerung muss verbessert werden

Das schwere Hochwasser im Juli 2021 habe somit gezeigt, wie wichtig es ist, auf derartige Ereignisse vorbereitet zu sein und angemessen zu reagieren, so die Forschenden. Um die Resilienz, also die Widerstandfähigkeit im Falle von Katastrophen, zu erhöhen und somit Schäden und Opferzahlen zu verringern, gelte es daher, neben dem Gefahrenpotenzial auch die Verwundbarkeit von Systemen und soziale Aspekte miteinzubeziehen. Ein essenzieller Bestandteil von Resilienz sei dabei die Risikokompetenz der Bevölkerung, also das Wissen um angemessene und rasche Handlungsmöglichkeiten bei Eintritt einer Katastrophe. (jr)

www.kit.edu

www.cedim.kit.edu

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Einleitungsbauwerk zur Mischwasserentlastung aus dem Stuttgarter Nesenbach in den Neckar unterhalb der Staustufe Cannstatt. Foto: BAW

Das Prognosesystem basiert auf hochauflösenden Niederschlagsprognosen mit einem Vorlauf von zwei Stunden. Hierzu arbeitet die BAW eng mit dem Deutschen Wetterdienst zusammen. Mit Hilfe eines stark vereinfachten Modells der Stuttgarter Kanalisation werden regeninduzierte Einleitungen aus dem Nesenbach in den Neckar vorhersagt. Darüber hinaus berechnet das Prognosesystem einen optimierten Wasserstands- und Abflussverlauf für die Staustufe Hofen. Dies ermöglicht dem Betriebspersonal, frühzeitig auf die ankommende Abflusswelle zu reagieren und die Wasserstandschwankungen auf ein für die Schifffahrt unschädliches Maß zu begrenzen.

Derzeit implementiert die BAW einen Prototyp des Prognosesystems. Die Abflussvorhersagen für den Nesenbach werden bereits in Zusammenarbeit mit der Neckar AG, die die Wasserkraftwerke am Neckar betreibt, getestet. Anschließend soll der Prototyp um die Komponente zur Unterstützung bei der Abfluss- und Stauregelegung ergänzt werden. Damit trägt das Forschungsprojekt dazu bei, die Schifffahrt auf dem Neckar resilienter gegenüber extremen Wetterereignissen und dem Klimawandel zu machen.

Das BMVI-Expertennetzwerk ist das verkehrsträgerübergreifende Forschungsformat in der Ressortforschung des BMVI. Unter dem Leitmotiv „Wissen – Können – Handeln“ haben sich sieben Ressortforschungseinrichtungen und Fachbehörden des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) 2016 zu einem Netzwerk zusammengeschlossen. Ziel ist es, drängende Verkehrsfragen der Zukunft unter anderem in den Bereichen Klimawandel, Umweltschutz, alternde Infrastruktur und Digitalisierung zu erforschen und durch Innovationen eine resiliente und umweltgerechte Gestaltung der Verkehrsträger zu ermöglichen. (jr)

www.baw.de

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Echternach am Fluss Sauer am 16.07.2021 (Sicht aus dem Hubschrauber). Foto: DLR (2021)

Das Zentrum für satellitengestützte Kriseninformation (ZKI) gibt die somit erfassten Lageinformationen an das Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe (BBK) oder das Deutsche Rote Kreuz (DRK) weiter. Außerdem besteht ein ständiger Austausch mit dem Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) und seinem satellitengestützten Krisen- und Lagedienst.

Das ZKI hat für die Regionen in Nordrhein-Westfalen Hochwasserinformationen aus Satellitendaten (Sentinel-1) abgeleitet. Die Auswertung erfolgte dabei mit automatisierten Verfahren. Die Bilder und die sogenannten „Wassermasken“, die die Ausdehnung der Wasserflächen verdeutlichen, werden den Helfern zur Verfügung gestellt. Außerdem zeigt das ZKI besonders betroffene Orte, die gemeinsam mit den Rettungskräften vor Ort definiert werden, in Lagekarten. Hierfür hat das DLR Luftbilddaten mit Auflösungen von zehn bis 15 Zentimetern mit einer Kamera des Instituts für Methodik der Fernerkundung erfasst. Die Flüge konnten in Zusammenarbeit mit DLR-Partnern spontan realisiert werden.

Die Aufnahmen und Karten sind im Rahmen des Forschungsprojekts AIFER in enger Zusammenarbeit mit dem Bayerischen Roten Kreuz (BRK) und dem DRK entstanden. AIFER entwickelt Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI), die Informationen aus Satellitendaten, Luftbildern und Meiden automatisiert erkennen und verbinden. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt.

Ein Teil der vom DLR erstellten Karten ist zum Download verfügbar. (jr)

www.dlr.de

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3D-Visualisierung in Geo3D: Aufgrund des Geländemodells, der Bruchkanten und Gebäudedaten wird genau gezeigt, wie das Oberflächenwasser abfließt. Foto: tandler.com

Gefahr erkannt, Gefahr gebannt: es gehört zur Kunst des Risikomanagements eine Lage korrekt einzuschätzen und dann die entsprechenden Maßnahmen einzuleiten, um es wirkungsvoll zu minimieren. Genau dies ist derzeit die Herausforderung für Kommunen, die für das Thema Urbaner Starkregen zwar bestenfalls Gefahrenkarten erstellt haben, die notwendigen Maßnahmen für die Reduzierung von Risiken für Überschwemmungen in versiegelten Innenstädten aber noch nicht identifiziert haben. Dabei ist die Frage, welche Maßnahmen wirksam sein könnten, eine anspruchsvolle: Soll der Kanal ausgebaut und größer dimensioniert werden? Oder sollen mehr Retentionsflächen in besiedelten Gebieten angelegt werden? Oder reichen gar kleinere, geringe Baumaßnahmen im Straßenraum, um die oberflächliche Wasserführung zu optimieren, die auch von privaten Eigentümern in Kooperation durchgeführt werden können?

Für ein durchdachtes und effizientes Planungsverfahren stehen heute leistungsfähige Tools zur Verfügung. Beispielsweise für die Simulation, sowohl des Ist-Zustandes um Gefahren-Hotspots zu erkennen, als auch verschiedener Maßnahmenszenarien und deren Visualisierung in 3D. Genau diese Eigenschaften adressiert des neue Softwaretool Geo3D des Softwareentwicklers tandler.com GmbH. Die Lösung ist nicht nur auf das Thema 3D-Visualisierung des kompletten Abflussverhaltens von Starkregenereignissen fokussiert, sondern unterstützt den gesamten Prozess des Risikomanagements bis hin zur Bereitstellung von Bürgerinformationen.

Die Detailanalysen können auf einer gekopelten Simulation aus GeoCPM aufbauen. Foto: tandler.com

Expertise weiter entwickeln

Mit GeoCPM als Teil der siedlungswasserwirtschaftlichen Softwarefamilie ++SYSTEMS bietet tandler.com  seit Jahren eine Software, mit der eine gekoppelte Simulation von Urbanen Starkregenereignissen möglich ist. Mit ihr wird sowohl das kanalbasierte, unterirdische als auch das oberirdische Abflussverhalten von Regenwasser auf der Geländeoberfläche beziehungsweise in Kleingewässern modelliert. Mit GeoCPM stellen Kanalnetzbetreiber genau fest, bei welcher jeweiligen lokalen Niederschlagsmenge, welche Gebiete wie von abfließenden Wassermassen betroffen sind und wo konkrete Risiken wie etwa volllaufende Tiefgaragen oder U-Bahnstationen drohen.

Das neue Geo3D ist in ++Systems integriert. Die Fachlösung basiert auf der Unity Engine, einer Laufzeit- und Entwicklungsumgebung, die aus dem Gaming-Bereich stammt. „Sie ist die optimale Basis, um eine leistungsfähige, intuitive und ansprechende 3D-Visualisierung zu bekommen, die auch aus Ingenieursdaten ein ansprechendes Erlebnis schafft“, so Entwicklungsleiter Dr. Andreas Felix Hofmann.

Die Software visualisiert Geländemodelle und Berechnungsergebnisse aus der Starkregen- bzw. Hochwassersimulation. Sie besitzt Bearbeitungsfunktionalitäten für Geländemodelle, Kanalnetz, Wasserversorgung, u.v.m.. Gleichzeitig werden aber auch weitere 3D-Modelle etwa von Gebäuden, umliegender Infrastruktur, der Straßenoberfläche und des Straßeninventars integriert. „Diese Daten werden BIM-basiert direkt in ++SYSTEMS vorgehalten oder in einem BIM-artigen Prozess aus anderen Systemen herausgenommen und für die Visualisierung genutzt. Die Ergebnisse von Maßnahmenplanung oder Simulationen können dann wieder ausgegeben und in ++SYSTEMS selbst oder den angegliederten Fachsystemen genutzt werden“, erklärt Stefan Schmidbauer, Leiter Support bei tandler.com . Wichtig sei, dass dies alles funktional und auf die jeweiligen Aufgaben angepasst sei. Zum Beispiel können auch detaillierte Modelldaten herangezogen werden, damit der Wasserabfluss genau berechnet, beziehungsweise im Rahmen der Simulation baulicher Maßnahmen in ihrer Wirkung simuliert werden kann. „Hier kommt es mitunter auf jeden Zentimeter an, da dies entscheidend sein kann, ob das Wasser in einen Keller oder einen Bachlauf einfließt“, so Gerald Angermair, Chefentwickler bei tandler.com .

Die tandler.com -Technologie realisiert auf diese Weise ein produktives BIM-konformes Datenmanagement. „Wir sehen ++SYSTEMS mit GeoCPM und Geo3D als Front­end-Anwendung, das auf die originalen Daten aus dem BIM-Backend zugreift und die Ergebnisse dann wieder zurückspielt“, erklärt Hofmann. In den Projekten werden viele Daten gepflegt, ersterfasst und aktualisiert. Dies betrifft etwa Bestandsdaten, Simulationen, Maßnahmenplanung, Maßnahmenumsetzung oder Kanalbefahrung beziehungsweise -reinigung.

Die farbliche Codierung in Geo3D zeigt Höhendaten intuitiv an. Foto: tandler.com

Neue Qualität bei der Maßnahmenplanung

Vor allem kann mit der Software die Maßnahmenplanung für Sanierungen und Neubauten koordiniert und unterstützt werden. Da die Visualisierung unmittelbar an die Simulation angekoppelt ist, können Ergebnisse zu verschiedenen Planungsszenarien sogleich visualisiert werden. „So stellt man beispielsweise unmittelbar fest, wenn an der Datengrundlage, etwa bei den Höhendaten, ein Fehler vorhanden ist“, so Angermair. Die Planung für bauliche Maßnahmen bekommt dadurch eine völlig neue Qualität. Die einzelnen Szenarien lassen sich unmittelbar bewerten, einmal auf Basis der 3D-Visualisierung und gleichzeitig anhand der eingehenden ingenieurtechnischen Parameter. „Der gesamte Prozess wird intuitiver, effizienter und kostengünstiger“ ist Angermair überzeugt.

Gleichzeitig können Kosten und Aufwand der Maßnahmen viel besser bewertet werden. Nicht zuletzt dient das Tool der internen wie externen Kommunikation. „Risikomanagement für Starkregen ist ein kommunalweites Thema, dass viele Fachplaner aber auch die Öffentlichkeit stark betrifft, mit der 3D-Visualisierung können alle Betroffenen mit an Bord geholt werden, ohne dass Laien sich erst durch komplexe Ingenieursmaterie kämpfen müssen“, so Angermair. Ein wichtiges Werkzeug für Entscheidungsträger also, die im Umfeld der Starkregenrisiken keine Fachingenieure sind, sondern oft aus dem politischen Kontext kommen. (sg)

www.tandler.com

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Die Starkregengefahren- und Risikokarte ist für Jedermann im Geoportal Luxemburgs einsehbar. Dafür muss lediglich das Portal unter www.map.geoportail.lu aufgerufen und anschließend das Hochwasser-Thema ausgewählt werden. Bild: Geoportal Luxemburg, abrufbar unter https://map.geoportail.lu

Die Grafschaft Luxemburg wurde in den Jahren 2016 und 2018 von heftigen Starkregenereignissen heimgesucht. Vor diesem Hintergrund veröffentlichte die luxemburgische Wasserwirtschaftsverwaltung im Mai 2021 Starkregengefahren- und Risikokarten, die dabei helfen sollen, die Gefahren und Risiken von solchen Wetterkatastrophen zu erkennen und in der Folge zu reduzieren. Die Karten sind dafür über das luxemburgische Geoportal abrufbar.

Hochwasserrisikomanagementplan

„Seit 2017 hat das Wasserwirtschaftsamt mehrere Maßnahmen umgesetzt sowie einige langfristige Projekte eingeleitet“, erklärt Christine Bastian, Leiterin der Abteilung Hydrologie bei der Wasserwirtschaftsverwaltung. „Eines dieser Projekte ist die Umsetzung einer nationalen Starkregenrisikomanagement-Strategie, welche ein Dokument zur bestmöglichen Bewältigung und dem nachhaltigen Umgang mit dem Risiko erstellen soll.“ Die Starkregenrisikomanagementstrategie wird als Teil des zweiten Hochwasserrisikomanagementplans Mitte des Jahres veröffentlicht werden.

Wesentlicher Bestandteil dieser Risikomanagementstrategie ist die Erstellung von starkregenrelevanten Datensätzen. „Diese Datensätze sollen jeder Gemeinde die Werkzeuge und Möglichkeiten bieten, mit einfachen Mitteln ihr Starkregenrisiko selbst einschätzen zu können, etwaigen Handlungsbedarf zu erkennen und Starkregenvorsorge zu planen“, betont Claude Meisch, zuständig für den Bereich Starkregen bei der Wasserwirtschaftsverwaltung. „Ein zentrales Element hierbei sind Starkregengefahren- und Risikokarten, welche die Gefahr des Oberflächenabflusses anhand Überflutungstiefe und Fließgeschwindigkeit aufzeigen.“ Dabei ist klar: Das Schadenspotenzial von Starkregen­ereignissen ist räumlich nicht auf die Nähe von Flüssen begrenzt – wie dies beim etwa beim Flusshochwasser der Fall ist. „Bei einem Starkregenereignis befinden sich Gefahrenhotspots häufig in Talwegen und an kleinen, oft unscheinbaren Gräben und Bächen“, führt Meisch aus.

Basis des in Luxemburg entwickelten Starkregengefahren-Werkzeugs ist das Modell „FloodArea“ der Geomer GmbH. Federführend im Projekt war das Ingenieurbüro EEPI Luxemburg. Das FloodArea-Modell von Geomer wird deutschlandweit eingesetzt und koppelt eine Niederschlag-Abfluss-Modellierung an die 2D-Simulation des Oberflächenabflusses. Der in FloodArea implementierte Ansatz ist im wesentlichen Sinne eine vereinfachte zweidimensionale hydraulische Modellierung und wurde für die Berechnung von Überschwemmungsbereichen entwickelt. Auf diese Weise gibt das Modell neben der Fließtiefe und der Fließgeschwindigkeit auch die Fließrichtung für definierte Zeitabschnitte aus. Dafür wurde bei der räumlichen Abdeckung eine Rasterbreite von 2×2 Metern gewählt, da dies „einen optimalen Kompromiss zwischen Rechenaufwand, Datenverfügbarkeit und Präzision darstellt“, so Meisch.

Grundlage: Hundertjähriges Starkregenereignis

Die daraus resultierende Gefahrenkarte informiert anhand einer Matrix über die potenzielle Gefahr aus Ausdehnung, Tiefe und Geschwindigkeit der Abflüsse und Überschwemmungen während eines Starkregenereignisses. Als Grundlage nahmen die Projektpartner ein „Hundertjähriges Starkregenereignis“ mit einer Dauer von einer Stunde an. Im Verlauf des Projekts wurde dann schnell klar: Oberflächenabflussberechnungen für die gesamte Landesfläche sind außerordentlich rechenintensiv und bedürfen einer Vielzahl an Daten.

Nichtsdestotrotz fehlen kleinere Strukturen in den Eingangsdaten, wie zum Beispiel Durchlässe oder Mauern, welche jedoch einen starken Einfluss auf das Abflussgeschehen haben, das Wasser umlenken und Gefahrensituationen verändern. „Aus diesem Grund haben wir uns in einer Plausibilisierungsphase an die Gemeinden gewandt, um diese mit ihrer genauen Ortskenntnis zu beteiligen – und in der Folge möglichst genaue Karten berechnen zu können“, berichtet Christine Bastian. „Mithilfe der Gefahrenkarten wird nun erkennbar, wo in einer Gemeinde konkrete Gefahren und Risiken im Falle eines Starkregens entstehen könnten. Zumal die Gemeinden auf dieser Grundlage die potenziellen Gefahren von Starkregenereignissen selbst einschätzen und bewerten können.“ Auf diese Weise sollen Schäden verringert und Schutzmaßnahmen geplant werden. Darüber hinaus informiert die Risikokarte über die potenziell betroffene Landnutzung und den darauf stattfindenden wirtschaftlichen Aktivitäten sowie sensible Orte und Gebäude. Aus der Überschneidung der Gefahr mit der dort herrschenden Vulnerabilität erhält man schnell einen Eindruck über das tatsächliche Risiko und den damit verbundenen Handlungsbedarf. (jr)

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Mittels Starkregengefahrenkarten können genaue Aussagen über die potentiellen Auswirkungen eines Starkregens getroffen werden. Grafik: Rehm Software GmbH

Seit einigen Jahren schon gewinnt das Thema „Urbane Sturzfluten“ – also die integrierte Betrachtung von Oberflächenabfluss und innerstädtischer Abwassersysteme – immens an Relevanz für Kommunen, Ingenieurbüros und Planer. Ein immer stärker verdichteter Lebensraum sowie insbesondere sich häufende Starkregenereignisse sind Katalysatoren dieser Entwicklung. Im Gegensatz zu normalem Niederschlag zeichnet sich ein Starkregenereignis durch begrenzte Lokalität, eine kurze Dauer und einen sehr intensiven Niederschlag aus (siehe Kasten).

In der Folge entfalten die anfallenden Wassermassen in kurzer Zeit eine große Wirkung und reißen nicht nur diverses Treibgut wie Holz, Geröll oder Erde mit, sondern sie überschreiten auch die Bemessungsgrenzen der Kanalnetze, wodurch große Bereiche unter Wasser gesetzt werden könnten. Dies führt in der Folge zwangsläufig zu Beschädigungen an Gebäuden sowie Infrastruktur. „Vor diesem Hintergrund ist es für Kommunen sehr wichtig, sich im Vorfeld mit Starkregenereignissen auseinanderzusetzen, um eine detaillierte Gefahrenanalyse durchführen zu können“, weiß Christian Madlener, Informatiker bei der Rehm Software GmbH. Das Unternehmen aus dem baden-württembergischen Berg fungiert als Anbieter von Komplettlösungen im Bereich der Stadtentwässerung, der Wasserversorgung oder dem Gewässerbau.

Sinn und Nutzen von Starkregengefahrenkarten

Um eine möglichst genaue Aussage über die potenziellen Auswirkungen eines Starkregens treffen zu können, hat sich das Erstellen einer Starkregengefahrenkarte (SRGK) als wichtiges Instrument erwiesen. Einer der Anbieter für Software zur Erstellung solcher Karten ist die Rehm Software GmbH. „Eine solche SRGK ist das Resultat der softwaregestützten Modellierung eines Gebiets und visualisiert die Fließwege und Überflutungen, die ein Starkregenereignis in diesem Bereich erzeugt“, erklärt Madlener und führt aus: „Dadurch können Kommunen die Fließwege des Oberflächenabflusses bewerten und beurteilen, wo er sich sammelt und wo in Folge Schäden entstehen können.“ Auf dieser Basis können dann entsprechende Maßnahmen getroffen werden, um Schäden durch Starkregenereignisse zu vermeiden oder abzuschwächen.

Bevor die Analyse einer Starkregengefahrenkarte erfolgen kann, muss das zu betrachtende Gebiet modelliert werden. Dabei kann beispielsweise die Rehm-Softwarelösung FLUSS zum Einsatz kommen, die die Berechnung mit zweidimensionalen tiefengemittelten Flachwassergleichungen unterstützt und die aus zwei Modulen besteht: FLUSS-1D für die eindimensionale Wasserspiegelberechnung sowie FLUSS-2D für die zweidimensionale Strömungsmodellierung (2D-HN-Modelle), die insbesondere bei der Erstellung von Starkregenkarten Einsatz findet. „FLUSS-2D besteht dafür aus einem grafischen und einem numerischen Teil“, berichtet Madlener. „Der grafische Teil dient unter anderem zur Aufteilung des Strömungsgebietes, zur Generierung und Nachbearbeitung des Berechnungsnetzes, zur Definition von Anfangs- und Randbedingungen, zur Zuordnung von Rauheitswerten und zur Erfassung von Sonderbauwerken sowie Darstellung der Berechnungsergebnisse.“ Diese grafische Bearbeitung kann mit FLUSS-2D im Rahmen von ArcGIS Pro, AutoCAD oder BricsCAD durchgeführt werden.

Entkoppelte und gekoppelte Berechnung

Mithilfe der FLUSS-Software ist es möglich, das Gelände, die Straßen sowie Gebäude in einem 2D-Modell abzubilden, um ein möglichst genaues Bild der Realität zu erhalten. Zudem können satellitenbasierte Hintergrundkarten in der Lösung dargestellt werden, um dem Planer die Orientierung zu erleichtern. Ebenso kann FLUSS durch seine Integration in ein GIS-System auch auf GIS-basierte Datensätze zurückgreifen, die in Kommunen schon vielfach vorhanden sind.

„Bei der sich daran anschließenden Berechnung unterscheidet man zwischen entkoppelter und gekoppelter Berechnung“, so Informatiker Madlener. Die entkoppelte Simulation von Sturzfluten ist dann die geeignete Methode, wenn der (Extrem-)Niederschlag in einem 2D-HN-Oberflächenabflussmodell abgebildet werden sollen – ohne dass das Kanalnetz eine Rolle spielt. Alle N-A-Prozesse finden demnach im 2D-Modell statt. Dabei ist es unerheblich, ob eine Straße oder ein Vorfluter modelliert und das Abflussverhalten untersucht werden soll, die Modelltechnik ist dieselbe. Basis sind die tiefengemittelten Flachwassergleichungen in ihrer ursprünglichen Form. „Gekoppelte 1D/2D-Modelle (Kanalnetz-/2D-Modell) ermöglichen eine wirklichkeitsnahe Berechnung der Überflutungsvorgänge. Der Einsatz gekoppelter Modelle erscheint dort besonders sinnvoll, wo mit einer Grobanalyse Überflutungsschwerpunkte (Hotspots) identifiziert wurden, deren Gefährdung nachfolgend einer genaueren Betrachtung unterzogen werden sollen oder wenn infolge von Schadensereignissen in der Vergangenheit bereits Handlungsbedarf besteht“, führt der Informatiker aus. Während der Laufzeit der Programme werden zudem zwischen dem Kanalnetz- und dem 2D-Modell bidirektional an Schächten und Straßenabläufen die Wassermengen ausgetauscht.

Qualitätsstandards Made in Baden-Württemberg

Um bei der Gefahrenanalyse und dem Anfertigen von Starkregengefahrenkarten einen Qualitätsstandard zu etablieren, hat die „Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg“ (LUBW) das sogenannte Standardreferenzverfahren für Baden-Württemberg etabliert. Damit möchte die LUBW sicherstellen, dass Planungsbüros, welche Starkregengefahrenkarten erstellen, die qualitativen Anforderungen der LUBW im Hinblick auf 2D-Modellierung erfüllen. Das Besondere daran: In Baden-Württemberg werden nur noch Konzeptionen zum Starkregenrisikomanagement gefördert, wenn das bearbeitende Ingenieurbüro die Standardreferenz vorweisen kann.

Der Zertifizierungsprozess sieht vor, dass das Ingenieurbüro ein von der LUBW vorgegebenes Referenzprojekt bearbeiten und berechnen muss. Die dabei ermittelten Ergebnisse werden von der LUBW geprüft und wenn alles korrekt ist, erhält das Ingenieurbüro die Zertifizierung. „Auch in Hessen und Nordrhein-Westfalen werden die auf diese Art ermittelten Ergebnisse inzwischen akzeptiert, weshalb davon auszugehen ist, dass sich weitere Bundesländer anschließen werden und sich dieses Modell mittelfristig bundesweit durchsetzen wird“, berichtet Madlener. „Da die LUBW Datenformate aus dem GIS-Bereich voraussetzt, kommt der bereits vorhin erwähnte GIS-Integration einer Software eine besondere Bedeutung zu, denn nur damit kann ein Projekt vorgabenkonform bearbeitet werden.“

„Mit unseren Programmen GraPS (Grafiksystem Kanal- und Wasserversorgungsnetze), HYKAS (hydrodynamische Kanalnetzberechnung) und FLUSS-2D (2D-Oberflächenabflussmodelle) sowie HYKAS-2D bieten wir die passenden Lösungen, um den Anforderungen der Starkregenvorsorge gemäß DWA-M119 gerecht zu werden und die Anforderungen der LUBW zu erfüllen. Die Programme sind für ein abgestuftes Vorgehen das ideale Werkzeug: von der Grobanalyse bis zum anspruchsvollen 2D-Modell“, resümiert Madlener. (jr)

www.rehm.de

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