Überflutungs- und Hochwasser­vorhersage

Auslöser von Hochwasser und Überflutungen sind sowohl kurze intensive als auch langanhaltende Starkregenereignisse, Schneeschmelzen oder beides in Kombination. Extremer Starkregen kann zudem unkontrollierte, sturzflutähnliche Oberflächenabflüsse verbunden mit gefährlichen Schlammlawinen mit sich bringen.

Zur Gewährleistung des Überflutungs- und Hochwasserschutzes aber auch für gewässerökologische Fragestellungen sind hydrologische und hydraulische Modelle für Gewässer und ihre Einzugsgebiete heute unverzichtbare Werkzeuge.

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Welche Regionen sind besonders hochwassergefährdet?

Hochwassergefährdet sind v.a. Regionen die stark versiegelt sind oder wo der Bau von Dämmen und Deichen nicht möglich ist. Das Gewässer kann die anfallenden Wassermassen nicht schnell genug abtransportieren, tritt über die Ufer und überschwemmt angrenzende Bereiche.

Durch Hochwasserrisiko- bzw. Starkregenrisiko-Management in Verbindung mit Vorhersagen lassen sich Hochwasser- und Überflutungsgefahren eindämmen, Risiken abwehren und Schäden begrenzen.

Wer ist in Deutschland für Überflutungs- und Hochwasserwarnungen zuständig?

In Deutschland sind für Hochwasser- und Überflutungswarnungen Hochwassermeldezentren zuständig, wie z.B. die Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg (LUBW) und die jeweiligen Landesämter für Umwelt (LfU). Diese bewachen Pegelstände pro Flussgebiet und definieren Pegelgrenzen, die Warnmeldungen über Hochwassermelde-Portale bei einer Überschreitung auslösen. Die regionsbezogenen Hochwassermeldedienste sind für mittlere und kleine Gewässer zuständig. Hier treten Überschwemmungen meist häufiger als in großen Flussgebieten auf.

Je nach Wetterlage, Niederschlagsprognose und Größe des Flusseinzugsgebiets lassen sich Hochwassergefahren einige Stunden bis Tage vor dem Überflutungsfall erkennen. Bei plötzlichen Starkregenereignissen jedoch, die sich in kleinen Regionen intensiv „entladen“ sind die Frühwarn-Möglichkeiten begrenzt. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn die Niederschlagsprognosen lokale Ereignisse nicht präzise genug erkennen können.

Wo kommen Überflutungs- und Hochwasserwarnsysteme an ihre Grenzen?

Während die Hochwasservorhersage an einigen großen Flüssen wie dem Rhein sehr gut funktioniert, ist für kleinere Gewässer eine derartige Vorhersage zum jetzigen Zeitpunkt oft nicht möglich. Hier führen v.a. die kurzen, aber intensiven Starkregen in Kombination mit kurzen Fließwegen zum Gewässer zu Überschwemmungen. Ein weiterer Faktor ist ein hoher Versiegelungsgrad im Einzugsgebiet. Derartige Regenereignisse lassen sich zeitlich und örtlich nicht so genau ankündigen wie die, die länger anhalten. Abhilfe verschaffen hier regionsbezogene Hochwasserfrühwarn-Systeme, die auf den Niederschlagsvorhersagen z.B. des Deutschen Wetterdienstes basieren. Hinzu kommt die Analyse der Wasseraufnahmefähigkeit des Bodens vor Ort. Daraus entsteht letztendlich eine regionsbezogene Warnkarte, die Warnklassen je nach Hochwasserwahrscheinlichkeit ausgibt.

Wann kommen Überflutungs- und Hochwasserfrühwarnsysteme an ihre Grenzen?

In urbanen Einzugsgebieten sind die Vorhersagemöglichkeiten für Überflutungsgefahren insbesondere dann begrenzt, wenn Starkregenereignisse sich äußerst lokal abregnen und der zeitlich-räumliche Starkregenverlauf nicht immer vom Regenradar erfasst werden kann.

Da Starkregenereignisse sehr dynamisch ablaufen, die Niederschlagsprognosen in der Regel alle 5 Minuten aktualisiert werden und sich innerhalb von 5 Minuten sehr stark verändern können, ist es erforderlich, dass die eingesetzte Software zur Berechnung von Überflutungsvorsagen äußerst schnell rechnet und die Simulationsergebnisse direkt verfügbar macht.

Welche modelltechnischen Abbildungen und Rechenzeiten sind üblich?

Während sich Überflutungsvorhersagen, die auf Wasserpegeln basieren (1D-Modellierung) mit entsprechender Software-Simulation schnell rechnen lassen, sind hydrodynamische Berechnungen mit 2D-Oberflächenabfluss-Modellierung und gekoppelter 1D/2D-Simulation rechenintensiver. Für große Einzugsgebiete mit komplexen Wechselwirkungen zwischen Oberflächenabfluss, Kanalnetzen und Gewässern sind sie am aufwendigsten zu berechnen. Wenn diese Modelle auch noch präzise Ergebnisse mit hoher räumlichen Auflösung liefern sollen, wie z.B. bei Überflutungstiefen bis auf Straßenebene, werden hierfür Rechenzeit von einigen Minuten, bis hin zu Stunden und Tagen erforderlich. Dies hängt von der Einzugsgebietsgröße, gewünschter räumlicher Präzision und eingesetzter Software-Lsung ab. Daher ist es wichtig einen Kompromiss zwischen modelltechnischer Präzision und Aussagekraft einer Überflutungsvorhersage einzugehen, denn modellbasierte Überflutungsvorhersagen sollen der Vorwarnung dienen. Jede zusätzliche Minute Rechenzeit ist verlorene Zeit, um proaktiv Gefahren abzuwenden, Menschen zu retten und Schäden zu begrenzen.

An welche Grenzen stößt unsere Software?

Mit den Softwarelösungen InfoWorks ICM und InfoWorks ICMLive sind Sie in der Lage auch für besonders komplexe 1D- und 2D-Modellierungen selbst für große Metropolregionen in kurzer Zeit durchzuführen. Dabei erreichen Sie sogar höchste Präzision und Aussagekraft. Einige Betreiber setzen hierfür entsprechende Hochleistungsrechner mit leistungsstarken Grafikkarten ein, um die Rechenzeiten drastisch zu verkürzen. Dennoch sind für die Echtzeit-Überflutungsmodellierung die Rechenzeiten mit diesem Detailgrad für größere Gebiete immer noch zu lange, um Berechnungen innerhalb von 5 Minuten zu gewährleisten.

Wie können wir dieses Problem lösen?

Sicherlich ist es möglich, vereinfachte Modelle oder einen Modellansatz mit geringerer Genauigkeit zu wählen, so dass die Berechnungszeiten angemessen sind. Unser Ansatz ist anders:

Mit der Softwarelösung Flood4Cast® greifen Sie auf präzise, im Vorfeld berechnete Starkregen- und Hochwassergefahrenkarten zurück. Dies ist mit oder ohne 2D-Oberflächenabflusssimulation, berechneten Wechselwirkungen von Oberfläche, Kanalnetz und Gewässern möglich.

Die browserbasierte Flood4Cast®-Software stellt Ihnen alle 5 Minuten neue Überflutungsvorhersagen in einem übersichtlichen Dashboard zur Verfügung und warnt Sie per SMS und E-Mail. Sie greift hierfür auf Risiko- und Hochwasserkarten sowie vorhergesagte Überflutungstiefen mit einer Genauigkeit bis auf Straßenebene zurück.

Flood4Cast® ist mit fast allen auf dem Markt erhältlichen Software-Paketen kompatibel. Sie können das Tool also unabhängig von der Software nutzen, die Sie zur Erstellung von Hochwasser- und Starkregengefahrenkarten verwenden.

Entscheidend ist, dass Sie rechtzeitig Warnungen vor Überflutungsrisiken erhalten, Einsatzkräfte vor dem Ereignis entsenden können und nicht erst dann wissen, was los ist, wenn es eigentlich schon zu spät ist.

Passende Softwarelösungen

Software-Lösungen für die Hochwasser- und Überflutungsvorhersage

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Flood4Cast®

Software und Gesamtlösung zur Vorhersage bevorstehender Überflutungen für den urbanen und ländlichen Raum. Mit Flood4Cast® von HydroScan erhalten Sie Starkregen- und Überflutungswarnungen bis zu 3 Stunden im Voraus und mit der notwendigen Präzision bis hin zur Straßenebene.

Eine robuste und präzise Vorhersage liefert die Grundlage für ein operationell effizientes und erfolgreiches Starkregen- und Hochwasserrisikomanagement. Alle 5 Minuten wird die Vorhersage automatisch aktualisiert. Ihre Genauigkeit nimmt jedes Mal zu. Bei Überschreitung definierter Sicherheitsschwellen benachrichtigt die Software sofort Einsatzkräfte und Behörden (Notrufzentralen und Leitstellen, kommunale Entwässerung-Betriebe und Behörden, Kreis- bzw. Gemeindeverwaltungen und Landesämter) per E-Mail oder SMS.

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ICMLive

ICMLive – zur Live-Modellierung von Kanalnetzen und Flussgebieten

ICMLive ist ein Live-Modellierungstool von Innovyze, das sich in Hydraulikmodelle, SCADA-Historiken und Wettervorhersagedatenbanken integrieren lässt. Es bietet Echtzeit-Ansichten sowie Vorhersagen von Netzzuständen und alarmiert Ihr Team bei kritischen Ereignissen.

Funktionen:

  • Vorhersagen von Netzzuständen
  • Störungen und Leckagen aufspüren
  • Optimierung des Pumpen- und Anlagenbetriebs

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InfoWorks ICM

InfoWorks ICM ist eine Lösung für die Modellierung von Abwasserkanälen, Regenwasser, Flüssen oder einer Kombination davon.

InfoWorks ist ein international weit verbreitetes Programm der Fa. Innovyze, das auch in Deutschland immer größere Resonanz findet. InfoWorks ICM ist eine Lösung für die Modellierung von Abwasserkanälen, Regenwasser, Flüssen oder einer Kombination davon.

InfoWorks ICM (Integrated Catchment Modelling) von Innovyze ist ein ganzheitliches und leistungsstarkes hydraulisches Modellierungsprogramm. Die Software vereint in einem Modell sowohl den eindimensionalen Kanalnetz- als auch den Oberflächenabflussansatz (2D-HN Modell). Bei Bedarf lassen sich dazu stehende Gewässer sowie Fließgewässer einbinden. Die hydraulische Berechnung des Kanalnetzes berücksichtigt dabei die bidirektionale Kopplung mit dem Oberflächenabfluss. Durch das Hinzufügen von Schächten, Kanälen, Einläufen, Schleusen, Wehren, Pumpen und Brücken können Sie präzise Modelle für hydrodynamische 1D-Simulationen und 2D-Simulationen in städtischen Umgebungen und Flusseinzugsgebieten erstellen – alles in einer leistungsstarken Software mit vielen Möglichkeiten und Erweiterungsoptionen vereint.

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Flussgebiete

Mit der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL) 2000/60/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 23. Oktober 2000 schufen die EU-Länder eine Basis für eine einheitliche Wasserpolitik, mit dem Ziel Fließgewässer, Seen, Grundwasser und Meere zu schützen und sinnvoll zu bewirtschaften. Alle Mitgliedsstaaten bewirtschaften die Gewässer Flussgebiets-bezogen und einheitlich mit Hilfe von formal vorgegebenen und klar strukturierten Planungs- und Umsetzungs-Prozessen. Ziel ist die Erreichung eines qualitativ und mengenmäßig guten Zustands aller Gewässer und Grundwasser-Vorkommen bis aller spätestens 2027.

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