Überflutungs- und Hochwasser­vorhersage

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

Auslöser von Hochwasser und Überflutungen sind sowohl kurze intensive aber auch sehr lang anhaltende Starkregenereignisse, Schneeschmelzen oder beides in Kombination. Der extreme Starkregen kann unkontrollierte, sturzflutähnliche Oberflächenabflüsse sowie Überflutungen mit sich bringen.

Hochwassergefährdet sind Regionen die hoch versiegelt sind oder wo kein absoluter Hochwasserschutz durch Dämme und Deiche möglich ist. Das Gewässer kann die anfallenden Wassermassen nicht schnell genug abtransportieren, tritt über die Ufer und überschwemmt angrenzende Bereiche.

Durch ein geeignetes Hochwasserrisiko- bzw. Starkregenrisikomanagement lässt sich vorsorgen. Zusammen mit einer adäquaten Hochwasser- und. Überflutungsprognose lassen sich Überflutungsgefahren eindämmen, Risiken abwehren und Schäden minimieren.

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Überflutungsvorhersage durch Hochwasser

In Deutschland sind für Hochwasser- und Überflutungswarnungen die Hochwassermeldezentren zuständig (Bsp. LUBW, LfU), um pro Flussgebiet Pegelstände zu überwachen und bei Überschreitungen von definierten Pegelgrenzen Warnmeldungen über Hochwassermelde-Portale bereitzustellen. Diese regionsbezogenem 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 Möglichkeiten frühzeitig gewarnt zu werden begrenzt, insbesondere dann wenn die Niederschlagsprognosen entsprechend lokale Ereignisse nicht präzise genug erkennen können.

Einsatzgrenzen

Während die Hochwasservorhersage an einigen großen Flüssen wie dem Rhein sehr gut funktioniert, ist für kleinere Gewässer eine derartige Vorhersage im Augenblick oft nicht möglich. Hier führen v.a. die kurzen, aber intensiven Starkregen in Kombination mit kurzen Fließwegen zum Gewässer und einem hohen Versiegelungsgrad im Einzugsgebiet zu Überschwemmungen. Diese Regenereignisse lassen sich zeitlich und örtlich nicht so genau ankündigen wie die länger anhaltenden Ereignisse, welche bei Gewässern mit großen Einzugsgebieten meist zu Überschwemmung führen. Abhilfe verschaffen hier regionsbezogene Hochwasserfrühwarnungen, die auf den Niederschlagsvorhersagen z.B. des Deutschen Wetterdienstes basieren. Hinzu kommt die Analyse, der Wasseraufnahmefähigkeit des hiesigen Bodens. Daraus entsteht letztendlich eine regionsbezogene Warnkarte, die je nach Hochwasserwahrscheinlichkeit Warnklassen ausgibt.

Überflutungsvorhersage durch urbane Starkregen

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 gemacht werden.

Modell­technische Abbildung und Rechenzeiten

Während sich Überflutungs­vorhersagen, die auf Wasserpegeln/Wasserhöhen basieren (1D-Modellierung), mit entsprechender Softwaresimulation schnell rechnen lassen, sind hydrodynamische Berechnungen mit 2D-Oberflächenabflussmodellierung und gekoppelter 1D/2D-Simulation rechenintensiver. Für große Einzugsgebiete mit komplexen Interaktionen zwischen Oberflächenabfluss, Kanalnetzen und Gewässern, wesentlich rechenintensiver. Wenn diese Modelle auch noch präzise Ergebnisse mit hoher räumlichen Auflösung liefern sollen (Bsp. Überflutungstiefen auf Straßenebene), werden hierfür je nach Einzugsgebietsgröße, gewünschter räumlicher Präzision und eingesetzter Softwarelösung, Rechenzeit von einigen Minuten, bis hin zu Stunden und Tagen erforderlich. Daher ist es wichtig einen Kompromiss zwischen modelltechnischer Präzision und Aussagekraft einer Überflutungsvorhersage einzugehen, denn Modellbasierte Überflutungsvorhersagen sollen der Vorwarnung dienen: Jede Minute Rechenzeit zu lang ist verlorene Vorwarnzeit, die zur proaktiven Gefahrenabwehr, zur Rettung von Menschen und Schadensminimierung genutzt werden kann.

An welche Grenzen stößt unsere Software?

Mit den Softwarelösungen InfoWorks ICM und InfoWorks ICMLive sind Sie in der Lage auch für besondere komplexe Simulationen (1D/2D-Modellierung) und große Metropolregionen in kürzester Zeit durchzuführen und dabei höchste Präzision und Aussagekraft zu erreichen. Einige Betreiber setzen hierfür entsprechende Hochleistungs-Rechner mit 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 wir dieses Problem lösen

Sicherlich können Modelle so vereinfacht werden oder ein Modellansatz mit geringerer Präzision gewählt, dass die Rechenzeiten vertretbar werden. Unser Ansatz ist jedoch anders:

Mit unserer Softwarelösung Flood4Cast® greifen Sie auf bestehende Starkregen- oder Hochwassergefahrenkarten zurück, die zuvor präzise und in dem von Ihnen gewünschten Detailgrad gerechnet wurden – mit/ohne 2D-Oberlächenabflusssimulation, gerechneten Interaktionen von Oberfläche, Kanalnetz und Gewässer, ganz wie Sie wünschen und in welcher Form diese vorliegen.

Flood4Cast® liefert Ihnen alle 5 Minuten neue Überflutungsprognosen in einem übersichtlichen browserbasierten Dashboard, mit Risikokarten, Überflutungskarten, prognostizierten Überflutungstiefen und einer Präzision bis hin zur Straßenebene. Mit Warnmeldungen per SMS und E-Mail. Flood4Cast ist kompatibel mit nahezu allen am Markt verfügbaren Softwarepaketen und kann daher auch unabhängig von der für die Erstellung der Hochwasser- und Starkregengefahrenkarten eingesetzten Software verwendet werden.

Entscheidend ist, dass Sie vor starkregenbedingter Überflutung gewarnt werden, Einsatzkräfte vor dem Ereignis entsenden können und nicht erst eingreifen, wenn es eigentlich schon zu spät ist.

Passende Softwarelösungen

Software-Lösungen für die Hochwasser- und Überflutungsvorhersage

Wabe Bg

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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Wabe

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 flussgebietsbezogen und einheitlich mit Hilfe von formal vorgegebenen und klar strukturierten Planungs- und Umsetzungsprozessen. Ziel ist die Erreichung eines guten Zustands aller Gewässer und Grundwasservorkommen.

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