Bereit f√ľr den Ernstfall: Wann kommt die Flut?

Das fwu der Universität Siegen hat in Kooperation mit dem Entsorgungsbetrieb der Stadt Siegen (ESi) ein Vorhaben gestartet, um Starkniederschläge im Stadtgebiet Siegen simulieren zu können.

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

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 Stra√üen √ľberschwemmt werden. Die Regenf√§lle sind so heftig, dass ein Erdrutsch auf dem Friedhof in Kaan-Marienborn S√§rge vor die Wohnh√§user sp√ľlt. F√ľnf Jahre sp√§ter trifft es die benachbarte Gemeinde Wenden. Mit Blick auf die Starkregenereignisse im letzten Jahr, insbesondere in D√ľsseldorf sowie in kleineren Kommunen in S√ľd- und Ostdeutschland, ist deutlich geworden, dass nicht nur Flusshochwasser in St√§dten gravierende Sch√§den verursachen kann. Schaut man auf Statistiken und Wetter- und Klimaprognosen k√∂nnte das sogenannte pluviale Hochwasser, also durch starke, pl√∂tzliche Regenf√§lle verursachte √úberflutungen, in Zukunft f√ľr immer mehr Kommunen zu einem schwerwiegenden Problem werden. Denn im Gegensatz zu fluvialem, also Flusshochwasser, lassen sich Starkregenereignisse und deren Ausma√ü nur bedingt bis √ľberhaupt nicht vorhersagen. Treten dann weniger extreme Ereignisse beider Quellen zeitgleich auf, kann es trotzdem zu einem Versagen der Entw√§sserungsinfrastruktur kommen. So kann ein mittleres Hochwasserereignis im Gew√§sser dazu f√ľhren, dass Niederschlagswasser nicht in ausreichendem Ma√üe √ľber die Kanalisation abgeschlagen werden kann und es infolgedessen zu einem R√ľckstau und somit zu √úberschwemmungen kommt. Vor diesem Hintergrund f√ľhrt das Forschungsinstitut Wasser und Umwelt (fwu) des Departments Bauingenieurwesen der Universit√§t Siegen gemeinsam mit dem Entsorgungsbetrieb der Stadt Siegen (ESi) seit Anfang 2016 ein Projekt zur Simulation von Starkniederschl√§gen im Stadtgebiet Siegen (SiSSi) durch.

Ziel des Projekts ist, mittels Computermodell die potenziell gef√§hrdeten Bereiche und Geb√§ude im Stadtgebiet von Siegen zu ermitteln. ‚ÄěDabei schauen wir ganz konkret auch nach Situationen, in denen beide Gefahrenquellen, Flusshochwasser und Starkniederschlag, zusammen in Erscheinung treten und entwickeln methodische Ans√§tze f√ľr eine kombinierte Betrachtung“, erkl√§rt Prof. J√ľrgen Jensen vom Lehrstuhl f√ľr Hydromechanik, Binnen- und K√ľstenwasserbau des fwu. Im Fokus der Untersuchungen steht das kommunale Entw√§sserungssystem, denn dort machen sich Schwachstellen bei Starkregenereignissen am ehesten bemerkbar. Das bedeutet im Umkehrschluss, dass besonders in diesem Bereich viel f√ľr die √úberflutungsvorsorge getan werden kann. Am Ende soll ein numerisches Modell zur Identifizierung der potenziellen Hochwasserrisiken entstehen, das neben der Gel√§ndeoberfl√§che und den Gew√§ssern au√üerdem das Kanalnetz abbildet. So soll die Interaktion der einzelnen Systeme untereinander ber√ľcksichtigt und bei der Simulation entsprechend abgebildet werden k√∂nnen.

Oben: Die Grafik zeigt die physikalische Abh√§ngigkeit zwischen der Kanalisation und einem Flie√ügew√§sser, hier am Beispiel eines Trockenwetterabflusses. In diesem Fall flie√üt das h√§usliche Schmutzwasser durch den Kanal, ggf. durch ein Regen√ľberlaufbecken und anschlie√üend zur Kl√§ranlage. unten: Ist im Gew√§sser beispielsweise ein mittleres Hochwasser und es kommt gleichzeitig zu einem Starkregenereignis, so kann die Kanalisation aufgrund des R√ľckstaus nicht mehr vollst√§ndig √ľber den Regen√ľberlauf in das Gew√§sser abschlagen und es kommt zu einem gew√§sserbedingten R√ľckstau und entsprechenden √úberflutungen. Fotos: fwu

Oben: Die Grafik zeigt die physikalische Abh√§ngigkeit zwischen der Kanalisation und einem Flie√ügew√§sser, hier am Beispiel eines Trockenwetterabflusses. In diesem Fall flie√üt das h√§usliche Schmutzwasser durch den Kanal, ggf. durch ein Regen√ľberlaufbecken und anschlie√üend zur Kl√§ranlage.
Unten: Ist im Gew√§sser beispielsweise ein mittleres Hochwasser und es kommt gleichzeitig zu einem Starkregenereignis, so kann die Kanalisation aufgrund des R√ľckstaus nicht mehr vollst√§ndig √ľber den Regen√ľberlauf in das Gew√§sser abschlagen und es kommt zu einem gew√§sserbedingten R√ľckstau und entsprechenden √úberflutungen. 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. Zun√§chst m√ľssen die detaillierten Daten, wie Digitale Gel√§ndemodelle, Orthofotos, Boden- und Landnutzungsdaten, Kanalstammdaten sowie meteorologische und hydrologische Daten angefordert und aufbereitet werden. ‚ÄěDas ist reine Flei√üarbeit, denn dieser Teil des Projekts fordert am meisten Zeit, Arbeit und Genauigkeit und ist besonders fehleranf√§llig‚Äú, berichtet Professor Jensen. Untersucht wird das komplette Stadtgebiet Siegens, das aus 23 Stadtteilen besteht und sich auf rund 115 km¬≤ erstreckt. ‚ÄěDas bedeutet, unsere Mitarbeiter m√ľssen die etwa 155 km Gew√§sser und 600 km Kan√§le in diesem Gebiet √ľberhaupt erstmal h√§ndisch erfassen. Dazu kommen noch rund 18.000 Kanalsch√§chte, √ľber 15.500 Stra√üenabl√§ufe, 18 Regen√ľberlaufbecken, 55 Regen√ľberl√§ufe und 15 Pumpwerke sowie zwei Kl√§ranlagen. Diesen Teil haben wir zwar im Prinzip abgeschlossen, allerdings schleichen sich hier schnell mal Fehler ein. Daher m√ľssen die Daten immer wieder √ľberpr√ľft und angepasst werden.‚Äú

Im zweiten Schritt folgt die Niederschlags-Abfluss-Modellierung (NA-Modell), mit der das gesamte Einzugsgebiet der oberen Sieg und ihrer Zufl√ľsse modelliert wird. ‚ÄěMit diesem Modell k√∂nnen wir Niederschlagsereignisse in das Modell einsteuern und so an jedem beliebigen Punkt im Gew√§ssersystem die resultierenden Bemessungsabfl√ľsse, die Grundlage f√ľr hydraulische Modellierungen, ermitteln‚Äú, erkl√§rt Professor Jensen. ‚ÄěDieser Teil befindet sich aber auch schon in Bearbeitung.‚Äú

Im dritten Schritt wird das Kanalnetz dynamisch mit dem Oberfl√§chenabfluss- und Gew√§ssermodell gekoppelt. F√ľr die Modellierung m√ľssen die Wasserst√§nde, Flie√ügeschwindigkeiten und √úberschwemmungsfl√§chen genau berechnet werden, um so den komplexen Ablauf eines Hochwasserereignisses besser modellieren und die Schwachpunkte der Entw√§sserungsinfrastruktur identifizieren zu k√∂nnen. Am Schluss steht dann die fertige Hochwasserschadensanalyse, die auf Basis der Modelle erstellt wird. ‚ÄěWir wissen zum Beispiel, dass die wertigeren Regionen in Siegen mit den h√∂chsten Mieten relativ niedrig bzw. nahe der Sieg gelegen und deshalb ohnehin schon durch Hochwasser gef√§hrdet sind. Kommt dann unerwartet Starkregen hinzu, muss es ein Entw√§sserungssystem und andere bauliche Vorkehrungen geben, die eine √úberschwemmung und gr√∂√üere ‚Äď vor allem finanzielle Sch√§den ‚Äď f√ľr die Eigent√ľmer verhindern‚Äú, erkl√§rt Prof. Jensen. ‚ÄěDas k√∂nnen auch einfache bauliche Ma√ünahmen, wie die Erh√∂hung des Bordsteins um wenige Zentimeter oder Verwallungen sein. Die Entscheidungsgrundlage liefern dann zum Beispiel Starkregen- oder Hochwassergefahrenkarten die mit unserem Modell erstellt werden.‚Äú

1.20 Wasser-/Abwassermanagement

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Mit 400 Mitarbeitern bietet SAG CeGIT Lösungen und Dienstleistungen zu
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Lösungen, die Wettbewerbs- und Zukunftsfähigkeit von Stadtwerken,
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Nach bisherigem Stand ist die Analyse allerdings erstmal nur f√ľr Siegen selbst gedacht. ‚ÄěUnser Ziel ist es nicht, ein fertiges Produkt f√ľr die Anwendung in anderen St√§dten zu entwickeln, das w√ľrde auch den Rahmen des Projekts sprengen‚Äú, erkl√§rt Professor Jensen. Profitieren sollen andere Kommunen aber trotzdem. ‚ÄěMit SiSSi wollen wir einen methodischen Ansatz liefern, quasi einen Nachweis, dass unsere Idee ‚Äď pluviales Hochwasser als dynamischen Prozess darzustellen ‚Äď funktioniert. Dies k√∂nnte dann ein Anreiz f√ľr andere Kommunen sein, in √§hnliche Projekte zu investieren.‚Äú

www.fwu.uni-siegen.de/wb