Die High-Performance-Version der Software FloodArea ermöglicht die Simulation von Überflutungen durch Starkregen auch für mehrere Hundert Quadratkilometer Fläche.
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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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.