Im Zuge zunehmender lokaler Starkregenereignisse sind Kommunen gefordert, ihre Überflutungsvorsorge zu überdenken. Neuartige Konzepte für das Risikomanagement beziehen die Oberfläche als Rückhalt und Ableitung mit ein. Dafür gibt es heute Simulationstools, die gleichermaßen das Kanalsystem sowie den oberflächenund den gewässerbasierten Wasserabfluss berücksichtigen.
Lokale Starkniederschläge haben in den letzten Jahren wieder zu starken Überflutungen in Siedlungsgebieten geführt. Diese sogenannten urbanen Sturzfluten, bei denen in Einzelfällen über 300 Millimeter Niederschlag in wenigen Stunden fallen können, schädigen die öffentliche Infrastruktur und privates Eigentum, führen zu erheblichen Verkehrsbeeinträchigungen und haben sogar schon Menschenleben gekostet (Münster 2014). Nach den Erfahrungen der deutschen Versicherer sind heute etwa die Hälfte der regulierten Überflutungsschäden auf derartige lokale Extremwetterlagen zurückzuführen.
Für die Kommunen bedeutet dies Handlungsbedarf: Sie müssen sich intensiver mit solchen Ereignissen auseinandersetzen und die Überflutungsvorsorge neu regeln. Auch der zuständige Fachverband, die Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. (DWA) hat dieser Entwicklung Rechnung getragen: Mit dem Merkblatt DWA-M 119, das aktuell im Entwurf vorliegt, wurde ein neues Regelwerk konzipiert, das sich mit der Analyse der Überflutungsgefährdung und des Schadenspotenzials durch lokale Starkregen in Bezug auf kommunale Entwässerungssysteme befasst – mit dem Ziel, die daraus resultierenden Überflutungsrisiken qualifiziert zu bewerten. Das Merkblatt baut unmittelbar auf den Vorgaben und Empfehlungen der Norm DIN EN 752 „Entwässerungssysteme außerhalb von Gebäuden“ sowie des Arbeitsblattes DWA-A 118 „Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwässerungssystemen“ zur hydraulischen Leistungsfähigkeit dieser Systeme auf. Es enthält Erläuterungen, Empfehlungen und Hinweise zur fundierten Bearbeitung der Überflutungsproblematik, ein wesentlicher Fokus liegt auf der Erarbeitung qualifizierter Planungsgrundlagen zur Entwicklung wirkungsvoller, wirtschaftlich vertretbarer Schutzmaßnahmen. Diese liegen nach Einschätzung der Fachleute nicht primär in einer Erweiterung der Kanalnetze: „Der Ausbau der Kanalisation für Regenhöhen von 50 bis 60 mm innerhalb ein bis zwei Stunden erscheint weder technisch noch wirtschaftlich machbar“, sagt Professor Theo Schmitt, Sprecher des Hauptausschusses „Entwässerungssysteme“ bei der DWA.
In erster Line geht es also für Kommunen darum, Überflutungsrisiken in Siedlungsgebieten zu erkennen und zu lokalisieren sowie das Schadenspotenzial zu bewerten. Darauf kann eine wirksame Maßnahmenplanung aufgesetzt werden – seien es Verkehrssperrungen, Feuerwehrbereitschaften oder Informationsmaßnahmen für die Bevölkerung. Simulationen und Modellierungen helfen hier, eine realistische Einschätzung des Überflutungsrisikos zu gewinnen – insbesondere, wenn dabei neben dem Wasserabfluss über das Kanalsystem und die örtlichen Fließgewässer auch die Ableitung über die Oberflächen einbezogen werden.
Drei Stufen der Modellierung
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Sie ist lizenzierter „value added Partner“ von GE Energy. Der Leistungskatalog
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Für diese Aufgaben haben sich in den letzten Jahren softwarebasierte Methoden und Werkzeuge etabliert. Getrieben wurde deren Entwicklung zum einen durch eine zunehmend leistungsfähige Rechentechnik, die dazu geführt hat, dass die komplexen Simulationen inzwischen mit vertretbarem Zeit- und Hardwareaufwand durchgeführt werden können. Zum anderen besteht zwischenzeitlich eine ausreichende Datengrundlage: „Vor allem sind es die Höhenmodelle, die durch Airborne Laserscanning erzeugt wurden und von den Bundesländern inzwischen Flächendeckend bereitgestellt werden, die eine hydrodynamische Simulation von oberflächigem Abwasser ermöglichen“, erläutert Ralf Ostermann, Geschäftsleiter beim Franz Fischer Ingenieurbüro, das regelmäßig entsprechende Simulationen durchführt. „Diese können heute – abhängig vom Detaillierungsgrad und Modellierungsaufwand – in drei Stufen erfolgen“, so Ostermann.
Einfache GIS-Analysen
Auf der ersten Stufe stehen zunächst einfache GIS-gestützte Analysewerkzeuge. Mit ihnen wird das 3D-Modell herangezogen und virtuell mit Wassermengen gefüllt, die der simulierten Regenmenge entsprechen. So entstehen je nach Befüllung Mulden und Senkunken, die den Verantwortlichen einen ersten Eindruck der potenziellen Hot- oder besser Wetspots vermitteln. Dabei werden bereits wichtige Infrastrukturelemente wie Dämme oder Durchflüsse berücksichtigt. „Solche Analysen werden heute für Kleinstädte in der Größenordnung von 200 bis 400 Euro pro Quadratkilometer angeboten“, beschreibt Ostermann.
2D-Modellierung
Die nächste Modellierungs-Stufe erfolgt in 2D und schließt eine hydrodynamische Modellierung mit den Parametern Geschwindigkeit und Tiefe ein, bei der die Regenmenge zeitlich und räumlich differenziert betrachtet wird. Ebenso können der Ablauf über Fließgewässer sowie hydrologische Grundwassermodelle eingebunden werden. Auf dieser Stufe ist es üblich, Daten aus den Kanalnetzmodellen (vor allem Überstau und Überflutung) heranzuziehen. Aus einem Schacht austretendes Wasser wird dann als punktuelle Quelle angegeben. Diese Modellierungen bilden die lokalen Regenereignisse differenziert ab und ermöglichen damit eine genauere Gefährdungsbeurteilung und Maßnahmenplanung. Solche Analysen werden häufig in kleinräumigen Gebieten mit hohem Gefährdungspotenzial durchgeführt.
Gekoppelte Simulation
Seit einigen Jahren gibt es zudem Softwaretools am Markt, die die gekoppelte Simulation von Kanal- und Oberflächenabfluss ermöglichen. Solche Systeme bieten etwa DHI-WASY, Tandler, ITWH oder Rehm an. Dabei werden nach Angaben der Anbieter auch die Interaktionen zwischen Kanalnetz und Geländeoberfläche vollständig abgebildet, als dritte Ebene werden Rückstaueffekte aus den Gewässern einbezogen. Die Datengrundlage für diese Simulationen sind digitale Geländemodelle, die an neuralgischen Punkten mit individuellen Vermessungsleistungen (Bordsteine, Lichtschächte, Kellereingänge etc.) im betroffenen Gebiet angereichert werden. Die betrachteten Szenarien im Falle eines Starkregenereignisses können dabei dynamisch als virtuelle Videosequenzen dargestellt werden. So erreicht man eine maximal realitätsgetreue Simulation, bei der Maßnahmen sehr konkret geplant und bereits virtuell hinsichtlich ihrer Wirksamkeit betrachtet werden können. Und das ist nicht nur im Ereignisfall, sondern auch für die vorbeugende Planung wichtig.
www.dwa.de
www.fischer-teamplan.de
Bild: Fischer Teamplan