Rainman – 1D/2D gekoppelte hydrodynamische Modellierung urbaner Sturzfluten inklusive Hangwasser und Risikoanalyse

Im Projekt RAINMAN (Interreg Central Europe Programm) arbeiten zehn Partner aus sechs Länder zusammen, um innovative Methoden und neue Werkzeuge zur Reduzierung von Schäden durch Starkregen zu entwickeln. Die neu entwickelten Methoden und Werkzeuge werden in die RAINMAN-Toolbox aufgenommen. Diese Toolbox stellt ein Set von fünf Werkzeugen dar, das lokale und regionale Behörden, Planer und die Bevölkerung bezüglich des Umweltrisikomanagements unterstützen soll.

Einer der Projektpartner von RAINMAN ist das Amt der Steiermärkischen Landesregierung, Abteilung 14 Wasserwirtschaft, Ressourcen und Nachhaltigkeit. Die Abteilung 14 erarbeitet ein Bewertungs- und Kartierungswerkzeug für Starkregenrisiken: den Leitfaden für modellbasierte urbane Überflutungsvorsorge.

Die Hydroconsult GmbH wurde von der Abteilung 14 im Zuge des Projekts RAINMAN beauftragt eine 1D/2D gekoppelte hydrodynamische Modellierung urbaner Sturzfluten inklusive Hangwasser und Risikoanalyse für zwei Pilotgebiete zu erstellen. Die Bearbeitung erfolgte auf Basis des vom Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Landschaftswasserbau der TU Graz erstellten Leitfadens „Modellbasierte urbane Überflutungsvorsorge“. Im Projekt wurde neben der Starkregenrisikobewertung für die Bearbeitungsgebiete auch die Anwendbarkeit des Leitfadens überprüft und demonstriert.

Ziel des Projekts waren Gefahren- und Risikokarten für zwei von der Auftraggeberin definierten Bearbeitungsgebiete, bei deren Erstellung der Oberflächenabfluss, der Abfluss in der Misch- und Regenwasserkanalisation und der Abfluss der Fließgewässer berücksichtigt werden sollte. Mit Hilfe der erstellten Karten können überflutungsgefährdete Gebiete innerhalb der Einzugsgebiete lokalisiert und hinsichtlich des Risikos bewertet werden.

Übersichtskarte der Bearbeitungsgebiete (Grundkarte: basemap.at)

In einem ersten Schritt wurde eine Fließwegeanalyse durchgeführt, um die Hauptabflusswege und mögliche kritische Punkte in den Einzugsgebieten zu identifizieren. Weiters erfolgte eine Überstaunachweis für das Kanalnetz, um mögliche Problemstellen aufzuzeigen.

Überstaunachweis Kanalnetz (Grundkarte: basemap.at)

Fließweganalyse (Grundkarte: basemap.at)

In Zuge einer Ortsbegehung wurden die Ergebnisse der Voranalysen plausibilisiert und hydraulisch relevante Strukturen bzw. potenziell gefährdete Gebiete lokalisiert. Es wurde darüber hinaus eine Schadenspotentialanalyse durchgeführt, um in Abhängigkeit von der Objektnutzung und der baulichen Gestaltung der Objekte das Schadenspotential der Objekte in den Bearbeitungsgebieten zu ermitteln. Abflussrelevante Strukturen wie bspw. Zaunsockel, Mauern und Geländeveränderungen aber auch Durchlässe und im Kataster noch nicht enthaltene Gebäude wurden terrestrisch vermessen.

Ortsbegehung: Analyse hydraulisch relevanter und potenziell gefährdeter Strukturen (Grundkarte: basemap.at)

Aufbauend auf den Ergebnissen der Voranalyse wurden für die Detailanalyse Berechnungsmodelle erstellt und Belastungsszenarien definiert und simuliert. Es wurde ein 3D-Geländemodell zur Niederschlags-Abflussmodellierung erstellt und das von der Auftraggeberin zur Verfügung gestellte 1D-Kanalmodell überprüft und für die Kopplung mit dem Oberflächenmodell vorbereitet.

Zur Festlegung der erforderlichen Modellparameter wurde ein umfangreiche Sensitivitätsanalyse durchgeführt. Zusätzliche erfolgte diesbezüglich ein intensiver Austausch mit der Auftraggeberin und dem Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Landschaftswasserbau der TU Graz.

Eine Kopplung der Teilmodelle Oberfläche und Kanalnetz wurde für das Einzugsgebiet Schloss Eggenberg durchgeführt, in dem das Kanalnetz im Hangfußbereich als Mischwassersystem geführt wird. Für das untersuchte Projektgebiet zeigte sich, dass das Schluckvermögen der Schächte im Vergleich zu den Oberflächenabflüssen aufgrund der Hangfußlage untergeordnet ist. Ein merkbarer Einfluss auf die Wassertiefen zeigte sich hauptsächlich in der 2d-hydraulischen Berechnung durch den Überstau aus dem Kanalnetz, der in weiterer Folge zu einer deutlich erhöhten Gefährdung der Objekte im Nahbereich führte.

Kopplungsergebnisse der Teilmodelle Oberfläche und Kanalnetz

Auf Basis der errechneten Wasserstände und Fließgeschwindigkeiten der unterschiedlichen Szenarien wurden den Objekten in den Bearbeitungsgebieten Gefährdungsklassen zugeordnet.

Abschließend wurden Risikokarten durch eine Überlagerung der Gefährdung mit dem Schadenspotential generiert. Auf Basis der Karten können nun Grundstücke bzw. Gebäude identifiziert werden, die ein erhöhtes Risiko bezüglich Überflutungsereignissen aufweisen und geeignete Maßnahmen zur Reduktion des Überflutungsrisikos entwickelt werden.

Ausschnitt einer Risikokarte (Grundkarte: basemap.at)