2D-Modellierung der Hydraulik und des Feinsedimenttransportes von Extremhochwässern in urbanen Gebieten

Büttner, Olaf

Treffen Extremhochwässer auf urbane Räume, können sie große Schäden verursachen. Um in diesen Gebieten Gefahren rechtzeitig zu erkennen, geeignete Maßnahmen zu ergreifen und im Fall einer Katastrophe Einsatzkräfte und Technik effizient koordinieren zu können, werden Entscheidungshilfesysteme unterstützend eingesetzt. Hydraulische Modelle bilden mit den Vorhersagen der Wasserstände, Fließgeschwindigkeiten und Flächenausdehnung der Überflutungen die wichtigste Grundlage für diese Entscheidungshilfesysteme. Ziel dieser Arbeit ist es, ein hydraulisches 2D-Modell mit dem für urbane Gebiete notwendigen Detaillierungsgrad aufzubauen und trotz der Daten-, Prozess- und Parameterunsicherheiten ein darauf basierendes Schadstoffausbreitungsmodell zu erstellen, für ein Extremhochwasser zu kalibrieren, mit diesem Modellsystem Simulationen durchzuführen, die Ergebnisse zu analysieren und sie in ein Entscheidungshilfesystem zur stoffbezogenen Risikoanalyse und -bewertung extremer Hochwasserereignisse zu integrieren. Im Rahmen einer Fallstudie an der Vereinigten Mulde im Raum Bitterfeld wird für ein 45 km2 großes Gebiet ein detailliertes Modellsystem aufgebaut. Durch die nachträgliche Vermessung von Flutmarken der maximalen Wasserstände des Extremhochwassers vom August 2002 werden die notwendigen Daten zur Kalibrierung des hydraulischen Modells generiert. Zur Validierung des Sedimenttransportmodells wird ein ereignisunabhängiges neuartiges semi-quantitatives Verfahren entwickelt. Als Ergebnisse stehen räumlich und zeitlich hoch aufgelöste Wasserstände, Fließgeschwindigkeiten, Depositionshöhen und Konzentrationen von partikulär gebunden transportierten Stoffen zur Verfügung. Diese Daten werden für Risikobewertungen in einem Entscheidungshilfesystem genutzt und in Form von Karten präsentiert. Das Entscheidungshilfesystem hat sich im Praxiseinsatz bei Extremhochwässern bewährt, wobei der Schwerpunkt bislang auf den Ergebnissen der hydraulischen Modellierung lag.

Climate change research predicts that extreme floods will occur more frequently in future. Floods in urban areas result in catastrophic consequences. Decision support systems (DSS) requires to identify and estimate the impact of impending flood in advance and to take suitable measures for the efficient coordination of operational forces and technique. Hydraulic models are the most important basis for such DSS. The aim of this study is to develop a high resolution 2D hydraulic model for urban areas and to couple it with a sediment and pollutant transport model. The model system is then calibrated for an extreme flood. Simulations are performed and the results are analyzed and integrated in a DSS for risk analysis and assessment of extreme floods. The aforementioned high resolution 2D hydraulic model is applied for the case study of the River Mulde adjoining the City Bitterfeld covering an area of 45 square kilometer. The necessary data for calibration of the hydraulic model are generated by additional survey of flood marks of the maximum water level during the extreme flood of August 2002. A new approach for validation of the sediment transport model is developed. Spatially and temporarily high resolution results of surface water levels, flow velocities, deposition and concentrations of particular bounded pollutants are presented for different scenarios. The results are used for risk assessment in the DSS and are presented as maps. The integrated DSS has been approved and used by authorities where the focus was on hydraulic results. The presented approach for the development of an integrated DSS based on the results of 2D hydraulic modeling combined with sediment and pollutant transport can be transferred to other urban areas after necessary modifications.

Vorschau

Zitieren

Zitierform:

Büttner, Olaf: 2D-Modellierung der Hydraulik und des Feinsedimenttransportes von Extremhochwässern in urbanen Gebieten. 2013.

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:
Alle Rechte vorbehalten

Export