Starke Regenfälle können nicht nur reißende Bäche, steigende Pegel großer Flüsse oder Dammbrüche zur Folge haben. Auch bewohnte Gebiete, die nicht in direkter Nachbarschaft zum Wasser liegen und vor allem Straßen bzw. Zufahrten können durch Überschwemmung in Folge starker Regenfälle betroffen sein. Mögliche Maßnahmen, um die Auswirkungen von potenziellen Überflutungsereignissen unterhalb von Talsperrenstandorten oder in Siedlungen und auf Verkehrswegen zu minimieren, sind aus verkehrstechnischer Sicht im Vorfeld zu treffen. Es gilt, zukünftige Siedlungsflächen und Verkehrswege im Hinblick auf solche Ereignisse angepasst zu planen. Zusätzliche Verkehrswege in geeigneter Lage können alternative Fluchtwege für existierende Siedlungen schaffen. Als Ergänzung ist die Entwicklung eines auf Evakuierungsszenarien basierenden Krisenmanagements zu sehen. Auf diese Weise können Bewohner wie Einsatzkräfte besser auf eine Notfallsituation vorbereitet werden.

Wie kann die Sicherheit für bestehende besiedelte Bereiche, deren potenzielle Gefährdung nur unwesentlich durch eine angepasste Planung oder den Ausbau des Verkehrswegenetzes verbessert werden kann, gegen Überschwemmungskatastrophen erhöht werden? Das Verbundvorhaben setzt genau hier an und entwickelt geeignete Strategien und Planungswerkzeuge für eine optimierte Evakuierung. [1]

EvaSim umfasst die Bereitstellung eines Informationssystems zur Optimierung von Gefahrenabwehr- und Evakuierungsmaßnahmen auf Grund extremer hydrologischer Ereignisse, wie z. B. Bauwerksversagen, Sturzfluten oder Überschreitung des Bemessungshochwassers von technischen Hochwasserschutzeinrichtungen.

Für das Projekt EvaSim wird das Hochwassermanagementsystems FLIWAS eingesetzt und mit den numerischen Simulationsmodellen für Verkehr und Hydraulik gekoppelt. Hierbei spielt die Datenschnittstelle zwischen der Hydraulik- und Verkehrssimulation eine entscheidende Rolle. In Abhängigkeit der Attribute Wasserstand und Fließgeschwindigkeit wird die zeitabhängige Kapazität jeder Strecke des Verkehrsnetzmodells angepasst. Beim Befahrbarkeitsstatus der jeweiligen Routen wird zwischen öffentlichem Verkehr und Einsatzfahrzeugen, unter Berücksichtigung der Stabilität von Fahrzeugen in Strömungen, unterschieden. Ein weiterer wichtiger und so bisher noch nicht berücksichtigter Aspekt in EvaSim sind die soziologischen Randbedingungen. D. h., dass die dynamische Simulation Einfluss auf das unterschiedliche Fluchtverhalten der Bevölkerung hat, und dementsprechend besondere Lenkungsmaßnahmen und Evakuierungsstrategien erfordert. Die Ergebnisse aus der Simulation des Hochwasserabflusses und der Verkehrssituation werden zudem durch GIS–gestützte Analysewerkzeuge interpretiert und dienen als Basisinformation für Einsatztaktik und Ressourcenplanung.

Seit einigen Jahren sind für größere Flussgebiete die komplexen, flächigen Strömungsvorgänge in Fließgewässern bei Hochwasser mittels numerischer Modelle auf PCs berechenbar. Grundlage dazu liefert zum einen die flächendeckende Verfügbarkeit von hochpräzisen Laserscan Daten für Geländehöhen (Werte im Raster  1 x 1 m), zum anderen leistungsfähige Hard- und Software. Simuliert wird der Oberflächenabfluss mit der tiefengemittelten zweidimensionalen Flachwassergleichung auf einem dreidimensionalen Geländemodell. Das Büro aquasoli setzt hierfür die Software HYDRO_AS-2D ein, die selbst bei extrem zeitabhängigen Fließvorgängen (z. B. Bauwerksversagen) beste Ergebnisse garantiert.

Nach Abbildung eines Untersuchungsgebiets im numerischen Modell und Kalibrierung an historischen Ereignissen steht ein Instrument zur Prognose von Hochwasserabflüssen zur Verfügung. Es können flächige Informationen mit einer Lagegenauigkeit kleiner 1 m und einer Höhengenauigkeit kleiner 10 cm berechnet werden: Fließtiefe (s. Abb. 1), Fließgeschwindigkeit, Intensität, Überflutungsdauer sowie deren zeitliche Veränderung. Das Modell erlaubt die Simulation der Auswirkungen zusätzlicher Schadereignisse während eines Hochwassers (Deichbruch, Brückenverklausung) sowie jeglicher Form von Schutzmaßnahmen, wie z. B. Sandsacksperren oder mobile Schutzsysteme (Abb. 1).

Die Berechnungsergebnisse werden durch Programmschnittstellen und eine automatisierte Aufbereitung für die Beurteilung der Auswirkungen auf die Infrastruktur und den operativen Hochwassereinsatz bereitgestellt. Derzeit kann die abschnittsweise Befahrbarkeit von Verkehrswegen und die Gefährdungsbeurteilung von Einzelgebäuden/sensiblen Objekten ermittelt und in einer Datenbank und einem Hochwassermanagementsystem bereitgestellt werden.

Im Rahmen des BMBF Projektes EvaSim wird das Hochwassermanagementsystem FLIWAS eingesetzt und durch folgende Werkzeuge und Instrumente erweitert:

  • Analysewerkzeug für die Gefährdungsbeurteilung von Gebäuden und Objekten: Unter Berücksichtigung der Fließtiefe und -geschwindigkeit (Intensitätsklassifizierung), erfolgen individuelle und nutzungsspezifische Gefährdungsbeurteilungen. Dabei wird zwischen Wohnbebauung, Gewerbe und sensiblen Objekten unterschieden. Die Gruppe der sensiblen Objekte umfasst jene, die besonders schutzbedürftig sind, von denen im Hochwasserfall verstärkt Gefahren ausgehen und Objekte und Institutionen, die zur Gefahrenabwehr oder notwendigen Evakuierungen von entscheidender Bedeutung sind. Alle hochwassergefährdeten Objekte werden in einer zentralen Datenbank verwaltet.
  • Analysewerkzeug zur Erfassung der erforderlichen Maßnahmen zur Hochwasserverteidigung: Auf Grundlage der hydraulischen Simulation werden zum einen Schwachstellen oder Überlastungen an bestehenden Hochwasserschutzeinrichtungen aufgezeigt und zum anderen strategisch wichtige Interventionslinien ermittelt.
  • Analysewerkzeug zur Erfassung beeinträchtigter oder gestörter Verkehrswegebeziehungen: Für das gesamte Verkehrswegenetz wird der Befahrbarkeitsstatus mit folgenden Abgrenzungen ausgegeben:
    • hydraulisch unbelastet / für Zivilverkehr und Einsatzfahrzeuge nutzbar,
    • hydraulisch unbelastet; Freibord eingeschränkt / Festlegung des Befahrbarkeitsstatus für den Zivilverkehr; für Einsatzfahrzeuge befahrbar,
    • hydraulisch belastet / gesperrt für den Zivilverkehr, für Einsatzfahrzeuge befahrbar,
    • hydraulisch belastet / für Zivilverkehr und Einsatzfahrzeuge gesperrt.
  • GIS-gestützte Berechnung des Ressourceneinsatzes wie Material, Personal, Geräte, Zeit und Dauer: Die zur Hochwasserabwehr benötigten Ressourcen werden ermittelt und verschiedenen Depots bzw. Institutionen zugeordnet.
  • GIS-gestützte Berechnung des Evakuierungsbedarfs: Erfordert die Gefährdungsbeurteilung im Hochwasserfall eine Evakuierung, kann die Anzahl der zu evakuierenden Personen auf Grundlage der zentralen Datenbank ermittelt werden. Zusätzlich werden die Routen zwischen Evakuierungsgebiet und Sammelstelle auf die Befahrbarkeit überprüft.
  • Zeitabhängige Priorisierung von Einsatzmaßnahmen in der Gefahrenabwehr und im Evakuierungsfall (Abb. 2).

 

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Die entwickelten Instrumente und Werkzeuge stellen die Datengrundlage für das webbasierte Hochwasser- und Katastrophenmanagementsystem FLIWAS bereit und können über eine interaktive graphische Programmoberfläche zur Lagebeurteilung, zur Gefahrenabwehr und zur Durchführung von Evakuierungsmaßnahmen verwendet werden.

Bestehende Unterlagen wie Alarmpläne und Meldelisten werden in FLIWAS eingepflegt und autorisierten Benutzern zentral zur Verfügung gestellt. Das Hochwassermanagementsystem ermöglicht, für simulierte Szenarien, wie z. B. Versagen von wasserbaulichen Anlagen, für Pegelstände und für Unwetterwarnungen Auslösekriterien für Einsatzmaßnahmen zu definieren. FLIWAS enthält eine automatisierte Übernahme von Pegelständen mit Datenfernübertragung.

Die integrierten Geoinformationskomponenten ermöglichen eine kartographische Darstellung der aktuellen Hochwassersituation und stellen erforderliche Einsatzmaßnahmen sowie relevante Informationen, wie z. B. den Befahrbarkeitsstatus von Verkehrswegen oder die Gefährdung von Gebäuden, zur Verfügung (Abb. 3).

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Der Einsatz von Hochwassermanagementsystemen als Instrument der kommunalen Hochwasservorsorge ist ein wichtiger Baustein im Aktionsprogramm 2020. Durch den Einsatz von Simulationsmodellen in Verbindung mit Hochwassermanagementsystemen werden leistungsfähige Instrumente für die Planung, die Abwicklung, die Evaluierung und die Übung von Hochwassereinsätzen und Evakuierungsmaßnahmen bereitgestellt und der Ressourceneinsatz optimiert.

Fazit

Die Simulation der Verkehrsflüsse, unter Einbeziehung der Überschwemmungsauswirkungen auf Fahrzeuge und Straßen, wird künftig eine optimierte Lenkung sowohl der Evakuierung als auch der Einsatzkräfte ermöglichen. Neue, innovative Katastrophenschutzpläne für Überschwemmungsereignisse gewährleisten den gezielten und effektiven Einsatz der Katastrophenschutzkräfte. Den Kommunen und Gemeinden kann somit zeitnah und kostengünstig ein System zur Verfügung gestellt werden, welches für kleine Hochwasserereignisse bis hin zu Katastrophenereignissen anwendbar ist. Darüber hinaus erhält man Erkenntnisse, die einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung des Schadenspotentials darstellen.

Autoren:
Bernhard Unterreitmeier, Thomas Elsner, Lars Kollmann

Anschrift des Verfassers:
Dipl.-Ing. Bernhard Unterreitmeier
Ingenieurbüro aquasoli
Haslacher Straße 14, 83278 Traunstein
Tel.: 0861 / 9096918-0
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