Modellierung pluvialer Sturzfluten – Anforderungen und Sensitivitäten der 2D-hydraulischen Modellierung

Wien

2021

116-133

Sonderdruck

40002028

Lokale Starkregen und der daraus resultierende Oberflächenwasserabfluss führten in den letzten Jahren vermehrt zu pluvialen Sturzfluten (Hangwässern) verbunden mit Überflutungen und Schäden. Auch in Österreich kam es vermehrt zu derartigen Ereignissen bei denen nicht nur urban geprägte Gebiete, sondern auch vielfach ländliche Gebiete mit überwiegend landwirtschaftlicher Nutzung betroffen waren. Überflutungsmodellierungen sowie daraus abgeleitete Risikoabschätzungen und Maßnahmenplanungen stellen wichtige Werkzeuge dar, um zukünftig Schäden abzuwenden bzw. zu minimieren. In den Projekten RAINMAN, AQUACLEW und SAFFERCC kamen an mehreren Fallbeispielen unterschiedliche 2D-hydrodynamische, numerische (2D-HN) Oberflächenabflussmodelle zur Anwendung, um Überflutungsflächen, Wasserstände und Fließgeschwindigkeiten abzuschätzen. Neben dem Vergleich unterschiedlicher Modelle wurde die Sensitivität von Modellparametern bei unterschiedlichen
Bemessungsszenarien erfasst. Hinsichtlich der Abflussbildung wurde die Auswirkung geänderter Abflussbeiwerte
(Landnutzungsänderung, Unsicherheiten etc.) auf die Überflutungsbilder erhoben. Analog wurden
Modellsensitivitäten bei den Prozessen der Abflusskonzentration betrachtet. Der Einfluss von Modellauflösung, Parametrisierung der Rauheit, Implementierung hydraulisch relevanter Strukturen (Gebäude, Mauern und Durchlässe)
wurden mit unterschiedlichen hydraulischen Modellen getestet. Zur Anwendung kamen dabei rasterbasierte
Modelle und Ansätze mit freien/ unstrukturierten Netzen.
Schlüsselwörter 2D-gekoppelte Modellierung, Pluviale Sturzfluten, Modellparametrisierung, Sensitivitätsanalyse
In recent years, local heavy rainfall and the resulting surface water runoff have increasingly led to pluvial
flash floods and associated damages. In Austria, too, such events occurred more frequently, affecting not
only urban areas but also rural areas with predominantly agricultural land use. Flood modeling and the resulting
risk assessment and planning of measures are important tools to prevent or minimize damages in the future.
In the RAINMAN, AQUACLEW and SAFFER-CC projects, different 2Dhydrodynamic numerical (2D-HN) surface
runoff models were applied to several case studies to estimate inundation areas, water levels and flow
velocities. In addition to comparing different models, the sensitivity of model parameters under different
design scenarios was investigated. Regarding runoff generation, the effect of changed runoff coefficients (land use
change, uncertainties, ...) on the flooding patterns was analyzed. Similarly, model sensitivities were considered
in the processes of runoff concentration. The influence of model resolution, roughness parameterization and
implementation of hydraulically relevant structures (buildings, walls and culverts) were tested with different hydraulic models. Raster-based and free/ unstructured mesh approaches were applied.
Keywords 2D coupled modeling, Pluvial flash flooding, Model parameterization, Sensitivity analysis