Fachgrundlagen zur Hangwasserhinweiskarte

Es wurde eine 2D-Abflussmodellierung zur Erfassung des Abflussgeschehens als Folge charakteristischer Niederschlagsereignisse für ganz Oberösterreich durchgeführt. Die verwendeten Datensätze sowie die getroffenen Annahmen sind hier beschrieben.

Angewandtes 2D hydraulisches Modell (JFlow)

Für die Simulation von pluvialen Überflutungen und die Erstellung der Hangwassergefahrenhinweiskarte wurde das rasterbasierte 2D hydraulische Modell JFlow Version 9.4 verwendet (Entwicklung JBA Consulting, UK).

Das 2D hydraulische Modell JFlow löst die zweidimensionale Flachwassergleichung und berechnet im Zeitverlauf die maximale Fließtiefe und Fließgeschwindigkeit als Funktion des Ortes im 1 x 1 m Raster und als Funktion der Zeit. Dabei darf anhand des CLF-Kriteriums (Courant-Friedrichs-Lewy-Kriterium) in Abhängigkeit von Rasterauflösung und Fließgeschwindigkeit ein maximales Zeitintervall nicht überschritten werden. JFlow löst für die Berechnung des Oberflächenabflusses die vollständige zweidimensionale Flachwassergleichung, die auf der Massenerhaltung und zwei Impulserhaltungsgleichungen (in X- und Y-Richtung) basiert.

Flachwassergleichung nach Berry (Quelle: Berry, 2020)

Für die Lösung der Erhaltungsgleichungen verwendet JFlow Graphical Processing Units (GPUs, Grafikkarten). JFlow ist daher in der Lage, eine große Anzahl von Berechnungschritten parallel durchzuführen. Aufgrund der hohen Berechnungsgeschwindigkeit ist JFlow ein überaus geeignetes Werkzeug für die Berechnung von großflächigen pluvialen Überflutungen.

Eingangsgrößen für die Simulation

Eingangsgrößen und Randbedingungen bestimmen das Ergebnis einer Niederschlags-Abfluss-Modellierung. Die in Folge dargestellten Datensätze, Rahmenbedingungen und Annahmen haben Einfluss auf das Modellergebnis.

 

Im Modell fanden Datensätze, die flächendeckend für ganz Oberösterreich vorliegen, Verwendung.

 

In der Tabelle sind die Rahmenbedingungen, verwendeten Datensätze und Annahmen aufgelistet:

 

Rahmenbedingungen für die Niederschlags-Abfluss-Modellierung
Rahmenbedingungen
2D-Abflussmodellierung
Auflösung von 1m² Flächenteilungsgröße bzw. 1x1 m
Gebäude müssen berücksichtigt sein
Gewässer müssen berücksichtigt sein
Blockregen
Detaileinzugsgebiete: Abgrenzung auf Basis 5x5 m Raster
Durchlässe, Brücken, Verrohrungen, Kanälen berücksichtigen, wenn im Geländemodell erfasst

 

Datensätze und Annahmen für die Modellierung
Datensätze und Annahmen für die Modellierung
Geländemodell Land vom Oktober 2020; Digitales Geländemodell: Auflösung 1m x 1m Raster, Stand
2011 - 2019 (Zweitbefliegung)
Gebäude Gebäudedatensatz des Landes
Rasterdaten: Auflösung 1m x 1m Raster, Stand
2011 - 2019 (Zweitbefliegung)
Gewässer als hydraulische Senken (Hangwasser wird bei Erreichen des Gewässers aus dem Modell herausgenommen) Für Wildbacheinzugsgebiete: Gewässernetz der WLV
Für alle anderen Gebiete: Gewässernetz - Entwurf Stand Oktober 2020
Räumliche Verteilung des Niederschlags gemäß Raster E-Hyd (6 x 6 km²) - T100 mit D30 (Stand 17.11.2020)
Dachflächen Ann.: 60% des Niederschlags bei T100 D30 abflusswirksam
Rauigkeit Einheitliche Rauigkeitsbelegung
(Ann. kst = 30 bzw. n 0,03)

Geländemodell und hydraulisch relevante Strukturen

Airborne Laserscanning Befliegungen in Oberösterreich (Quelle: Land )

Bei dem in der Simulation angewandten digitalen Geländemodell (DGM) handelt es sich um die zwischen 2012 und 2020 erhobene Zweitbefliegung der Landesfläche Oberösterreichs.

Oberflächenbeschaffenheit

Die derzeit verfügbaren Datensätze zur Flächennutzung wurden in einer Testberechnung angewandt. Aufgrund des Ergebnisses der Testberechnung, die auf Mängel in den verfügbaren Grunddaten zurückzuführen sind, wurde ein einheitlicher Rauheitsbeiwert ohne Flächendifferenzierung angewendet. Für die Modellierung wurde aufbauend auf einer Literaturrecherche durch den Auftragnehmer ein Strickler-Beiwert von 30 kst (ManningsN 0,03) ausgewählt und in das Modell implementiert. Dieser Wert beschreibt die Oberflächenbeschaffenheit eines nicht bebauten Ackers [Chow, 1959].

Verlustgrößen

Es wurden keine Initial- und Infiltrationsverluste im Modell berücksichtigt. Der auf der Oberfläche auftreffende Niederschlag fließt zur Gänze oberflächlich in Form von Hangwasser ab.

 

Für die bei Starkregenereignissen anfallenden Dachwässer wurde unter Berücksichtigung siedlungswasserwirtschaftlicher Bemessungsansätze für die Entsorgung von Niederschlagswässern ein pragmatischer Verlustansatz in der Modellierung berücksichtigt. 60 % des Niederschlags gelangen beim Bemessungsregen zum Abfluss.
 

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