Softwareentwicklung für die Wasserwirtschaft
27.05.2021
Vorhersage mit Delft_FEWS
27.05.2021

Hydraulische Grundlagen für den Hochwasseralarm und -einsatzplan der Stadt Hagen

Fast 400 Kilometer Fließgewässer durchziehen das Gebiet der westfälischen Stadt Hagen. Die größten unter ihnen sind Ruhr, Volme, Lenne und Ennepe. Die teilweise dicht bebauten und stark versiegelten Siedlungs- und Gewerbeflächen mit vielfach verrohrten Bachläufen führen zu einem hohen Überflutungspotenzial entlang der Gewässer.

Das Umweltamt der Stadt beauftragte Hydrotec mit der 2D-Modellierung der maßgeblichen Gewässer mit HYDRO_AS-2D, um auf dieser Basis einen Hochwasseralarm- und -einsatzplan der Stadt Hagen zu entwickeln.

Ansprechperson: Dipl.-Geogr. Lisa Friedeheim

Die Kommune zukunftssicher aufstellen

Für die Einsatzkräfte ist es essenziell, die neuralgischen Punkte der Kommune im Hochwasserfall zu kennen. Feuerwehr und Katastrophenschutz können ihre Einsätze nur dann optimal vorbereiten und koordinieren, wenn sie wissen, ab welchem Wasserstand in den Gewässern wo im Stadtgebiet Überflutungen auftreten, ob Straßen evtl. nicht passierbar sind und Brücken überströmt werden.

Ein kommunaler Alarm und Einsatzplan für den Hochwasserfall bündelt diese Informationen, enthält Angaben darüber, welche Maßnahmen abgestuft nach der Hochwasserlage zu ergreifen sind (Handlungsstufen) und benennt die Zuständigkeiten.

Der Hochwasserrisikomanagementplan führt die Aufstellung und Aktualisierung von Alarm- und Einsatzplänen für den Hochwasserfall als eine fortlaufende Maßnahme auf.  Auch das 2018 veröffentlichte integrierte Klimaanpassungskonzept der Stadt Hagen beinhaltet diese Empfehlung im Hinblick auf zukünftig sich verschärfende Hochwasserszenarien.

Hydraulische Modellierungen schaffen Informationen für einen Alarm- und Einsatzplan

Hochwasseralarm- und Einsatzplan der Stadt Hagen

Die Berechnungsergebnisse wurden der Auftraggeberin digital zur Verfügung gestellt. Sie sind mit dem Modul MapView als Kartenanimation darstellbar.

Grundlage für die Aufstellung eines Hochwasseralarm- und -einsatzplans sind detaillierte Informationen über die Wasserstände und Überflutungsbereiche einzelner Hochwasserabflüsse. Zusätzliche Informationen über die zu erwartenden Fließtiefen- und -geschwindigkeiten ermöglichen es, die Gefährdung genauer abzuschätzen.

Die vorliegenden Hochwassergefahren- und -risikokarten für die Stadt Hagen decken nur drei Hochwasserszenarien ab, sodass sich diese detaillierten Angaben nicht aus ihnen ableiten lassen. Deshalb wurden die Volme und deren Nebengewässer Ennepe, Hasperbach und Selbecker Bach (insgesamt 32 km Fließlänge) mit einer 2D-Modellierung für die Hochwasserjährlichkeiten HQ5, HQ10, HQ25, HQ50, HQ100 und HQExtrem neu berechnet.

Auf Grundlage der Berechnungsergebnisse werden die Hochwassergefährdungen ermittelt und darauf bezogene Handlungsstufen abgestimmt. Mit ihnen kann die Stadt für die jeweiligen Stadtgebiete Maßnahmen zum Schutz der Bevölkerung und von Objekten festlegen.

Zuordnung der Hochwasserszenarien und Informationsstufen

Anhand der Modellierungsergebnisse konnten kritische Ortslagen entlang der untersuchten Gewässer abgegrenzt und in einer Karte dargestellt werden. Diese Bereiche wurden anschließend genauer untersucht.

Das LANUV NRW definiert zur Information der Öffentlichkeit über die Hochwassergefährdung bis zu drei Informationsstufen je nach Wasserstand an den Hochwassermeldepegeln.

  • Informationsstufe 1: Ggfs. Ausuferung des Gewässers, land- und forstwirtschaftliche Flächen können überflutet werden; leichte Verkehrsbehinderungen auf Hauptverkehrs- und Gemeindestraßen sind möglich.
  • Informationsstufe 2: Gefahr der Überflutung einzelner bebauter Grundstücke oder Keller; Sperrung überörtlicher Verkehrsverbindungen oder vereinzelter Einsatz der Wasser- oder Dammwehr (Feuerwehr, Katastrophenschutz) möglich.
  • Informationsstufe 3: Bebaute Gebiete in größerem Umfang können überflutet werden; Einsatz der Wasser- oder Dammwehr (Feuerwehr, Katastrophenschutz) in großem Umfang möglich.

Daraus erarbeiteten wir eine Matrix, die für jede kritische Ortslage angibt, welches Hochwasserszenario welcher Informationsstufe zugeordnet werden kann. Aus dieser lassen sich Handlungsstufen für den kommunalen Hochwasseralarm- und Einsatzplan der Stadt Hagen ableiten.

Informationen für den Ernstfall

Wie erkennen die Einsatzkräfte der Kommune und der Feuerwehr im Hochwasserfall, um welches Hochwasserszenario es sich konkret handelt und welche Handlungsstufe gilt? Zur Verbesserung der Datenlage schlugen wir zusätzliche Wasserstandsmessungen im Stadtgebiet vor.

Mit Lattenpegeln oder an Bauwerken befestigten Messsensoren können die Wasserstände an gut erreichbaren und günstig verteilten Stellen regelmäßig abgefragt werden. Mit den zusätzlichen Wasserstandsdaten lässt sich zukünftig ein besseres Bild von der aktuellen Hochwasserausprägung gewinnen und die Hochwasseralarmstufen je Gewässer und kritischer Ortslage sind bestimmbar.  Darauf aufbauend kann die Kommune in Zusammenarbeit mit den Einsatzkräften einen konkreten Alarm- und Einsatzplan entwickeln und ausführen.

Berechnungsergebnisse digital mit MapView als Kartenanimation übergeben

Für die einzelnen hydraulischen Modelle und die jeweils berechneten Jährlichkeiten HQ5, HQ10, HQ25, HQ50, HQ100 und HQExtrem erstellten wir mit dem HYDRO_AS-2D-Modul MapView stationäre Animationen der Fließvorgänge und stellten sie der Auftraggeberin zur Verfügung.

Die Animationen zeigen die Ausuferungen, die Strömungslinien, die Einstautiefen und Diagramme des Abflussgeschehens an den Kontrollquerschnitten. Als Hintergrunddarstellung ist wahlweise ein Luftbild oder eine topografische Karte einstellbar.  Mit der Zoom-Funktion und der Adresssuche kann sich der Betrachter ausgewählte Kartenbereiche anzeigen lassen.  Bei der Stadt Hagen lassen sich die Berechnungsergebnisse mit dem Modul MapView Desktop anschauen und analysieren.

Die Animationen liefern auch für fachliche Laien leicht verständliche Informationen über die Fließverhältnisse und möglichen Gefährdungen im Hochwasserfall. Sie dienen damit als Grundlage für interne Besprechungen und die weitere Entwicklung des Hochwasseralarm- und Einsatzplan der Stadt Hagen.

Dipl.-Geogr. Lisa Friedeheim, Dipl.-Ing. Tina Schaffmann

Dipl.-Geogr. Lisa Friedeheim

Die Geografin ist bereits seit 1988 bei Hydrotec tätig. Sie hat ihre Fachkenntnisse für geographische Zusammenhänge in die Firma eingebracht und die Einführung und Anwendung von GIS-Software gefördert. Frau Friedeheim ist seit 2015 Gesellschafterin bei Hydrotec, erhielt 2016 Prokura und wurde 2021 zur Geschäftsführerin bei Hydrotec bestellt.

Sie kombinierte die 1D- und 2D-hydronumerische Modellierung mit GIS-Anwendungen und leitet bei Hydrotec zusammen mit Prof. Alpaslan Yörük die Arbeitsgruppe Hydraulik.

Zahlreiche Vorhaben im Bereich Hochwasserschutz und Hochwasservorsorge sowie Starkregenuntersuchungen in ganz Deutschland tragen ihre Handschrift. Ihre Expertise bringt sie seit vielen Jahren erfolgreich in Projekte zur Umsetzung der Hochwasserrisikomanagement-Richtlinie ein. In Bayern, Baden-Württemberg und Nordrhein-Westfalen ist sie eine gefragte Projektkoordinatorin.

Veröffentlicht am 27.05.2021