Methodik zur zeitnahen Abschätzung von Überflutungssituationen infolge von Deichbrüchen

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1 Methodik zur zeitnahen Abschätzung von Überflutungssituationen infolge von Deichbrüchen Magdeburg, 03. Juni 2015 UniWasser, Kaiserslautern geomer GmbH, Heidelberg Hochschule Magdeburg-Stendal

2 Gliederung» Vorbemerkung» Datenaufbereitung» Modellierung» Anforderungen an eine Modellierungseinheit

3 Vorbemerkung Anforderungen:» Hohe Verlässlichkeit» Gute Qualität der Ergebnisse» Hohe Rechengeschwindigkeit» Klare Beschreibung von Grenzen der Machbarkeit Warum operationell modellieren:» Jedes Ereignis ist anders» Möglichkeit zur Integration von Maßnahmen

4 Datenaufbereitung» Die Eingangsdaten (insbesondere das DGM) bestimmen entscheidend die Qualität der Ergebnisse» Die Aufbereitung der Eingangsdaten ist der aufwändigste und fehleranfälligste Arbeitsschritt in der Modellierung Folgerung: Die Aufbereitung der Eingangsdaten sollte IMMER vor dem Ereignis erfolgen, nur noch aktuelle Informationen (Rauigkeiten im Umkreis der Bruchstelle) werden nachgeführt

5 Aufbereitung des DGM muss vorab erfolgen (intelligentes Hydro-Resample) Vorgeschlagene Auflösungen:» 5m-Raster (ca. 125-fache Rechengeschwindigkeit)» 10m-Raster (ca fache Rechengeschwindigkeit Informationsverlust beim Resampling lässt sich minimieren )

6 Aufbereitung des DGM (intelligentes Hydro-Resample) 1 Schnittpunkte zwischen Gewässer- und Verkehrsachsen Kreuzungen zwischen Verkehrs- und Gewässerachse Kreuzungen der Verkehrsachsen 2 Verkehrsnetz Gewässernetz 3 4 original Geländemodell 4

7 Rauigkeit abgeleitet aus Landnutzung (Biotopkartierung)

8 Landnutzung (Biotopkartierung) für Rauigkeit» Lageüberprüfung!!!» Landnutzungen zu Hauptklassen zuordnen und zusammenfassen» Lineare Informationen mit Buffer versehen und mit Polygonen zusammenfassen» Rauigkeitswerte zuordnen» In Raster konvertieren (entsprechend DGM)

9 Landnutzung (Biotopkartierung) für Rauigkeit

10 Bruchstelle und Wasserstände aus Ereignisdokumentation» Bruchstelle aus Fotos, bisher oft noch ohne (genaue) Zeit- und Ortsangabe» Wasserstände aus Pegelinformationen (Interpolation notwendig!) oder Messung

11 Durchführung der Simulationsrechnung» Berechnung mit dem hydrodynamischen 2D-Modell FloodArea HPC (high performance computing)

12 Ablaufschema der operationellen Modellierung Anforderung der Prognose Datencheck Modellaufbau Simulations- Rechnung Ergebnis- Aufbereitung Ergebnis- Auslieferung Anforderung Zusatzdaten Daten- Erhebung Modellaufbau Simulations- Rechnung Ergebnis- Aufbereitung Ergebnis- Auslieferung

13 Ergebnis-Darstellung» Darstellung der Überflutungsflächen und -tiefen» Darstellung der zeitlichen Entwicklung Bereitstellung:» als Karten (Pdf oder Druck)» als GIS-Daten (Tiff oder Shape)» als Web-Dienste (in bestehende Applikationen einbindbar, unterstütz auch zeitliche Darstellungen, immer aktuell)

14 Fischbeck: Darstellung der Überflutungstiefen

15 Fischbeck: Darstellung der zeitlichen Entwicklung

16 Erkenntnisse den Fischbeck-Simulationen» In sehr flachen Bereichen muss mit kleinem Iterationsintervall gearbeitet werden (= höhere Rechenzeit)» Berücksichtigung der Durchlässe von extrem hoher Bedeutung

17 Breitenhagen: Vergleich Kartierung und Simulation

18 Breitenhagen: Animation

19 Erkenntnisse den Breitenhagen-Simulationen» Auch Deich-ähnliche Strukturen müssen im Vorfeld erfasst werden oder zumindest bei der Interpretation der Ergebnisse berücksichtigt werden» Unterschiedliche DGM-Auflösungen beeinflussen die Ausbreitungsgeschwindigkeit, diese stehen jedoch in einem konstanten Verhältnis zueinander, gute zeitlich Abbildung beim 10m-Raster (Addition von Rauigkeiten)» Einfache GIS-Verschneidung entspricht weitgehend dem Ergebnis nach 120h, sinnvolle Erstinfo zur Maximalausbreitung

20 Validierungsdaten» Ausbreitungsflächen zu definierten Zeitpunkten, insbesondere auch im Bereich linearer Hindernisse (Durchlass aktiv/inaktiv)» Durchflussmengen (Deichbresche und evtl. auch an Durchlässen)» Wasserstände entlang des Hauptfließweges

21 Aufbau einer operationellen Modellierungseinheit Konzeption einer Modellierungseinheit Auswahl und Schulung des Personals Aufbau technische Infrastruktur Aufbereitung der Basisdaten Konzeption und Aufbau Szenarioarchiv Regelmäßige Schulungen und Übungen Updates und regelmäßige Funktionstests Aktualisierung der Basisdaten Füllen des Szenarioarchivs ( => HWGK ) Operationeller Modelleinsatz

22 Ressourcenbedarf und weitere Anforderungen» 4 Simulationssysteme (Rechner & Software)» 2 mal 2 Personen für operationelle Datenaufbereitung und Simulation (24/7) zzgl. Reserve bei Krankheit etc.» Vorprozessierung der Eingangsdaten unbedingt notwendig» Bereits gerechnete Szenarien sollten griffbereit verfügbar sein» Langfristig regelmäßige Anwendung und Durchführung von Übungen unter operationellen Bedingungen

23 Schlussfolgerung» Technisch bereits machbar, an weiteren Optimierungen wird kontinuierlich gearbeitet» Wichtig ist die sorgfältige Integration in den gesamten Krisenmanagement-Prozess» Regelmäßiges Training, Durchführung von Übungen und Systemwartung notwendig

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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