Entwicklung eines 3-Zonen-Modells für das Grundwasser- und Infrastrukturmanagement nach extremen Hochwasserereignissen in urbanen Räumen

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1 Entwicklung eines 3-Zonen-Modells für das Grundwasser- und Infrastrukturmanagement nach extremen Hochwasserereignissen in urbanen Räumen Dr. Thomas Sommer * Dr. Norman Ettrich Projektgruppe 3ZM-GRIMEX Internet: aqua alta 2006 RIMAX-Seminar Hamburg

2 Gliederung Hochwasser und Grundwasser Zielstellung des Projektes Modelle und Modellkopplung Nutzung Anforderungen

3 Hochwasser und Grundwasser 113,00 9,40 m 111,00 Grundwasser Elbe 109,00 107,00 105,00 103, Hochwasser beeinflusst auch das Grundwasser Ursachen: Direktes Eindringen von Oberflächenwasser in den Untergrund Aufstau des aus dem Hinterland zuströmenden Grundwassers Wasserverteilung im Untergrund über Infrastuktur-Bauwerke (Kanäle)

4 Hochwasser und Grundwasser Regenwasser Dach 8% Gewässer 26% Abwasser 29% Grundwasser 16% Quelle: SIB (2003) Regenwasser Boden 21% Hochwasser beeinflusst auch das Grundwasser Wirkungen und Schäden: Flutung unterirdischer Gebäudeteile Auftrieb von Gebäuden Zerstörung von Kanalisation (Druck) Langfristige Wirkungen Schadstoffmobilisierung an Altlasten

5 Zielstellung des Projektes Entwicklung eines Modellwerkzeuges, das die Wechselwirkungen zwischen den hydraulischen Komponenten Oberflächenwasserabfluss, Abfluss in der technogenen Zone und Grundwasser bei extremen Hochwasserereignissen abzubilden vermag Modellgestützte Untersuchungen der Wechselwirkungen zwischen Oberflächenwasserabfluss, technogener Zone und Grundwasser bei extremen Hochwasserereignissen Erarbeitung von Lösungs- uns Handlungsstrategien für die Gestaltung und Sicherung unterirdischer Infrastrukturnetze sowie zum Management von Grundhochwasser auf der Basis gekoppelter Modellierung

6 Modelle und Modellkopplung Oberflächenwasser-Modelle Prozesse: Abfluss Überflutung Speisung Kanalisation Versickerung Unterschiedliche Raumauflösung je nach Fragestellung Unterschiedliche Raumabbildung je nach Programm

7 Modelle und Modellkopplung Kanalnetz-Modelle Prozesse: Abfluss im Kanal Zufluss in Kanalisation aus Oberflächen-Wasser Austritt Kanalwasser an die Oberfläche Grundwasser-Infiltration Abwasser-Exfiltration Räumliche Auflösung nach Haltungen Gesamtes Kanalnetz Kopplung mit OFW unter Überflutungsflächen

8 Modelle und Modellkopplung Grundwasser-Modell Prozesse: Grundwasserströmung Versickerung aus Oberflächenwasser Überflutung als spezielle Randbedingung Grundwasseranstieg Infiltration / Exfiltration Kanal 3-dimensionale Abbildung des geologischen Untergrundes Kopplung mit OF-Wasser in Überflutungsbereichen Kopplung mit Kanalnetz im Bereich des GW-Leiters

9 Modelle und Modellkopplung Oberflächenwasser (Überflutung) Kanalnetz Grundwasser

10 Modelle und Modellkopplung Strategie der Modellkopplung Oberflächenwasser (TrimR2D) Kanalmodellierung (HYSTEM-EXTRAN) Kanal-Modell (RisoSim) PCGEOFIM (GW-Modellierung) Kopplung Strategie

11 Modelle und Modellkopplung Kopplungsgrößen Oberflächenwasser Kanalwasser Grundwasser Kanal-Modell GW-Modell OFW-Modell Modell-Zu-/Abfluss

12 Nutzung Urbane Räume Gefährdung unterirdischer Bereiche: Prognose der Verbreitung von Grundhochwasser Prognose der Dynamik des Grundwasseranstieges entsprechend der Überflutungscharakteristik Prognose von Belastungssituationen in der Kanalisation Modellgestützte Managementstrategien Bauleitplanung bezüglich der Tiefbaupotenziale Schwerpunkte der Hochwasserschutzmaßnahmen im Kanalnetz

13 Nutzung Hochwasser Grundhochwasser Verbot Einschränkung Genereller Schutz (z.b. Weiße Wanne etc.) Temporärer Schutz (z.b. GW-Absenkung, Auflast, etc.) Gekoppelte Modellierung

14 Anforderungen Daten Oberflächenwasser Digitales Geländemodell Gebäudepolygone Straßenkantenpolygone Bodeninformationen Kanalnetz-Modell Lagedaten Kanäle / Haltungen / Schächte Abflussganglinien Kalibrierung Grundwasser-Modell Geologische Daten des Untergrundes Grundwassermessstellen im Bereich der Wirkung des Grundhochwassers Daten der relevanten Vorfluter

15 Anforderungen Programme Lösung im Projekt: Oberflächenmodell: TrimR2D / RisoSurf Kanalnetzmodell: HYSTEM-EXTRAN / HAMOKA Grundwasser-Modell: PCGEOFIM Kopplung: MpCCI Mögliche Anwendung: Bi- und trilaterale Kopplung Einzelplatz-Rechnung Mehrplatz-Rechnung

16 Ansprechpartner Projektleitung: Dr. Thomas Sommer Dresdner Grundwasserforschungszentrum e.v. Modellierung Oberflächenwasser: Dr. Norman Ettrich Fraunhofer ITWM Modellierung Kanalnetz: Christian Karpf TU Dresden Modellkopplung: Dr. Jan-Volker Peetz, Dr. Barbara Steckel Fraunhofer SCAI Grundwassermodellierung: Katja Eulitz Dresdner Grundwasserforschungszentrum e.v. Projektbegleitung Pilotgebiet Dr. Kirsten Ullrich Landeshauptstadt Dresden, Umweltamt Thilo Weichel Umweltforschungszentrum Leipzig Halle Dr. Norman Ettrich Fraunhofer ITWM

17 Das Projekt Entwicklung eines 3-Zonen-Modells für das Grundwasser- und Infrastrukturmanagement nach extremen Hochwasserereignissen in urbanen Räumen (3ZM-GRIMEX) wird gefördert mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung im Rahmen des Forschungsschwerpunktes RIMAX Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Internet: aqua alta 2006 RIMAX-Seminar Hamburg