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Erarbeitung gebietsspezifischer Anwendungsempfehlungen für bi-direktional gekoppelte 1D-2D-Überflutungsberechnungen

  • Vor dem Hintergrund einer Häufung schadensträchtiger Ereignisse in den letzten Jahren und einer zukünftig möglichen Zunahme extremer Niederschläge infolge des Klimawandels sind mittlerweile methodische Ansätze des Risikomanagements im Rahmen einer kommunalen Überflutungsvorsorge etabliert. Zu der dafür erforderlichen ortsbezogenen Analyse konkreter Überflutungsgefährdungen existieren aktuell verschiedene methodische Ansätze unterschiedlicher Komplexität und Aussagekraft. Bestehende Anwendungsempfehlungen und vergleichende Untersuchungen stellen die integrale Berechnung des oberirdischen und unterirdischen Abflusses mithilfe bi-direktional gekoppelter 1D/2D-Abflussmodelle als den methodisch umfassendsten und aussagekräftigsten Ansatz zur Durchführung entsprechender Analysen dar. Die hohe Komplexität dieser Modelle schlägt sich in einer Vielzahl an Einflussgrößen nieder, welche sich auf die Berechnungsergebnisse auswirken können. Zusätzlich ist die Kalibrierung von Modellen zur Überflutungssimulation aufgrund der oftmals fehlenden „Messdaten“ zum realen Überflutungsgeschehen stark begrenzt. Aufgrund fehlender konkreter Vorgaben und Empfehlungen zur Anwendung der Methode bzw. zur Modellkonfiguration ist die Vergleichbarkeit von Analyseergebnissen und Gefährdungsaussagen derzeit nicht gegeben. Die Ziele der vorliegenden Arbeit sind die Identifizierung und Quantifizierung von Einflussgrößen und die Erarbeitung entsprechender Anwendungsempfehlungen zur Erhöhung der Vergleichbarkeit beim Einsatz bi-direktional gekoppelter 1D/2DAbflussmodelle zur überflutungsbezogenen Gefährdungsanalyse. Für zwei Modellgebiete, die sich hinsichtlich relevanter Gebietseigenschaften stark unterscheiden, wurden bi-direktional gekoppelte 1D/2D-Abflussmodelle mit einer Referenzkonfiguration erstellt und mithilfe von Daten zu historischen Überflutungsereignissen bestmöglich plausibilisiert. Im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse an den beiden Referenzmodellen wurde eine große Zahl an Zusammenhängen und Auswirkungen durch Auslenkung relevanter Einflussgrößen identifiziert und quantifiziert. Um eine anwendungsbezogene Einschätzung zu gewährleisten wurden Vergleichsindikatoren entwickelt, die nicht nur die Berücksichtigung berechneter Wasserstände und Fließgeschwindigkeiten, sondern auch eine Bewertung der Einflussgrößen hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Gefährdungsaussage ermöglichen. Anhand der Ergebnisse wurden gebietsspezifische Anwendungsempfehlungen für den Einsatz bi-direktional gekoppelter 1D/2D-Abflussberechnungen zur Gefährdungsanalyse abgeleitet. Die erarbeiteten Anwendungsempfehlungen tragen zu einer Erhöhung der Vergleichbarkeit künftiger Analysen der ortsbezogenen Überflutungsgefährdung bei. Die entwickelte Untersuchungsmethodik kann bei künftigen Ergänzungen oder Konkretisierungen der Anwendungsempfehlungen, z.B. anhand der Untersuchung weiterer Modellgebiete oder neuer Einflussgrößen, eingesetzt werden.
  • The increase in cases of damage in recent years and the possible increase in heavy rainfalls causing flooding in the future have led to the development of risk management methods within the context of precautionary strategies against flooding in urban areas. Currently, various analysis methods are used to assess urban flood risk, which differ according to their complexity and their accuracy. Following existing recommendations and the results of comparative analyses, the most comprehensive method with the highest accuracy is the one based on bi-directionally coupled 1D/2D-models to integrally simulate the flow processes on the surface and in the sewer system. Because of the complexity of these models there are many variables and model parameters that can influence the simulation results and the flood risk assessment. Besides, “measured data” concerning urban flooding on which the calibration of flooding models could be based are usually missing. At present, there is no comparability of the results of flood risk analyses because appropriate recommendations for the application of the method are lacking. The objectives of this research are the identification and the quantification of variables and model parameters as well as the derivation of recommendations for the application of bi-directionally coupled 1D/2D-models for urban flood risk assessment. Using a reference configuration, bi-directionally coupled 1D/2D-models have been generated in two very different study areas. These reference models have been made plausible by using data of historical flooding events. The two models have been subjected to a sensitivity analysis by using varying model parameters and methodical approaches. To ensure an application-oriented conclusion indicators have been developed that take not only the calculated flood levels and flow velocities into account but also the derivable flood risk. The sensitivity analysis shows many dependencies and impacts on the simulation results. These have been identified and quantified in a detailed way. Based on these findings site-specific recommendations for the application of bi-directionally coupled 1D/2D-flow calculations for flood risk assessment have been derived. The recommendations thus developed contribute to an increase in the comparability of future analyses of urban flood risk. The presented methodology can be used for future studies carried out to derive further additions to the here developed recommendations. This can take place by investigating additional study areas or parameters.

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Metadaten
Verfasserangaben:Hagen Hürter
URN (Permalink):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-53442
ISBN:978-3-95974-087-6
Schriftenreihe (Bandnummer):Schriftenreihe Wasser Infrastruktur Ressourcen (2)
Betreuer:Theo G. Schmitt, Wolfgang Rauch
Dokumentart:Dissertation
Sprache der Veröffentlichung:Deutsch
Veröffentlichungsdatum (online):04.08.2018
Datum der Erstveröffentlichung:27.07.2018
Veröffentlichende Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Titel verleihende Institution:Technische Universität Kaiserslautern
Datum der Annahme der Abschlussarbeit:19.04.2018
Datum der Publikation (Server):09.08.2018
Freies Schlagwort / Tag:bi-direktional gekoppelte Abflusssimulation
GND-Schlagwort:Gefährdungsanalyse; Sensitivitätsanalyse; Simulation; Starkregen; Überflutung
Seitenzahl:XIV, 265
Fachbereiche / Organisatorische Einheiten:Fachbereich Bauingenieurwesen
DDC-Sachgruppen:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 624 Ingenieurbau und Umwelttechnik
Lizenz (Deutsch):Zweitveröffentlichung