Gekoppelte 1D-2D hydraulische Modellierung urbaner Sturzfluten – RAINMAN-Pilotstudie Graz Eggenberg

Zusammenfassung

Überflutungsereignisse infolge Starkregen verursachen im urbanen Raum häufig große Schäden, in den vergangenen Jahren ist eine Häufung von Überflutungsereignissen infolge lokaler Starkregen feststellbar. So wurden auch Teile des Grazer Stadtgebiets vermehrt von Starkregenereignissen getroffen, die zu Überflutungen und Schadensereignissen führten. Der vorliegende Beitrag zeigt anhand eines ausgewählten Pilotgebiets aus dem Projekt RAINMAN beispielhaft die Modellierung der Abflussgeschehnisse bei Starkregenereignissen unter Kopplung eines 1D-Kanalnetzmodells mit einem 2D-Oberflächenabflussmodell. Die Modellsensitivität in Hinblick auf zwei maßgebliche Modellparameter des Niederschlag-Abfluss-Modells und des 2D-hydraulischen Oberflächenabflussmodells sowie die Auswirkung der gewählten Niederschlagsverteilung werden untersucht. Die Ergebnisse der Pilotstudie zeigen, dass der Parameterwahl sowie der Belastungsannahme eine große Bedeutung zukommt, da schon geringe Änderungen der Paramater zu maßgeblichen Auswirkungen auf die Ergebnisse führen können. Da zu erwarten ist, dass nur in den wenigsten Fällen Daten für eine Modellkalibrierung zu Verfügung stehen, wird eine Sensitivitätsanalyse sowie ergänzend die Plausibilisierung der Ergebnisse mit empirischen Größen und praktischen Erfahrungen jedenfalls empfohlen, insbesondere da die Ergebnisse direkte Konsequenzen für die Risikobewertung und eine eventuelle Planung von Schutzmaßnahmen haben. Die Modellkopplung zeigte lokal signifikante Anstiege in den Wasserspiegeln im Vergleich zur getrennten Modellierung. Die möglichen Wechselwirkungen zwischen Oberflächenabfluss und Kanalnetzmodell sollten daher im urbanen Kontext jedenfalls betrachtet werden.

Abstract

Over the last decades an increase in urban flash floods due to heavy storm events can be observed. This leads to significant risks and damage to housing and infrastructure. In scope of the RAINMAN project, pilot studies were conducted for several catchments using an integrated 1D-2D hydraulic model. This contribution discusses model sensitivity based on two major parameters and rainfall distribution and shows the impacts of the coupled model for one pilot study catchment in the City of Graz, Austria. Results show that relatively small changes in the parameter values can lead to significant changes in the resulting peak discharge and runoff volume. Also, the chosen rainfall distribution for the synthetic storm events shows a relevant impact on the results. As data for model calibration can be expected to be rarely available for similar catchments, we advocate to conduct a sensitivity analysis and to validate the results against empirical runoff values and practical experiences from local stakeholders—especially as the results have impact on risk assessment and potential protection measures. Model coupling of surface flow and sewer system shows locally significant impacts for the pilot catchment. Possible interactions of the system should therefore be considered in an urban context.