Physikalisch-basierte Simulation einer abgelaufenen Sturzflut mittels "repräsentativer Hänge" in einem ländlichen Einzugsgebiet

• Published in: Hydrologie und Wasserbewirtschaftung Vol. 66; no. 6; p. 286
• Main Authors: Villinger, Franziska, Loritz, Ralf, Zehe, Erwin
• Format: Journal Article
• Language: English; German
• Published: Koblenz Bundesanstalt fuer Gewaesserkunde 01.12.2022
• Subjects: Catchment area; Catchments; Computation; Computing time; Extreme weather; Flash flooding; Flash floods; Flood management; Flood protection; Floods; Fluid flow; Heavy rainfall; Hydraulics; Hydrology; Land use; Modelling; Moisture effects; Numerical experiments; Partially saturated soils; Permeability; Precipitation; Rainfall; River mouths; Robustness (mathematics); Runoff; Rural catchments; Saturated soils; Simulation; Soil moisture; Soil permeability; Surface sealing
• ISSN: 1439-1783
• DOI: 10.5675/HyWa_2022.6_1

Starkregen und Sturzfluten gehören zu den bedrohlichsten Naturgefahren mit hohem Schadenspotenzial. Durch ihre extremen Intensitäten führen Starkregen häufig zu einer erheblichen Abflussreaktion durch Infiltrationsüberschuss, der hangabwärts über einen teilgesättigten Boden dem Vorfluter zuströmt, optional wiederversickert oder Überschwemmungen verursacht. Physikalisch-basierte Modelle können diese oben genannte Kopplung von Starkregenhydrologie und -hydraulik simulieren und könnten somit der Schlüssel für belastbare Simulationen von Sturzfluten in ländlichen Einzugsgebieten sein. Das Potenzial dieser Modelle für den Hochwasserschutz wurde jedoch aus verschiedenen Gründen (z. B. hohe Rechenzeiten, Datenverfügbarkeit) bis dato kaum systematisch untersucht. In dieser Studie wird ein neuartiges Konzept angewandt, bei dem Einzugsgebiete durch repräsentative Hänge vereinfacht repräsentiert werden. Diese Vereinfachung erhält die Vorteile physikalisch-basierter Modelle, bei deutlich reduzierter Rechenzeit. Das Modellkonzept erlaubt eine sehr gute Nachbildung einer im Juni 1994 in einem landwirtschaftlichen geprägten Kopfeinzugsgebiet (3,5 km²) aufgetretenen, extremen Sturzflut und eine gute Vorhersage des Abflussgeschehens über mehrere Jahre. Die Ergebnisse der Studie stützen die Annahme, dass Verschlämmung in den unteren Hangbereichen in diesem Landschaftsraum zur Verschärfung der Abflussbildung geführt hat. Im zweiten Teil der Studie wird mit dem kalibrierten Modell mittels numerischer Experimente untersucht, wie sich Veränderungen der Landnutzung, Niederschlagshöhe und -intensität, Bodendurchlässigkeit und -feuchte auf die Simulation der Abflussganglinie auswirken. Die Ergebnisse werden im Hinblick auf Unsicherheiten in der gängigen Bemessungspraxis diskutiert.