Ermittlung von Überschwemmungsgebieten

Im Wasserhaushaltsgesetz des Bundes (WHG) ist in § 77 festgelegt, dass grundsätzlich alle Überschwemmungsgebiete in ihrer Funktion als Rückhalteflächen zu erhalten sind.

Um diese Gebiete erhalten zu können, müssen ihre genauen Ausmaße bei einem bestimmten Hochwasserabfluss zunächst ermittelt und dann amtlich festgesetzt werden. Nur so lassen sich die Gebiete in der Öffentlichkeit bekannt machen und in weitergehende Planungen mit einbeziehen. Im Rahmen der Bauleitplanung müssen Städte und Gemeinden Überschwemmungsgebiete und damit verbundene bauplanungsrechtliche Einschränkungen und Vorgaben beachten. Dabei geht es darum, zukünftige Schäden an Sachwerten und Risiken für Leib und Leben durch Hochwasser zu minimieren (Hochwasservorsorge).

Hydraulische Modellierung

Die Überschwemmungsgebiete werden meist mit Hilfe eines hydraulischen Modells ermittelt, in das sowohl Daten zur Geländeoberfläche (Topographie), zur Beschaffenheit des Geländes (Bewuchs, Bebauung) als auch Daten aus Niederschlag und Abfluss (Hydrologie) einfließen. Dabei wird am Computer ein detailliertes digitales Modell des Geländes und des Flusslaufs erstellt, mit dem simuliert wird, wie das Wasser bei einem Hochwasserereignis voraussichtlich abfließen wird.

Für das digitale Geländemodell im Gewässervorland muss zunächst das betreffende Gelände vermessen und die Topographie erhoben werden. Vom Flugzeug aus wird die Geländeoberfläche mit Laserscanning oder mit Spezialkameras aufgenommen. Bei der Auswertung der Laserscan-Daten und der Luftbilder lassen sich unterschiedliche Höhenniveaus der Landschaft nahezu zentimetergenau erfassen. Aus diesen Daten wird ein digitales Geländemodell erstellt. Dieses wird, wo nötig durch terrestrische Vermessung ergänzt (zum Beispiel an Mauern, Deichen). Für das Gewässerbett wird ein eigenes Geländemodell auf der Basis des vermessenen Flusslaufs (Gewässerprofile) und der Flussbauwerke (zum Beispiel Brücken, Wehre) erstellt und mit dem Modell des Vorlands verknüpft.

Ein mit GPS und Laserscanning-Technologie ausgestattetes Flugzeug vermisst das Gelände durch zeilenweise überstreichen der Oberfläche mit Laserimpulsen.
Foto: Bayerische Vermessungsverwaltung

Digitales Geländemodell aus Laserscanning ohne Vegetation.
Foto: Bayerische Vermessungsverwaltung

Um das Strömungsverhalten im hydraulischen Modell realistisch simulieren zu können, sind auch die Bodenbeschaffenheit und der Bewuchs eine wichtige Kenngröße. Glatte Geländeoberflächen beschleunigen das Abflussverhalten von Wasser, während raue Bodenbedeckung das Wasser staut und somit dessen Abfluss verzögert. Deshalb wird die Landnutzung im Überschwemmungsgebiet aus dem Amtlichen Liegenschaftskatasterinformationssystem (ALKIS) entnommen und jeder Landnutzungsklasse ein Rauheitswert zugewiesen.

Die Abflusswerte werden über statistische Verfahren aus Messdaten von Pegeln und unter Zuhilfenahme von Niederschlags-Abfluss-Modellen ermittelt. So lassen sich die Auswirkungen verschieden starker Hochwasserereignisse unterscheiden.

Für Gebiete an denen keine Pegelmessungen vorhanden sind, lassen sich im Rahmen einer regionalen Betrachtung die Abflusswerte von ähnlichen Einzugsgebieten auf das zu modellierende Gebiet übertragen.

Wichtigste Eingangsdaten für die hydraulische Modellierung: Digitales Geländemodell, Gewässerprofile, Landbedeckung (Rauheiten) und Abflussdaten

Berechnung von Hochwasserabflüssen

Auf der Grundlage dieser Daten können mit Hilfe des hydraulischen Rechenmodells Hochwasserabflüsse simuliert und die schrittweise Überflutung von Überschwemmungsgebieten dargestellt werden. Damit können die Grenzen, die Wassertiefen und Fließgeschwindigkeiten der verschiedenen Hochwasserszenarien ermittelt werden.

Video - Modellierung eines Hochwasserereignisses bei Amberg

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Um die Modellberechnung zu eichen (kalibrieren) werden die Berechnungsergebnisse mit vergangenen Hochwasserereignissen und dabei beobachteten Wasserspiegellagen verglichen.

Für die Erstellung von Hochwassergefahrenkarten werden drei verschiedene Hochwasserszenarien betrachtet:

• häufiges Hochwasserereignis (HQ_häufig) – nicht an allen Risikogewässern vorhanden
• 100-jährliches Hochwasser (HQ₁₀₀)
• Extremhochwasser (HQ_extrem)

Der Begriff HQ_x beschreibt den Abfluss eines Gewässers, der an einem Standort im Mittel alle x Jahre einmal überschritten wird. Ein HQ₁₀₀ beschreibt also einen Hochwasserabfluss der im Mittel alle 100 Jahre erreicht oder überschritten wird. Da es sich um eine statistische Größe handelt, kann dieser Abfluss innerhalb des Zeitraumes aber auch mehrfach auftreten.

Die auf diese Weise ermittelten Überschwemmungsgebiete stehen im Themenbereich Naturgefahren des UmweltAtlas Bayern der Öffentlichkeit zur Verfügung. Der Hochwassernachrichtendienst bietet hingegen die Möglichkeit sich über die aktuellen Pegelstände in bestimmten Gebieten zu informieren. Beide Dienste bilden durch die bereitgestellten Informationen die Basis für alle Vorsorgemaßnahmen.