Verbundprojekt: Auswirkungsbasierte Vorhersage von Starkregen und Sturzfluten auf verschiedenen Skalen: Potentiale, Unsicherheiten und Grenzen - AVOSS; Teilprojekt 6

Abstract

Im Gegensatz zu fluvialen Hochwassern sind pluviale Sturzfluten in der Regel durch kleinräumige, meist relativ kurze, intensive Niederschläge, resultierendem Infiltrationsüberschuss und Oberflächenabfluss sowie durch sehr kurze Reaktionszeiten charakterisiert. Die Hauptgefahr geht nicht von Überschwemmungen aus den Fließgewässern aus, sondern von wild abfließendem Wasser, welches wesentlich schwieriger zu quantifizieren ist als der Abfluss in Gewässern. Infolge dieser Besonderheiten sind pluviale Sturzfluten nochmals deutlich schwerer vorherzusagen als fluviale Hochwasser, weshalb bislang keine großräumigen operationellen Vorhersagesysteme existieren, mit denen vor pluvialen Sturzfluten gewarnt wird. Um eine solche Sturzflutwarnung zu erreichen, fehlt bislang eine geeignete Methodik zur Klassifikation von pluvialen Sturzfluten, die alle relevanten Einflussfaktoren berücksichtigt und sich auf die Hauptgefahrenquelle wild abfließendes Wasser bezieht. Zudem fehlt ein durchgängiges Konzept zur robusten Warnung auf Basis einer solchen Klassifikation, in dem auch die besonderen Modellanforderungen für einen sehr recheneffizienten operationellen Betrieb berücksichtigt sind. Im Rahmen des AVOSS-Teilprojekts 6 wurden diese Defizite angegangen, um die Voraussetzungen für eine großräumige Warnung vor pluvialen Sturzfluten zu schaffen. Hierfür wurde ein Sturzflutindex (SFI) definiert, der mit Niederschlag, hydrologischer Abflussbildung und hydraulischer Abflussakkumulation alle wesentlichen Einflussfaktoren berücksichtigt. Der SFI basiert dabei auf dem räumlichen Anteil von Sturzflutgefahrenflächen (SFGF) und bezieht sich damit direkt auf die maßgebliche Gefahrenquelle wild abfließenden Wassers. Der SFI ist dabei so konzipiert, dass er zur robusten, großräumigen Warnung vor pluvialen Sturzfluten genutzt werden kann. Im vorliegenden Projekt wurde der SFI mit einer Modellkette aus dem operationellen hydrologischen Modell LARSIM zur Ermittlung der Oberflächenabflussbildung und dem quasi-hydraulischen Modell AccRo des Projektpartners HyFR zur Ermittlung der Abflussakkumulation berechnet. Zunächst wurde gezeigt, dass mit LARSIM die Bodenfeuchte zu Beginn eines Ereignisses verlässlich bestimmt und mithilfe von im Projekt abgeleiteten Methoden wahrscheinlichkeitstheoretisch eingeordnet werden kann. Anhand der Nachrechnung von abgelaufenen Sturzflutereignissen wurde die Praxistauglichkeit des SFI belegt sowie gezeigt, dass die Schwere von Ereignissen mit dem robusten Index korrekt eingeordnet wird und der SFI einen klaren Mehrwert gegenüber einem reinen Starkregenindex (SRI) hat. Darauf aufbauend wurde eine Methodik zur operationellen Vorhersage des SFI mit der Modellkette LARSIM - AccRo entwickelt. Anhand quasi-operationeller Vorhersagetests für abgelaufene Ereignisse wurde gezeigt, dass eine Echtzeit-Vorhersage des SFI und somit eine kurzfristige großräumige Warnung vor pluvialen Sturzfluten möglich ist.