LGA Institut für Umweltgeologie und Altlasten GmbH

Abflussmodellierung – Wertvolles Prognosewerkzeug für künftige Starkregenereignisse

Verfasst am 12. Juni 2023.

Wiederholte Starkniederschläge in den Jahren 2017 und 2019 führten in der Gemeinde Kauerndorf zu Murgängen, die die Bundesstraße B289 verschütteten. Als Vorsorgemaßnahme zur Verhinderung weiterer Murgänge wurde daher die Errichtung eines Erosionsschutzbauwerkes geplant, welches das Einzugsgebiet künftiger Starkniederschläge verkleinern sollte. Wir wurden beauftragt, die Wirksamkeit des geplanten Bauwerks prognostisch zu prüfen. Dazu wurden Abflussmodellierungen generiert, die auf dem Digitalen Höhenmodell (DGM) mit 1-m-Auflösung basieren.

Konkret werden bei der Berechnung eines Abflussmodells zunächst abflusslose Senken im DGM eliminiert (= gefüllt). Diese werden in der Realität durchflossen und würden ohne Korrektur (= Füllung) das Modell verfälschen. Anschließend wird anhand der Neigung die Fließrichtung jeder Zelle, bzw. jedes Quadratmeters, ermittelt. So wird bestimmt, in welche Nachbarzelle theoretisch ein Wassertropfen in der betrachteten Zelle fließt. Anhand der Fließrichtung wird schließlich der Abfluss je Zelle akkumuliert. Zellen mit einem hohen Abflussakkumulationswert sind Flächen, in denen sich der Oberflächenabfluss konzentriert.

Um die Wirksamkeit des geplanten Erosionsschutzbauwerks zu prüfen, stellte Projektleiter Thomas Struller ein Untersuchungskonzept auf, bei dem in einem ersten Schritt die realen Abflussverhältnisse modelliert und anhand von Geländeerkundungen validiert bzw. kalibriert werden. In einem zweiten Schritt wird die Geländeoberfläche im Modell so manipuliert, dass sie die Geometrie des geplanten Bauwerks abbildet. Die erneute Modellierung der Abflussverhältnisse mit der manipulierten Oberfläche zeigt dann den Abfluss nach Bau des Bauwerks. Aus der Differenz der beiden Modelle lässt sich die Wirksamkeit des Bauwerks ableiten.

Nach Einschätzung von Simon Landgraf, der die Modellierung und Geländeerkundung durchführte, war eine Kalibrierung des Modells nicht erforderlich. Bereits die erste Berechnung stellte Abflusslinien dar, die genau den Berichten von Anwohnern und den Ereignis-Skizzen der Murgänge  entsprachen. Diese hohe Übereinstimmung deckt sich mit der Erfahrung aus anderen Projekten, in denen bereits stattgefundene Sturzbäche und Schlammlawinen metergenau durch die Abflussmodellierung rekonstruiert werden konnten und dadurch retrospektiv die Quelle bzw. Ursache des Ereignisses bestimmt werden konnte.

Modellierter Oberflächenabfluss

Das zweite Modell mit eingearbeitetem Erosionsschutzbauwerk zeigte deutlich, dass die Abflussbildung im Oberhang durch das Bauwerk reduziert werden kann. Es findet in diesem Bereich kaum noch oberflächiger Abfluss statt, was wiederum die Erosionsrinne im Unterhang stark entlastet. Die Wirksamkeit des Erosionsschutzbauwerks konnte somit prognostisch geprüft und belegt werden.

Ergebnis der Abflussmodellierung mit Erosionsschutzbauwerk