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Foto: Geomer EINLEITUNG Lugitsch und Partner ZT GmbH Zivilingenieurbüro: Generalplanung und Consulting 20 Mitarbeiter Standorte: Feldbach, Graz, Wien.

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2 Foto: Geomer

3 EINLEITUNG

4 Lugitsch und Partner ZT GmbH Zivilingenieurbüro: Generalplanung und Consulting 20 Mitarbeiter Standorte: Feldbach, Graz, Wien Arbeitsbereiche: – Hochbau – Projektmanagement – Statik – Umwelt – Verkehr – Siedlungs- und Industriewasserbau – Konstruktiver Wasserbau / Hochwasserschutz

5 Zu meiner Person Mag. Christoph König Geograph im technischen Bereich – GIS – Hydrologie – Geländemodellierung – hydraulische Modellierung – Geodatenbereitstellung

6 Hangwasser: Problematik Starkregen, Klimawandel, Bodenversiegelung, Siedlungsdruck, Bebauung von Hanglagen, Landwirtschaftliche Nutzung, Abschwemmung Diese Schlagworte sind weder zufällig gewählt noch eine vollständige Auflistung um das immer häufiger auftretende Phänomen und Problem zu beschreiben, worum es hier geht: Gefährdung durch Hangwasser Verschärfung des Problems: Zunehmende Starkniederschläge im Zuge des Klimawandels, wachsende Versiegelung durch Verbauung - häufig in kritischen Bereichen, Verdrängung von landwirtschaftlichen Nutzflächen in Hanglagen, bodenerosionsbegünstigende Kulturlandschaften usw. Das Ergebnis: Überflutungen durch Hangwasser werden immer häufiger. Schon jetzt entstehen rund 50% der Schäden bei Hochwasserereignissen nicht durch ausufernde Gewässer sondern durch Oberflächenabfluss, Grundwasseranstieg und Rückstau aus der Kanalisation. Vielfach könnten Schäden durch einfache Maßnahmen oder bereits durch eine bessere Standortwahl reduziert werden.  KENNTNIS ÜBER DEN OBERFLÄCHENABFLUSS

7 Hangwasser: Projekt Amt der Steiermärkischen Landesregierung, A14: Pilotprojekte zur Analyse von Hangwasser (Hangwasserkarten) Pilotprojekt: Großraum Feldbach (ca. 20 km²) – Hangbereiche entlang des Raabtales und der Seitengräben – Relativ geringe Höhenunterschiede (ca. 100m) – Intensive Landwirtschaftliche Nutzung – Auch in Hanglagen oberhalb von Siedlungen Lage im Südöstlichen Alpenvorland – Niederschlagsmaximum im Sommerhalbjahr – Konvektiver Charakter überwiegt – Anfälligkeit für Starkregenereignisse

8 Untersuchungsgebiet Datenquellen: basemap.at, GIS Steiermark

9 Agrarflächen in Hanglage Quelle: eigene Darstellung

10 Teileinzugsgebiet Aderbach Charakteristische Landschaft im Untersuchungsgebiet, eigene Darstellung, Daten: GIS Steiermark

11 Status Projekt ist noch nicht vergeben Vorbereitungs- bzw. Nachdenkphase – Welche Lösungen gibt es?

12 Hangwasser: Analysen mit GIS Frage: Welche Aussagen sind durch Analyse mit (Arc)GIS Werkzeugen möglich?

13 METHODIK

14 Fachliche Einleitung Keine Rocket Science Einsatz von verbreiterter GIS Technologie Hydrologie Erweiterung des verbreiteten Ansatzes der Fließpfade (z.B. GIS Steiermark, Stadt Graz)  POTENTIELLER ABFLUSS Quelle: Stadt Graz,

15 Phasen Projektphase 1: – GIS basierte Auswertung – Abschätzung des Gefährdungspotentials – Inhalt des Vortrags Projektphase 2: – Hydrodynamische Berechnung – Darstellung der Gefährdung mit Wassertiefen etc

16 Software ArcGIS – Basic Lizenz Spatial Analyst ArcHydro Tools HecGeoHMS Python

17 Daten Laserscan (GIS Steiermark): – Raster – 1x1m – DGM Orthophotos und DKM (GIS Steiermark): – Landnutzungsauwertung Vermessungsdaten – Durchlässe Digitale Bodenkarte Bemessungsniederschlag – Quelle: eigene Darstellung

18 ARBEITSSCHRITTE

19 1) DGM Preprocessing Hydrologisch korrektes DGM erstellen / Senken beseitigen – Spatial Analyst – ArcHydro Tools – HecGeoHMS Ausweisung von Senken – Retention Durchlässe, Brücken modellieren – „Durchstiche“ bei linearen Strukturen (z.B. Straßendämme)

20 2) Ermittlung des Abflussbeiwertes für jeden Punkt Überlagerung mehrerer Parameter Ergebnis: Raster mit Abflussbeiwert Boden – Klassifikation nach Durchlässigkeit – Außerhalb versiegelter Flächen Landnutzung: – Klassifikation des Abflussbeiwertes nach MARKART & KOHL

21 Abflussbeiwertraster Oberfläche mit unterschiedlichen Abflussbeiwerten, eigene Darstellung, Daten: GIS Steiermark

22 3) (Gewichtetes) Einzugsgebiet für jeden Punkt Hydrologische Auswertung des DGM Flow Direction Flow Accumulation  Gewichtung mit Abflussbeiwert  Entspricht der Fläche des Einzugsgebietes

23 Flow Direction SFD oder D8 Algorithmus ArcGIS MFD Algorithmus Quelle:

24 Flow Accumulation SFD / D8 AlgorithmusMFD Algorithmus Quelle: Stadt Graz, Quelle: eigene Darstellung

25 Flow Accumulation: mit oder ohne Gewichtung Quelle: eigene Darstellung

26 4) Berechnung der Anstiegszeit für jede Zelle

27 Anstiegszeit ∆h für das Einzugsgebiet jeder Zelle Fließlänge für das Einzugsgebiet jeder Zelle Quelle: eigene Darstellung

28 Anstiegszeit Quelle: eigene Darstellung

29 5) Abflussfracht

30 6) Ermittlung der Abflussspitze Quelle: eigene Darstellung

31 Potentieller Abfluss in m³/s Quelle: eigene Darstellung

32 AUSBLICK UND RESUMEE

33 Resumee Sind die Ergebnisse hydrologisch gesehen vertretbar? – Evaluierung der Ergebnisse vor Ort und anhand der hydrodynamischen Berechnungen Keine Berücksichtigung des Fließverhaltens – Ausuferungen – Rückstau – Überströmung – Wassertiefe, Fließgeschwindigkeit Welche Schlüsse kann man daraus ziehen? – Aufzeigen sensibler Bereiche – Gefährdungspotential und Maßnahmen für Experten lokal abschätzbar – Dateninput für hydrodynamische Berechnung Der Aufwand ist überschaubar Kann man auf GIS Basis weitere Aussagen treffen?

34 2. Phase: Hydrodynamische Berechnung SMS – HydroAS 2D oder FloodArea – ArcGIS Aufsatz – Fa. Geomer – DGM auf Rasterbasis Im Gegensatz zu Phase 1: – Aufwändige Modellierung – Zeitintensive Rechenvorgänge – Wesentlich höhere Aussagekraft Keine Modellierung der Kanalisation  Probleme im urbanen Raum

35 SMS / HydroAS 2D Auszug aus einer Modellierung eines Gewässers Unregelmäßiges Netz Hangwassermodellierung mit einem ausgedünnten Laserscan mit ca. 2x2m Raster  regelmäßiges Netz Quelle: eigene Darstellung

36 Flood Area: Starkregenkarte Quelle: Geomer

37 Flood Area: Wassertiefen Quelle: Geomer

38 Berechnungsmethode Iterative Berechnung der Wasserspiegelneigung und der daraus resultierenden Fließrichtung Strickler Formel 16 Richtungen Matrix auf Basis eines Raster Geländemodells

39 Flood Area Fläche: 20 km² Rasterzellen: bei 1x1m Auflösung  20 Mio. Rechenzeit: Rechenkerne20 Mio Zellen 16 RechenkerneRund 12h 4 RechenkerneRund 48h 1 RechenkernRund 192h

40 Evaluierung der GIS Modellierung Quelle: eigene Darstellung Evaluierung und Eichung der mit ArcGIS berechneten Ganglinien und Hochwasserspitzen mittels Durchflussganglinien aus der hydrodynamischen Modellierung

41 Kopplung ABU und Hangwasser Hochwassergefahrenkarte Hydrologisches ModellStarkregengefahrenkarte

42 Kopplung ABU und Hangwaser

43 Literatur, Quellen ArcGIS Hilfe Stadt Graz: FLIESSPFAD- KARTE GRAZ Markart G., Kohl B., Sotier B., Schauer Th., Bunza G., Stern R., 2006: Geländeanleitung zur Abschätzung des Oberflächenabflussbeiwertes bei Starkregen - Grundzüge und erste Erfahrungen. Wiener Mitteilungen, Wien, (197): Praktische Hydrologie, Wittenberg, 2011 hydroskript.de Grass Hilfe: Analyse und Evaluierung von gebräuchlichen empirischen Ansätzen zur Hochwasserabschätzung in Wildbächen, BFW Berichte, 137/2007

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