Sieker
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Die Regenwasserexperten

Hochwasserwarnsystem HydroWebView

Prinzip

Für kleine Flusseinzugsgebieten oder Kanalnetze sind in der Regel keine geeigneten Hochwasserwarnsysteme im Einsatz, da im Gegensatz zu großen Einzugsgebieten eine pegelbasierte Warnung hier nicht früh genug anschlagen würde. Kritische Situationen werden „nach Gefühl“ anhand von Wettermeldungen und Erfahrungswerten abgeleitet.

Dabei stehen die Mittel für eine fundierte Abflussvorhersage auf Basis von Niederschlagsmesswerten und Prognosewerten in vielen Fällen zur Verfügung:

  • ein Flussgebietsmodell oder Kanalnetzmodell
  • online verfügbare Niederschlagsdaten.

Werden die Niederschlagsmessdaten und Prognosedaten kontinuierlich in das Modell eingespeist, kann dieses kurzfristig Abflüsse und Wasserstände ausgeben, die dann wiederum online zur Verfügung stehen und auch direkt zur Erzeugung von Warnmeldungen per E-Mail, SMS oder Sprachnachricht genutzt werden können.

Entsprechende Modelle sind in Berlin und Georgsmarienhütte zur Zeit im Einsatz.

Kleine Einzugsgebiete reagieren schneller


Einzugsgebiete kleiner Fließgewässer unterscheiden sich deutlich von großen Flussgebieten. Kleine Bäche reagieren sehr viel schneller auf hochwassererzeugende Niederschläge; maßgeblich sind meist  kleinräumige Gewitterregen und nicht großflächige Tiefausläufer.

Pegelbasierte Hochwasservorhersagen, wie sie an den größeren Flüssen wie z.B. Elbe oder Rhein durch die Hochwasserzentralen bereits bereitgestellt werden, sind in kleinen Einzugsgebieten nicht ausreichend. Zeigt ein Pegel Hochwasser an, ist es schon zu spät!

Radar-basierte Niederschlagsvorhersage

Webseite www.regenschreiber.net


Wetterdienste stellen heute Niederschlagsprognosen auf der Basis von Radardaten zur Verfügung. Für einen Zeitraum von ca. 2 Stunden können damit die ungefähre Intensität und räumliche Verteilung von Niederschlägen recht gut vorhergesagt werden.

Für eine Abflussvorsage sind qualitative Aussagen zur Intensität allerdings nicht ausreichend. Die Firma HST bietet deshalb in Kooperation mit dem Wetterdienst MeteoGroup einen Service an, bei dem Radardaten anhand von punktuellen Messungen simultan kalibriert werden, so dass die Niederschlagsprognosen quantifiziert werden können. Die Daten stehen deutschlandweit gegen Gebühr online zur Verfügung („virtuelle Regenschreiber“).

Abflussmodellierung mit STORM


STORM ist ein hydrologisches Wasserhaushalts- und Stoffstrommodell mit zahlreichen verschiedenen Modulen (s. Grafik). Im Rahmen eines modernen Hochwasser-Risiko-Managements können mit diesem Werkzeug Hochwasserabflüsse sowohl für kleine urbane als auch größere Einzugsgebiete modelliert werden.

Wichtige Systemelemente dabei sind u.a.:

  • Bodenwasserhaushalt
  • Ungleichmäßige Überregnung
  • Nutzungsabhängige Verdunstung u. Schneemodul
  • Abflusskonzentration über Zeitflächenfunktionen
  • Fließgewässer mit Translation und Retention
Hydrologischer Längsschnitt


Typische Ergebnisse einer STORM-Modellierung sind z.B.

  • hydrologische Längsschnitte
  • HW- oder Füllstandsganglinien (z.B. von Rückhalteräumen)
  • Überlaufhäufigkeiten
  • Wasserbilanzen

Hochwasservorhersage und Hochwasserwarnung


Durch die Verknüpfung des hydrologischen Modells STORM mit den radar-basierten Niederschlagsvorhersagen von HST werden Abfluss- bzw. Hochwasservorhersagen auch für kleinere Gewässer und städtische Entwässerungssysteme ermöglicht.

STORM läuft dabei in einer Endlos-Simulation, liest regelmäßig die Daten des virtuellen Regenschreibers ein und schreibt die Prognosen für die Abflüsse in eine web-basierte Datenbank.

Bei Überschreitung definierter Abflüsse oder Wasserstände können automatisch Emails, SMS oder Sprachnachrichten generiert werden (s. Ablaufschema).

Web-Interface HydroWebView


Die mit STORM berechneten Abflussprognosen können über das Web-Interface „HydroWebView©“ visualisiert werden. Der Zugriff kann bei Bedarf nutzerabhängig und passwortgeschützt erfolgen.

HydroWebview verfügt über eine Karten-Ansicht und eine Diagramm-Ansicht.

  • In der Karten-Ansichtwerden die Abflusspunkte lagegenau dargestellt, die Färbung der Punkte ändert sich bei Überschreitung einer Alarmstufe. Als Hintergrundkarte können die Karten und Satellitenbilder von Google Maps eingeladen werden oder ein WMS-Dienst. Die Hintergrundkarte kann mit zusätzlichen WMS-Layern, z.B. einem Kanalnetz oder Überflutungsfächen überlagert werden.
  • In der Diagrammansicht werden der Niederschlag (als Balkendiagramm) und die gewünschten Abflussganglinien dargestellt. Zusätzlich können die Alarmstufen eingeblendet werden.

Natürlich können auch real vorhandene Messpegel eingebunden und dargestellt werden. Daneben ist es auch möglich, historische Simulationsergebnisse abzurufen und darzustellen. Das Web-Interface nutzt dabei die offene SOS-Schnittstelle (Sensor-Observation-Service), so dass auch andere Zeitreihen wie z.B. Abfluss-/Wasserstandsmessungen oder Ergebnisse anderer Simulationsmodelle hinzugeladen werden können. Sogar eine Modellkopplung (z.B. von hydrologischen N-A-Modellen mit hydraulischen Wasserspiegellagenmodellen) ist über dieses Interface realisierbar.

Das Web-Interface „HydroWebView© “ wurde gemeinsam mit der Fa. 3s sensors systems solutions entwickelt.

Die Funktionalität des Hochwasserwarnsystems wird beispielhaft im nebenstehenden Video gezeigt. Im Rahmen des UEP II Projektes (siehe Projekte UEP Testeinbauten)) wurde das System aufgestellt. Das Warnsystem ist umgesetzt und funktionstüchtig. Die dargestellten Maßnahmen im Video dagegen sind fiktiv und haben nur beispielhaften Charakter. 

Diagrammansicht
Kartenansicht

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Autor
Dipl.-Ing. Frauke Jakobs
+49 3342 3595-22
f.jakobs[at]sieker.de
Ansprechpartner
Dipl.-Geogr. Stephan Bandermann
+49 3342 3595-14
s.bandermann[at]sieker.de
Partner
3S Sensor Systems Solutions
www.3sberlin.de

Panke HW-WS, RAD-Zustand mit Information Dritter (Teil 5/5)