Auftraggeber: Landesamt für Umwelt, Wasserwirtschaft und Gewerbeaufsicht (LUWG)  Rheinland-Pfalz

Problemstellung: Die Stadt Hornbach, am Zusammenfluss von Schwalb und Hornbach gelegen, hat immer wieder mit Überschwemmungen durch Hochwasser zu kämpfen. Das Institut für Wasser und Gewässerentwicklung (IWG) der Universität Karlsruhe wurde deshalb beauftragt, geeignete flussbauliche Maßnahmen zur Verbesserung des Hochwasserschutzes der Stadt Hornbach zu untersuchen.

Um Aufwand, Modellgröße und Kostenumfang eines physikalischen Wasserbaumodells gering zu halten wurde eine hybride Modelltechnik mit physikalischen und numerischen Modellen angewandt:

Das physikalische Modell umfasst die Ortslage, während das zweidimensionale hydrodynamisch-numerische (2D-HN-)Modell die unterstromige Fluss-Vorlandstruktur bis zur nächsten Ortslage abbildet. Die Modellgebiete überlappen sich hierbei und korrespondieren in Form von Übergaben von Wasserständen und Abflüssen an einem Übergabeprofil, so dass hierdurch für das jeweils andere Modell die zugehörigen Randbedingungen bestimmt werden können. Insbesondere durch den signifikanten Rückstaueinfluss in die Ortslage Hornbach von unterstrom konnte mit diesem Vorgehen zielführend gearbeitet werden. Im hybriden Zusammenwirken wurden verschiedene Varianten für bauliche Maßnahmen entwickelt und hinsichtlich der Reduzierung von Wasserständen im Bereich der Ortslage optimiert.

Bei der Konzeptumsetzung musste beachtet werden, dass eine Reduktion von Wasserständen mit einer Verringerung des Wasserrückhaltes (Retentionsvolumens) während eines Ereignisses einhergeht. Zur Gewährleistung der Hochwasserneutralität sollten entsprechende Standorte für einen Volumenausgleich untersucht und mit einem 2D-HN-Modell hydraulisch bewertet werden.

Zielsetzungen der Modelluntersuchungen:

• Ermittlung von Engstellen und Abflusshindernissen, die zu einem Rückstau in den Stadtbereich führen
• Geometrisches Variantenstudium zur Verbesserung der Abflusssituation
• Untersuchung der Möglichkeiten einer Rückgewinnung von Retentionsvolumen, um die Hochwassersituation der Nachbargemeinden nicht zu verschlechtern

Vorgehensweise:

Als Grundlage eines 2D-HN-Modells dienen digitale Geländemodelle (DGM), Querprofile des Flussschlauchs, Bauwerksdaten, ALK-Daten, Orthofotos und Karten des Projektgebietes. Diese Informationen sind gegenseitig aber auch durch Ortsbegehungen zu plausibilisieren. Nach Zusammenführung aller Informationen und Darstellung in einem Geo-Informations-System (GIS) wird für das 2D-HN-Modell ein Gitternetz aus unstrukturierten Dreiecken erstellt (Preprocessing). Die eigentliche hydraulische Berechnung (Processing) erfolgt über das kommerzielle Programm FLUMEN (www.fluvial.ch). Die Darstellung der Ergebnisse (Postprocessing) wie auch die Anpassung der Modelle an die unterschiedlichen Varianten erfolgt wieder im GIS. Zur Visualisierung der Ergebnisse als Grundlage der Entscheidungsfindung ist in diesem Zusammenhang wiederum die Anwendung von GIS hervorragend.

Ergebnis:

Unter Anwendung des hoch aufgelösten 2D-HN-Modells konnten Konzepte zur signifikanten Reduzierung des Rückstaus und somit der Hochwasserstände im Bereich der Ortslage erarbeitet werden. Hierbei urde ein Variantenstudium durchgeführt, das dem Auftraggeber größtmögliche Entscheidungsfreiheit gewährleistet.

Die 2D-HN-Modelle konnten durch Flexibilität und kostengünstige Anpassung aufkommende Fragestellungen wie die Problematik der Retentionsrückgewinnung zielgerichtet analysieren und Lösungen ermitteln. 

Durch die hybride Modelltechnik konnte eine erhebliche Kostenreduzierung erreicht werden. Die detaillierte Analyse der Problemstellung und das umfangreiche Variantenstudium konnte mit dem hybriden Ansatz schließlich erst möglich gemacht werden.

3D-Ansicht der Radwegbrücke von oberstrom im IST-Zustand

Visualisierung berechneter Fließtiefen und Strömungsvektoren (exemplarisch)