Entwicklung eines Hochwasserinformations-, Alarm- und

KMU-innovativ Verbundprojekt HAV_Sofia
Entwicklung eines Hochwasserinformations-, Alarm- und Vorhersagesystems
für die Stadt Sofia, Bulgarien
Joachim Wald / WALD + CORBE GmbH & Co. KG, Hügelsheim
INNOVATIONSFORUM WASSERWIRTSCHAFT >> AUS DER FORSCHUNG IN DIE PRAXIS<<
NACHHALTIGE WASSERWIRTSCHAFT - MARKT UND INNOVATIONEN
OSNABRÜCK, 17.11.2015
Einführung
Beteiligte am Projektvorhaben
Antragsteller:
Gefördert durch:
Projektträger für das BMBF:
Projektträger Karlsruhe
Wassertechnologie und Entsorgung
(PTKA-WTE)
weitere indirekt Beteiligte:
Stadt Sofia, Bulgarien
Entwicklung eines Hochwasserinformations-, Alarm- und Vorhersagemodells für die Stadt Sofia
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Einführung
Hintergrund Projektvorhaben
weltweite Zunahme der Extremwetterereignisse (z.B. Überflutungen durch
Gewitterregen, aktuell in Deutschland 2013 und 2015)
große Schäden und Kosten, verursacht unter anderem auch durch mittlere
und kleine Gewässer (kleine Einzugsgebiete)
Optimiertes Hochwasser-Management durch Risiko-Analyse, Alarmierung
und Vorhersage
für große Flüsse gibt es seit langem Vorhersagesysteme, für kleinere Flüsse
mit kleinen Einzugsgebieten gibt es aber bisher kaum Vorhersagemodelle
Entwicklung eines Hochwasserinformations-, Alarmund Vorhersagesystems für kleinere (urbane) Gewässer
Entwicklung eines Hochwasserinformations-, Alarm- und Vorhersagemodells für die Stadt Sofia
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Beispiel Sofia / Bulgarien
Hintergrund Projektvorhaben
Quelle: Stadt Sofia, Bulgarien
Entwicklung eines Hochwasserinformations-, Alarm- und Vorhersagemodells für die Stadt Sofia
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Beispiel Sofia / Bulgarien
Hintergrund Projektvorhaben
Quelle: Stadt Sofia, Bulgarien
Entwicklung eines Hochwasserinformations-, Alarm- und Vorhersagemodells für die Stadt Sofia
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Beispiel Sofia / Bulgarien
Hintergrund Projektvorhaben
Sofia
Hauptstadt
ca. 1,3 Mio. EW
Höhe 550 m+NN
zahlreiche kleinere
Gewässer in der
Stadt (ausgebaut als
Flutkanäle)
wiederholt
Hochwasserprobleme
In der Vergangenheit
Entwicklung eines Hochwasserinformations-, Alarm- und Vorhersagemodells für die Stadt Sofia
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Beispiel Sofia / Bulgarien
Hochwasser im Stadtgebiet von Sofia
Quelle: Stadt Sofia, Bulgarien
Entwicklung eines Hochwasserinformations-, Alarm- und Vorhersagemodells für die Stadt Sofia
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Beispiel Sofia / Bulgarien
Hochwasser im Stadtgebiet von Sofia (Juni 2006)
Quelle: Stadt Sofia, Bulgarien
Entwicklung eines Hochwasserinformations-, Alarm- und Vorhersagemodells für die Stadt Sofia
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Projektvorhaben
Ziele des Vorhabens
Schadensminimierung durch frühzeitige Warnung
Entwicklung eines webbasierenden onlineHochwasserinformations-, Alarm- und Vorhersagemodells
Entwicklung eines Hochwasserinformations-, Alarm- und Vorhersagemodells für die Stadt Sofia
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Projektvorhaben
Vorgehensweise
Aufbau eines flächendeckenden Messnetzes an ausgewählten Punkten an den
vorhandenen Gewässern im Stadtgebiet von Sofia
kontinuierliche Aufzeichnung der Wasserstände an den Messstellen (Pegel)
Übertragung der Messdaten (Wasserstände) auf einen zentralen Server per Mobilfunk
Umwandlung der Wasserstände in Abflüsse (hydraulische Berechnung)
Automatische Eingabe der gemessenen Abflüsse in ein online integriertes
hydrologisches Flussgebietsmodell (Simulationsmodell)
Simulation des Wellenablaufs und der Abflussentwicklung im Flussgebietsmodell unter
Verwendung der Messdaten (Ganglinien)
Visualisierung der gemessenen bzw. berechneten Wasserstands- und
Abflussganglinien im Internet (Projekt-Website) für alle Pegelstellen und an weiteren
vorausgewählten Gewässerstellen (z.B. kritische Abschnitte)
Vorhersage von Wasserständen und Abflüssen (Hochwasserentwicklung)
Entwicklung eines Hochwasserinformations-, Alarm- und Vorhersagemodells für die Stadt Sofia
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Projektvorhaben
Aufgabenverteilung
Projektmanagement
Datenerhebung
Vermessungsarbeiten
Modellierung der hydrologischen
und hydraulischen Abflussprozesse
Entwicklung des Hochwasseralarmund -vorhersagemodells
Bau der Messtechnik
(Messwerterfassung-, speicherung,
und – übertragung)
Weiterverarbeitung der Messdaten
auf einem zentralen Webserver
Visualisierung der gemessenen
und berechneten Daten im Internet
Entwicklung der Website
Entwicklung eines Hochwasserinformations-, Alarm- und Vorhersagemodells für die Stadt Sofia
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Messtechnik
Radar Pegelstation
Datenlogger und
Fernübertragung
Radar Sensor
Lithium-Batterie
kostengünstig (keine Baumaßnahmen am Gewässer, kein Anschluss an E-Netz))
keinen Kontakt mit Wasser (geringe Beschädigungsgefahr)
geringe Auffälligkeit (Vandalismus, Diebstahl etc.)
sehr kompakt
einfache Montage
Entwicklung eines Hochwasserinformations-, Alarm- und Vorhersagemodells für die Stadt Sofia
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Messtechnik
Installation 1
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Messtechnik
Installation 2
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Das Online Prozessleitsystem
Übersicht Projektgebiet
Entwicklung eines Hochwasserinformations-, Alarm- und Vorhersagemodells für die Stadt Sofia
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Das Online Prozessleitsystem
26 Gewässerpegel
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Das Online Prozessleitsystem
Fernübertragung
Server 1
Server 2
Admin
Admin
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User
User
User
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Das Online Prozessleitsystem
Profildarstellung
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Das Online Prozessleitsystem
Ganglinie
Ganglinie
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Informationen zur Messstation
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Das Online Prozessleitsystem
Pegelinformation
Informationen zur Messstation
Ganglinie
Informationen zur Messstation:
Ansicht
Name: P16 –Lavov most
Pegel-Nr.: 18414
Rechtswert: 123456
Hochwert: 123456
Einzugsgebietsgröße: 85,6 km²
MQ: 2.4 m³/s
Höhe Sohle:
532.05 m+NN
Höhe Sonde:
538.20 m+NN
Aufwach-WSP: 533.45 m+NN
Melde-WSP:
535.30 m+NN
Alarm-WSP:
538.20 m+NN
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Das Online Prozessleitsystem
Betrieb bei Mittel-/Niedrigwasser
•
•
•
Wasserspiegel: Niedrigwasser / Mittelwasser
Radar-Pegelstation: „Schlafmodus“
Messintervall 5 min, Datenaustausch Intervall zum Server 1/Tag
Entwicklung eines Hochwasserinformations-, Alarm- und Vorhersagemodells für die Stadt Sofia
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Das Online Prozessleitsystem
Betrieb bei steigendem Wasserstand
•
•
•
Wasserspiegel: steigt an
Radar-Pegelstation: „Aufwach-Modus“
Messintervall 5 min, Datenaustausch Intervall zum Server 5 min
Entwicklung eines Hochwasserinformations-, Alarm- und Vorhersagemodells für die Stadt Sofia
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Das Online Prozessleitsystem
Betrieb bei Hochwasser
Warnsymbol auf der
Online Plattform
•
•
•
E-Mail und SMS an bis zu
8 zuständige Personen
Wasserspiegel: Meldewasserstand
Radar-Pegelstation: „Meldemodus“
Messintervall 5 min, Datenaustausch Intervall zum Server 5 min
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Das Online Prozessleitsystem
Betrieb bei Hochwasser
Alarmsymbol auf der
Online Plattform
•
•
•
E-Mail und SMS an bis zu
8 zuständige Personen
Wasserspiegel: Alarmwasserstand
Radar-Pegelstation: „Alarmmodus“
Messintervall 5 min, Datenaustausch Intervall zum Server 5 min
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Vorhersagemodell
NK
EN
S
P06
!(
BA
±
KA
N/A
Übersicht Projektgebiet / Gewässersystem
Gewässer:
/A
N/
A
N/A
N
"/
Alarmpunkte
!(
Pegelstelle
SKA
"/
A7
P08
!(
P38
Gewässernetz
offenes Gewässer
P42
Verdolung
P10
ISKAR
P05
!(
A5
S
A3 VLAD
"/
AY SKA
P16
N/A
P39
KA
LS
!(
!(
!(
"/
N/A
O
OD
UH
Suhodolska, Perlovska,
Vladayska, Slatinska,
Suhata, Drenovitchka,
Vartopo
N/A
EN
BANK
Legende
!(
!(
A2
"/
SUHO
DOLS
P18
Gewässerlänge: >110 km
!(
A
SK
IN
AT
L
S
"/
A8
P29
"/
!(
P31
!(
!(
N/A
26 Radarpegel
po
!(
P23
Vart o
N/
A
P30
N /A
P26
A6
P01
"/
!(
A1
PE R
LO
VS
KA
N/A
"/
!(
SK A
LOV
PER
!(
"/
A4
N/A
Einzugsgebiet: ~ 250 km²
!(
A9
P19
N /A
/A
!(
N/A
P14
!(
9 Alarmpunkte
N/A
!(
P28
VL
N/A
ha
Su
!(
ta
N /A
P32
N/A
AD
AY
SK
A
P45
!(
Vart o
po
P22
!(
!(
!(
N/
A
P21
P43
N/A
P27
h ata
Su
Var to
po
N /A
N/A
N
P17
P15
KA
N/A
A
N/
!(
Entwicklung eines Hochwasserinformations-, Alarm- und Vorhersagemodells für die Stadt Sofia
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Vorhersagemodell
Hydraulikbaustein für Pre- und Postprocessing
Hydraulisches Gewässermodell
Umrechnung gemessene Wasserstände in Abflüsse
Plausibilisierung Messdaten
Festlegung Meldewasserstände und kritische Gewässerabschnitte
Berechnung Wellenablauf im Gewässer / Fließzeiten und
Retentionswirkung (Grundlage für Flood-Routing-Baustein im
hydrologischenFGM)
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Vorhersagemodell
Hydraulisches Gewässermodell
Erfassung der
Geometrie von
Brückenbauwerken
Erfassung der
Geometrie durch
Gewässerquerprofile
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Vorhersagemodell
Wasserstand-Abfluss-Beziehung
Entwicklung eines Hochwasserinformations-, Alarm- und Vorhersagemodells für die Stadt Sofia
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Vorhersagemodell
h at
Su
N/A
P43
!(
P27
a
Varto
p
o
Routing (Wellenverformung)
A2
N/A
!(
ta
ha
u
S
!(
N/A
A1
P32
!(
!(
N/
A
N/A
N/A
N/A
Messwert
Pegel P45
N/
A
P45
Vart
opo
P28
Entwicklung eines Hochwasserinformations-, Alarm- und Vorhersagemodells für die Stadt Sofia
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Vorhersagemodell
Routing (Wellenverformung)
P43
P45
AP45
Q
Akt.Zeitpunkt
Q
Messwerte
Pegel P45
Flood Routing
t
Entwicklung eines Hochwasserinformations-, Alarm- und Vorhersagemodells für die Stadt Sofia
Akt.Zeitpunkt
Messwerte
Pegel P45
Routing
Pegel P45
t
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Vorhersagemodell
Routing (Wellenverformung)
P43
P45
AP45
A2
A1
Q
Messwerte
Pegel
Q
Akt.Zeitpunkt
Akt.Zeitpunkt
Unter
Messwerte
Pegel P43
Messwerte
Pegel P45
Ober
Routing
Pegel P45
Flood Routing
DifferenzDiff.
ganglinie
t
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t
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Vorhersagemodell
Methodik Vorhersagemodell (FGM)
Gewässerpegel
HRB-Abgabepegel
Pegelmessungen
Routing der gem.
Pegelganglinien
Q
Routing der gemessenen
Pegelganglinie zum nächsten
Unterstrompegel
Akt.Zeitpunkt
Unter
Differenzenganglinie
(=Zwischengebiet)
Ober
Abflussganglinie des Zwischen-EZG
(Oberstrompegel - Unterstrompegel)
mehrere Oberstrompegel zulässig
Bel. Alarmpunkt
Übertragung auf
Vorhersagepunkte
(FGM-Knoten)
“Vorhersagen” der
FGM-TeilgebietsGanglinien
Flächenproportionale Übertragung
der Differenzenganglinie auf die
FGM- Teilgebiete(”Referenzpegel”)
EZG1
Diff.
EZG2
Diff.
EZG1
EZG2
t
FGM-Berechnung:
Gesamtgebiet
mit Vorhersage
Entwicklung eines Hochwasserinformations-, Alarm- und Vorhersagemodells für die Stadt Sofia
“Vorhersage” der Ganglinien
für alle Alarmpunkte (FGM-Knoten)
(z.B. Annahme const. Q)
Ganglinien (mit Vorhers.) werden für
alle Vorhersagepunkte berechnet. An
den Pegelstellen gilt bis zum akt. Zeit
punkt: Q-Berechnung = Q-Messung
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Pilotprojekt Elsenz-Schwarzbach
Simulation Hochwasser 1993, Vorhersage
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
WALD + CORBE GmbH & Co. KG
www-wald-corbe.de
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