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Risikobasierte Verfahren zur Gewährleistung angemessener Hochwassersicherheiten bei Stauanlagen – Teilprojekt: Extreme Abflüsse

Risikobasierte Verfahren zur Gewährleistung angemessener Hochwassersicherheiten bei Stauanlagen – Teilprojekt: Extreme Abflüsse
Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Johannes Höfer, Dr.-Ing. Jürgen Ihringer 

Förderung:

BMBF 

Starttermin:

2005/01 

Endtermin:

2007/12 

Extreme Abflüsse werden sowohl für das Gesamtverfahren der risikobasierten Bemessung von Stauanlagen als auch in der ingenieurhydrologischen Praxis für die Anwendung der DIN 19700 benötigt. Es gibt derzeit zwar verschiedene Verfahren zur Ermittlung extremer Abflüsse, sie weisen je¬doch zum Teil erhebliche Unsicherheiten bei der Extrapolation in Bereiche hoher Wiederkehr¬zeit¬spannen auf.
Im Rahmen dieses Projekts wurde ein deterministischer und ein probabilistischer Ansatz zur Ableitung von extremen Abflüssen verfolgt. Für den deterministischen Ansatz kam das beim Institut für Wasser und Gewässerentwicklung (IWG) entwickelte und inzwischen auch in der Praxis weit verbreitete Flussgebietsmodell zum Einsatz. Mit dem Flussgebietsmodell wurden einerseits verschiedene (extreme) Niederschlagsbelastungen (z.B. KOSTRA (extrapoliert), PEN, REWANUS) betrachtet. Andererseits wurde in einer Sensitivitätsuntersuchung der Einfluss der Modellparameter der Abflussbildung, der Abflusskonzentration und des Flood-Routings auf die resultierenden Abflüsse untersucht. Aus den mit dem Flussgebietsmodell für verschiedene Niederschlagsdauerstufen und Jährlichkeiten abgeleiteten Abflussganglinien ließ sich bzgl. Abflussscheitel und -fülle eine zweidimensionale Wahrscheinlichkeitsverteilung ableiten, die als Eingangs¬parameter für die weiteren Arbeitsschritte der risikobasierten Bemessung diente.
Für den probabilistischen Ansatz wurden mit dem ebenfalls am IWG entwickelten Treiber-Modell synthetische Abfluss¬zeitreihen mit einer Ge¬samtlänge von über einer Million Jahren generiert. Diese generierten Zeitreihen enthalten „extreme“ Hochwasserereignisse (auch Abfolge von Ereignissen), die zwar so in dem begrenzten Beobachtungszeitraum möglicherweise noch nicht aufgetreten sind, jedoch aufgrund ihrer statistischen Eigenschaften durchaus auftreten könnten. Mit diesen Zeitreihen wurde der Betrieb der Stau¬anlage über eine Langzeitsimulation nachgebildet. Aus der Anzahl der aufgetretenen Versagensfälle im Simulationszeitraum wurde dabei die Über¬strömwahrscheinlichkeit abgeleitet Dieses Verfahren eignet sich im Gegensatz zum Flussgebietsmodell nur für größere Einzugsgebiete, da mit diesem Verfahren Tageswerte des Abflusses generiert werden.
Mit beiden Ansätzen konnten gute Ergebnisse erzielt werden. Die Anwendung des Fluss-gebietsmodells hat gezeigt, dass auf die Auswahl der Niederschläge besondere Sorgfalt zu verwenden ist, da das Modell besonders sensibel auf eine Änderung der Niederschlagsbelastung reagiert. Mit dem Treiber-Modell konnten langjährige Abflusszeitreihen in Tageswerten abgeleitet werden, die bei der Beurteilung des Versagensrisikos von Talsperren mit großem Erfolg eingesetzt werden konnten.