Kartografische Dokumentationsformen von Starkregenereignissen und ihre Weiterentwicklungsmöglichkeiten zur Prävention von Gefahren am Beispiel der Freien und Hansestadt Hamburg

Abstract

In Deutschland und der Welt werden Starkregenereignisse immer extremer. Experten sehen diese Intensivierung durch den Klimawandel begründet. Um sich in Zukunft an diese Entwicklung anpassen zu können, ist eine detaillierte und flächendeckende Risikokommunikation seitens der Behörden notwendig. Hierfür werden sogenannte Starkregenkarten immer wichtiger, die viele Kommunen, Landkreise und Städte bereits etabliert haben. Sie weisen jedoch in ihrem Informationsgehalt starke Unterschiede auf. Diese Bachelorarbeit zeigt den aktuellen Stand der Starkregenkarten in Deutschland, vergleicht sie miteinander und bewertet die Möglichkeit der Weiterentwicklung von Starkregenkarten durch die Implementierung zusätzlicher relevanter Informationen wie Schadensund Maßnahmendokumentationen, Feuerwehreinsätze, hydrologisch-hydraulische Modellierungsansätze sowie die Verwendung von radargestützten Niederschlagsdaten. Dabei wird deutlich, dass alle Informationen zu einer Verbesserung der Kartenwerke beitragen können. Schadens- und Maßnahmendokumentationen führen zur besseren raumzeitlichen Nachvollziehbarkeit der Starkregenereignisse, die Implementierung von Feuerwehreinsätzen legt vulnerable Infrastrukturen offen und hydrologisch-hydraulische Modellierungen lassen realitätsnahe Simulationen von Einstauhöhen zu. Am Beispiel Hamburgs wird die Umsetzbarkeit einer solchen erweiterten Starkregenkarte geprüft. Es zeigt sich, dass fast alle erforderlichen Daten verfügbar und auch anwendbar sind. Bei den Feuerwehreinsätzen ist allerdings anzuführen, dass Feuerwehren auf viele unterschiedliche Registrierungsweisen zurückgreifen. Das erschwert die Identifikation von Schäden, die durch Starkregenereignissen verursacht werden. Außerdem werden die Regendaten aus den stationsbasierten KOSTRA-DWD-Datenreihen und dem Routineverfahren RADOLAN untersucht und ihre Verlässlichkeit anhand von drei Starkregenereignissen der vergangenen Jahre im Hamburger Raum überprüft. Hierbei werden detaillierte in situ-Aufnahmen der Überflutungen gesammelt, ausgewertet und die zu erkennenden Einstauhöhen mit GIS-basierten Kartenmodellierungen in Verbindung gebracht. Das bedeutet, es werden Fließweg- und Senkenanalysen auf Grundlage eines digitalen Geländemodells erstellt. Auf dieser Basis wird die Niederschlagsmenge, eines Senkenbereichs, aufsummiert. Anschließend werden diese Niederschlagsmengen auf die in den Bildaufnahmen zu erkennenden überflutete Flächen umgerechnet. Damit ist es möglich, die Niederschlagsmengen aus beiden Datenreihen ortsbezogen und systematisch in einen raumzeitlichen Kontext zu bringen. In der Auswertung der Berechnungen zeigt sich, dass in vier von sechs untersuchten Fällen eine Übereinstimmung zwischen den beiden Datenreihen erreicht wird. Lediglich bei Starkregenereignissen seltener Wiederkehrzeiten erweisen sich die KOSTRA-DWD-2010R-Daten in ihrer Aussagekraft begrenzt. Aber auch das Routineverfahren RADOLAN liefert übereinstimmende Ergebnisse mit den in situ-Aufnahmen.

In Germany and around the world, heavy rainfalls are becoming more extreme. Experts believe this intensification is due to climate change. In order to be able to adapt to this development in the future, detailed and comprehensive risk communication is important. For this purpose, so-called heavy rain maps are becoming increasingly important. Many municipalities, districts and cities have already established heavy rainfall maps. However, they differ in their information content. This bachelor thesis presents the current status of heavy rainfall maps in Germany, compares them with each other and evaluates the possibility of further development of heavy rainfall maps by implementing further relevant informations such as image and video documentations, numbers of fire fighting operations, modelling approaches of dewatering capacity and the use of radar-based rain data. It becomes clear that all information can contribute to an improvement of the maps. Documentation of a heavy rainfall leads to a better spatiotemporal traceability, the implementation of fire brigade operation-data exposes vulnerable infrastructures and dewatering capacity modelling allows realistic simulations of water levels. The practicability of an extended heavy rainfall map will be tested using the example of Hamburg in Germany. The result is that almost all of the data is available and applicable. It should be noted that the fire brigades do not always have a standardized way to file their operations. That means each fire brigade operation must be checked individually regarding to a connection to a heavy rainfall. In addition, the rain data from the station-based KOSTRA-DWD data and the radar-based RADOLAN method will be examined and their reliability will be checked on the basis of three heavy rainfall events in Hamburg over the past years. The detailed in situ images of the floods will be collected and evaluated. The detected heights of the floods will be compared to GIS-based map modelling, which are flow path and sink analyses on the basis of a digital terrain model. With that the amount of rain falling on a catchment area of a sink is added up. This rain quantity is then converted to the flooded area in the image recordings. Thus, it is possible to place the rain quantities from both data series in a spatial-temporal context. The evaluation of the calculations shows that in four out of six investigated cases compliance between the two data series is achieved. The KOSTRA-DWD-2010R data are limited in their validity only in the case of heavy rainfall events of rare return periods. The RADOLAN data also provides results that are consistent with the in situ images.