Die meisten Überschwemmungsgebietsstudien werden mit einem HEC-RAS Steady-State-Modell berechnet.
Das Steady-State-Modell ist ein anerkannter Standard, kann aber unter bestimmten Umständen zu Ergebnissen führen, die weit von der Realität entfernt sind.
Bolton & Menk, ein Bau-, Umwelt- und Verkehrsingenieurbüro mit Sitz in Mankato, Minnesota, nahm ein Projekt an, bei dem das Unternehmen eine Auenanalyse in einem stark bebauten Gebiet mit einem System von Bachläufen und einem großen Feuchtgebiet durchführen musste.
Die Herausforderung einer Feuchtgebiets-“Senke”
Jordan Thole, ein Ingenieur für Wasserressourcen bei Bolton & Menk, hatte die Hauptverantwortung für die Erstellung einer Überschwemmungskarte für die unteren Bereiche des Sand Creek in Scott County, einem Teil des Sand Creek-Wassereinzugsgebiets im Minnesota River Basin. Die Herausforderung bei diesem Projekt war ein Punkt in der Nähe der Stadt Jordan, an dem eine öffentliche Straße überflutet und das Hochwasser in ein sehr großes Feuchtgebiet umgeleitet werden könnte. Nachdem das Hochwasser in das Feuchtgebiet eingedrungen war, vereinte es sich schließlich wieder mit dem Sand Creek.
Als das HEC-RAS-Modell für diesen Abschnitt des Sand Creek als stationäre Simulation ausgeführt wurde, füllte sich das Feuchtgebiet mit Wasser, eine Situation, die in der Realität niemals eintreten würde, da der Spitzenabfluss tagelang aufrechterhalten werden müsste, um das Feuchtgebiet zu füllen. Thole kam zu dem Schluss, dass für eine genaue Kartierung des überfluteten Bereichs ein instationäres Strömungsmodell mit einer vollständigen Ganglinie, die die zeitliche Veränderung des Durchflusses zeigt, verwendet werden muss.
Über Bolton & Menk
Im Jahr 1949 legten zwei aufrichtige Männer aus dem Mittleren Westen – John Bolton und Martin Menk – den Grundstein für unseren Weg, den Gemeinden zu dienen. Sie sahen Menschen mit Träumen von einer strahlenden Zukunft, dem Wunsch Erfolg zu haben und die gemeinsame Herausforderung einer alten, bröckelnden Infrastruktur. John und Martin hatten die Mission, diesen Menschen und Gemeinden zu helfen, sich zu verbessern, indem sie zuhören, was sie wollen, die besten Lösungen für ihre Bedürfnisse anzubieten und sie richtig zu behandeln. Heute, als ein bedeutendes Planungs- und Beratungsunternehmen für das Bauwesen, lebt ihr Vermächtnis immer noch weiter.
Software-Entwicklung “Auf Anfrage”
Thole wandte sich an CivilGEO, um zu erfahren, ob GeoHECRAS die erforderliche Analyse des Überschwemmungsgebiets bei instationärer Strömung durchführen könnte. Zu diesem Zeitpunkt war diese Fähigkeit in GeoHECRAS nicht vorhanden. Das Ingenieurteam von CivilGEO stellte jedoch fest, dass die Fähigkeit zur Modellierung von Überschwemmungen mit instationärer Strömung einen Mehrwert für die Software darstellen würde und mit einer konzertierten Aktion des Teams implementiert werden konnte. Nach vier Tagen Programmierarbeit war die Anwendung funktionsfähig und Thole konnte den Aueneingriff mit einer vollständig hydrodynamischen Strömungsanalyse durchführen.
Als das HEC-RAS-Modell mit einer instationären Strömung ausgeführt wurde, verhielt sich das Feuchtgebiet wie ein Schwamm, der das Hochwasser aufnahm und die Strömung abschwächte. Sowohl Wasservolumen, das sich durch das Gebiet bewegt, als auch die Überschwemmungshöhen wurden deutlich reduziert. Niedrigere BFEs (Base Flow Elevations) waren eindeutig eine gute Nachricht für die großen Wohngebiete, die sich im Wassereinzugsgebiet befinden.
“Wir verbringen wahrscheinlich nur noch halb so viel Zeit mit dem Bau dieser Modelle wie vorher.”
Aktualisierung der Hochwasserkarten mit GeoHECRAS
Die Überschwemmungsgebiete wurden kürzlich im Auftrag der FEMA (Federal Emergency Management Agency) aktualisiert und kartiert.
Die Studie wurde jedoch mit einer stationären Strömungsanalyse durchgeführt. Die Scheitelhöhen dieser Analyse waren viel höher. Die Stadt Jordanien forderte, dass alle Hochwasserkarten mit einer instationären Strömungsanalyse aktualisiert werden.
Thole berichtete, dass der Prozess der Aktualisierung von Hochwasserkarten aufgrund der schlanken Benutzeroberfläche von GeoHECRAS fast mühelos war. Ältere Karten zeigen oft nur eine minimale Fließgewässergeometrie, aber mit GeoHECRAS konnten zusätzliche Querschnitte einfach eingefügt und die Hochwasserkarte sofort aktualisiert werden. Außerdem hätte die Verwendung des Army Corps HEC-RAS einen mühsamen Prozess erfordert, bei dem mehrere Modelle erstellt und Vergleiche der Oberflächenwasserhöhen mit Excel oder einem ähnlichen Programm durchgeführt worden wären. Thole sagte: “Mit GeoHECRAS kann man die Karten im Handumdrehen aktualisieren. Das ist so viel einfacher.”
Thole war auch dankbar für die technische Unterstützung, die er durch CivilGEO erhielt. Ich wünschte, jedes Stück Software, das wir besitzen, hätte den technischen Support, den CivilGEO bietet.