3D-Lageinformationen von durch Starkregen und Hochwasser betroffenen Gebieten
Drittmittelgeber: Bezirksregierung Düsseldorf NRW
Projektlaufzeit: 8. August 2021 bis 31. Dezember 2022
Partner: Zentrum für die Ingenieuranalyse von Erdbebenschäden (EDAC), Dr.-Ing. J. Schwarz (Projektleitung)
Professur Modellierung und Simulation – Konstruktion (MSK), Prof. Dr. G. Morgenthal
Professur Komplexe Tragwerke (KTw), Jun. Prof. Dr.-Ing. L. Abrahamczyk
Motivation
Die bildbasierte echtzeitnahe Visualisierung der Schädigung von urbanen Räumen unmittelbar nach einer Katastrophe kann maßgeblich zur Gewinnung von Lagebildern und Entscheidungshilfen beitragen.
Im Juli 2021 haben langanhaltende sehr starke Regenfälle zu einem extremen Hochwasser im Süden von Nordrhein-Westfalen entlang der Erft und im Norden von Rheinland-Pfalz entlang der Ahr geführt. Großflächige Überschwemmungen und eine starke Zerstörung der Infrastruktur und ein hohes Schadensausmaß am Wohngebäudebestand waren die Folge des Hochwassers 2021.
Im Rahmen vorangegangener Forschungsarbeiten wurden (beginnend mit dem Hochwasser 2002) wiederholt unmittelbar nach einem Hochwasserereignis konzeptionell begründete, ingenieurmäßige Schadensanalysen der einwirkungsbedingten Ereignisfolgen vorgenommen. Auf dieser Grundlage wurde ein Modell zur Schadensprognose (das „EDAC-Hochwasserschadensmodell“) entwickelt.
Diese Arbeiten konnten durch das BMBF-Vorhaben INNOVARU auf Starkregenereignisse ausgedehnt werden, so dass die im Hochwassergebiet generierbaren Daten dazu beitragen können, Prognosemodelle für künftige Ereignisse bereitzustellen, die nicht nur den Wasserstand, sondern auch den Effekt der Sturzfluten in Form der Fließgeschwindigkeiten berücksichtigen. Ausgespart im Hinblick auf Schädigung und individuelle Bauwerksverletzbarkeit waren jedoch bis dato Ursachen, zeitliche Entwicklung und Belastungsüberhöhungen der Schwemmgutanhäufung sowie die irreversible Schädigung (Kontamination) durch auslaufendes Öl usw.
Zielstellung und Inhalt
Im Rahmen des Forschungsprojektes „3D-Lageinformationen von durch Starkregen und Hochwasser betroffenen Gebieten“ sollen verschiedene Methoden zur schnellen (echtzeitnahen) Zustandserfassung der betroffenen Gebiete und des Bauwerksbestandes mit dem Ziel der Generierung von realitätsgetreuen und leicht interpretierbaren Lagebildern entwickelt bzw. zur Anwendung gebracht werden. Zielstellungen sind:
- die Bereitstellung von Informationen und Zustandsanalysen zur Visualisierung von Schadensszenarien für die Ableitung von Schadensminderungsaktivitäten und Begründung von Folgemaßnahmen;
- die Bereitstellung von Schadens- und Verlustprognosen für das aktuelle Ereignis;
- die Schnell- und Detailaufnahme von geschädigten Objekten inklusive der Identifikation von Hotspots sowie
- die Generierung zeitlich gestaffelter Lagebildern für Einsatzkräfte und Entscheidungsträger.
Die gewählte Zusammensetzung des Verbundes gewährleistet in dem interdisziplinären und end-nutzerorientierten Projektvorschlag die Kombination bereits vorhandener Werkzeuge und Methoden der Bildanalyse und Veränderungserkennung („Delta“-Betrachtung) mit Methoden der empirischen und analytischen Risikobewertung von baulichen Anlagen und Siedlungsstrukturen (Abb. 1), um großflächige und schnelle Datenerhebungen auszuwerten und in räumlich-einsehbaren (3D-) Lagebildern zu visualisieren (Abb. 2). Vermittelt werden Einblicke, Einsichten und Erkenntnisse im Hinblick auf die Situation im Ereignisfall, Handlungsnotwendigkeiten und Entscheidungskriterien.
Verwertungsziele bestehen in der Kopplung von interdisziplinär-innovativem Forschungspotential und technischer Anwendungskompetenz mit dem Anspruch, für die Naturgefahren und das Katastrophenmanagement zuständigen Behörden und Institutionen modellhafte Lösungen bereitzustellen.
Schadensdatenerhebung
Das Zentrum für die Ingenieuranalyse von Erdbebenschäden an der Bauhaus-Universität Weimar führt aus Anlass des Hochwasserereignisses eine wissenschaftliche Studie zum Verhalten und der Schädigung von Gebäuden unter Hochwassereinwirkungen durch.
Vorgesehen ist die Entwicklung und Überprüfung eines Verfahrens, mit dem Gebäudeschäden bei künftigen Hochwasserereignissen zuverlässiger abgeschätzt werden können. Insbesondere die Veränderungen in der Schadensanfälligkeit durch die Wiederherstellungsmaßnahmen nach einem Hochwasserereignis sollen dabei genauer untersucht werden. Ziel ist es, durch hochwassergerechte Bauweise und Maßnahmen für die vorhandene Bebauung den Grad der Betroffenheit und die materiellen Verluste zu senken sowie verbesserte Hochwasserschutzmaßnahmen zu begründen.
Es besteht die Möglichkeit an der Befragung online teilzunehmen. Alternativ steht der Fragbogen auch als PDF download zur Verügung und kann ausgefüllt per Post versendet werden.
Workshop 1: Synopse der Prozesse und Verfahrensweisen zum Hochwasser Juli 2021, 13. Januar 2022, Bornheim
Abstract's der Vorträge:
H. Maiwald (EDAC): Bauwerksschäden infolge extremer Hochwassereinwirkungen (download)
N. Hallermann (MSK): Potentiale von Bilddaten für die Zustandserfassung und Erstellung von 3D-Lagebildern (download)
U. Müller (LfULG Sachsen): Erfahrung aus mehreren Hochwasserereignissen in Sachsen
A. Thieken (Universität Potsdam): Warnungen vor Starkregen und Hochwasser: Was kommt bei der Bevölkerung an?
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Teilnahme an der 1. KAHR Wissenschaftskonferenz 29./30. Juni 2022
1. KAHR Wissenschaftskonferenz 29./30. Juni 2022 (Link)
Vorträge:
H. Maiwald, J. Schwarz (EDAC): Analyse und Prognose von Bauwerksschäden infolge extremer Hochwassereinwirkungen (download)
Alexander Stanic (MSK): Bildbasierte 3D-Lagebilder zur Zustandsanalyse hochwassergeschädigter Bauwerke (download)
Workshop 2: Datenerhebung und Informationssysteme für ein erfolgreiches Hochwasserrisikomanagement, 09./10. November 2022, Bornheim
Vorträge:
A. Stanic (MSK): Bildbasierte digitale 3D-Lagebilder (download)
M. Fabisch, R. Jüpner (TU Kaiserslautern): "Digitale Lagekarte RLP" Erfahrungen aus dem Einsatz im Ahrtal 2021 (download)
H. Maiwald, J. Schwarz (EDAC), L. Abrahamczyk (KTW): Prognose von Lagebildern auf Grundlage von Schadensszenarien (download)
H. Hohage (THW): Baufachberatung und Schadensbeurteilung (download)
G. S. Mohor (Universität Potsdam): Fernerkundungsbasierte Schadenskartierung und erste Schadensschätzungen im Ahrtal
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Publikationen
Fabisch, M., Abrahamczyk, L., Maiwald, H. (2023):
Umgang mit Daten im Katastrophenfall, Wasserwirtschaft, 113, 9, 21-25. doi.org/10.1007/s35147-023-1892-5
Maiwald, H.; Schwarz, J., Kaufmann, Ch., Abrahamczyk, L. (2022):
Das Hochwasser 2021 - Ingenieuranalyse der Bauwerksschäden. Bautechnik 99. 12. 878-890. doi.org/10.1002/bate.202200062
Mohor, G. S., Sieg, T., Koch, O., Buhrmann, A., Maiwald, H., Schwarz, J., Thieken, A. H. (2024):
Remote sensing-based mapping of structural building damage in the Ahr valley. Journal of Flood Risk Management (submitted).
Schwarz, J., Maiwald, H., Abrahamczyk, L., Morgenthal, G., Hallermann, N. (2023):
Methoden für digitale 3D-Lagebilder: Erfahrungen aus dem Hochwasser 2021, Bautechnik, 100, 358-373. doi.org/10.1002/bate.202300003
Schwarz, J., Maiwald, H., Abrahamczyk, J., Kaufmann, Ch., Hallermann, N., Morgenthal, G. (2023):
3D-Lageinformationen von durch Starkregen und Hochwasser betroffenen Gebieten. Sonderdruck, Bautechnik. Download (7.1 MB)