HOchwasserRisikozonierung Austria 3.0 (HORA 3.0)

<jats:title>Zusammenfassung</jats:title><jats:p>Der vorliegende Beitrag beschreibt die Konzeption und die methodischen Schritte des Projekts HORA 3.0, in dem Hochwasserrisikoflächen für ganz Österreich berechnet wurden. Die Analyseschritte umfassen: Qualitätskontrolle und Korrektur des Gewässernetzes und der Einzugsgebietsgrenzen; Berechnung der Abflussscheitel und Frachten gegebener Jährlichkeit; Erstellung eines digitalen Höhenmodells, das mit allen relevanten Hochwasserinformationen, einschließlich der Flussbettgeometrie, übereinstimmt; instationäre, zweidimensionale Simulation der Überflutungsflächen mit konsistenter Jährlichkeit. In jedem Schritt werden automatische und manuelle Verfahren kombiniert, um die lokalen hydrologischen und hydraulischen Bedingungen in einem bundesweiten Projekt möglichst zutreffend abzubilden. Die Hochwasserrisikoflächen mit einer Auflösung von 2 m für eine Gesamtflusslänge von 32.000 km sind bereits auf der HORA-Plattform (<jats:ext-link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.hora.gv.at">www.hora.gv.at</jats:ext-link>) veröffentlicht. Das entwickelte Instrumentarium kann für weiterführende Projekte verwendet werden, wie z. B. für Visualisierungen, Schadensauswertungen und in Zukunft für die Berechnung pluvialer Hochwassergefahren.</jats:p>

section_content: ical steps of the HORA 3. 0 project, in which flood risk zones have been calculated for all of Austria. The analysis steps include: quality control and correction of the stream network and the catchment boundaries; estimation of flood peaks and volumes of a given return period; establishment of a digital elevation model that matches all relevant flood information, including river bed geometry; unsteady, twodimensional simulations of flood inundation patterns with consistent return periods. In each step, automatic and manual methods are combined in order to map the local hydrological and hydraulic conditions as accurately as possible in a nationwide project. The flood risk zones with a resolution of 2 m for a total river length of 32,000 km have already been published on the HORA platform (www. hora. gv. at). The methodologies developed can be used for further projects, e. g. for visualizations, damage evaluations and in the future for the mapping of pluvial flood hazards.

section_content: In den Jahren 2004 und 2005 wurde das Projekt HORA 1. 0 (Hochwasserrisikoflächen Österreich) durchgeführt (Merz et al. 2008). Dabei wurden Überflutungsgebiete für Hochwasserabflüsse gegebener Jährlichkeiten für ganz Österreich ausgewiesen und im Rahmen der HORA-Plattform (www. hora. gv. at) der Öffentlichkeit zugängig gemacht (Stiefelmeyer und Hlatky 2008). Die HORA-Plattform hat sich seitdem als Public-Private-Partnership-Projekt (PPP) von BMLRT und Versicherungsverband Österreich (VVO) weiterentwickelt. Sie enthält heute neben statischen Informationen zu Hochwasser, Erdbeben, Sturm, Blitz, Hagel und Originalarbeit Abb. 1 Einbettung des Projekts HORA 3. 0 in die entsprechende Fachlandschaft in Österreich Schnee auch laufend aktualisierte und aktuelle Informationen zu Hochwasser, aktuellen Erdbebenereignissen und Sturm (Blöschl et al. 2022). Das HORA-Portal wird von den Bürgerinnen und Bürgern rege genutzt, wie die sehr hohen Zugriffszahlen belegen. Im langjährigen Durchschnitt sind es mehr als 200. 000 Zugriffe pro Jahr auf die Homepage, wobei fast 80 % der Nutzerinnen und Nutzern die Hochwasserkarten besuchen und sich dort auch länger aufhalten. 

Seit der Studie aus den Jahren 2004/ 2005 ist es aus mehreren Gründen erforderlich geworden, die Ergebnisse des Projekts HORA 1. 0 zu überarbeiten. Zum einen sind in Österreich in den letzten Jahren zahlreiche große Hochwasser aufgetreten, und es besteht die Sorge, dass die Hochwassergefahr zugenommen hat. In der Tat zeigen Abflussmessungen signifikante Trends, und Klimaprojektionen legen nahe, dass sich die Trends in ähnlicher Weise in die Zukunft fortsetzten könnten (Blöschl et al. 2018). Für den Zeitraum 1976-2014 zeigen 34 % der gemessenen Abflussreihen nördlich des Alpenhauptkamms einen signifikanten steigenden Trend, während es im Süden 15 % sind. Die Gründe für diese Änderungen wurden umfangreich analysiert (Blöschl et al. 2015a; Bertola et al. 2021; Merz et al. 2021 ) und es ist klar, dass der Klimawandel einen Beitrag leistet. Deshalb war es notwendig, die Hochwassergefahr auf Basis der aktualisierten Abflussdatenreihen neu zu bewerten. 

Zum anderen sind in der Zwischenzeit auch andere Datengrundlagen aktualisiert bzw. wesentlich verbessert worden. So liegt jetzt beispielweise für ganz Österreich ein Digitales Geländemodell mit einer Auflösung von 1 m vor. Zudem sind die methodischen Instrumente kontinuierlich verbessert worden. Die neuesten parallelisierten hydrodynamischen Modelle ermöglichen eine vielfache Rechengeschwindigkeit, wodurch für ganz Österreich eine Auflösung möglich geworden ist, die vor wenigen Jahren nur für lokale Studien machbar war (Horváth et al. 2020). Eine Neubewertung erlaubt es, all diese neuen Daten bzw. Technologien heranzuziehen, um genauere und aktuellere Hochwasserrisikoflächen zu bestimmen. 

Der vorliegende Beitrag beschreibt die Konzeption und die neuen Wege des Projekts HORA 3. 0, in dem diese Neubewertung durchgeführt wurde. Das Ziel war es, Hochwasserüberflutungsflächen für Abflüsse mit einer Jährlichkeit von 30, 100 und 300 Jahren für das gesamte Bundesgebiet zu berechnen, sowie für eine hypothetische Situation mit einer Abflussjährlichkeit von 300 Jahren, bei der die Hochwasserschutzanlagen überströmt werden bzw. versagen. Die letztere Situation kann als Indikator für das Restrisiko angesehen werden. Die Ergebnisse sind bereits auf der HORA-Plattform (www. hora. gv. at) veröffentlicht.
section_name: Keywords Flood risk management • Stream network • Flood probabilities • Digital terrain model • Hydrodynamic modelling • Inundation areas 1 Einleitung

section_content: Die Arbeiten zielten darauf ab, mit einem für ganz Österreich einheitlichen Verfahren die Hochwasserrisikoflächen möglichst genau zu bestimmen. Die Konzeption des Projekts HORA 3. 0 orientierte sich an der Datenverfügbarkeit, an den technischen Möglichkeiten sowie an der Fachlandschaft in Österreich (Abb. 1). Dementsprechend wurde das Projekt in vier Module gegliedert. 

Das erste Modul (in Abb. 1 rosa gekennzeichnet) befasst sich mit der Unterteilung des gesamten Bundesgebiets in Einzugsgebiete, die durch ein eindeutiges Gewässernetz verbunden sind, und damit die Grundlage für die Wasserbewegung in der Landschaft liefern. Das zweite (in Abb. 1 grün) ermittelt auf Basis von Pegelbeobachtungen die Hochwasserabflüsse HQT einer bestimmten Jährlichkeit T für dieses Gewässernetz. Das dritte Modul widmet sich der geometrischen Darstellung der Landoberfläche in Form von Digitalen Geländemodellen (DGMs) und anderen Datensätzen, z. B. zur Beschreibung der Kanten von Uferböschungen (in Abb. 1 orange). Das vierte Modul (in Abb. 1 blau) basiert auf den ersten drei, und führt zweidimensionale, instationäre hydrodynamische Simulationen der Überflutungsflächen für T = 30, 100 und 300 Jahre sowie T = 300 Jahre ohne Dämme, durch. 

Die Herausforderung in allen Schritten bestand darin, die lokalen Besonderheiten der hydrologischen und hydraulischen Bedingungen in einem bundesweiten Projekt möglichst zutreffend abzubilden. Aus logistischen Gründen war es nicht möglich, Feldbegehungen durchzuführen, um Querprofile zu vermessen und Wasserbauten und andere relevante Maßnahmen zu erheben, denn die gesamte zu untersuchende Gewässerstrecke betrug 32. 000 km. Deshalb wurden geeignete, an die österreichische Situation angepasste Verfahren entwickelt, um aus den vielfältigen vorhandenen Informationen ein Höchstmaß an Genauigkeit zu extrahieren. In Anlehnung an HORA 1. 0 (Merz et al. 2008) Waldviertel, Teile des Mühlviertels) mit Werten über 1,32. Die großen Verhältnisse ergeben sich aus dem großen Speichervermögen des Untergrunds im Vergleich zu den Extremniederschlägen (Merz et al. 2006). In diesen Gebieten können Extremhochwasser sehr viel größer als die üblichen Hochwasser sein, wie etwa das Ereignis August 2002 gezeigt hat (Komma et al. 2007).
section_name: Konzeption

section_content: In Um die Genauigkeit der Simulationsergebnisse weiter zu erhöhen, wurden die wichtigsten Durchlässe soweit identifizierbar berücksichtigt, und als freier Abfluss bzw. Abfluss unter Druck simuliert. Erfasste Kraftwerke wurden entweder direkt über die gegebene Wehrgeometrie im Falle von Flusskraftwerken oder mittels einer Wasserstands-Durchfluss-Beziehung an der Sperre im Falle von Speicherkraftwerken berücksichtigt. Flussabwärts wurden die Abflusswellen aus Abschnitt 4. angesetzt. 

Die hydraulischen Berechnungen und ein großer Teil des Prozessierungsablaufs wurden mit der Simulationssoftware Visdom (Waser et al. 2011) durchgeführt. Es umfasst den Datenfluss von der automatisierten Generierung der Inputs für die Hydrauliksimulation über ihre Ausführung bis hin zur Nachbearbeitung. Die hydraulischen Simulationen lösen die vollständigen 2D-Flachwassergleichungen mit einer Finiten Volumenmethode (FVM) zweiter Ordnung (Buttinger-Kreuzhuber et al. 2019). Das Rechennetz bestand aus einem quadratischen Gitter mit einer Zellgröße von 2 m. Die Algorithmen wurden parallelisiert (Horváth et al. 2016) Ein Beispiel für die berechneten Überflutungsflächen (Gail bei Feistritz) ist in Abb. 10 dargestellt. Die so ermittelten Hochwasserrisikoflächen mit einer Auflösung von 2 m wurden auf der HORA-Plattform (www. hora. gv. at) in Kartenform veröffentlicht. Für die Flussabschnitte, in denen Überflutungsflächen aus dem Gefahrenzonenplan vorhanden waren, wurden diese statt der HORA-3. 0-Flächen dargestellt.
section_name: DGM-Varianten, Flussachsen und Uferböschungen

section_content: Die in HORA 3. 0 berechneten Hochwasserrisikoflächen sind eine wertvolle, aktuelle Information und lassen sich deshalb für viele weitere Auswertungen nutzbringend verwenden. Zwei solcher zusätzlichen Auswertungen sollen hier kurz angerissen werden. Im Vergleich zu HORA 1. 0 bringt HORA 3. 0 eine höhere Genauigkeit und einen höheren Detaillierungsgrad. Dies wurde durch aktuellere und verfeinerte Daten sowie durch Anwendung der neuesten Berechnungsmethoden ermöglicht. Als Zwischenergebnis liegt für Gebiete > 10 km 2 eine Version des Berichtsgewässernetzes in Österreich vor, das eine wesentlich höhere Lagegenauigkeit aufweist als die Version vom Februar 2017 und zudem mit den jeweiligen Einzugsgebieten logisch verbunden ist. Für die Pegel Österreichs sowie das gesamte Gewässernetz liegen abgestimmte Werte der T-jährlichen Hochwasser sowie die dazugehörigen Bemessungswellen vor. Die HQ100 an den Pegeln sind wegen der in der Zwischenzeit aufgetretenen großen Hochwasser im Durchschnitt um 8,7 % höher als die entsprechenden Werte in HORA 1. 0. Diese Erhöhung ist in Übereinstimmung mit den in Blöschl et al. (2018) festgestellten Veränderungen der Hochwasserabflüsse, und ist teilweise auf eine veränderte klimatische Situation zurückzuführen (Blöschl et al. 2019; Bertola et al. 2021). Adaptierte Versionen des Geländemodells vom Dezember 2015 liegen vor, z. B. eine Version, in die die Flusssohlen eingeschnitten sind, und eine Version, in der Hochwasserschutzdämme entfernt wurden, um das Restrisiko abzuschätzen. Schließ-lich wurden im Projekt Überflutungsflächen mit Jährlichkeiten von 30, 100 und 300 Jahren sowie die Situation des Restrisikos (HQ300 ohne Dämme) berechnet. Gegenüber HORA 1. 0 sind auch dabei zahlreiche Neuerungen zu verzeichnen, unter anderem ein wesentlich genaueres Geländemodell, die Berücksichtung von Wasserbauten, die Erfassung von Retention und räumlichen Interaktionen durch die instationäre zweidimensionale Modellierung sowie -wie erwähnt -das Restrisikoszenario. 

Die Implementierung der hydraulischen Simulationen in der Software Visdom ermöglicht in einfacher Weise Aktualisierungen des HORA-3. 0-Modells in Bezug auf neue oder detailliertere Daten, wie z. B. Mauern, Durchlässe oder Gewässerprofile, oder eine Veränderung der Hochwasserabflüsse. Zudem lässt sich das Gesamtsystem mit relativ wenig Aufwand für die Simulation von pluvialen Hochwassern erweitern, wobei hier die Schlüsselstelle die genaue Erfassung der Infiltration ist. Erste Testrechnungen für das Hydrological Open Air Laboratory (HOAL) (Blöschl et al. 2016)
section_name: HORA 3D und HORA Kumul