Simulation Oberflächenabfluss mittels HECRAS V6.3 für ein Naturgefahrenmanagement auf Gemeindebasis
Creators: name: Menzi, Sybille
Publisher: name: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Year: 2023
Subjects: Oberflächenabfluss
Niederschlag-Abflussmodellierung
HEC-RAS
SCS-Verfahren
363: Umwelt- und Sicherheitsprobleme
551: Geologie und Hydrologie

description: In der Schweiz verursacht Oberflächenabfluss bis zu 50% aller Überschwemmungsschäden, die Schadenssumme beläuft sich in Jahren ohne gravierende Hochwasserkatastrophen auf rund 50 bis 70 Millionen Franken. Es wird davon ausgegangen, dass Starkniederschläge aufgrund des Klimawandels zunehmen. Die Gemeinde Weiningen (ZH) ist aufgrund der topografischen Lage von Oberflächenabfluss betroffen. Um die Problematik in den Siedlungen «Im Hasennest» und «Rebbergstrasse» anhand eines 100-jährlichen Ereignisses aufzuzeigen, wurde eine 2DNiederschlags- Abfluss-Modellierung in HEC-RAS V6.3 erstellt und pro Siedlung ein hypothetischer Lösungsansatz ausgearbeitet und modelliert. Mit dem hydro-numerischen Modell wurde versucht, die vorhandene Topografie, die hydraulischen und physikalischen Eigenschaften und Prozesse so realitätsnah wie möglich abzubilden. Die Modellierung wurde anhand des SCS-Verfahrens durchgeführt, welches sich speziell für kleine Einzugsgebiete bei welchen wenig, bis keine Niederschlagsdaten vorhanden sind eignet. Im Anschluss wurde ein visueller Abgleich der Fliesswege in der Gefährdungskarte Oberflächenabfluss und dem erstellten Modell vorgenommen und anhand einer Sensitivitätsanalyse die beiden Eingangsparameter Anfangsverlust und Rauheitsbeiwerte nach Manning untersucht. Trotz gleicher Niederschlagsintensität und - verteilung konnten beim visuellen Vergleich zwischen dem Modell und der Gefährdungskarte Oberflächenabfluss nicht die identischen Fliesswege ausgemacht werden. Die Sensitivitätsanalyse zeigt, dass sich die Variation «Anfangsverlust» zwar auf die Fliesstiefen und Fliessgeschwindigkeiten auswirkt, die Auswirkungen jedoch im erwarteten Rahmen sind und die Problematik der Gefährdung durch Oberflächenabfluss in den beiden Projektperimetern sich nicht wesentlich ändert. Die Variation der Parameter «Rauheitsbeiwerte nach Manning» wirkt sich auf die Fliesstiefen weniger aus als auf die Fliessgeschwindigkeiten. Anhand der Bachelorarbeit konnte gezeigt werden, dass in der Schweiz aufgrund der hohen Datenqualität kleinräumige Modellierung und somit die Ausarbeitung kleinräumig angepasster Lösungsvarianten möglich und sinnvoll sind. Zu beachten gilt, dass je nach gewählter Methode und die Modellierungen unterschiedliche Ergebnisse liefern.
description: In Switzerland, surface runoff causes up to 50% of all flood damage. In years without serious flood disasters, the amount of damage is around 50 to 70 million Swiss francs. Heavy precipitation is expected to increase due to climate change. The municipality of Weiningen (ZH) is affected by surface runoff due to its topographical location. In order to show the problem in the settlements "Im Hasennest" and "Rebbergstrasse" a 2D precipitation-runoff modeling in HEC-RAS V6.3 was created, based on a 100-year event. For each settlement, a hypothetical solution approach was elaborated and modeled. The numerical model attempts to represent the existing topography, hydraulic and physical characteristics and processes as realistic as possible. The modeling was performed using the SCS method, which is particularly suitable for small catchments where little to no precipitation data is available. Subsequently, the flow paths of the Surface Runoff Hazard Map and those modelled were compared and the sensitivity of the two input parameters Initial Loss and roughness coefficients according to Manning was examined. Despite the same precipitation intensity and distribution, the visual comparison between the model and the surface runoff hazard map did not reveal identical flow paths. The sensitivity analysis shows that although the variation "initial loss" affects the flow depths and flow velocities, the effects are within the expected range and the problem of surface runoff hazard in the two project perimeters does not change significantly. The variation of the parameters "Manning's roughness coefficients" has less effect on the flow depths than on the flow velocities. On the basis of the bachelor thesis, it could be shown that in Switzerland, due to the high data quality, small-scale modeling and thus the development of small-scale adapted solution variants are possible and reasonable. It should be noted that depending on the method chosen and the modeling, different results are obtained.