Simulation von Abfluss und Sedimenttransport bei Starkregenereignissen im Oberen Mittelrheintal

Abstract

Das Obere Mittelrheintal ist in den vergangenen Jahren mehrfach von Murgängen in Folge von Starkregenereignissen betroffen gewesen. Dadurch ereigneten sich immer wieder Zugunfälle mit weitreichenden Schäden. Es besteht daher ein Bedarf einer vorsorgenden Gefahrenanalyse, um weitere Sach- und ggf. auch Personenschäden nach Möglichkeit zu verhindern. Der hier vorgestellte Forschungsansatz hatte die Ausweisung unterschiedlicher Gefahrenzonen für Murenabgänge am Mittelrheintal zur Priorisierung ortsbezogener Vorsorgemaßnahmen zum Ziel. Weiter wurde die Wirksamkeit verschiedener Vorsorgemaßnahmen geprüft. Zur Erreichung der genannten Ziele wurden numerische Simulationen des Abflussgeschehens und Sedimenttransports durchgeführt. Dabei konnte gezeigt werden, dass mittels der Module r.sim.water und r.sim.sediment unter der Open Source-Software GRASS GIS die Abflussbedingungen am Beispiel eines konkreten Starkregenereignisses und dadurch ausgelöster Muren in den Simulationen plausibel nachgestellt werden konnten. Dafür war die Implementation von realen Landnutzungs- und Bodendaten in das Modell entscheidend. Die Anwendbarkeit der Programme konnte weiterhin durch verschiedene Vorwärtssimulationen gezeigt werden, bei denen wichtige Parameter der Abflussbildung, wie etwa die Landnutzung und die Topographie, markant verändert wurden. Durch eine Verschneidung der aus den Simulationen errechneten Werte mit einem nach TRSTUVVU (1999) entwickelten Ansatz zur Ermittlung minimalkritischer Abflusswerte für die Entstehung eines Murgangs wurden gefährdete Bereiche für die Auslösung von Muren bei Starkregenereignissen im betrachteten Projektgebiet bestimmt. Diese decken sich mit den tatsächlichen Murgängen und können daher als plausibel eingeschätzt und für eine Gefährdungszonierung verwendet werden.

Abstract: In recent years, the Upper Middle Rhine Valley has been affected by several debris flow events as a result of heavy rainfall. As a result, several train accidents with far reaching damage occurred. Therefore there is a need for a precautionary hazard analysis in order to prevent further property damage and possibly personal injury. The here presented research approach is aimed to identify different danger zones for debris flows at the Middle Rhine Valley in order to prioritize location-based precautionary measures. The effectiveness of various preventive measures was also examined. Numerical simulations of the runoff and sediment transport were carried out on an open source basis to achieve the stated goals. Using the modules r.sim.water and r.sim.sediment under GRASS GIS it was possible to plausibly simulate the runoff conditions that triggered of a real double mudflow event following a heavy rainfall. A crucial adaptation was the implementation of real land use and soil data into the model. The applicability of the programs could also be demonstrated by various forward simulations in which important parameters of runoff formation, such as topography, were significantly altered. By overlapping the values that were calculated using simulations with an approach developed according to TRSTUVVU (1999) to determine minimally critical discharge values for the formation of a debris flow, endangered areas for the triggering of mudslides during heavy rain events in the project area could be determined. These coincide with the position of the actual debris flows and can therefore be assessed as plausible and also shows to possibility to be used for hazard zoning.