Kerstin Büche, André Assmann, Bernd Huber, Thomas Henrichs, Johanna Pulgrabja

• Aktuelle Untersuchungen des Deutschen Wetterdienstes haben ergeben, dass eine Zunahme von Starkregenereignissen in Mitteleuropa zu erwarten sind. Diese geänderten Niederschlagsverhältnisse können lokal zu einer Erhöhung des Gefährdungspotenzials von Überflutungen durch Starkregenereignisse führen und somit auch Verkehr und Verkehrsinfrastruktur maßgeblich beeinträchtigen. Zur Gefährdungsabschätzung und -bewertung von potenziellen Überflutungen im Bereich des Bundesfernstraßennetzes infolge von lokalen Starkregenereignissen wurde exemplarisch für Nordrhein-Westfalen (NRW) eine neue Methodik für eine solche Blue-Spot-Analyse entwickelt und in Form einer Toolbox in einem Geoinformationssystem (GIS) zusammengefasst. Der Begriff „Blue Spot“ wurde vom dänischen Straßeninstitut (DRI) und schwedischen Straßen- und Verkehrsforschungsinstitut (VTI) geprägt und bezeichnet Straßenabschnitte mit einer hohen potenziellen Gefährdung durch Überflutungen infolge von Starkregen und deren Auswirkungen auf das Verkehrsnetz. In dieser Studie wird die Blue-Spot-Analyse um hydrologische und hydraulische Faktoren erweitert. Dadurch wird unter Berücksichtigung der limitierten Wasserverfügbarkeit und den Strömungswegen eine detaillierte Betrachtung ermöglicht und bietet die Möglichkeit einer ausführlichen Gefährdungs- und Risikoanalyse im Hinblick auf Überflutungstiefen und Fließgeschwindigkeiten sowie auf die Betroffenheit und Relevanz der Verkehrsinfrastruktur. Die Zielsetzung dieses Projekts war die Entwicklung einer GIS-Toolbox, anhand derer die Verarbeitung und Prozessierung der Eingangsdaten bis hin zur Modellierung und anschließender Risikoanalyse weitestgehend automatisiert durchgeführt werden kann und somit auch auf weitere Regionen anwendbar ist. Der erste Schritt, die hydrologische Modellierung, befasst sich mit der Berechnung der Abflussbeiwerte von Niederschlagsszenarien unter Berücksichtigung von Landnutzung, Relief und Boden. Darauf folgt die hydraulische Modellierung mit einem rasterbasierten 2-D Modell, welches eine detaillierte Analyse des Geländemodells inklusive Brücken und Durchlässen sowie Verdolungen voraussetzt. Dabei stehen vor allem Automatismen zur Analyse, Identifikation und Erhaltung von abflussrelevanten Strukturen und Verbindungen im Vordergrund, um trotz Aggregierung der Daten qualitativ hochwertige Ergebnisse zu erlangen. Die Risikobewertung untersucht die Ergebnisse der hydraulischen Modellierung und bewertet das Risiko der Bundesfernstraßen auf Grundlage der Gefährdungsintensität, Betroffenheit sowie Relevanz. Die Ergebnisse der Pilotregion NRW wurden anhand von dokumentierten Ereignissen in der Vergangenheit validiert und zeigen eine gute Übereinstimmung.
• Recent investigations by the German Meteorological Service have shown that small-scaled heavy rainfall events are expected to become more frequently in Central Europe. These changes in precipitation conditions can locally lead to an increase in the hazard potential of flooding caused by heavy rainfall events and thus also significantly affect traffic and traffic infrastructure. In order to assess and evaluate the risk of potential flooding in the area of the federal trunk road network as a result of local heavy rainfall events, a new methodology for such a blue spot analysis was developed for North Rhine-Westphalia (NRW) as a pilot area and summarized in the form of a toolbox in a geographic information system (GIS). The term ‘blue spot’ was defined by the Danish Road Institute (DRI) and the Swedish National Road and Transport Research Institute (VTI) and describes road sectors with a high hazard through floods and the resulting effects to the road network system. In this study the blue spot analysis will be extended by the consideration of hydrologic and hydraulic factors. This allows to take limitation of the water availability and flow paths into account and gives a detailed consideration of hazard and risk in the face of inundation depths and flow velocities as well as having regard to exposure and relevance of transport infrastructure. The aim of the study was to develop a GIS-toolbox that performs input data handling and processing to the point of modelling and the final risk analysis automatically to the greatest possible extent, resulting in an applicability to other regions. The first step consists of the hydrologic modelling, calculating runoff coefficients of different rainfall scenarios considering land use, slope and soil information. Thereupon the hydraulic simulation follows with a raster-based 2D model, which requires a detailed analysis of the Digital Elevation model (DEM) also in relation to bridges and passages as well as culverts. Automatisms that can analyze, identify and maintain hydraulic relevant structures and links need to be developed in order to achieve high-quality results despite running an aggregation of the data. Risk analysis evaluates the results of the hydraulic simulations and interprets risk for the trunk roads in the face of hazard intensity, exposure and relevance. The results of the pilot area North Rhine-Westphalia got validated by past flash flood events and show an overall good accordance.