Horst Geiger und Alrun Jasper-Tönnies
Eine aussagefähige und zumindest für einschlägige Fachleute gut nachvollziehbare, hoch aufgelöste Niederschlagsvorhersage, mit der die darauf verantwortlichen Rechtsgremien dann zu einem „richtigen“ Handeln überzeugt werden können, gibt es über den ehemals bezeichneten virtuellen Regenschreiber VRS, der nun mit dem Namen NIRA.web weiter die guten Dienste leistet. Damit lassen sich bis zu 72 Stunden im Voraus mit Fortschreibung alle 3 Stunden die wichtigen Schutzmaßnahmen einleiten und betroffene Bürger warnen. Damit steht ein sehr hochwertiger automatisierter Risikoschutz mit bester Datenqualität zur Verfügung. In der Software FLIWAS 3.0 – dem Flutinformations- und Warnsystem – ist der Zugang bereits implementiert. Im Folgenden wird ein positives Einsatzbeispiel im Gebiet zur Ohrn aufgezeigt. Weitere, aus anderen Gebieten, wären möglich.
Einleitung
Das extreme Weihnachtshochwasser von 1993 sitzt dem erst genannten Verfasser noch heute „in den Knochen“! Normalerweise war er als Mitarbeiter des damals noch existierenden unabhängigen Landeswasserwirtschaftsamtes am Standort Künzelsau, dem WWA KÜN im Nordosten von Baden- Württemberg – u.a. nur für Hochwasser an Gewässer II Ordnung mit den vier kleinen Hochwasserverbänden und rund 10 Hochwasserrückhaltebecken HRB zuständig. Aber – wie es immer so ist – war der Flussmeisterkollege, zuständig für die im Gebiet liegenden Gewässer I Ordnung: Kocher, Jagst und Tauber – dessen Vertreter der Verfasser war – im seltenen Weihnachtsurlaub. Und das extreme, später als 100-jähriges Ereignis bezeichnete Hochwasser kam noch, ohne sich vorher einschlägig angemeldet zu haben. Dabei wurden alle Anliegergemeinden nahezu gleichzeitig überflutet und „uns vom Amt“ (Amtsleiter mit Verfasser als einschlägigem Fachmann) drohte eine schlimme Abmahnung durch das Landratsamt aber noch schlimmer von den Bürgermeistern der sehr übel betroffenen „weil ungewarnten“ Kommunen. Allerdings war der Schutz damals noch nicht überall für ein solches Ereignis ausgelegt und „normalerweise“ dauert eine vom Oberlaufpegel zu „uns“ durchziehende Welle um 6 Stunden. Aber, die Stadt Öhringen reagierte doch darauf: man schüttete doch rasch provisorische Dämme zum Schutz der relativ tief liegenden sogenannte Altstadt. Und die „vom Oberlauf an durchziehende Welle“ gab es damals nicht, wie die Pegelwasserstandsganglinien in Abb. 3 am Beispiel des GIO Kocher zeigen:
Und so war es auch am Nachbarfluss Jagst und Tauber und natürlich auch an den jeweils kleineren Zuflüssen dazu. Die Scheitel des Hochwassers liefen nahezu zeitgleich durch die aufzeichnenden Kocherpegel (Abb. 3) Gaildorf mit einem Einzugsgebiet EZG von 734 km², Kocherstetten mit EZG von 1.288 km² und Stein mit EZG von 1.932 km², weil es überregional flächendeckend sehr heftig regnete und dadurch die jeweiligen Zwischeneinzugsgebiete gleichzeitig die hohen Abflüsse lieferten. Zuvor lief ein kleines Hochwasser voraus, das die Abflussbereitschaft im Gebiet noch deutlich für den folgenden, aber entscheidenden Regen erhöhte. Alle diese Information waren erst wenige Tage zuvor nutzbar über das von der Landesanstalt für Umweltschutz in Baden-Württemberg LfU freigeschaltete Informationsportal aber noch nur für die Fachverwaltung – also den WWÄ im Land. Mit Hilfe dieser Grafiken konnte man dem Amt und besonders auch den Bürgermeistern die erstmalig aufgetretene Besonderheit aufzeigen, warum man nicht warnen konnte. Die erwartete Abmahnung blieb deswegen glücklicherweise aus. Vom Amtsleiter erging sogar nachträglich ein Lob.
Zur Erinnerung, das damalige Regengebiet betraf weite Teile Europas und so entstand auch das sehr große Hochwasser im Rhein, z.B. Köln wenige Zeit später.
Eine Recherche zu weiteren historischen Ereignissen danach zeigte aber, dass es ähnliches doch schon mehrfach gab, was so auf Anhieb nicht klar war! Die Pegeldaten waren seinerzeit, übrigens nur über die jeweilige automatischen Telefonansagen abrufbar, die aber eigentlich kaum funktionierte, weil schlicht zu viele Anrufer die Info gleichzeitig abrufen wollten. Dieses und das kurz danach aufgelaufene weitere große Ereignis im April 1994 sorgten danach dafür, dass umfangreiche Planungen zu besserem und vor allem abgestimmtem Hochwasserschutz anliefen, die danach sukzessive baulich auch umgesetzt wurden. So auch das Gebiet der folgenden Tätigkeit des erst genannten Autors als Sachgebietsleiter Tiefbau bei der Stadt Öhringen. Zu dessen „Hauptgewässer Ohrn“ wurde von ihm eine integrierte Flussgebietsuntersuchung noch vom WWA aus angeregt und danach mit hoher Förderung durchgeführt. Diese bestand aus einschlägigen ökologischen Untersuchungen besonders in der Talaue in Verbindung mit dem Aufbau eines mathematischen Flussgebietsmodells FGM, über das eine Aktivierung von Ausuferungsflächen, abflussleistungssteigernden Gewässerausbau und lokal konzentriertem Rückhalt als interdisziplinäre Planung machbare Lösungen aufgezeigt werden sollte. Und, beide Bearbeiter mussten sich auf eine Lösung einigen. Der Wasserwirtschaftler setzte sich im FGM dabei durch, weil die Ideen der Ökologen (z.B. Vorlandabsenkungen) kaum Effekte lieferten. Diese und die folgende Detailplanung samt dessen baulicher Umsetzung bestand aus 2 Kernteilen:
a. lokal begrenzter meist naturnah gestalteter Gewässerteilausbau in den Ortslagen und
b. dem einzig möglichen HRB Cappel im Hauptgewässer Ohrn als Trockenbecken mit 320.000 m³ Stauinhalt bei rund 71 km² Einzugsgebiet.
Da die knapp oberhalb betroffene Oberliegermeinde keine weitergehende Stauwurzel in der Ohrn zuließ und auch keine weiteren HRB-Standorte auf seiner Gemarkung duldete, musste die Hochwasserentlastungsanlage HWEA als Gegengewichtsklappe (3 Klappen und 3 unterliegenden Steuerschützen) mit einem maximalen Stauziel von 235 m ü.NN ausgelegt werden. Knapp unterhalb der Einmündung des größten Zuflusses zur Ohrn, dem Epbach mit rund 31 km² EZG, zu rund knapp 71 km² zum HRB Cappel Standort ergab sich dadurch die besondere Möglichkeit, mit „einem“ Rückhaltebauwerk zwei Gewässer zu regulieren, mit dem großen Nachteil, dass man nach jedem Regulierungsvorgang immer 10 Minuten Fließzeit über die 800 m Fließstrecke abwarten musste. Für überregionale und da meist langsam auflaufende Ereignisse genügt das vollkommen. Bei rasch auflaufenden, heftigen Regen (Starkregen) muss das erreichte Rückhalteergebnis dann als ungenügend bezeichnet werden. Die automatische Regelung der Betriebsvorschrift war also „nur“ auf dieses „langsame“ Ereignis eingestellt, weil es so durch den Planfeststellungsbeschluss vorgegeben war. Zur Vollständigkeit muss auch ausgeführt werden, dass nur Ereignisse bis HQ 50 damit beherrschbar sind! Für höheren Schutz müssen weitere Rückhalteräume geschaffen werden und um das zu erreichen wäre die Gründung eines Hochwasserschutzverbandes zur Ohrn nötig – ein immer aufwändiges Verfahren. Die Oberlieger im Einzugsgebiet hätten ja kein Hochwasser und Anerkennen aber nicht, dass das/die Hochwasser auch aus ihren Gebieten kommen. Im westlichen Nachbargebiet (Neuenstadter Brettach) half dazu nur ein Machtwort des zutreffenden Regierungspräsidenten, der alle Gemeinden im Gebiet zur Mitgliedschaft einschwor. Hinweis: Das Ereignis vom Anfang Juni 2024 überschritt als erstes das maximale Stauziel und so ging die HWEA eben erstmals in Betrieb! Es war glücklicherweise nur knapp über einem HQ 50.
Die Information zu Regen gestern, heute und morgen über NIRA.web
Der virtuelle Regenschreiber VRS bzw. jetzt eben NIRA.web – eine Dienstleistung der Firma HST Systemtechnik in Meschede – gemeinsam nun mit neuer Firma hydro&meteo GmbH aus Lübeck – zuvor mit Meteomedia bzw. Kachelmannwetter liefert aus „angeeichten“ Radardaten aktuelle und bis zu 72 Stunden vorhergesagte Prognosen im 5-Minuten- Raster mit neuen Hochrechnungen mindestens alle 3 Stunden bezogen auf den gewünschten Standort, einzustellen über Geo-Koordinaten. Diese Dienstleistung steht schon seit mindestens 2010 zur Verfügung und so auch beim Verfasser. Selbstverständlich lassen sich dabei unterschiedliche Regensummen – abgelaufene und erwartete – bilden und sofern die gegebene Steuerungssoftware das schon zulässt, automatisch direkt oder auch unterstützt durch KI darauf reagieren. Für HRBSteuerung meint der Verfasser dazu aber, dieses erst nach wirklich menschlicher Zustimmung zuzulassen, könnten dabei doch schlimmste Schäden bei Fehlfunktionen über evtl. fehlgeleitete große Wassermassen entstehen. Selbstverständlich lassen sich diese Informationen leicht in Prozessleitsysteme (z.B. Scada V 10 von HST) einpflegen und mit den dort gegebenen vielen Möglichkeiten gleich auch automatisch auswerten
Der Verfasser nutzt den NIRA.web im von ihm eingerichteten wasserwirtschaftlichen Verbundleitsystem (Wasserversorgung, Abwasserwirtschaft und Hochwasserschutz) seit Beginn an und stellte auch selbstverständlich „eigene“ Regenstationen (Hellmannmesser mit digitaler Kippwaage) zum „Aneichen“ zur Verfügung. Ereigniskategorien – seine Abbildung in numerischen Wettermodellen und die Vorhersagequalität Die Zweitautorin stellte in Ihrem Vortrag beim einem jüngsten HST – Anwendertreffen 2024 in Willingen als Hydrometerologin die drei auftretenden Ereigniskategorien vor und verbindet diese gleich mit Tiernamen: Löwenereignis – Vipernereignis – Hornissenereignis. Wie der Erstautor empfindet, ist das hervorragend geeignet für die vielen Neulinge in der Branche. Es fällt sicher gleich auf, dass damit die Reichweiten gemeint sind: Der Löwe steht für großräumige Wetterlagen mit viel feuchter Luft, zumeist westzyklonale oder vermehrt sogenannte Vb- Ereignisse, die vom Mittelmeer (Genua-Tief) an den Alpen vorbei über Osten zu uns kommen (rote Linie im Abb. 5). Die Ereignisdauer kann von einigen Stunden bis mehrere Tage andauern. NWP & NWP-Ensembles z.B. ICON-D2, ICON-D2-EPS: die wesentlichen Prozesse sind im Modell explizit abgebildet. Vorhersagezeitraum: meist ein Tag und länger: Relativ gut vorhersagbar!
Die Kobra steht für Konvektive und gemischte Ereignisse. Das Ereignis kann ab 20 Minuten bis einige Stunden dauern. Es gibt auch Ereignisketten, also kurz hintereinander folgende Ereignisse. NWP-Ensembles, z.B. ICON-D2-EPS: die wesentlichen Prozesse sind im Modell teilweise abgebildet, teilweise parametrisiert. Eine Vorhersage ist sehr schwierig!
Die Hornisse steht für ein sehr kleinräumiges und kurzlebiges konvektives Ereignis. Die Ereignisdauer liegt bei wenigen bis 15 Minuten (der klassische 15-Minuten-Regen!) NWP-Ensembles, z.B. ICON-D2-EPS: die wesentlichen Prozesse sind im Modell explizit NICHT abgebildet, teilweise parametrisiert („subgrid-scale“). Eine Vorwarnzeit liegt bis ca. 15 Minuten. Eine Vorhersage ist praktisch NICHT möglich! Eine Warnung kann nur über eine örtliche Begutachtung des Ereignisses erfolgen.
Der Erstverfasser erlebte alle oben genannten sehr unterschiedlichen Ereignisse und weitere (kurzfristige Schneeschmelze mit rund einem Meter Schneehöhe durch im Verhältnis warmen Regen) über seine Tätigkeiten ab 1986 bis 2019 auch an verschiedenen Orten und Einrichtungen. Die oben aufgezeigte Einstufung findet er sehr gut und schlägt diese daher zur allgemeinen Einführung vor!
Positive Anwendungsbeispiele mit NIRA.web
Wie oben schon beschrieben, ist das HRB Cappel zwar automatisch gesteuert, kann aber automatisch „nur“ ein „Löwenereignis“ beherrschen – wie vorher beschrieben. Um die unterhalb ablaufende Landesgartenschau in 2016 auch vor „sonstigen“ auflaufenden Regenereignissen zu schützen, stellte der Erstverfasser nach vorliegen der schriftlichen Zustimmung seines Chefs – dem Herrn OB – nach konkretem Definieren der realistisch zurückhaltebaren Ereignisse dazu bei der Unteren Wasserbehörde auch den Antrag auf einem vom genehmigten dann abweichenden Betrieb. Der wurde von dort aus rechtlichen Gründen ohne weitere Erklärungen nicht entsprochen. Man regte von dort nicht einmal eine geänderte weitere Betriebsregel an. Der Verfasser als Betriebs-beauftragter wollte diese unter diesen Umständen dann auch nicht mehr weiter vorschlagen. Es entschieden dort ja offen-sichtlich nur Juristen! Leider steht das Bild mit der Vorhersage von NIRA.web zu diesem Ereignis von Ende Mai 2016 nicht mehr zur Verfügung. Dieses war als ein kurzer aber sehr heftiger Starkregen bereits 72 Stunden vorhergesagt mit Tagen Ruhe danach und es zog von Osten nach Westen nach Öhringen weiter. Der Stauwärter war noch rechtzeitig vom Betriebsbeauftragten eingewiesen. Über dessen Fernanweisung schaltete er das Leitsystem auf „Handbetrieb“ um und schloss die Schieber des HRB, da der Verfasser und Betriebsbeauftragter zum eigentlichen Ereignis bei einer wichtigen Tagung in Trier weilte. So konnten rund 200.000 m³ Sturzflutwasser im Stauraum zurückgehalten werden. Es war dabei noch nicht einmal voll! Damit wurden sicher Personen- aber vielmehr hohe Sachschäden im Gebiet der Landesgartenschau unterhalb und noch weiterer entlang des Gewässers Ohrn vermieden und es gab ein seltenes Lob vom Oberbürgermeister. Die Kritik der Fachkollegen der Nachfolgeorganisation der LfU, der LUBW, verstummten schnell, als diese die vom Verfasser zuvor definierten Randbedingungen zum Sonderbetrieb sahen. (https://starkregenportal.de/ereignis-katalog-tabelle/ereignis/16029/ ) Im Kochertal unterhalb und bis im Stadtteil Ohrnberg von Öhringen wütete das Ereignis, wo dennoch viel Schaden angerichtet wurde. Nur das besondere Beispiel Braunsbach blieb im Gedächtnis. Dort ist zwischenzeitlich fast alles mustergültig wieder neu geordnet! Letzteres Ereignis stuft der Verfasser als Vipernereignis ein, das doch sehr gut vorhergesagt wurde. Übrigens, im südwestlichen Nachbargewässer Brettach mit mehreren HRBs mit gleichartiger „träger“ Steuerung wurde vom selben Ereignis damit kaum Wasser zurück-gehalten – was zu erwarten war.
Fazit
Das vorgestellte Beispiel zeigt und weitere bekannte, dass die Niederschlagsvorhersage z.B. über NIRA.web bereits gute Reaktionen auslöste und über die vorhandenen Hoch-wasserrückhaltebecken und auch Talsperren z.B. in NRW (wie mündlich überliefert) zumeist „unspektakulär“ Schäden vermieden wurde. Mit dieser Ausarbeitung soll gezeigt wer-den, dass dieses Medium eigentlich bei jedem Hochwasserrisikomanagement eingesetzt werden sollte.
Angeregt durch den Erstverfasser wurde über eine Masterar-beit (Frau Lumin Shi) vor Jahren schon mal mit Einsatz von KI versucht wurde, dessen Regenüberlaufbecken RÜB tatsäch-lich „ereignisabhängig“ zu steuern, um diese dadurch opti-miert zu betreiben. Leider „verhinderte“, dass die meist aus Westen herkommenden Wetter (westzyklonale Ereignisse), weil die damit die „untersten“ Becken mit der Kläranlage zu-erst gefüllt werden und damit kaum was zu optimieren ist. Nur bei den „seltenen“ von Osten auflaufenden Ereignissen wäre was möglich (– aber nicht bei der Unteren Wasserbehörde).
Literatur
Geiger H. u. Schaake N., 2011: Drei Bereiche im Verbund in Umweltmagazin März 2011, S. 19-20
Geiger H., 2011: Vom Hochwasserschutzkonzept zum Hoch-wassermanagement in Wasserwirtschaft 11/2011, S. 40-44
Geiger H., 2024: Starkregen und Dürre – Folgen des Klima-wandels erfordern Maßnahmen der verantwortlichen Was-serwirtschaft in Wasserwirtschaft 6/2024, S. 45-49




