Analyse und Umgang mit dem Hochwasser 2021 bei der Bestimmung von Bemessungshochwässern

Das Hochwasserereignis im Juli 2021 führte zu ungewöhnlich hohen Abflussvolumina und Abflussspitzen bei verschiedenen Wasserverbänden in Deutschland. Die beobachteten Ereignisse nahmen teilweise noch nie dagewesene Dimensionen an. Betroffen waren vor allem die Wasserverbände Wupperverband, Erftverband und Wasserverband-Eifel-Rur. Im Nachgang des Ereignisses beauftragten die Verbände SYDRO Consult, um die Einordnung des Ereignisses im Kontext bisheriger Festlegungen zu Bemessungshochwasserereignissen zu untersuchen.

Die bisher verwendeten Verfahren zur Einordnung von Extremereignissen (DWA-M 522) reagieren sensitiv auf Extremereignisse, da die genutzten Verteilungsfunktionen nach oben hin unbegrenzt sind. Anlässlich dieser Problematik wurde im Rahmen dieser Projekte ein neuartiger Ansatz zur Durchführung der Extremwertstatistik entwickelt. Dieser Ansatz inkludiert eine maximale Obergrenze für Abflüsse als zusätzliche hydrologische Information und weist daher eine höhere Robustheit gegenüber Extremereignissen auf. Zur Ableitung dieser Obergrenze wurde eine für Deutschland gültige Hüllkurve erstellt, welche es ermöglicht in Abhängigkeit der Einzugsgebietsgröße einen maximalen Abflusswert abzuleiten. Die Hüllkurve basiert auf einer Punktwolke bestehend aus gemessenen Abflussspitzen vergangener Hochwasserereignisse und auf berechneten maximalen Abflusswerten (PMF-Berechnungen), die unter Anwendung maximaler Gebietsniederschläge hergeleitet wurden.

Da die bei der Hochwasserstatistik üblicherweise verwendeten Verteilungsfunktionen sich nicht mit einer Hüllkurve einfassen lassen, weil sie keine Obergrenze besitzen, wurde in die Extremwertstatistik die Johnson-Verteilung integriert. Diese lässt sich asymptotisch einer Obergrenze annähern und bietet so die Möglichkeit, Hochwasserabflüsse im Bereich hoher Jährlichkeiten auf physikalisch plausible Werte zu begrenzen. Zur Auswahl eines finalen Korridors aus einer Vielzahl an generierten Johnson-Funktionen wurden Kriterien entwickelt, anhand derer die Funktionen validiert und plausibilisiert werden können. So konnte für die betroffenen Wasserverbände eine aktualisierte Extremwertstatistik durchgeführt werden, welche das Hochwasser 2021 berücksichtigt. Zusätzlich konnten darauf aufbauend neue Bemessungswerte abgeleitet werden.

• Posterbeitrag Tag der Hydrologie 2024: PDF (1,3MB)