Eine Methode zur schnellen Schätzung und Kurzfristvorhersage überfluteter Flächen wurde entwickelt, die auf Radar-Niederschlagsdaten, KOSTRA-Karten und vorgerechneten Überflutungskarten basiert. Die Methode ermöglicht die Erstellung detaillierter Überflutungskarten für die gesamte Stadt Hannover in Nahezu-Echtzeit, mit einem Update-Intervall von 5 Minuten.
Für den Einsatz im Digitalen Zwilling wurde ein neues, empirisch-statistisches Verfahren zur schnellen Abschätzung überfluteter Bereiche im Stadtgebiet entwickelt (RadEF für: „Radar-based fast Estimation of Flooding“). Das Verfahren wurde mithilfe von GIS-Bibliotheken in Python implementiert und verwendet als Eingangsdaten radarbasierte Niederschlagsmessungen sowie vorgerechnete, stadtweite Überflutungskarten. Diese wurden auf Basis von Modellregen für Niederschläge mit statistischen Wiederkehrzeiten zwischen 2 und 100 Jahren durch gekoppelte 1D-Kanal und 2D-Oberflächensimulationen berechnet und stellen den an jedem Ort maximal erreichten Wasserstand dar. Ähnliche Karten existieren als „Hinweiskarten Starkregengefahren“ in vielen deutschen Kommunen.
Im ersten Schritt des RadEF-Verfahrens wird eine Auswertung der jeweils aktuellen Niederschlagsmessungen und -vorhersagen durchgeführt. Maximale aggregierte Niederschläge werden pro Rasterpunkt für verschiedene Dauerstufen zwischen 15 Minuten und 24 Stunden auf einem 500 Meter-Raster berechnet. Anschließend werden diese Werte in Hinblick auf ihre Wiederkehrzeit mithilfe des KOSTRA-Datensatzes (KOSTRA-DWD-2020) ausgewertet. Die maximal erreichte Wiederkehrzeit wird in ein Überflutungsrisiko übersetzt, wobei Bereiche gleichen Risikos zusammengefasst werden. Die resultierenden Bereiche werden aus den zugehörigen vorgerechneten Überflutungskarten ausgeschnitten und zu einer neuen Überflutungskarte zusammengesetzt. Das Ergebnis ist eine spezifische Überflutungskarte, die den maximal geschätzten Wasserstand über die gesamte Stadt an jedem Punkt mit einer Auflösung von 3 Meter zeigt.
Die Rechenzeit für die Erstellung einer solchen Überflutungskarte auf Basis realer Niederschlagsdaten beträgt für die Stadt Hannover weniger als 2 Minuten. Aufgrund der kurzen Rechenzeit ist das Verfahren für die Abschätzung des Wasserstands in Echtzeit geeignet und sowohl auf gemessene als auch auf vorhergesagte Niederschlagsdaten anwendbar. Im Digitalen Zwilling werden für die Anwendungsfälle „I – Echtzeit“, „II – Vorhersage“ und „III – Max. Vorhersage“ jeweils eigene Überflutungskarten erstellt und alle 5 Minuten aktualisiert. Die Karte „I – Echtzeit“ basiert auf den Niederschlagsmessungen der vergangenen 24 Stunden, die Karte „II – Vorhersage“ auf den Messungen über die vergangenen 22 Stunden plus Nowcasts über die kommenden 2 Stunden. Um die Karte „III – Max. Vorhersage“ zu berechnen, dient die maximale Niederschlagsvorhersage als Basis, d. h. das Maximum von 10 Ensemble-Nowcasts. Das Überflutungsrisiko wird zusätzlich als Risikoklasse pro Kanal-Teileinzugsgebiet ausgewertet und visualisiert.
