Überflutungsgefahr erkennen lernen
Für die Identifikation überflutungsgefährdeter Flächen werden neben potenziellen Niederschlagsintensitäten auch Informationen zu den Bodeneigenschaften, der Vegetationsbedeckung, Geologie und Landnutzung benötigt. Diese stehen in Oberösterreich bisher weder flächendeckend noch in ausreichender Qualität zur Verfügung – das Projekt HYDROBOD-OÖ soll das ändern.
In den letzten Jahren treten vermehrt schwere Schäden durch Hochwasser auf, zunehmend auch fernab von Bächen und Flüssen durch Hangwasser. Der Beste Schutz vor Gefahren ist, diesen möglichst auszuweichen. Diese einfache Logik setzt aber die Kenntnis derselben voraus – wo treten diese auf und welcher Art sind sie? Die im Rahmen von HYDROBOD OÖ generierten Unterlagen sollen darüber hinaus auch anderen hydrologischen Planungsaufgaben dienen.
Projektziel von HYDROBOD-OÖ
Zur Ermittlung potenzieller Gefahrenbereiche stehen mehrere Modelle zur Verfügung. Allen gemeinsam ist, dass die verfügbaren Geländeinformationen (nicht nur) in Oberösterreich derzeit nicht ausreichen, um zufriedenstellende Ergebnisse zu erhalten. Daraus leitet sich das Projektziel von HYDROBOD-OÖ ab: Die flächendeckende Generierung homogenisierter und standardisierter Kennwerte bodenhydrologischer Parameter für hydrologische Planungen im gesamten Landesgebiet – und dies so genau wie möglich. Als Endresultat werden detaillierte räumliche Informationen (Karten) zu hydrologischen Bodeneigenschaften zu Verfügung stehen, mit denen insbesondere der Oberflächenabfluss modelliert und dominante Abflussprozesse bestimmt werden.
In einer Kooperation zwischen BFW und BAW (Bundesamt für Wasserwirtschaft), die sich bereits in Niederösterreich (HYDROBOD-NÖ, 2012, 2017) bewährt hat, werden zunächst alle verfügbaren Datengrundlagen gesammelt und auf ihren Informationsgehalt zu Landnutzung, Boden, Geologie, Topografie und Klima überprüft. In weiterer Folge werden diese Datengrundlagen homogenisiert und standardisiert. Das BAW bearbeitet in HydroBod OÖ entsprechend seiner Expertise die landwirtschaftlichen Böden und den Siedlungsraum, das BFW die bodenhydrologische Bewertung von Wald und waldfreien Hochlagen.
Die „Basics“
Die Landnutzung ist ein wichtiger Faktor für jede hydrologische Bewertung, weshalb auf Basis der digitalen Katastralmappe Oberösterreich und anderen Datenquellen (z.B. Waldlayer-ÖWI, INVEKOS, eBOD) eine flächendeckende, homogene Landnutzungskarte für Oberösterreich erstellt wird. Zur Modellierung von Bodeninformationen für Waldflächen und waldfreie Hochlagen werden unter anderem Substratklassen, die über das geologische Ausgangsmaterial abgeleitet werden, verwendet.
Die flächenhafte geologische Grundlagenkarte wird in diesem Projekt durch die Ausweisungen von Sturzprozessen und deren grobblockigen Ablagerungen erweitert. Diese Flächen sind aus hydrologischer Sicht sehr bedeutsam, da diese meist eine sehr hohe Infiltration aufweisen. Die Sturzprozesse werden mit dem vom BFW entwickelten Programm Flow-Py, basierend auf dem Schattenwinkel-Ansatz, modelliert.
Landwirtschaft versus Wald und Hochlagen
Für landwirtschaftlich genutzte Flächen steht mit der eBod eine flächenhafte Kartierung und ein vergleichsweise dichtes Netz an Probeprofilen zu Verfügung, deren primäres Ziel allerdings ist, Informationsgrundlagen für die Landwirtschaft bereitzustellen. Die hydrologische Bewertung wird vom BAW übernommen.
Für Waldflächen gibt es in Oberösterreich keine flächendeckenden Bodendaten. Hier sind vereinzelte Probenahmen (z.B. die WBZI Waldbodenzustandsinventur, diverse ehemalige Projekte) verfügbar.
Stichproben und Laboranalytik
Für waldfreie Hochlagen gibt es derzeit gar keine Informationen zur Bodenbildung. Deshalb werden vom BFW an 50 ausgewählten Standorten im Wald und den waldfreien Hochlagen Bodenprofile aufgenommen und Bodenproben für bodenphysikalische Analysen entnommen.
Auf Basis der Laboranalysen (z.B. Korngrößenverteilung, gesättigte Leitfähigkeit, Wasserspeichervermögen…) werden bestehende Pedotransferfunktionen auf ihre Anwendbarkeit geprüft und bodenhydrologische Kennwerte abgeleitet.
Im Außendienst: Geländearbeiten im Wald (Video auf Instagram)
Regionalisierung mittels Machine learning
Über die Verknüpfung der punktförmigen Bodeninformationen mit flächigen Daten (z.B. Geologie, Landnutzung, Relief) erfolgt die Regionalisierung hydrologisch bedeutsamer Eigenschaften wie Bodenart, Skelettanteil, Bodenmächtigkeit, Lagerungsdichte, nutzbare Feldkapazität und hydraulische Leitfähigkeit.
Diese Verknüpfung der Punktdaten und den erklärenden Flächendaten basiert auf Machinelearning-Methoden. Dabei werden an den beprobten Punkten standortspezifische Rahmenbedingungen, welche über die gesamte Fläche vorliegen müssen, gelernt. Diese flächigen Daten, die Covariablen (Hilfsgrößen) oder Prädiktoren genannt werden, decken idealerweise bodenbildende Faktoren ab oder stehen mit ihnen in Zusammenhang. Mit der Annahme, dass bei ähnlichen Standortvoraussetzungen ähnliche bodenbildende Faktoren wirken, können auf Basis der gelernten Informationen Vorhersagen für die gesamte Fläche getroffen werden.
Das Endprodukt
Die flächendeckend generierten hydropedologischen Kennwerte werden in weiterer Folge mit der Landbedeckungs/-nutzungskarte und definierten Niederschlagsereignissen kombiniert, um das Endprodukt, Karten zum Oberflächenabfluss und den dominanten Abflussprozessen zu erstellen. Die Unterlagen sollen neben der Hochwassermodellierung auch als Datengrundlage für vielfältige, hydrologisch orientierte Fragestellungen dienen.
Links
https://dafne.at/projekte/hydrobod-oo
Dieses Projekt wird im Rahmen des Ressortforschungsprogramms über dafne.at mit Mitteln des Bundesministeriums für Land- und Forstwirtschaft, Regionen und Wasserwirtschaft finanziert. Das BML unterstützt angewandte, problemorientierte und praxisnahe Forschung im Kompetenzbereich des Ressorts.
