Alpenrheintal vorüberschwemmungenSchützen

Autor: Renata Barradas Gutiérrez

Der Rhein，Einer derWichtigstenFlüsse欧罗巴斯，Den Schweizer Alpen Im KantonGraubünden的Entspringt。Das Alpenrheintal ErstrecktSichüber90公里90 km entlang des rheins von seiner Quelle in der Schweizüberliechtenstein bisnachösterreich。das tal kann auf eine geschichteverheerenderüberschwemmungenzurückblicken，die bis ins 11. jahrhundertzurückreicht。Heute Leben Rund 300.000 Menschen Im Alpenrheintal und Zahlreiche Unternehmen，Darunter Leica Geosystems，Sind，dieser dieser Region gynesiedelt。aufgrund derbevölkerungsdichteund der wirtschaftlichenaktivitätenim rheintal wird das schadenspotenzial durchiled durchüberschwemmungenauf 10 mrd。欧洲Geschätzt。

Um Menschen, Siedlungen und Unternehmen im Tal zu schützen, muss dem Alpenrhein mehr Raum für Hochwasserabfluss und Wasserrückhaltung gegeben werden. Mit dem Hochwasserschutzprojekt „Rhein – Erholung und Sicherheit“ – kurzRhesi– soll daher die Durchflusskapazität des Alpenrheins im internationale Flussbereich zwischen Flusskilometer 65 am Zufluss des Nebenflusses Ill und Flusskilometer 91, wo der Alpenrhein in den Bodensee mündet, von 3.100 Kubikmetern pro Sekunde auf mindestens 4.300 Kubikmeter pro Sekunde erhöht werden.Die Projektkosten，Die Zu Gleichen Teilen vonÖsterreichund Schweiz Finanziert Werden，Werden derzeit Auf 1 MRD。欧洲Geschätzt。

„ UmDasGewünschteHochwasserschutzniveau Zu Erreichen，Muss Die Kanalgeometrie des alpenrheinsgeändertund so der Hochwasserschutz im projektbereich verbereich verbereich verbersert verbessert werden。Im Rahmen des Rhesi-Projekts wurde ein sehr moderner Ansatz gewählt: Anstatt die Deiche des Flusses zu erhöhen, um den erhöhten Abfluss von 4.300 Kubikmetern pro Sekunde zu ermöglichen, wird im Flussabschnitt die Flussbreite von derzeit 60 Metern auf zunächst 70 Meter bis zu mehreren hundertDer Zukunft Erweitert中的米。Der Flusskanal, der derzeit aufgrund verschiedener Flussbegradigungsmaßnahmen der letzten 150 Jahren eine sehr technische Form hat, wird auf diese Weise wieder in einen naturnahen Zustand versetzt, mit Bedingungen, die den Zustand des Flusssystems vor dem menschlichem Eingreifen entsprechen“,ErklärtFlorian Hinkelammert-Zens，Umweltingenieur derversuchsanstaltfürWasserbau，Hydrologie und Glaziologie（Vaw）dereidgenösisschenTechnischen Hochschen HochschuleZürich（ETH）。

Um die Auswirkungen der geplanten Maßnahmen zu bewerten und die hydraulischen Berechnungen und Annahmen des Rhesi-Projekts zu überprüfen, wurde die VAW der ETH Zürich von der Internationalen Rheinregulierung (IRR) mit Hybridmodellexperimenten beauftragt. Diese Untersuchungen bestehen aus zwei Hauptteilen: (1) Experimente in einem physikalischen Hydraulikmodell und (2) begleitende numerische Simulationen.

„Zwei wichtige Projektabschnitte werden in umfangreichen Hydraulikmodellen nacheinander im Maßstab 1:50 dargestellt. Für jeden Abschnitt wird eine Flusslänge von ca. 5 km (ca. 110 m im Modellmaßstab) mit Wasserlaufbreiten zwischen 250 m und 350 m (ca. 8 m im Modellmaßstab) nachgebildet“,Erklärt-hinkelammert-zens。。„ gleichzeitig wurden numerische computermodelle des projekts eStellt，um die randbedingungen der hydraulikmodelle bereitzustellen und zu bewerten，die ergebnisse zu zu zu valierieren undsecitivitätsanalysendurchzufunderysendurchzuführen。

DamitGehörenDiese Beiden hydraulikmodelle Mit Durchschnittlichen abmessungen von 110 x 9 m ZudenGrößtenJemals jemals gebauten gebauten modellen vonalpenflüssen。Beide befinden Sich中的Einem AltenFabrikgebäudeImösterreichischendornbirn，wo die ethzüricheinen wasserkreislauf mit einer einer leistung leistung leistung leistung leistung leistung leistung leistung leistung leistung leistung leistung leistung von 400 litern pro sekunde gebaut gebaut hat。Das System Besteht Aus EinemErhöhöhtenWassertank，Einlass- und Auslassbecken，EinerWasserrücklaufleitungim Keller Im Keller und Einem Tiefen Tank，Aus dem dem dem dem dem dem dem dem dem dem dem dem dem dem dem dem dem dem dem dem in den wassertankzurückgepumptwird（Max。400litter Pro sekunde）。

3D-Geländemodellierung für die Modellierung von Überschwemmungen

“当进行Hochwasserereignisses unterliegt ein Flussbett aufgrund hoher Wassereinleitungen und Strömungsgeschwindigkeiten erheblichen Veränderungen. Daher kann Sediment an mehreren Stellen abgelagert werden, was zu steigenden Wasserspiegeln führt, oder aber erodiert werden, z. B. bei Brückenpfeilern oder an den Flussufern. Beide Situationen können gefährlich sein und sich negativ auf den Hochwasserschutz auswirken. Um diese morphologischen Veränderungen nachzubilden, sind die Hydraulikmodelle mit beweglichen Flussbetten ausgestattet“, so Hinkelammert-Zens.

um Die Auswirkungen Unterschiedlicher SedimentFrachten和Verschiedener Szenarien Zu Beobachten，Wird EineGroßeAnzahlWissenschaftlicher persperimente Mit Mit Unterschiedlichen parametern（Z。B。B. B.MIT EINEM LASERSCANNER WIRD DIE MODELLTOPOGRAPHIE VOR UND NACH JEDEM EINZELNEN实验Gemessen。Die Erfassten Daten Werden Dann Genutzt，UmgeländemodelleZu eStellen，Die als Grundlagefürdie bostimmung von gebieten dienen，denen satementationen setimentationen und ofosionen und orosionen im flussbett auftreten。

von der datenerfassung zu verwertbaren daten

Rechts: 3D-Geländemodell eines Abschnitts des Alpenrheins (in Strömungsrichtung gesehen) /Links Bewegliches Flussbett im Hydraulikmodell nach Abschluss eines Experiments

um die topografischen daten vor und nach jedem实验Zu Erfassen，StütztSich das forschungsteam der der ethzürichauf eineLeica Scanstation P20, Leica Geosystems Ziele und eine Leica TS02总体，Um Die Laserscans MIT 15 Referenzpunkten GeoreferenzierenZuKönnen。Die ScanStation P20 IST AUF EINEM MOBILEN Stativ Montiert和Vier scanpositionen Eingesetzt，Um Das Gesamte Modell Zu Erfassen。MIT EinerScanhöhöhevon Ca.2,7 m – um Schatteneffekte bei zu steilen Betrachtungswinkeln zu minimieren und tote Winkel zu vermeiden – und einer Auflösung von 3 x 3 mm in einem radialen Abstand von 10 m zum Gerät werden qualitativ hochwertige Daten mit sehr geringem Rauschen gewonnen.

Nach jedem Experiment werden die Daten in die 3D-Punktwolken-VerarbeitungssoftwareLeica Cycloneimportiert, um sie aufzuzeichnen und die Punktwolken zusammenzuführen. Zu diesem Zeitpunkt ist eine Fläche von 4.000 Quadratmetern mit ungefähr 250 Millionen Punkten erfasst worden.Die Punktwolke Wird Dann Mithilfe Von Polygonen“ Zugeschnitten”，Um Datenpunkteaußerhalbder modellgrenzen Zu Beseitigen。Die verbleibenden datenpunkte werden dann in gitterzellen umgewandelt，denen inderRealitäteeneTheinezellengrößeVon50 cm x 50 cm eentspricht。das Schweizer Koordinatensystem Konvertiert的SchließlichWerdenDie topografischen daten。

Rechts: Visualisierung der beobachteten Veränderungen im Flussbett im Hydraulikmodell nach Auswertung des Laserscans (rot: Erosion an der Außenseite der Kurve, blau: Sedimentation an der Innenseite der Kurve, gesehen in Strömungsrichtung)/Links: Laserscan in der Experimentierhalle (in Strömungsrichtung gesehen)

„Mit den 3D-Punktwolken werden Gitterdatensätze mit ungefähr 15 Millionen Gitterzellen mit einer Auflösung von 0,5 x 0,5 m erstellt, von denen jede einen bestimmten Zeitpunkt während der Experimente darstellt. Diese Daten werden dann in Geoinformationssystemen weiterverarbeitet, um Oberflächenansichten sowie Längs- und Querprofile des mobilen Flussbettes zu erstellen. Dadurch können wir verschiedene Zeitpunkte des Experiments miteinander vergleichen“,Erklärt-hinkelammert-zens。

Das Referenzierte Raster-Dataset Kann在GIS-ANWENDUNGENFürVerschiedeneAuswertungen Verwendet Werden，Darunter：

• Oberflächenansichten: Die zu Beginn des Experiments durchgeführten Rasterwerte des Scans werden von den am Ende des Experiments durchgeführten Werten abgezogen. Auf diese Weise erstellt das团队der etheine ansicht，in der die realativedhöhenunterschiededes modellflussbettes sichtbar sind。

• Querprofile: Das Team erstellt an bestimmten Positionen Querprofile und extrahiert Gitterwerte, um Seitenprofile zu erstellen. Mithilfe der Scans vor und nach den Experimenten können die Wissenschaftler die beobachteten Änderungen visualisieren und mit den Projektzielen vergleichen.

• Längsprofile: Die extrahierten Querprofile werden für das Längsprofil gemittelt. Durch Vergleich der gemittelten Flussbetthöhen vor und nach den Experimenten und durch Beobachtung der Veränderungen in der Natur können die Wissenschaftler das Hydraulikmodell validieren.

Bisherige Ergebnisse und weitere Schritte

Untersuchungen der VAW der苏黎世ETH fuhrten死去bereits zu wesentlichen Inputs für die Weiterentwicklung des Rhesi-Projekts. Zunächst wurde das Modell durch eine Replikation vergangener Überschwemmungen kalibriert. Dabei wurden der Wasserstand und die Flussbett-Topographie, die im Hydraulikmodell erhalten wurden, mit Daten verglichen, die während dieser Ereignisse in der Realität erfasst wurden. Nach erfolgreichem Abschluss dieses Schritts wurde das Hydraulikmodell an die künftige Form des Flusses angepasst, wie im Projekt Rhesi vorgesehen. Seitdem wurden verschiedene Langzeitszenarien und Hochwasserereignisse simuliert, um die Auswirkungen des Rhesi-Projekts auf die Flussmorphologie und den Wasserstand zu untersuchen.

Da Die Untersuchungen Noch Andauern，Sind Bislang Nur Zwischenergebnisse Vorhanden。Die Bisherigen Ergebnisse Zeigen Jedoch，Dass Die Annahmen und Projektierungen des Rhesi-Projekts Korrekt waren and Eine eine eine solide grundlagefürdie deDailliertere ausarbeitung deDailliertere ausarbeitung derithung weiteren projekt projekt projektphacten blaphen blaphen blaphen blaphen blaphen blaphen bladeen bladeen bladeen bladen bladen bladen。Die Hybridmodellexperimente Werden Bis Zum Sommer 2022 Fortgesetzt und sollen antworten auf die folgenden technischen technischen fragen geben：

• Wo Sollenkiesbänketopentiert werden？
• Wo werden Depressionen bzw. Auskolkungen auftreten und wie tief werden sie maximal sein?
• Wie TiefMüssenDie Flussufer Vor侵蚀和AuskolkenGeschütztWerden？
• wieKönnenBrückenpfeilergegen侵蚀和奥斯科尔肯·吉瑟特·沃登（Auskolken Gesichert Werden）？
• Wie viel Treibholz sammelt sich bei Hochwasserereignissen an Brücken an? Wie wird sich das auf den Wasserstand auswirken?

Die Ergebnisse dieser wissenschaftlichen Experimente, die von der Umgebungserfassungstechnologie von Leica Geosystems unterstützt werden, bilden die Grundlage für eine nachhaltige Flussplanung und stellen sicher, dass das Hochwasserschutzprojekt Rhesi technisch und wirtschaftlich rentabel ist. Dieser integrierte Ansatz für das den Hochwasserschutz wird das Überschwemmungsrisiko erheblich verringern sowie den ökologischen und den Erholungswert des Alpenrheins auf internationaler Ebene verbessern.