Projekte • 12. Juli 2024
Volumendifferenzen, Zonenstatistik und mehr: wie Geoinformationssysteme (GIS) beim Wiederaufbau des Ahrtals helfen
Im Juli 2021 verwandelte eine katastrophale Flut das idyllische Ahrtal in Rheinland-Pfalz in ein Trümmerfeld: Nach extremen Regenfällen schwollen die Ahr und ihre Nebenflüsse innerhalb kürzester Zeit rasant an – und zerstörten Infrastruktur, Wohngebäude und natürliche Lebensräume sehr weitreichend. Außerdem verloren allein in Bad Neuenahr-Ahrweiler 71 Menschen ihr Leben. Rettungs- und Hilfsmaßnahmen waren dringend notwendig – und rasch wurde klar, wie herausfordernd es ist, die betroffenen Gebiete wiederaufzubauen und ihre Resilienz zu verbessern.
Den Wiederaufbau effizient und nachhaltig gestalten
Heute, drei Jahre nach der verheerenden Flutkatastrophe, sind ihre Spuren in der Region noch immer sichtbar. Doch der Wiederaufbau ist in vollem Gange – auch die WhereGroup ist daran beteiligt. Einer unserer Kunden, die Aufbau- und Entwicklungsgesellschaft Bad Neuenahr-Ahrweiler mbH, koordiniert den Wiederaufbau in Bad Neuenahr-Ahrweiler und führt wesentliche Maßnahmen im Auftrag der Stadt durch. Die WhereGroup unterstützt bei allen Themen rund um Geodaten. Dazu gehören der Aufbau der hausinternen Geodateninfrastruktur (GDI), der Einsatz des Open-Source-Geoinformationssystems QGIS und die Datenprozessierung. Unsere gemeinsame Mission: Wir wollen den Wiederaufbau meistern – effizient und nachhaltig.
Volumendifferenzen mit QGIS berechnen
Die Flut verursachte durch die enormen Abflussmengen und Strömungsgeschwindigkeiten Massenverlagerungen: Die Wassermassen trugen Boden und Kies ab und lagerten sie an anderen Stellen ab. Nun gibt es ein Planungskonzept, das der Ahr und den Überflutungsflächen mehr Platz einräumt und eine natürliche Flussdynamik zulässt. Das soll die Hochwasserresilienz verbessern.
Unser Kunde wollte wissen, wie sich die Massenverlagerungen und die dadurch erforderlichen Maßnahmen analysieren ließen. Wir erhielten zwei Punktdatensätze: die aktuelle Oberfläche nach der Flut, basierend auf LIDAR-Befliegung, und die geplante zukünftige Oberfläche, die im GIS aufgearbeitet wurde.
Die Berechnung der Volumendifferenzen könnte eine Aufgabe aus einem GIS-Schulungshandbuch sein: Zunächst werden die Punktdaten zu kontinuierlichen Rastern interpoliert, beispielsweise mitTIN-Interpolation. Mit dem Rasterrechner lassen sich dann bequem die Höhendifferenzen berechnen, indem man die Oberflächen voneinander subtrahiert. Die Multiplikation mit den Pixel-Kantenlängen, der Grundfläche, ergibt die Volumenunterschiede zwischen der aktuellen und der geplanten Oberfläche für jede Rasterzelle:
Pixelwerte mit Zonenstatistik auswerten
Das Ergebnis erlaubt bereits qualitative Aussagen über Bereiche von zu erfolgenden Abtragungen und Fehlmaterial und deren Abstufung. Um jedoch konkrete Aussagen über die zu bewegenden Volumen zu treffen, fehlen noch ein paar Schritte. Mit dem Tool Zonenstatistik lassen sich Pixelwerte statistisch auswerten. Dafür ist ein Layer mit den entsprechenden Zonen bzw. Polygonen erforderlich. Für eine Gesamtauswertung nutzen wir die Höhenlinien des Differenzrasters, um Polygone zu erzeugen (Werkzeug: Konturpolygone) und nutzen diese als Eingabelayer für die Zonenstatistik.
Als Ergebnis erhalten wir die gesamten Volumina einzelner Anlandungs- und Abtragungsbereiche in Kubikmetern.
Sinnvolle Unterstützung
Fest steht: QGIS kann beim Wiederaufbau des Ahrtals in zentralen Bereichen unterstützen, indem es hilft, Volumendifferenzen zu quantifizieren und zu visualisieren.
Im nächsten Schritt erstellen wir das finale Prozessierungsmodell. Dann sind wir gespannt darauf, wie die verantwortlichen Planungsbüros und weitere Beteiligte die Ergebnisse tatsächlich nutzen.
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