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Konzepte zum naturverträglichen HW‐ und Auenschutz

Institut für Wasser und Gewässerentwicklung / Dr.‐Ing. Boris Lehmann Seite 1

KIT – die Kooperation von Forschungszentrum Karlsruhe GmbH und Universität Karlsruhe (TH)

Institut für Wasser und Gewässerentwicklung – Bereich Wasserwirtschaft und Kulturtechnik – Prof. Dr.‐Ing. Nestmann

Konzepte zum naturverträglichen Hochwasser‐und AuenschutzAktuelle Situation, Handlungsoptionen und Restriktionen aus technischer Sicht

Dr.‐Ing. Boris LehmannWasserbau und Gewä[email protected]

www.sandsack.info

Zum Aufbau des Vortrages:

• Aktuelle Situation

• Handlungsoptionen

• Restriktionen



2Institut für Wasser undGewässerentwicklung

Hochwasserschutz

‐ Aktuelle Situation ‐




Warum Hochwasserschutz?

Warum HW‐Schutz?

Nutzungsanforderungen an ein Fließgewässer

Bsp. Oberrhein:

‐ Wichtiger dt. Wirtschaftsstandort,

‐ ca. 6 mio. Menschen leben im ursprünglichen Überflutungsgebiet

‐ Anpassung der Gewässerlandschaft von der Natur‐zur Kulturlandschaft

Wie ist diese Anpassung erfolgt?→ nächste Folie




Oberrheinausbau nach Tulla und Honsell und …

1828

Oberrheinausbau im Bereich Breisach (Quelle: Bericht Nr. I‐11 der KHR, 1993, S. 77)

1872

1963

ZieleLandnutzungGrenzfestigungSchiffbarmachungWasserstandsregelung

• Erläuterung der Ziele des Oberrheinausbaus

• Darstellung der Grafiken

• Ursprüngliches Rheinsystem um 1828

• Nach Regulierung durch Tulla 1872

• Nach Ausbau der Wasserstraße und Wasserkraft

Die Ziele wurden erreicht!

Welche Maßnahmen wurden durchgeführt und welche negativen Folgen wurden dabei verursacht?→ nächste Folien




Maßnahmen und Folgen des Flussbaus

Maßnahmen des Gewässerausbaus

Flusstrassierung in einem relativ geradlinigen Hauptstrom

Abdämmung der Vorlandbereiche

Buhnen‐ und Staustufenbau zur Wasserstandsregulierung

Negative Folgen

Beschleunigung der Strömung

Zunahme der Gerinneerosion

Verlust von Überflutungsflächen

Erhöhung des Hochwasserabflusses

Abtrennung der Auen

Geschieberückhalt in den Stauräumen

Sohlenerosion im Unterwasser der Stauanlage (Bsp. Iffezheim)

Unterbrechung der Durchgängigkeit

Aufbau per Klick:

Maßnahme und dann Folge…

Die gewonnenen Erkenntnisse und Erfahrungen zeigen auf, dass der Gewässerausbau durch die genannten Maßnahmen nicht nur nachteilig für die Gewässerökologie ist, sondern zudem auch nur lokale Verbesserungen des Hochwasserschutzes bewirken!

Welche Handlungsoptionen zum HW‐Schutz bieten sich also gegenwärtig an?→ nächste Folie




Hochwasserschutz

‐ Handlungsoptionen ‐




Die „drei Säulen“ des HW‐Schutzes

Hochwasservorsorge

Technischer Schutz Operationeller Einsatz

Archiv IWG

Drei Mögliche Handlungsoptionen, deren kombinierter Einsatz ein an die Bedingungen angepasstes und nachhaltiges Hochwassermanagement von Fließgewässersystemen ermöglichen.

Blick zur HW‐Vorsorge…→ nächste Folie




Hochwasservorsorge

Hochwasservorsorge

Flächenvorsorge

‐ angepasste Nutzung

Bauvorsorge

‐ angepasste Bauweise

Risikovorsorge

‐ Rücklagen, Versicherung

Natürlicher Wasserrückhalt

‐ Aktivierung vonRetentionsräumen

‐ FlächenentsiegelungArchiv IWG

www.wwa‐ke.bayern.de

www.rp.baden‐wuerttemberg.de

Hochwasser‐Versicherung

1) Flächenvorsorge

Bekannte Überflutungsräume freihalten

2) Bauvorsorge

Angepasste Bauweisen mit mögl. geringem Schadenspotenzial

3) Risikovorsorge

4) Natürlicher Wasserrückhalt

z.B. durch Deichrückverlegungen o.ä.




Monheimer Rheinbogen mit neuer Deichtrasse(Luftbild: „Monheim zurück an den Rhein!“, Stadt Monheim)

Was bringt‘s?

Auenökologisches Potenzial: ☺

Hochwasserentlastung für Unterlieger: ?

Beispiel zum natürlichen Wasserrückhalt:

Deichrückverlegung am Niederrhein bei Monheim

Durch die Schaffung neuer Überflutungsräume können Auenwälder etabliert werden…

Was bringt diese Maßnahme für den HW‐Schutz?Die Hochwasservorhersagezentrale BW hat hierzu die Wirksamkeit möglicher Deichrückverlegungen am Oberrhein untersucht… → nächste Folie




Rechnerische HW‐Analyse Deichrückverlegung am Oberrhein – Szenario 1

Homagk, LfU Karlsruhe,

2005

Simulierte HW‐Welle:ca. 1 Tag über 3000 m³/s

Recherche der HVZ BW:

Potenzial für Deichrückverlegungen zwischen Basel und Karlsruhe = 10.945 ha (ca. 15.330 Fußballfelder oder 37% der Bodenseefläche!)

Simulation Szenario 1: Ein Tag HW mit 3000 m³/s

• Schwarze Ganglinie = HW‐Zufluss in den Oberrhein

• Rote Ganglinie = HW‐Abfluss bei KA ohne Maßnahmen

• Grüne Ganglinie = HW‐Abfluss bei KA mit Maßnahmen

• Fazit: Bei kurzen HW‐Ereignissen

• HW‐Schutz durch Retention

• HW‐Schutz durch Laufzeitverlängerung




Rechnerische HW‐Analyse Deichrückverlegung am Oberrhein – Szenario 2

Homagk, LfU Karlsruhe, 2005

Simulierte HW‐Welle:ca. 4,5 Tage über 3000 m³/s

Gleiche Darstellung wie bei Szenario 1

Neue Randbedingung: HW‐Ereignis dauert länger an!

Fazit: Für lang andauernde HW‐Ereignisse…

•bei ansteigendem Abfluss läuft das Wasser unkontrolliert in die Rückhalteflächen ein

• bevor der HW‐Wellenscheitel die Deichrückverlegungsstrecken erreicht hat, sind die Flächen bereits vollgefüllt

• daher kaum mehr HW‐Schutz durch Retention

•HW‐Schutz durch Laufzeitverlängerung

•Deichrückverlegungen nur in Abhängigkeit von der Charakteristik der HW‐Ganglinie als Hochwasserschutzmaßnahme nützlich





Hochwasservorsorge


Archiv IWG

Was verbirgt sich hinter den Maßnahmen des technischen HW‐Schutzes?




Technischer Hochwasserschutz

Technischer Schutz

Gewässerausbau

Schutzbauwerke‐ Dämme, Deiche‐mobile Wände

Objektschutz‐ temporär, dauerhaft

Speicherbauwerke‐ Talsperren‐ Rückhaltebecken‐ Polder (gesteuert/ungest.)

WWA Bayern, 2008

Gewässerausbau(vgl. Oberrhein: Wasser schnell weg zum Unterlieger – dazu Begradigung und Dämme)

Schutzbauwerke / ObjektschutzMobil und/oder dauerhaft

SpeicherbauwerkeRückhalt durch TalsperreRückhalt durch Becken im HauptschlussRückhalt in Poldern (im Nebenschluss)

Wirksamkeit von Rückhaltebauwerken mit und ohne Regeleinrichtungen→ nächste Folie




Polderanlagen: ungesteuert oder gesteuert?Abfluss

Zeit

Abfluss

Zeit

ungesteuerter Polder

Funktion äquivalent zur Deichrückverlegung

gesteuerter Polder

gezieltes Fluten und Entleeren des Rückhalteraumes durch Steuerbauwerke möglich

Damit kann der Scheitel einer HW‐Welle wirksam gekappt werden!

Wirksamer HW‐Schutz durch einen gesteuerten Polder in der Praxis→ nächste Folie




Poldereinsatz in der Praxis:Kulturwehr Kehl / Rhein mitPolderanlage Altenheim(520 ha ‐ 17,6 mio. m³)

Polder Altenheim/Rhein bei Kehl:

Aufbau und Funktion

Analyse von gemessenen und berechneten Wasserstands‐Abfluss‐Werten im Rahmen des Rheinhochwassers von 1988 durch die LfU BW

→ nächste Folie




Retentionswirkung beim Durchlauf der HW‐Welle 1988infolge Polderbetrieb Altenheim

Quelle: HVZ, LfU Karlsruhe

Quelle: Bericht Nr. I‐11, KHR

Rote Kurve: Ganglinie ohne Poldersteuerung (unkontrolliertes Füllen)

Grüne Kurve: Gangline bei Poldersteuerung

Infolge der Poldersteuerung Altenheim:

Bei KA‐Maxau: ca. 23 cm WSP‐Absenkung

Bei Worms: ca. 10 cm WSP‐Absenkung

Fazit:

Im Rahmen des IRP ist der koordinierte Betrieb zahlreicher gesteuerter Polder vorgesehen. Die Steuerung erfolgt je nach HW‐Ganglinie.

Nur dadurch ist für die Unterlieger der HW‐Schutz möglich, der z.B. Köln vor häufiger Überflutung schützt.





Hochwasservorsorge


Archiv IWG




HW‐Schutz und Vorsorge durch Information

Operationeller Einsatz

Frühwarnung

‐Wettervorhersage

Vorhersage

‐ Abflüsse, Wasserstände

Alarmierungspläne

‐ Regional, überregional

Einsatzplanung

‐ Polderflutungen‐ Katastrophenschutz /Evakuierungen

Punkte erläutern

Kurzer Blick zu den HWGK‘en




Beispiel: HW‐Gefahrenkarten für die Öffentlichkeit

www.uvm.baden‐wuerttemberg.de

Die HWGK‘en sollen zukünftig zur Flächenvorsorge beitragen, indem pot. gefährdete Überschwemmungs‐gebiete transparent ausgewiesen werden.




Hochwasserschutz

‐ Restriktionen ‐

… und Möglichkeiten!

Aus Restriktionen können Möglichkeiten entstehen…




Definition „Hochwasser“

DIN 4049/1994‐10 „Hydrologie“, Teil 3Hochwasser (en: flood)Zustand in einem oberirdischen Gewässer, bei dem der Wasserstand oder der Durchfluss einen bestimmten Wert (Schwellenwert) erreicht oder überschritten hat.

HW‐Schutz wird planerisch für einen Schwellenwert, den sog. Bemessungsabfluss, ausgelegt.

Festlegung des Schwellenwertes auf Basis hydrologischer und gebietsspezifischer Parameter.

Überschreitet das Naturereignis den Schwellenwert, so versagt größtenteils die Schutzfunktion der Anlage!




Hochwasserschutz erfordert Solidarität !

Hochwassermagazin 4,

Mai 2002

und Interdisziplinarität!

HW‐Schutz erfordert Solidarität(Bsp. IKoNe oder IRP)

HW‐Schutz erfordert Interdisziplinarität

Neben der Ökologie spielen noch weitere Fachdisziplinen bei der Planung und Gestaltung des Hochwasserschutzes eine wichtige Rolle!




Gewässerökologie: Chancen für integrativen HW‐SchutzDonau östlich Wien (Satellitenfotos: Naturhistorisches Museum Wien; Lageplan: IWG; Fotos: IWG & Lötsch)

Bsp. Donau/Wien

Öffnung von Querbauwerken in Altarmen und Wiederanbindung an den Hauptfluss erweitern den Abflusskorridor bei Mittel‐ und Hochwasser (Laufzeitverlängerung, Rückhalt) und ermöglichen die Etablierung von Auewäldern.




Öko‐Hydraulik: Interaktion Vegetation und Abfluss(Quelle: GWDir. Südlicher Oberrhein, Breisach)

Tieferlegung des Geländes um ca. 6 m zwischen Rhein‐km 174,3 und 218,8 (= 44,5 km)

UnterliegerOberlieger

Bsp. Projekt Vorlandabgrabung am Oberrhein

Durch Abgrabung soll der Abflussquerschnitt erweitert werden und zugleich potenzielle Ansiedlungsflächen für Auewälder entstehen

Positive Effekte dieser Maßnahme für die Unterlieger liegen auf der Hand.

Vorsicht bei Etablierung von Gehölzen in beengten Gewässerkorridoren mit hohen Fließge‐schwindigkeiten: Infolge der Gehölze entsteht ein Strömungswiderstand, der für die An‐ und Oberlieger einen Aufstau zur Folge haben kann…

Hier sind detailgenaue hydraulische Untersuchungen notwendig…




Vorraussetzung:o ökologische Entwicklungsfähigkeit der vorgesehenen Maßnahmen im Untersuchungsgebiet

Wasserbauliche Kernfragen:o Wie ändert sich die hydraulische Funktionalität infolge der zusätzlichen ökologischen

Maßnahmen?

o Wie ändert sich dadurch der Schutzgrad bei Hochwasser für die An‐, Unter und Oberlieger?

Ansatz integrativer HW‐Schutz:o Kompromissfindung durch Wichtung der Ziele und Entscheidung für eine Variante, die

möglichst viele Belange möglichst optimal berücksichtigt.

Nachhaltigkeit:o Nach Fertigstellung und Inbetriebnahme der Maßnahme: Monitoring zur Entwicklung, um

unerwünschte Einschränkungen der beabsichtigten Wirksamkeit erkennen zu können und entsprechend handeln zu können.

Zusammenfassung: Anforderungen an den naturverträglichen HW‐Schutz und Auenschutz




Vielen Dank für die Aufmerksamkeit

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