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
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2Institut für Wasser undGewässerentwicklung
Hochwasserschutz
‐ Aktuelle Situation ‐
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3Institut für Wasser undGewässerentwicklung
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
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4Institut für Wasser undGewässerentwicklung
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
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5Institut für Wasser undGewässerentwicklung
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
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6Institut für Wasser undGewässerentwicklung
Hochwasserschutz
‐ Handlungsoptionen ‐
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7Institut für Wasser undGewässerentwicklung
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
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8Institut für Wasser undGewässerentwicklung
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.
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9Institut für Wasser undGewässerentwicklung
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
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10Institut für Wasser undGewässerentwicklung
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
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11Institut für Wasser undGewässerentwicklung
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
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12Institut für Wasser undGewässerentwicklung
Die „drei Säulen“ des HW‐Schutzes
Hochwasservorsorge
Technischer Schutz Operationeller Einsatz
Archiv IWG
Was verbirgt sich hinter den Maßnahmen des technischen HW‐Schutzes?
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13Institut für Wasser undGewässerentwicklung
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
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14Institut für Wasser undGewässerentwicklung
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
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15Institut für Wasser undGewässerentwicklung
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
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16Institut für Wasser undGewässerentwicklung
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.
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17Institut für Wasser undGewässerentwicklung
Die „drei Säulen“ des HW‐Schutzes
Hochwasservorsorge
Technischer Schutz Operationeller Einsatz
Archiv IWG
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18Institut für Wasser undGewässerentwicklung
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
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19Institut für Wasser undGewässerentwicklung
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.
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20Institut für Wasser undGewässerentwicklung
Hochwasserschutz
‐ Restriktionen ‐
… und Möglichkeiten!
Aus Restriktionen können Möglichkeiten entstehen…
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21Institut für Wasser undGewässerentwicklung
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!
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22Institut für Wasser undGewässerentwicklung
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!
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23Institut für Wasser undGewässerentwicklung
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.
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24Institut für Wasser undGewässerentwicklung
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…
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Institut für Wasser und Gewässerentwicklung / Dr.‐Ing. Boris Lehmann Seite 25
25Institut für Wasser undGewässerentwicklung
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
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