Wasserwirtschaft und allgemeiner Wasserbau

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1 Wasserwirtschaft und allgemeiner Wasserbau LVA HS EH01 Montag, 8:30 11:45 Bernhard PELIKAN Department für Wasser Atmosphäre Umwelt; Institut für Wasserwirtschaft, Hydrologie und konstruktiven Wasserbau IWHW. Universität für Bodenkultur Wien. Muthgasse 18, A-1190 Wien. Tel: bernhard.pelikan@boku.ac.at Web:

2 Inhalte und Gliederung Kapitel 3 Hochwasserschutz 3.1 Allgemeines 3.2 Maßnahmen des Hochwasserschutzes Passiver Hochwasserschutz Aktiver Hochwasserschutz Lineare Maßnahmen Hochwasserrückhaltebecken Bemessung Konstruktion Gestaltung und Sicherung

3 3.1 Allgemeines (1) Hochwasser impliziert einen Zielkonflikt zwischen den Raumansprüchen des Gewässers einerseits und der Menschen andererseits Hochwasserschutz beschreibt die Sichtweise des Menschen in diesem Interessenskonflikt Hochwasserschutz setzt Beschädigungspotential voraus. Es gibt keinen absoluten sondern nur einen relativen Hochwasserschutz Hochwasserschutz setzt Schutzwürdigkeit voraus Hochwasserschutz setzt eine Optimierung voraus zwischen vermiedenem Schaden eingesetzten Kapital für Schutzbauten

4 3.1 Allgemeines (2) Hochwasser basiert immer auf einem Raumproblem Hochwasserschutz wird technisch an die Wiederkehrsintervalle eines Hochwasserereignisses gebunden (HQ 10, HQ 100 ) Der Grad des Hochwasserschutzes ist von dem zu schützenden Gut abhängig Hochwasserschutz ist nicht nur gewässerbezogen sondern einzugsgebietsbezogen Hochwasserschutz verkleinert oder verringert die schädlichen Auswirkungen eines Hochwasserereignisses Dieser Gedanke eröffnet zwei Strategien: Verringerung der Schadensursache Verringerung des Beschädigungspotentials

5 3.1 Allgemeines (3) Möglichkeiten des Hochwasserschutzes Hochwasser- Vorgang Beispiel für schutzziel Maßnahmen Hochwasser- Schadlose Objektsschutz verträgliche Abfuhr Bauverbot Nutzung des HW Grünland, Wald Speicherung Bodenspeicher Verhinderung des des Wald, Versickerungs- Entstehens von Niederschlags anlagen Hochwässern Speicherung in Seen Hochwasser- Talsperren rückhaltebecken Ausbau des Beeinflussung des Kanalisierung gerinnes Abflußgeschenes Abflußdämpfung Abdämmung fließende oder stehende Retention Auswirkungen Auswirkungen Wasser Feststoffe Fracht Abfluß Fracht Abfluß = = = = < < < < << << << = = < <

6 3.1 Allgemeines (4) Einteilung in drei Kategorien des Hochwasserschutzes Maßnahmen zur Herabsetzung der Empfindlichkeit des Überschwemmungsgebietes Maßnahmen zur Erhöhung der Abflußkapazität der Fließgewässer längs des Überschwemmungsgebietes Maßnahmen zur Dämpfung der Abflüsse durch Rückhalt

7 3.1 Allgemeines (4) Parameter einer Hochwasserwelle Abflußscheitel und Abflußfülle

8 3.1 Allgemeines (5) durch Abflußverschärfung Flurbereinigung Siedlungserweiterung Verkehrsflächen Nutzungsänderungen

9 3.2 Maßnahmen des Hochwasserschutzes (1) Passiver Hochwasserschutz Aktiver Hochwasserschutz

10 3.2.1 Passiver Hochwasserschutz (1) Maßnahmen am Gewässer Nutzung gewässernaher Überflutungsräume entsprechend möglicher Folgen von HQ Umsiedlung gefährdeter Nutzungen in weniger gefährdete Gebiete Ablöse häufig gefährdeter Grundstücke und Objekte Hintanhaltung neu hinzu kommender Nutzungsansprüche (Bauverbote, Nutzungseinschränkungen) Erhaltung bestehender Retentionsräume

11 3.2.1 Passiver Hochwasserschutz (2) Maßnahmen im Einzugsgebiet Aufforstungen Gehölzbestand an Zubringerbächen Pufferzonen durch Hecken und Grünstreifen Umwandlung von Acker in Dauergrünland Abflußbremsende Bodenbearbeitung (Pflügung quer zum Hang) Erhaltung des natürlichen Bodenwasserhaushaltes Passiver Hochwasserschutz geht weit über den Einflußbereich des Wasserbaues hinaus. (Raumordnung, Flächenwidmung, Privatrecht)

12 3.2.2 Aktiver Hochwasserschutz (1) Maßnahmen Bauliche Maßnahmen Lineare Maßnahmen Punktuelle Maßnahmen Andere (u.a. nichtbauliche) Maßnahmen Erhöhung der Widerstandsfähigkeit von Gebäuden und anderen Einrichtungen gegenüber Hochwasser Nutzungsänderungen gefährdeter Flächen Information der Bevölkerung Aufbau eines Versicherungsprogrammes

13 3.2.2 Aktiver Hochwasserschutz (2) Lineare Maßnahmen Teilweiser Ausbau Abflußertüchtigung Gewässeraufweitung Hochwasserentlastung Flutmulde Entlastungsgerinne Durchstich Flußdeiche

14 Lineare Maßnahmen (1) Teilweiser Ausbau Lokale Begrenzung auf kritische Stellen (z.b. Brücken, Straßen, Leitungsquerungen, andere Bauwerke Erster Versuch der Problembehebung sollte immer eine lokale Maßnahme sein

15 Lineare Maßnahmen (2) Abflußertüchtigung Maßnahmen im bestehenden Gewässerprofil zur Steigerung der Abflußkapazität Entfernung von künstlichen oder natürlichen Abflußhindernissen Auf-den-Stock-setzen von Uferbewuchs Räumung von Anlandungen in der Sohle und den Böschungen Örtliche Austiefungen Begrenzte Uferaufhöhungen Ausrundung von scharfen Krümmungen

16 Lineare Maßnahmen (3) einseitig alternierend oder beidseitig Gewässeraufweitung eher behutsame Maßnahme bietet Potential für morphologische Verbesserungen Gesamteindruck bleibt im wesentlichen erhalten zusätzliche Flächen erforderlich

17 Lineare Maßnahmen (4) Hochwasserentlastung Muß ein Gewässer in seiner Lage und in seinem Zustand absolut erhalten bleiben, kann die Hochwasserableitung nur außerhalb des Gewässerbettes erfolgen. Hydraulisch gesehen wirkt eine derartige Hochwasserentlastung wie ein Streichwehr. Das darüber abgeworfene Wasser wird über ein eigenes Hochwassergerinne abgeführt. Eine bestimmte Uferstrecke wird überströmbar ausgeführt. Im Hauptgerinne kann es zu verstärkter Sedimentation kommen.

18 Lineare Maßnahmen (5) Flutmulde Es handelt sich um eine künstliche, flache Geländevertiefung zur fallweisen Ableitung von Hochwässern. Eine Bewirtschaftung als Dauergrünland ist möglich. Bei Bewuchs mit Bäumen und Sträuchern ist eine Kompensation der verlorenen Querschnittsflächen einzukalkulieren. Im Hauptgerinne kann es zu verstärkter Sedimentation kommen. Am Beginn und am Ende einer Flutmulde sind Sicherungsmaßnahmen zu setzen Pflege ist zur Erhaltung des Abflußquerschnittes erforderlich. Platzbedarf ist erheblich

19 Lineare Maßnahmen (6) Flutmulde

20 Lineare Maßnahmen (7) So ähnlich wie Flutmulde Entlastungsgerinne Ausführung bei stärkerer Beanspruchung, d.h. bei häufigerer Überströmung Ausstattung und Sicherung so wie dauernd wasserführendes Gewässer In verbautem Gebiet und bei Platzmangel ist auch eine gedeckte Bauweise eines Rechteckquerschnittes denkbar

21 Lineare Maßnahmen (8) Durchstich Begradigung von Flußschlingen, Streckung des Flußlaufes Einfach und früher gern gewählte Maßnahme bei stark mäandrierenden Gewässerstrecken Der abgeschnittene Gewässerabschnitt wird zum Altarm (früher zumeist verfüllt und dem landwirtschaftlich genutzten Gebiet zugeschlagen). Eventuell künstliche Dotation des Altarmes Heutige Anwendung nur mehr in Zwangssituationen

22 Lineare Maßnahmen (9) Flußdeiche Schutzdämme gegen Überflutung parallel zum Gewässerlauf. In Österreich ist der Begriff Hochwasser-schutzdamm häufig. Flußdeiche sind vorwiegend in Trockenbauweise hergestellte, verdichtete Schüttungen von Erdbaustoffen. Sie haben den Druck des gestauten Wassers aufzunehmen und in den Untergrund abzuleiten. Flußdeiche müssen nicht unbedingt absolut dicht sein, jedoch darf die Durchsickerung die Standsicherheit nicht gefährden.

23 Lineare Maßnahmen (10) Flußdeiche

24 Lineare Maßnahmen (11) Flußdeiche - Querschnitt

25 Lineare Maßnahmen (12) Flußdeiche Überströmbare Deiche flache Böschungen Luftseite 1:5 u. flacher Wasserseite 1:3 Kronenbreite 1 3m Freibord 0,3 0,5m

26 Lineare Maßnahmen (13) Bauwerke Deichrampen Wegführung über einen Deich außendeichs stromab

27 Lineare Maßnahmen (14) Bauwerke Deichscharten bei stärkerem Verkehr bei HQ verschlossen

28 Hochwasserrückhaltebecken (1) Hochwasserrückhaltebecken Durch HWRB wird ein Teil der Hochwasserfracht zurück gehalten (retendiert). Dadurch wird die Abflußspitze im flußab liegenden Gewässerabschnitt verringert. Andere wasserwirtschaftliche Zielsetzungen bei HWRB: Niedrigwasseraufhöhung Grundwasseranreicherung Landschaftsgestaltung Naturschutz Erholung Fischerei Oft ist eine Kombination mit linearen Maßnahmen sinnvoll

29 Hochwasserrückhaltebecken (2) Vorgang des Hochwasserrückhaltes

30 Hochwasserrückhaltebecken (3) Einteilung von HW-Rückhaltebecken Nach der Beckengröße (kleine, mittlere, große) Nach dem Rückhaltevolumen (Rückhaltevolumen ist <,= oder > als Abflußfülle) Nach der Lage zum Gewässer (direkt durchflossen oder seitlich angeordnet) Nach der Betriebsform (gesteuert oder ungesteuert in der Zuströmung und der Abströmung)

31 Hochwasserrückhaltebecken (4) Beckenraum und Stauhöhen

32 Hochwasserrückhaltebecken (5) Bemessung Spezifischer Speicherraum (m³/km²) ist eine Maßzahl der Wirksamkeit eines Rückhaltebeckens. Bei zunehmendem E nimmt der spez. Speicherraum bei gleichem Sicherheitsgrad ab. Grundlagen: Der Scheitelabfluß oder der höchste Wasserstand (Verformung der Hochwasserwelle ist nachzuweisen) Die Abflußfülle = das Wasservolumen einer Hochwasserwelle (dient der Ermittlung des Rückhalteraumes)

33 Hochwasserrückhaltebecken (6) Bemessung Wiederkehrsintervalle bestimmen das Maß der Sicherheit. Klasse Unterlieger T n in a I Kerngebiete, Industrieanlagen 100 II übrige bebaute Gebiete, Verkehrsanlagen III Einzelbauten, zeitweise bewohnte Siedlungen IV landwirtschaftliche Intensivkulturen V Ackerflächen 5 10

34 Hochwasserrückhaltebecken (7) Rückhalteraum Bemessung Der Beckenraum wird aus einer topografischen Karte als Beckeninhaltslinie aus der Flächeninhaltslinie ermittelt. Schätzwerte liefert die folgende Tabelle: Flaches Becken S = h.10 5 (m³) Becken mit Dauerstau S = (0,5h) 1, (m³) Becken ohne Dauerstau S = (0,4h) 2, (m³)

35 Hochwasserrückhaltebecken (8) Bemessung

36 Hochwasserrückhaltebecken (9) Bemessung

37 Hochwasserrückhaltebecken (10) Konstruktion Abschlußbauwerk (üblicherweise ein Erddamm, sowohl bindige als auch rollige Materialien) Homogener Damm

38 Hochwasserrückhaltebecken (11) Zonendamm Konstruktion

39 Hochwasserrückhaltebecken (12) Materialwahl Konstruktion

40 Hochwasserrückhaltebecken (13) Einbindung in die Landschaft Konstruktion Bei außenliegender Dichtung ist diese mit einer Erdschicht abzudecken Der Böschungsfuß sollte ausgerundet werden In den Flankenbereichen sollte eine kontinuierliche Anbindung an das umgebende Gelände geschaffen werden Die errechneten Parameter (Böschungsneigungen, Höhen, Kronenbreiten) sollten als Minimalwerte verstanden werden, deren Überschreitung im Sinne der Variabilität zulässig ist.

41 Hochwasserrückhaltebecken (14) Auslaß Konstruktion Nicht steuerbare Auslässe bei mittleren und großen Becken: Durchmesser oder Höhe mindestens 1,2m bei kleinen Becken: Durchmesser 0,8m (bekriechbar) Steuerbare Auslässe Nur für mittlere und große Becken

42 Hochwasserrückhaltebecken (16) Konstruktion Hochwasserentlastungsanlagen (dienen dem Schutz des Bauwerkes) Entweder als kombiniertes Bauwerk (gemeinsam mit dem Grundablaß) oder getrennt. feste Überfallschwellen bewegliche Verschlüsse Entlastungsgerinne: Schußrinne, Absturztreppe, Rauhgerinne Sonderform: Heber

43 Hochwasserrückhaltebecken (17) Gestaltung und Sicherung Verbesserung des Lebensraumangebotes Flexibilisierung/Verlängerung der Uferlinien (Buchten, Halbinseln, Inseln) Abwechslungsreiche und naturnahe Gestaltung der Böschungen (Flachwasserbereiche, Steilufer, vegetationslose Flächen)

44 Hochwasserrückhaltebecken (18) Flachwasserbereich Gestaltung und Sicherung