Verzeichnis der Unterlagen

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2 Inhalt Verzeichnis der Unterlagen Erläuterungsbericht Anhang 1: Anhang 2: Pläne nach Planverzeichnis Übergebene Daten

3 Inhalt Erläuterungsbericht 1. Vorhabensträger Veranlassung und Vorgehensweise Terrestrische Vermessung Ermittlung der Abflussmengen Beschreibung des Niederschlag-Abfluss-Modells Gebietsdaten Ereignisdaten Ermittlung Bemessungsabflüsse Ermittlung des Überschwemmungsgebietes Berechnungergebnisse Hydraulisches Berechnungsmodell Überschwemmungsgebiet Eh1... 9

4 1. Vorhabensträger Vorhabensträger ist: Stadtverwaltung Pfaffenhofen a. d. Ilm Hauptplatz Pfaffenhofen a. d. Ilm. 2. Veranlassung und Vorgehensweise Die Stadt Pfaffenhofen beabsichtigt, für sieben Untersuchungsgebiete die mögliche Gefährdung durch Hochwasserereignisse abschätzen zu lassen. Die Untersuchungsgebiete liegen in der Nähe von Gewässern dritter Ordnung, für die bislang kein amtliches, vorläufig gesichertes oder faktisches Überschwemmungsgebiet besteht. Zudem sind für die Gewässer dritter Ordnung die bei einem hundertjährlichen Hochwasserereignis ( HQ 100 ) auftretenden Abflussmengen nicht bekannt und müssen daher abgeleitet werden. Hierfür ist auch eine Bestimmung des für das jeweilige Untersuchungsgebiet zugehörigen Einzugsgebietes durchzuführen. In nachfolgend beschriebener Untersuchung wird das Überschwemmungsgebiet im Gebiet Ehrenberg Eh1 ermittelt, dessen Lage aus nachfolgender Abbildung ersichtlich wird. Abbildung 2.1: Einzugsgebiet des Untersuchungsgebietes Eh1 ( ESRI Maps; Abruf am ) Seite 1

5 3. Terrestrische Vermessung Im Untersuchungsgebiet Eh1 wurde eine terrestrische Vermessung durchgeführt. In Ehrenberg sind für die Hochwassergefährdung zwei Gewässerachsen im Oberlauf des Gittenbaches zu betrachten: Achse Nord : beginnend auf der Freifläche zwischen Am Kreuzberg und dem Reitbacher Weg, weiter durch einen Durchlass unter dem Straßenzug Am Schmiedberg, schließlich zur PAF9; vgl. Ziffern 1 in Abbildung 3.1. Achse Süd : beginnend am westlichen Ortseingang an der PAF9, weiter entlang des südlichen Ortsrandes, durch den Eutenhofener Weg und die PAF9, Mündung in Achse Nord ; vgl. Ziffern 2 in Abbildung 3.1; Nach der Vereinigung der Achsen Nord und Süd verläuft der Gittenbach durch eine Vielzahl an Verrohrungen dem Gelände folgend in östliche Richtung (vgl. Ziffern 3 in Abbildung 3.1). Entlang der Achse Nord wurden vollständige Querprofile aufgenommen, um die Hochwassergefährdung für das geplante Baugebiet (östlich des Straßenzuges Am Schmiedberg ) möglichst exakt zu erfassen. Entlang der Achse Süd wird der Hochwasserabfluss von einer Vielzahl von Durchlässen beeinflusst. Lage und Dimension der Durchlässe wurden erfasst. Da die Achse Süd für den eigentlichen Untersuchungsgegenstand jedoch nicht maßgebend ist und nur als Vorflut für den Abfluss der Achse Nord dient, wurden entlang der Achse Süd keine vollständigen Profile, sondern nur die genannten Durchlässe aufgenommen Abbildung 3.1: Lage der aufgenommenen Querprofile und Bruchkanten im Untersuchungsgebiet Eb3 Seite 2

6 4. Ermittlung der Abflussmengen Die Ermittlung der Abflussmengen im Untersuchungsgebiet Eh1 erfolgte über ein Niederschlags-Abflussmodell. 4.1 Beschreibung des Niederschlag-Abfluss-Modells Abflussbildung Bei der Berechnung der Abflussbildung werden der Anteil und der zeitliche Verlauf des abflusswirksamen Niederschlags bestimmt. Die einfachste und sehr häufig angewendete Methode, die auch hier eingesetzt wird, ist der zeitlich nicht variable konstante Abflussbeiwert, bei dem in jedem Niederschlagsintervall der gleiche prozentuale Anteil abflusswirksam ist (Effektivniederschlag oder abflusswirksamer Niederschlag). Der Abflussbeiwert wird mit dem Verfahren nach Lutz bestimmt. Er wird dabei aus gebietsund ereignisabhängigen Größen abgeleitet. Abflussverformung Nach der Berechnung der Abflussbildung erfolgt die Berechnung der Abflussverformung. Diese erfolgt über ein Einheitsganglinienverfahren. Die Form der Einheitsganglinie ist gebietsabhängig und kann über Gebietsparameter abgeleitet werden. Hier wird das regionalisierte Einheitsganglinienverfahren nach Lutz/ Südbayern verwendet, das für Einzugsgebiete südlich der Donau angepasst wurde. 4.2 Gebietsdaten Die Bestimmung des Einzugsgebiets (siehe Abbildung 4.1) und weiterer Daten wie z.b. Länge der Fließstrecke und Gefälle des Vorfluters erfolgt über eine automatisierte Gebietsableitung mit einem geographischen Informationssystem (GIS). Als Grundlage für die Ableitung der Gebietsdaten dient ein digitales Geländemodell mit einer Auflösung von 1m. Die Landnutzung wurde mit Hilfe der Corine Landcover (CLC ) ermittelt (siehe Abbildung 4.2). Abbildung 4.1 Einzugsgebiete (roter Umgriff) mit längstem Fließweg (blaue Linie) Seite 3

7 Tabelle 4.1: Gebietsdaten der einzelnen Einzugsgebiete EZG Nord EZG Süd Fläche [km²] 0,4 0,29 Länge [km] 1,58 1,47 Länge bis Schwerpunkt [km] 0,79 0,71 gewogenes mittleres Gefälle [%] 1,67 2,89 bebauter Flächenanteil [%] bewaldeter Flächenanteil [%] 0 0 Abbildung 4.2 Tabelle 4.2: Landnutzung im Einzugsgebiet Prozentuale Aufteilung der Landnutzung im Einzugsgebiet Landnutzung EZG Nord [%] EZG Süd [%] Siedlung Acker Wiesen 34 0 Seite 4

8 4.3 Ereignisdaten Niederschlagshöhen Zur Berechnung von Abflüssen aus Niederschlägen mit langen Wiederkehrzeiten werden die Starkniederschlagshöhen nach KOSTRA DWD 2010R verwendet. Dabei wird die KOSTRA- Rasterzelle ausgewählt, die dem Gebietsschwerpunkt des Einzugsgebiets am nächsten gelegen ist. Für das Einzugsgebiet des Winzerer Grabens wurde die Rasterzelle mit der Spalte 48 und der Zeile 87 ausgewählt. Damit ergeben sich für das Untersuchungsgebiet für ein Ereignis mit Wiederkehrzeiten T = 100 Jahre Niederschlagshöhen nach Tabelle 5.3. Tabelle 4.3: Niederschlaghöhen (mm) der Widerkehrzeit T = 100 für unterschiedliche Niederschlagsdauern [hh:mm] 0:15 0:20 0:30 0:45 1:00 1:30 2:00 3:00 4:00 6:00 9:00 12:00 18:00 24:00 48:00 72:00 [mm] Es wird angenommen, dass in einem kleinen Einzugsgebiet ein n-jähriger Niederschlag im Mittel einen n-jährigen Abfluss verursacht. Üblicherweise erfolgt eine Abminderung der Gebietsniederschläge erst bei Einzugsgebieten mit einer Größe von mehr als 100 km², da es dann zu einer ungleichmäßigen räumlichen Überregnung des Einzugsgebietes kommen kann. Zeitlicher Verlauf der Niederschlagsbelastung Für eine Niederschlag-Abfluss-Simulation wird neben der Niederschlagshöhe, die aus Tabelle 4.3 für verschiedene Niederschlagsdauern entnommen werden kann, auch die zeitliche Verteilung des Niederschlages während des Niederschlagsereignisses benötigt. Nach den Regeln des Deutschen Verbands für Wasserwirtschaft und Kulturbau (DVWK, 19841) weisen Starkniederschläge häufig eine zeitliche Verteilung auf, wie sie annähernd durch Abbildung 4.3 wiedergegeben wird. Diese zeitliche Verteilung wird bei der Aufstellung der synthetischen Niederschlagsereignisse zugrunde gelegt. 1 DVWK, DVWK-Regel 113- Arbeitsmaterialien zur Anwendung von Niederschlag-Abfluss-Modellen in kleinen Einzugsgebieten, Teil II: Synthese; Verlag Paul Parey, Hamburg und Berlin, Seite 5

9 Zeitliche Niederschlagsverteilung 1,0 relative Niederschlagshöhe (-) 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 relative Zeit (-) Abbildung 4.3: Zeitliche Verteilung von Starkniederschlägen nach DVWK (1984) 4.4 Ermittlung Bemessungsabflüsse Zur Ermittlung der maßgeblichen (ungünstigsten) Niederschlagsdauer wurden Berechnungen mit dem Niederschlag-Abfluss-Modell für die in Tabelle 4.3 angegebenen und nach Abbildung 4.3 zeitlich verteilten Niederschlagshöhen für ein 100-jährliches Ereignis durchgeführt. In der nachstehenden Tabelle 4.4 sind die Berechnungsergebnisse für alle Dauerstufen zusammengestellt. Zusätzlich sind die Abflussbeiwerte, die sich nach dem Verfahren nach Lutz aufgrund der Landnutzung und Bodeneigenschaften für jedes Niederschlagsereignis ergeben, aufgeführt. Das maßgebende Ereignis, bei denen in Summe für beide Teileinzugsgebiete der höchste Abflussscheitel ermittelt wird, ist das 1-stündige Ereignis mit einem Abflussscheitel von 1,07 m³/s bzw. 1,18 m³/s. Tabelle 4.4: Berechnungsergebnisse für HQ 100 Dauerstufe EZG Nord EZG Süd [m³/s] PSI [m³/s] PSI 15 min 0,49 0,29 0,59 0,25 20 min 0,60 0,32 0,71 0,27 30 min 0,76 0,35 0,89 0,31 45 min 0,94 0,38 1,08 0,34 1 min 1,07 0,40 1,18 0, h 1,08 0,41 1,10 0,37 2 h 1,03 0,42 1,06 0,38 3 h 0,98 0,43 1,00 0,39 4 h 0,94 0,44 0,95 0,40 Seite 6

10 Dauerstufe EZG Nord EZG Süd [m³/s] PSI [m³/s] PSI 6 h 0,88 0,45 0,84 0,42 9 h 0,79 0,46 0,71 0,43 12 h 0,70 0,47 0,59 0,44 18 h 0,56 0,49 0,44 0,45 24 h 0,26 0,41 0,20 0,38 48 h 0,35 0,56 0,27 0,53 72 h 0,28 0,58 0,22 0,56 Vom Wasserwirtschaftsamt Ingolstadt wurden für den Gittenbach Hochwasserkennwerte für ein HQ100 zur Verfügung gestellt: Tabelle 4.5: Vom WWA zur Verfügung gestellte Abflusskennwerte am Gittenbach Lage Ae [km²] Q [m³/s] q [l/s*km²] Gittenbach in Ehenberg 0,45 1, Gittenbach bei Haimpertshofen 7,3 8, Mit diesen Angaben wurde ein Spendendiagramm erstellt, nachdem die beiden Einzugsgebiete in Summe bei einer Einzugsgebietsgröße von 0,69 km² eine Abflussspende von 3575 l/s*km² aufweisen. Da der mit dem N-A-Modell berechnete maximale Abfluss beider Teileinzugsgebiete eine im Vergleich dazu zu kleine Abflussspende von 3260 l/s*km² aufweist, wurden die berechneten Abflüsse der Dauer T = 1 h um den Faktor 1,095 erhöht. Die Zuflussganglinien (siehe Abbildung 4.4) dieses maßgebenden Ereignisses wurden als instationäre Abflussmengen dem 2D-Modell an den beiden Gewässerachsen zugegeben (vgl. Abbildung 4.5). Die Retentionswirkung von natürlichen Rückhalteräumen wird mit der Methodik einer instationären Berechnung realistischer wiedergegeben als unter einer Zugabe von Abflüssen, welche über die Zeit unverändert ( stationär ) bleiben. Seite 7

11 Abbildung 4.4: Abflussganglinien an den Gewässerachsen Nord und Süd beim HQ 100 Abbildung 4.5: Laserscandaten und amtlicher Gebäudebestand in Ehrenberg; Zugabestellen für den Oberflächenabfluss an den beiden Gewässersachsen Nord und Süd mit Pfeilen markiert; Seite 8

12 5. Ermittlung des Überschwemmungsgebietes Nach der Ermittlung der Abflussmengen und der Vermessung wird ein hydraulisches 2D- Modell erstellt. Darin wird der gegenwärtige Gebäudebestand im Umfeld des Untersuchungsgebietes übernommen. Das Gerinne der der Achse Nord wird anhand der Vermessungsdaten zwischen den vorhandenen Gewässerprofilen modelliert. Die vorhandenen Durchlässe werden im 2D-Modell abgebildet. Sonstige Grabenstrukturen werden nicht gesondert erfasst, sondern sind anhand der amtlichen Laserscandaten in der Geländeoberfläche des hydraulischen Modells enthalten (vgl. Abbildung 4.5). Mit einer hydraulischen Wasserspiegellagenberechnung wird das Überschwemmungsgebiet für den Istzustand bei einem HQ 100 ermittelt. Die planerische Darstellung des Überschwemmungsgebietes im PDF-Format ist aus Plan H 100 des Anhangs ersichtlich. 6. Berechnungergebnisse 6.1 Hydraulisches Berechnungsmodell Das für die Wasserspiegellagenberechnungen verwendete Berechnungsprogramm HYDRO_AS-2D stellt den Standard für 2-dimensionale hydraulische Berechnungen in der Bayerischen Wasserwirtschaftsverwaltung dar. Durch die 2-dimensionale, numerische Berechnung können die Strömungsverhältnisse und die Überflutungsvorgänge genauer ermittelt werden, als bei einer 1-dimensionalen Berechnung. Eine getrennte Berechnung von Flussschlauch und Vorländern entfällt. Die komplexen Strömungsinteraktionen zwischen Flussschlauch und Vorland sowie mögliche Rückstau- und andere (2-dimensionale) Fließeffekte werden implizit berücksichtigt (Nujić2; 1998). 6.2 Überschwemmungsgebiet Eh1 Die Wasserspiegellagen des HQ 100 werden mit dem zugrunde liegenden Geländemodell verschnitten und damit die Wassertiefen des Überschwemmungsgebietes ermittelt. Die Überschwemmungsgebiete werden im Anhang vor dem Hintergrund eines Luftbildes im Plan H100 dargestellt. Für die Hochwassergefährdung des geplanten Baugebietes östlich des Straßenzuges Am Schmiedberg ist das Abflussgeschehen an der Gewässerachse Nord maßgebend. Die Vorlandüberströmung fließt von der Zugabestelle (vgl. Ziffer 1 in Abbildung 6.1) dem Gefälle folgend auf den Durchlass unterhalb des Straßenzuges (vgl. Ziffer 2 ) Am Schmiedberg zu. Der Rückhalteraum westlich des Straßenzuges Am Schmiedberg ist groß genug, um ein Überströmen der genannten Straße zu verhindern. Die Leistungsfähigkeit des Durchlasses DN300 unterhalb des Straßenzuges Am Schmiedberg wäre für den Scheitel der Zuflussganglinie zu gering. 2 Nujić M. (1998) Praktischer Einsatz eines hochgenauen Verfahrens für die Berechnung von tiefengemittelten Strömungen, Mitteilungen des Instituts für Wasserwesen der Universität der Bundeswehr München, Nr. 62. Seite 9

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14 Anhang 1 Anhang 1 Pläne nach Planverzeichnis

15 Anhang 1 Planverzeichnis Plan Nr. Bezeichnung Maßstab H100 Wassertiefen HQ 100 im Istzustand 1 : 5.000

16 Anhang 2 Anhang 2 Übergebene Daten

17 Anhang 2 Übergebene Daten Dateiname WT_Ist_HQ100_Eh1.dwg Bezeichnung Georeferenzierte CAD-Datei mit den Wassertiefen des Überschwemmungsgebietes beim HQ 100 im Istzustand im Gebiet Eh1