Hydrologische Untersuchungen zu Hochwasserproblemen und Retentionsmöglichkeiten

Transkript

1 Hydrologische Untersuchungen zu Hochwasserproblemen und Retentionsmöglichkeiten in der Gewässeraue AG Morsbachsystem Dirk Sobolewski

2 Vortragsübersicht Vorliegende Untersuchungen Wasserbilanzmodell Morsbach Untersuchung der Hochwasserereignisse am 06. und 09. August 2007 im Einzugsgebiet des Morsbachs KNEF ++ Hydraulische und hydrologische Analyse potenzieller Maßnahmen AG Morsbachsystem 2

3 Wasserbilanzmodell Morsbach (Februar 2009) Detaillierte Abbildung hydraulischer und hydrologischer Prozesse im Einzugsgebiet Nachweis nach DWA-A 128 Nachweis nach BWK-M7 Ermittlung von Mittel- und Hochwasserabflüssen Berechnung von Überschwemmungsgebieten für maßgebliche Gewässer Übersicht WBM-Teilgebiete: gelb: Trennsystem lila: Mischsystem Kalibrierung am Pegel blau: Pegel rot: Modell AG Morsbachsystem 3

4 Untersuchung der Hochwasserereignisse am 06. und 09. August 2007 im EG des Morsbachs Gemessen am : 71 mm Vergleich zu 100-jährlich: 52 mm Radarmessung Gemessen am : 73 mm Vergleich 100-jährlich: 52 mm Stationsmessung AG Morsbachsystem 4

5 - Untersuchungskonzept, lt. WV-HWS-Konzept - Historische Recherchen, Prioritätenliste Gewässerbegehung Vereinfachte Berechnung von Gefahrenschwerpunkten Terrestrische Vermessung Hydraulische Modelle und Berechnungen Detaillierte Zeitreihenanalyse und hydrologische Modellierung Ermittlung des Schadenspotenzials Maßnahmen und Kosten-Nutzen-Analyse Betrieb bei neuen und bestehen Anlagen AG Morsbachsystem 5

6 - Historische Ereignisse - August 2007 Morsbach, Diepmannsbach, Müggenbach Fotos: Wupperverband AG Morsbachsystem 6

7 - Untersuchungskonzept, lt. WV-HWS-Konzept - Historische Recherchen, Prioritätenliste Gewässerbegehung Vereinfachte Berechnung von Gefahrenschwerpunkten Terrestrische Vermessung Hydraulische Modelle und Berechnungen Detaillierte Zeitreihenanalyse und hydrologische Modellierung Ermittlung des Schadenspotenzials Maßnahmen und Kosten-Nutzen-Analyse Betrieb bei neuen und bestehen Anlagen AG Morsbachsystem 7

8 - Vereinfachte Berechnung von Gefahrenschwerpunkten - Ermittlung aller potenziellen Durchlässe und Verrohrungen Ermittlung aller potenziell betroffenen Objekte im gesamten Einzugsgebiet 890 Objekte Potenziell betroffene Objekte AG Morsbachsystem 8

9 - Vereinfachte Berechnung von Gefahrenschwerpunkten - Ermittlung von maximalen Ausuferungsflächen mit vereinfachtem 2-D-Modell Verschneidung mit den Objekten Potenzielle Bereiche mit Schadenspotenzial 2-D-Detail: ÜSG Gewässer mit vereinfachtem 2-D-Modell 2-D-Detail: Vereinfachte Abbildung der Gewässer AG Morsbachsystem 9

10 - Untersuchungskonzept, lt. WV-HWS-Konzept - Historische Recherchen, Prioritätenliste Gewässerbegehung Vereinfachte Berechnung von Gefahrenschwerpunkten Terrestrische Vermessung Hydraulische Modelle und Berechnungen Detaillierte Zeitreihenanalyse und hydrologische Modellierung Ermittlung des Schadenspotenzials Maßnahmen und Kosten-Nutzen-Analyse Betrieb bei neuen und bestehen Anlagen AG Morsbachsystem 10

11 - Terrestrische Vermessung - Vermessung von Gewässerprofile für die maßgeblichen Gewässerabschnitte mit potenziell gefährdeten Objekten Aufstellung von detaillierten hydraulischen Modellen Potenziell gefährdete Objekte AG Morsbachsystem 11

12 - Untersuchungskonzept, lt. WV-HWS-Konzept - Historische Recherchen, Prioritätenliste Gewässerbegehung Vereinfachte Berechnung von Gefahrenschwerpunkten Terrestrische Vermessung Hydraulische Berechnungen, Defizitanalyse Detaillierte Zeitreihenanalyse und hydrologische Modellierung Ermittlung des Schadenspotenzials Maßnahmen und Kosten-Nutzen-Analyse Betrieb bei neuen und bestehen Anlagen AG Morsbachsystem 12

13 - Hydraulik, eindimensional (1-D) - Wasserspiegellagenberechnungen für 7 Jährlichkeiten Ermittlung von Überschwemmungsgebietsgrenzen Prüfung der Plausibilität Bsp.: Querprofil mit Wasserspiegellagen Bsp.: Überschwemmungsgebiet HQ100 AG Morsbachsystem 13

14 - Allgemeine Defizitanalyse - Ermittlung potenzieller Gefahrenschwerpunkte Bestimmung der maßgeblich gefährdeten Objekte für die Ortsbegehung 65 Bereiche mit rund 100 betroffenen und rund 100 potentiell betroffenen Objekten Bsp.: Ermittlung der potenziellen Gefahrenschwerpunkte Lage der pot. Gefahrenschwerpunkte AG Morsbachsystem 14

15 - Verklausungsvarianten - Prüfung der Sensitivität der Durchlässe bei möglicher Verklausung Darstellung der Veränderung der Leistungsfähigkeiten Auswirkung von Verklausungen bei Durchlässen im Einzugsgebiet des Morsbachs 100% 8 HQ-Leistungsfähigkeiten der Durchlässe (% und Anzahl) 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Ist-Zustand Verklausung 33% Verklausung 66% < HQ1 HQ1 HQ2 HQ5 HQ10 HQ25 HQ50 > HQ100 Systemvarianten Auswirkung von Verklausungen auf die Leistungsfähigkeiten Sensitivitätsanalyse Verklausung der Durchlässe AG Morsbachsystem 15

16 - Detaillierte 2-D-Hydraulik - Detaillierte 2-D-Modelle in Bereichen mit hohem Schadenspotenzial, bei Nachweis geplanter Schutzmaßnahmen bzw. in hydraulisch schwierigen Abschnitten Defizite und Nachweis von HW-Schutzmaßnahmen 2-D-Modell Bereich Müggenbach / Morsbach Bsp.: Bereich Industiehof Morsbachtal (Bröcking) AG Morsbachsystem 16

17 - Detaillierte 2-D-Hydraulik - HQ100 Ist-Zustand, Industriehof Morsbachtal AG Morsbachsystem 17

18 - Untersuchungskonzept, lt. WV-HWS-Konzept - Historische Recherchen, Prioritätenliste Gewässerbegehung Vereinfachte Berechnung von Gefahrenschwerpunkten Terrestrische Vermessung Hydraulische Modelle und Berechnungen Detaillierte Zeitreihenanalyse und hydrologische Modellierung Ermittlung des Schadenspotenzials Maßnahmen und Kosten-Nutzen-Analyse Betrieb bei neuen und bestehen Anlagen AG Morsbachsystem 18

19 - Ermittlung des Schadenspotenzials - Potenziell betroffenen Objekten werden Einlaufhöhen, Nutzungen und Vermögenswerte zugeordnet Schadenberechnung für verschiedene Hochwasserjährlichkeiten insgesamt rund 2,5 Mio. Euro Schaden bei HQ100 Pot. Schadensgrößen je Objekt bei HQ100 Pot. Schadensgrößen je Gewässer und Jährlichkeit AG Morsbachsystem 19

20 - Untersuchungskonzept, lt. WV-HWS-Konzept - Historische Recherchen, Prioritätenliste Gewässerbegehung Vereinfachte Berechnung von Gefahrenschwerpunkten Terrestrische Vermessung Hydraulische Modelle und Berechnungen Detaillierte Zeitreihenanalyse und hydrologische Modellierung Schadenspotenzialanalyse Maßnahmen und Kosten-Nutzen-Analyse Betrieb bei neuen und bestehen Anlagen AG Morsbachsystem 20

21 - Konzeption von Maßnahmen - Festlegung von Zielen Planung und Bewertung von technischen - HW-Schutzmaßnahmen Steckbriefe für die Schadensbereiche (Defizite und pot. Maßnahmen) Beispiel eines Steckbriefs Maßnahmen Defizite AG Morsbachsystem 21

22 - Potenzielle Retentionsräume - Wirkungsanalyse potenziell nutzbarer Retentionsräume Bewertung im Hinblick auf die potenzielle Schadensreduzierung Beispiel: Nutzung der Teiche am Diepmannsbach Reduzierung der Abflüsse bei HQ100 AG Morsbachsystem 22

23 - Untersuchungskonzept, lt. WV-HWS-Konzept - Historische Recherchen, Prioritätenliste Gewässerbegehung Vereinfachte Berechnung von Gefahrenschwerpunkten Terrestrische Vermessung Hydraulische Modelle und Berechnungen Detaillierte Zeitreihenanalyse und hydrologische Modellierung Schadenspotenzialanalyse Maßnahmen und Kosten-Nutzen-Analyse Betrieb bei neuen und bestehen Anlagen AG Morsbachsystem 23

24 Zusammenhang Hochwasser-Ökologie Gewollte Überflutungen (Strukturbildung) WRRL Ökologie Störung der Biozönose Nicht gewollte Überflutungen (Schäden) Stadtentwässerung Einleitungen HWRM Hochwasser Ausgleich der Wasserführung Abbildung in einem Modell gegenseitige Effektabschätzung möglich Folie: WUPPERVERBAND AG Morsbachsystem 24

25 Ziele des KNEF ++ Ergänzend zum KNEF Morsbach werden bei der Entwicklung der Morphologie folgende wasserwirtschaftlichen Randbedingungen untersucht Entwicklung eines gegliederten Profils (Fließgeschwindigkeiten bei geringen Wasserständen) Retentionsvermögen bei Hochwasser, (Rück)Gewinnung von Retentionsraum Verträglichkeit mit dem Hochwasserschutz Restriktionen bei den potenziellen Gewässerentwicklungsmaßnahmen (Raumbedarf) Abschätzung der Wirkung für kurz- und mittelfristig realistisch durchführbare Maßnahmen AG Morsbachsystem 25

26 Arbeitsschritte KNEF ++ Identifikation der kurz- und mittelfristig umsetzbaren Maßnahmen Darstellung der Möglichkeiten hinsichtlich einer gegliederten Querprofilgestaltung Abschätzung der Effekte einer naturnahen Gestaltung auf die gesamten Gewässerabschnitte Identifikation von Auenflächen Ermittlung potenzieller Volumina Nachweis der Wirkungen / Effekte bei Ausnutzung der ermittelten Retentionsräume Priorisierung der potenziellen Retentionsräume Prüfung der technischen Umsetzbarkeit, der ökologischen Verträglichkeit, der Grundstücksverfügbarkeit und der Genehmigungsfähigkeit Kostenabschätzung der unter als realisierbar eingestuften Retentionsmaßnahmen AG Morsbachsystem 26

27 Darstellung der Möglichkeiten hinsichtlich einer gegliederten Querprofilgestaltung In Anlehnung an die geometrischen Merkmale des Gewässertyps Kriterienliste wo eine Umgestaltung sinnvoll ist Entwurf angepasster Maßnahmen Ermittlung von maßgeblichen Gewässerabschnitten Naturnahe gegliederte Profile Schaffung von Ersatzauen AG Morsbachsystem 27

28 Arbeitsschritte KNEF ++ Identifikation der kurz- und mittelfristig umsetzbaren Maßnahmen Darstellung der Möglichkeiten hinsichtlich einer gegliederten Querprofilgestaltung Abschätzung der Effekte einer naturnahen Gestaltung auf die gesamten Gewässerabschnitte Identifikation von Auenflächen Ermittlung potenzieller Volumina Nachweis der Wirkungen / Effekte bei Ausnutzung der ermittelten Retentionsräume Priorisierung der potenziellen Retentionsräume Prüfung der technischen Umsetzbarkeit, der ökologischen Verträglichkeit, der Grundstücksverfügbarkeit und der Genehmigungsfähigkeit Kostenabschätzung der unter als realisierbar eingestuften Retentionsmaßnahmen AG Morsbachsystem 28

29 Abschätzung der Effekte einer naturnahen Gestaltung auf die gesamten Gewässerabschnitte Hydraulische 1-D-Berechnungen mit den entwickelten Gestaltungsmaßnahmen Darstellung der Effekte Geometrie Einarbeitung von neu gestalteten Profile Bewuchs AG Morsbachsystem 29

30 Arbeitsschritte KNEF ++ Identifikation der kurz- und mittelfristig umsetzbaren Maßnahmen Darstellung der Möglichkeiten hinsichtlich einer gegliederten Querprofilgestaltung Abschätzung der Effekte einer naturnahen Gestaltung auf die gesamten Gewässerabschnitte Identifikation von Auenflächen Ermittlung potenzieller Volumina Nachweis der Wirkungen / Effekte bei Ausnutzung der ermittelten Retentionsräume Priorisierung der potenziellen Retentionsräume Prüfung der technischen Umsetzbarkeit, der ökologischen Verträglichkeit, der Grundstücksverfügbarkeit und der Genehmigungsfähigkeit Kostenabschätzung der unter als realisierbar eingestuften Retentionsmaßnahmen AG Morsbachsystem 30

31 Identifikation von Auenflächen Ermittlung aller potenziellen Auenflächen Auswertung vorhandener hydraulischer Modelle Aufstellung vereinfachter 2-D-Modelle für weitere Gewässer Verifikation mit topografischen Parametern und Auenböden Verschneidung der pot. Auenflächen mit den Restriktionsnutzungen Potenzielle Auenflächen Vergleich ÜSG und Auenboden AG Morsbachsystem 31

32 Arbeitsschritte KNEF ++ Identifikation der kurz- und mittelfristig umsetzbaren Maßnahmen Darstellung der Möglichkeiten hinsichtlich einer gegliederten Querprofilgestaltung Abschätzung der Effekte einer naturnahen Gestaltung auf die gesamten Gewässerabschnitte Identifikation von Auenflächen Ermittlung potenzieller Volumina Nachweis der Wirkungen / Effekte bei Ausnutzung der ermittelten Retentionsräume Priorisierung der potenziellen Retentionsräume Prüfung der technischen Umsetzbarkeit, der ökologischen Verträglichkeit, der Grundstücksverfügbarkeit und der Genehmigungsfähigkeit Kostenabschätzung der unter als realisierbar eingestuften Retentionsmaßnahmen AG Morsbachsystem 32

33 Ermittlung potenzieller Volumina Hydraulische 1-D- und 2-D-Berechnungen mit den entwickelten Gestaltungsmaßnahmen für die identifizierten Flächen Differenzenvolumina, Ist-Zustand und Maßnahmenvarianten Bsp.: ÜSG-Differenz AG Morsbachsystem 33

34 Arbeitsschritte KNEF ++ Identifikation der kurz- und mittelfristig umsetzbaren Maßnahmen Darstellung der Möglichkeiten hinsichtlich einer gegliederten Querprofilgestaltung Abschätzung der Effekte einer naturnahen Gestaltung auf die gesamten Gewässerabschnitte Identifikation von Auenflächen Ermittlung potenzieller Volumina Nachweis der Wirkungen / Effekte bei Ausnutzung der ermittelten Retentionsräume Priorisierung der potenziellen Retentionsräume Prüfung der technischen Umsetzbarkeit, der ökologischen Verträglichkeit, der Grundstücksverfügbarkeit und der Genehmigungsfähigkeit Kostenabschätzung der unter als realisierbar eingestuften Retentionsmaßnahmen AG Morsbachsystem 34

35 Nachweis der Wirkungen / Effekte bei Ausnutzung der ermittelten Retentionsräume und Priorisierung Übernahme der zusätzlichen potenziellen Retentionsräume in das vorhandene hydrologische Modell Berechnung der neuen Hauptwerte (NQ, MQ, HQx) Berechnung der neuen Wasserspiegellagen (NQ, MQ, HQx) Nachweis der Wirkungen ( Abflussreduzierung, WSP-Reduzierung) Nachweis der Effekte ( Schadensreduzierung) Priorisierung Wasserspiegellagenänderung Änderung der Abflusswelle AG Morsbachsystem 35

36 Arbeitsschritte KNEF ++ Identifikation der kurz- und mittelfristig umsetzbaren Maßnahmen Darstellung der Möglichkeiten hinsichtlich einer gegliederten Querprofilgestaltung Abschätzung der Effekte einer naturnahen Gestaltung auf die gesamten Gewässerabschnitte Identifikation von Auenflächen Ermittlung potenzieller Volumina Nachweis der Wirkungen / Effekte bei Ausnutzung der ermittelten Retentionsräume Priorisierung der potenziellen Retentionsräume Prüfung der technischen Umsetzbarkeit, der ökologischen Verträglichkeit, der Grundstücksverfügbarkeit und der Genehmigungsfähigkeit Kriterienmatrix Kostenabschätzung der als realisierbar eingestuften Retentionsmaßnahmen AG Morsbachsystem 36

37 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit AG Morsbachsystem 37