KRisMa. Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz

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1 Studie im Auftrag des Ministeriums für Umwelt, Landwirtschaft, Ernährung, Weinbau und Forsten Rheinland-Pfalz und der WBW Fortbildungsgesellschaft für Gewässerentwicklung, Karlsruhe KRisMa Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Prof. Dr.-Ing. T.G. Schmitt Dipl.-Ing. S. Worreschk Kaiserslautern, im Mai 2011 Prof. Dr.-Ing. T.G. Schmitt Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft Technische Universität Kaiserslautern Postfach Kaiserslautern

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3 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite I Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis... V Tabellenverzeichnis... VI Zusammenfassung... VII 1. Einleitung Veranlassung und Aufgabenstellung Vorgehensweise und Aufbau der Studie Literaturrecherche Forschungsprojekte und Fallstudien Vorhersage und Management von Sturzfluten in urbanen Gebieten (URBAS) Extremereignisse in Rheinland-Pfalz Kommunaler Leitfaden (RegioComun) Auswertung von fünf Starkregenereignissen in Baden-Württemberg Extremes Niederschlagsereignis in Dortmund am Ein integrierter Ansatz zur Identifizierung von Gebieten mit Starkregengefahren in Ostwestfalen Analyse der Überflutungsgefährdung am Beispiel der Stadt Stuttgart Studie zur Überflutungsgefährdung in KL-Mölschbach Extremwertstatistische Untersuchung von Starkniederschlägen in NRW (ExUs) Broschüren und Empfehlungen Wie schütze ich mein Haus vor Starkregenfolgen? (Hamburg Wasser, 2007) Hochwasser Clevere bauen vor (Stadt Lemgo, 2010) Hochwasserschutzfibel (BMVBS, 2008) Land unter (MUFV RLP, 2008) Fazit Literaturrecherche Was bringt der Klimawandel? Sommer Häufung von Starkregen und Überflutungen Aktueller Kenntnisstand Klimawandel Wasserwirtschaft Starkregen Klimaforschung und Klimamodellierung Kooperationsvorhaben KLIWA DWA-Expertengespräch Klimawandel und Siedlungsentwässerung DWA-Themenband zum Klimawandel in der Wasserwirtschaft Untersuchungsprogramm ExUS Nordrhein-Westfalen Klimamodelle und Projektionen zum zukünftigen Niederschlagsgeschehen Aussagefähigkeit der Klimamodelle für die Siedlungsentwässerung Klimamodellrechnungen zum Niederschlagsverhalten in Dänemark... 21

4 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite II Simulationsprogramm NiedSim Klima der Universität Stuttgart Fazit zum Klimawandel in Bezug auf KRisMa Bewertung der Überflutungsgefährdung in Siedlungsgebieten Gegenstand des kommunalen Überflutungsschutzes Definition von Starkregenereignissen im kommunalen Überflutungsschutz Charakterisierung von (urbanen) Sturzfluten Anforderungen an den Überflutungsschutz in Siedlungsgebieten Weitergehende Überlegungen zum kommunalen Überflutungsschutz Ursachen und Risikofaktoren Definition Risiko Ursachen der Überflutung Kritische Bereiche bei Starkregen Besondere Faktoren der Überflutungsgefährdung Abfluss bestimmende und verschärfende Faktoren Methodik und Gegenstände der Gefährdungsanalyse Gefährdungsbereiche innerhalb der Netzstruktur Gefährdung durch exponierte topografische Lage Gefährdung durch (verrohrte) Bachläufe und (überbaute) Flutmulden Gefährdung durch Bebauungsstruktur / Gebäudenutzung Fallbeispiele zur Gefährdungsanalyse im kommunalen Überflutungsschutz URBAS Ein integrierter Ansatz zur Identifizierung von Gebieten mit Starkregengefahren in Ostwestfalen Überflutungsprüfung im Rahmen der generellen Entwässerungsplanung in der Stadt Dresden Überflutungsgefährdung bei Extremereignissen am Beispiel der Stadt Stuttgart Gefährdungsanalyse und kommunales Risikomanagement Zwischenfazit Handlungsfelder der Überflutungsvorsorge Maßnahmen der Flächenvorsorge (innerhalb der Bebauung) Maßnahmen der Abflussminderung Maßnahmen innerhalb der Bebauung Maßnahmen außerhalb der Siedlungsbereiche Technische Maßnahmen zum Überflutungsschutz Lokaler Objektschutz ( Bauvorsorge ) Risikovorsorge... 76

5 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite III 5.6 Informations- und Verhaltensvorsorge Vorhaltung und Vorbereitung der Gefahrenabwehr und des Katastrophenschutzes Bewältigung und Regeneration Fazit und Ausblick Literaturverzeichnis... 81

6 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite IV

7 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite V Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Angenommene Entwicklung der CO2-Konzentration in den verschiedenen Szenarien der Klimamodellrechnungen (aus Gore, 2006) Abbildung 2: Elemente des Überflutungsschutzes kommunaler Entwässerungssysteme in unterschiedlichen Belastungsbereichen (DWA, 2008) Abbildung 3: Gefährdung, Vulnerabilität und Risiko (nach DKKV, 2003) Abbildung 4: Sturzfluttyp Flachland (BMBF, 2008) Abbildung 5: Sturzfluttyp Hügelland und Mittelgebirge (BMBF, 2008) Abbildung 6: Versagensmöglichkeiten in den Systemen der Grundstücksentwässerung (BMBF, 2008) Abbildung 7: Ablaufdiagramm der Überflutungsprüfung (Fuchs et al., 2009) Abbildung 8: Ablaufschema einer abgestuften Risikobetrachtung und Maßnahmenentwicklung für urbane Gebiete (aus: Nichler et al., 2010) Abbildung 9: Visualisierung der Gefährdungsbereiche in Überflutungskarten und 3D-Grafiken (Nichler et al., 2010) Abbildung 10: Bearbeitungsschritte zur Analyse und Bewertung der örtlichen Überflutungsgefährdung Abbildung 11: Zyklus für ein kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz (verändert nach LAWA, 2010) Abbildung 12: Verlegungssicher ausgeführter Verdolungseinlauf mit Sedimentfang (Göppert, 2010b) Abbildung 13: Typische durch Sommergewitter Außerorts und Innerorts auftretende Schäden (Göppert, 2010b) Abbildung 14: Ackerrandstreifen und Querbewirtschaftung (Krimly et. al, 2007) Abbildung 15: Querdammhäufelung im Kartoffelanbau (Aurbacher, 2006) Abbildung 16: Erosionsschäden im Wald (Gallus et al., 2007) und Flutmulde (Backes et al., 2007) Abbildung 17: Bau einer Rigole (Backes et al., 2007) Abbildung 18: Prinzip des Kleinrückhalts (Sartor et al., 2007) Abbildung 19: Strategien der Bauvorsorge (BMVBW, 2003) Abbildung 20: Barrieresystem für Eingangstür bzw. an Grundstücksgrenze (Hamburg Wasser, 2007) Abbildung 21: Hochwasserschutz an Fensteröffnung und druckdichter Fensterverschluss (BMVBS, 2008)... 74

8 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite VI Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Statistische Wiederkehrzeit der Niederschlagshöhe 25 mm für unterschiedliche Dauerstufen (nach KOSTRA-DWD-2000, Rasterfeld 16-75) Tabelle 2: Regenhöhen in mm für unterschiedliche Dauerstufen D und Wiederkehrzeiten T n (nach KOSTRA-DWD-2000, Kaiserslautern, Rasterfeld 16-75) Tabelle 3: Regenhöhen [mm] und Wiederkehrzeiten Tn [a] der Dauerstufe 120 min nach KOSTRA-DWD-2000, Rasterfeld mit Projektion eines Klimafaktors 1, Tabelle 4: Empfohlene Häufigkeiten Bemessungsregen und Überflutung nach DIN EN 752 (2008) und DWA-A 118 (2006) Tabelle 5: Empfohlene Überstauhäufigkeiten Neuplanung/Sanierung und Bestand nach DWA-A 118 (2006) und ATV-DVWK (2004) Tabelle 6: Kritische Bereiche bei Starkregen (nach DWA, 2008) Tabelle 7: Faktoren, die das Abflussverhalten beeinflussen (nach Heidt et al., 2008) Tabelle 8: Vorgehensweise bei der Gefahrenanalyse im Fallbeispiel Ostwestfalen (nach Stein et al., 2010) Tabelle 9: Unterschiede Sturzfluten Flusshochwasser (Castro et al., 2008) Tabelle 10: Maßnahmen der Flächenvorsorge im kommunalen Überflutungsschutz Tabelle 11: Maßnahmen zur Abflussminderung innerhalb der Bebauung Tabelle 12: Maßnahmen an kleinen Gewässern Tabelle 13: Maßnahmen in der Landwirtschaft Tabelle 14: Maßnahmen in der Forstwirtschaft Tabelle 15: Technische Maßnahmen zum Überflutungsschutz Tabelle 16: Maßnahmen lokaler Objektschutz Tabelle 17: Handlungsempfehlungen vor einem Starkregenereignis (nach Heidt et. al, 2008)... 77

9 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite VII Zusammenfassung Vor dem Hintergrund einer prognostizierten Häufung von Starkregenereignissen aufgrund des Klimawandels und in den letzten Jahren verstärkt aufgetretenen Schäden durch Sturzfluten wurde die Studie Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz beauftragt. In der Studie soll die Neuausrichtung des kommunalen Überflutungsschutzes nach den Prinzipien des Hochwasserrisikomanagements erörtert und methodische Ansätze zur Umsetzung entwickelt und exemplarisch in ihrer Anwendung auf ein ausgewähltes Siedlungsgebiet verifiziert werden. Zu Beginn dieser Studie werden anhand von Fallbeispielen mehrere Starkregen- und Überflutungsereignisse der letzten Jahre ausgewertet und gegenübergestellt. Sie zeigen, dass noch weiterer Forschungsbedarf hinsichtlich übertragbarer Erkenntnisse sowie geeigneter Methoden und Maßnahmen zur Überflutungsvorsorge besteht. Ihr Vergleich verdeutlicht zudem, dass die topografische Lage die Ursache von Überschwemmungen in Siedlungsgebieten beeinflusst. Im geneigten Gelände spielt der Zufluss aus Außengebieten sowie Hangwasser eine wesentliche Rolle, wohingegen im Flachland die Überschwemmungen häufig durch Kanalrückstau verursacht werden. Bisher sind nur wenige Informationsbroschüren für Bürger und Kommunen erschienen, die sich speziell mit dem Thema Starkregenereignisse und Sturzfluten befassen (z.b. von Hamburg Wasser). Vor diesem Hintergrund erscheint die Erstellung eines kommunalen Leitfadens für Starkregenereignisse vordringlich und hilfreich. In dem 3. Kapitel Was bringt der Klimawandel wird der aktuelle Kenntnisstand zum Thema Klimawandel in der Wasserwirtschaft aufbereitet und Klimamodelle werden erörtert. Aufgrund der begrenzten Aussagefähigkeit von Klimamodellen bestehen erhebliche Ungewissheiten über zukünftige Entwicklungen im zeitlichen und räumlichen Auftreten von Starkregenereignissen. Da große Überflutungen überwiegend durch Starkregen außerhalb bemessungsrelevanter Auftretenswahrscheinlichkeiten verursacht wurden, erscheinen pauschale Bemessungszuschläge als Klimafaktoren nicht zielführend. Vielmehr müssen, auch im Bewusstsein der Entscheidungsträger und der Öffentlichkeit, die Risikowahrnehmung von Starkregen und Überflutungen sowie die Notwendigkeit eigenverantwortlicher Gefahrenabwehr stärker verankert werden. In Kapitel 4 werden die Anforderungen an den Überflutungsschutz in Siedlungsgebieten, die in der DIN EN 752 (2008) sowie dem Arbeitsblatt DWA-A 118 (2006) geregelt sind, dargestellt. Da die Sicherstellung des Überflutungsschutzes mit den Zahlenwerten zur Überflutungshäufigkeit in vielen Fällen durch die unterirdische Kanalisation alleine nicht bewerkstelligt werden kann, definiert die DWA-AG ES-2.5 den Überflutungsschutz als eine Gemeinschaftsaufgabe der kommunalen Akteure und stellt weitergehende Anforderungen an ihn (DWA, 2008). Der überstaufreie Betrieb soll, wie in DIN EN 752 (2008) geregelt, durch das unterirdische Kanalisationsnetz im Zusammenwirken mit Maßnahmen der Regenwasserbewirtschaftung und Rückstausicherungen der Grundstücksentwässerung sichergestellt werden. Die darüber hinaus gehende Überflutungssicherheit soll unter Einbeziehung der Ableitungs- und Speicherkapazitäten von Verkehrs- und Freiflächen erreicht werden, soweit erforderlich ergänzt durch lokale Maßnahmen zum Objektschutz. Zur Schadensbegrenzung bei außergewöhnli-

10 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite VIII chen Ereignissen sollen vorrangig der gezielte Objektschutz im öffentlichen und privaten Bereich zur Anwendung kommen. Nach der Erläuterung der rechtlichen Grundlagen werden die möglichen Ursachen von Überflutungen infolge Starkregen und potenzielle Gefährdungsbereiche innerhalb der Siedlung dargestellt. Die Abflussentstehung und -ableitung durch Niederschläge in bebauten Gebieten hängt immer vom Einzugsgebiet, dem Gelände, der Siedlungs- und Freiraumstruktur sowie dem Bebauungstyp ab. Die Kapazitätsgrenzen der Regenwasserableitung und der sekundären Fließwege, wie Straßen und Wege sind dabei von Bedeutung. Überflutungen infolge Starkregen können durch Rückstau aus der Kanalisation, Überlastung der Grundstücksentwässerung, über Ufer getretene Bachläufe, Zufluss von Außengebieten oder schlafende Gewässer entstehen. Meist treten mehrere Gefährdungsarten zusammen auf. Nach einer ausführlichen Betrachtung bereits durchgeführter Gefährdungsanalysen im kommunalen Überflutungsschutz (z.b. Stein et al., 2010; Nichler et al., 2010) wird ein abgestuftes Konzept zur Analyse und Bewertung der örtlichen Überflutungsgefährdung entwickelt. Dieses beinhaltet die Identifizierung von Risikogebieten anhand der Bewertung der Historie sowie der Analyse des örtlichen Niederschlagsgeschehens, der topografischen Gegebenheiten und der Bebauungs- und Infrastruktur. Für potenzielle Risikobereiche kann eine weitergehende Untersuchung in Form einer Grob- und einer Detailanalyse vorgenommen werden. Durch dieses abgestufte Vorgehen kann der Aufwand für Kommunen verringert und der Anreiz zur Durchführung gestärkt werden. Am Ende der Gefährdungsanalyse steht die Entwicklung von Vorsorgemaßnahmen für als gefährdet identifizierte Bereiche. Das 5. Kapitel knüpft direkt an den letzten Bearbeitungsschritt der Gefährdungsanalyse an, indem die Handlungsfelder der Überflutungsvorsorge erörtert werden. Dabei werden die Vorsorgemaßnahmen des Hochwasserrisikomanagementzyklus auf das kommunale Risikomanagement Überflutungsschutz übertragen. Für die einzelnen Handlungsfelder Flächenvorsorge, Abflussminderung, Technische Maßnahmen, Lokaler Objektschutz sowie Risiko-, Verhaltens- und Informationsvorsorge werden konkrete bauliche, planerische, finanzielle sowie informelle Maßnahmenvorschläge gemacht. Von großer Bedeutung bei der Vorsorge ist die Steigerung des Risikobewusstseins bei den Entscheidungsträgern und in der Öffentlichkeit. Die Risikowahrnehmung der Bürger muss gestärkt und die Notwendigkeit eigenverantwortlicher Gefahrenabwehr verdeutlicht werden. Starkregen ist ein Naturereignis bei dem Unwägbarkeiten und Risiken verbleiben. Naturereignisse lassen sich nicht verhindern, ihre Auswirkungen können nur durch geeignete Vorsorgemaßnahmen gemindert werden.

11 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 1 1. Einleitung 1.1 Veranlassung und Aufgabenstellung In vorliegenden Prognosen und Projektionen zum Klimawandel wird die Zunahme von Starkregen, gerade auch für Mitteleuropa, als sehr wahrscheinlich charakterisiert. Häufigere oder intensivere Starkregen würden eine Zunahme der Überflutungsgefährdung durch häufigeres Versagen der städtischen Kanalisation bewirken. In Verbindung mit gerade in den zurückliegenden Jahren (scheinbar) gehäuft aufgetretenen, in den Medien an prominenter Stelle berichteten Überflutungen in Siedlungsgebieten durch extreme Starkniederschläge hat der kommunale Überflutungsschutz in der öffentlichen Wahrnehmung und Besorgnis einen deutlich höheren Stellenwert erhalten. Dazu ist zunächst festzustellen, dass die in Medienberichten zitierten Starkregen und Überflutungsereignisse in Siedlungen - meist in Verbindung mit heftigen Sommergewittern - überwiegend Regenhöhen weit oberhalb heutiger Bemessungsvorgaben aufwiesen. Eine Auslegung der öffentlichen Kanalisation für derartige Ereignisse mit statistischen Wiederkehrzeiten von 50 und mehr Jahren ist jedoch weder wirtschaftlich noch technisch möglich. Gleichzeitig lässt sich zu möglichen Einflüssen des Klimawandels konstatieren, dass nach statistischen Analysen des Deutschen Wetterdienstes die vorwiegend sommerlichen Starkniederschläge in den kurzen, für die Siedlungsentwässerung relevanten Dauerstufen (bis ca. 4 h) bislang keine statistisch signifikanten Veränderungen zeigen. Weiterhin ist anzuerkennen, dass die derzeitig angewandten Klimamodelle aufgrund ihrer dafür zu groben zeitlichen und räumlichen Auflösung für die hier relevanten Starkregenereignisse keine zuverlässigen Aussagen liefern. Gleichwohl muss die Sorge der Betroffenen, Bürger und kommunalpolitisch Verantwortlichen, ernst genommen und fachlich aufgegriffen werden. Angesichts technisch und wirtschaftlich beschränkter Möglichkeiten für einen umfassenden Überflutungsschutz einerseits und der erheblichen Unwägbarkeiten und Ungewissheiten im zukünftigen Auftreten von Starkregen müssen die systematische Analyse von Überflutungsrisiken und die Entwicklung geeigneter Vorsorgestrategien stärker als bisher in den Fokus des kommunalen Überflutungsschutzes rücken. Dazu gehören die Gefährdungsanalyse und Risikobewertung mit Identifizierung (besonders) gefährdeter Bereiche, die Ermittlung möglicher Schäden bei auftretender Überflutung, die Ableitung von Handlungsoptionen zur Schadensreduzierung sowie die Ermittlung der Kosten möglicher Maßnahmen. Wie beim Hochwasserrisikomanagement für Flussgebiete kommt im kommunalen Überflutungsschutz der Vorsorge mit unterschiedlichen Akteuren und Entscheidungsträgern besondere Bedeutung zu. Vor diesem Hintergrund hat das Ministerium für Umwelt, Forsten und Verbraucherschutz Rheinland-Pfalz, in Verbindung mit dem Wasserwirtschaftsverband Baden-Württemberg e.v. (WBW) mit Schreiben vom das Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft der TU Kaiserslautern mit einer Studie zu dieser Themenstellung beauftragt. Darin soll die Neuausrichtung des kommunalen Überflutungsschutzes nach den Prinzipien des Hochwasserrisikomanagements erörtert und methodische Ansätze zur Umsetzung entwickelt und exemplarisch in ihrer Anwendung auf ein ausgewähltes Siedlungsgebiet verifiziert werden.

12 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 2 Übergeordnetes Projektziel ist die methodische Entwicklung einer ortsbezogenen Gefährdungsanalyse unter Einbeziehung von wild abfließendem Wasser und einer daraus abzuleitenden Vorsorgekonzeption in Verbindung mit Anpassungsstrategien zur langfristigen Reduzierung der Verletzlichkeit der Siedlungs- und Baustrukturen bei lokalen Extremniederschlägen. Die Empfehlungen werden für die Erarbeitung eines Leitfadens des GStB Überflutungsschutz bei Starkregen und Sturzfluten zur Verfügung gestellt und auf ortsbezogen notwendige Anpassungen ausgerichtet sein. Die Bearbeitung erfolgt in enger Abstimmung und Zusammenarbeit mit dem Ministerium für Umwelt, Forsten und Verbraucherschutz (MUFV) sowie der eingerichteten Arbeitsgruppe Starkregen des Gemeinde- und Städtebundes Rheinland-Pfalz (im Folgenden GStB) unter Beteiligung der WBW Fortbildungsgesellschaft für Gewässerentwicklung (im Folgenden WBWF). Dies geschieht auch durch die Mitwirkung der TU KL in der Arbeitsgruppe Starkregen des GStB. Die Arbeitsgruppe ist mit der Erstellung eines Kommunalen Leitfadens Starkregen befasst. Dieser soll Empfehlungen zur Umsetzung des kommunalen Überflutungsschutzes für lokale Starkregen für die kommunal Verantwortlichen sowie die betroffenen Bürger und Hilfestellung zur Vermeidung bzw. Begrenzung möglicher Überflutungsschäden liefern. Aufgrund der Analogien der Aufgabenstellung mit dem Hochwasserrisikomanagement für Flussgebiete wird des Weiteren eine Anbindung an die dort bereits laufenden Aktivitäten und verfolgten Lösungsansätze vorgenommen. Dies geschieht durch Abstimmung der Arbeiten mit dem Kompetenzzentrum für Hochwassermanagement und Bauvorsorge an der TU Kaiserslautern unter der Leitung von Prof. Dr. Robert Jüpner und dem Informations- und Beratungszentrum Hochwasservorsorge des Landes Rheinland-Pfalz. 1.2 Vorgehensweise und Aufbau der Studie Als Einstieg in die Thematik wird in Kap. 2 eine zielgerichtete Sichtung und Auswertung bereits vorliegender Materialien durchgeführt. Es werden verfügbare Berichte zu aktuellen Forschungsprojekten zum Thema ausgewertet sowie Broschüren und Empfehlungen zum kommunalen Überflutungsschutz in ihren wesentlichen Aussagen zusammengestellt. Danach wird in Kap. 3 eine Bewertung des aktuellen Kenntnisstandes zum Themenfeld Klimawandel und mögliche Auswirkungen auf Starkregenereignisse vorgenommen. Diese gründet sich auf die Auswertung aktueller Fachveröffentlichungen sowie die aktive Mitwirkung an den aktuellen Fachdiskussionen zu Klimawandel und Wasserwirtschaft sowie Klimawandel und Siedlungsentwässerung / Kommunaler Überflutungsschutz. In Kap. 4 werden methodische Ansätze und Konzepte für die Gefährdungs- und Risikoanalyse erarbeitet. Mit der Gefährdungsanalyse sollen durch Starkregen überflutungsgefährdete Bereiche identifiziert werden. In Kap. 5 werden Vorsorgemaßnahmen als Handlungsoptionen zum kommunalen Überflutungsschutz skizziert, insbesondere Maßnahmen der Flächenvorsorge und der Abflussminderung innerhalb der Bebauung sowie technische Maßnahmen zum Überflutungsschutz.

13 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 3 2. Literaturrecherche 2.1 Forschungsprojekte und Fallstudien Vorhersage und Management von Sturzfluten in urbanen Gebieten (URBAS) Das Verbundvorhaben URBAS (Vorhersage und Management von Sturzfluten in urbanen Gebieten) wurde im Rahmen des Förderprogramms des BMBF Risikomanagement extremer Hochwasserereignisse (RIMAX) initiiert. Auftraggeber war somit das Bundesministerium für Bildung und Forschung. Die Bearbeitung wurde von den Verbundpartnern Hydrotec Ingenieurgesellschaft für Wasser und Umwelt mbh, der Fachhochschule Aachen und dem Deutschen Wetterdienst unter der Projektleitung von Dipl.-Ing. Hatzfeld (Hydrotec) durchgeführt (BMBF, 2008). Projektziel war die Gewinnung neuer Erkenntnisse zu Art, Ausprägung und Häufigkeit von Sturzfluten und die Analyse der entstandenen Schäden. Darauf aufbauend wurden regionale Risikoverteilungen und Vorhersagen von Sturzregen in urbanen Gebieten in Deutschland erarbeitet und Empfehlungen zur Schadensminderung und Vorbeugung entwickelt. In Abschnitt A wurde eine Datenbank erstellt, die über 400 Sturzflutereignisse mit Schadensfolgen in Deutschland für einen Zeitraum von 1980 bis 2007 erfasst. Dies ermöglicht eine Übersicht über die aufgetretenen Ereignisse und eine Schätzung der entstandenen Schäden. Durch die Untersuchung der räumlichen Verteilung der Ereignisse in Deutschland werden Unterschiede erkennbar. Häufigere Ereignisse treten in den Ballungsräumen in Nordrhein- Westfalen, den Orten entlang des Rheins, dem Mittelgebirge und dem Alpenvorraum sowie in den Großstädten Hamburg, Berlin, München, Frankfurt, Stuttgart und Hannover auf. Besonders hohe Schäden entstanden demnach in den Jahren 1994, 2001 und Durch einen Vergleich der erfassten Niederschläge mit den Bemessungsniederschlägen des KOSTRA-Atlas wird deutlich, dass viele der aufgezeichneten Ereignisse die KOSTRA-Werte für seltene Wiederkehrzeiten überschreiten. In 15 ausgewählten repräsentativen Kommunen wurden in Abschnitt B Fallstudien durchgeführt, die Erkenntnisse über Art, Ausprägung und Häufigkeit von Sturzfluten in urbanen Gebieten lieferten. Diese Erkenntnisse wurden aus der jeweils vorliegenden Siedlungsstruktur und Topografie sowie aus meteorologischen Untersuchungen und Niederschlags-Abfluss- Analysen gewonnen. Für die teilnehmenden Gemeinden wurden die entstandenen Schäden, die Ursachen und bereits getroffenen Vorsorgemaßnahmen analysiert. Die Fallstudien zeigen, dass es in mehr als der Hälfte der untersuchten Ereignisse eine offizielle Warnung des DWD vor Starkregen gab. In fast allen der 15 untersuchten Kommunen hat Hangabfluss sowie die Ausuferung kleiner Gewässer Überschwemmungen verursacht. Meistens hat zudem auch eine Überlastung der Kanalisation zu den Überflutungen beigetragen. Es waren besonders Gebiete des Typs Einfamilienhaus vor dem Städtischen Typ betroffen. In Abschnitt C werden zunächst die derzeitigen rechtlichen Regelungen zum Thema Starkregen und Sturzfluten erläutert. Bereits angewendete Methoden zur Gefahren- und Risikoanalyse für Sturzfluten werden dargestellt bzw. neue Ansätze entwickelt, getestet und be-

14 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 4 wertet. Die entwickelte Vorgehensweise zur Gefahren- und Risikoanalyse im Rahmen von URBAS wird in Kapitel 4.4 Handlungsempfehlungen zur Gefährdungsanalyse erläutert. Zudem wurde eine Good-Practice -Sammlung und Bewertung von Vorsorgemaßnahmen bei Sturzfluten aus den Fallstudien und der Literatur ausgewertet und zusammengestellt. Die in URBAS erarbeiteten Maßnahmen zur Vorsorge fließen in das Kapitel 5 mit ein. Das Auftreten von Starkregenereignissen und den daraus resultierenden Überschwemmungen hängt naturgemäß stark vom meteorologischen Geschehen ab. In Abschnitt D wurde das Unwetter-Warnsystem KONRAD des Deutschen Wetterdienstes weiterentwickelt. Ziel dabei war es, eine höhere raumzeitliche Auflösung zu erreichen, um die häufig zu Sturzfluten führenden quasi-stationären konvektiven Starkregenzellen besser zu erkennen und ortsbezogen differenzierter Warnungen ausgeben zu können Extremereignisse in Rheinland-Pfalz Kommunaler Leitfaden (RegioComun) Das Ziel dieses Projektes war die Erstellung eines kommunalen Leitfadens für Starkregenereignisse in Rheinland-Pfalz. Auftraggeber war das Landesamt für Umwelt, Wasserwirtschaft und Gewerbeaufsicht (LUWG) Rheinland-Pfalz sowie das Ministerium für Umwelt, Forsten und Verbraucherschutz Rheinland-Pfalz und Bearbeiter das Institut für integrierte Raumentwicklung RegioComun an der Uni Mainz unter der Leitung von Herrn Prof. Heidt (Heidt et al., 2008). Für das Projekt wurden mit dem Anliegen, die rheinland-pfälzischen naturräumlichen Gegebenheiten repräsentativ abzubilden, 7 Beispielgemeinden ausgewählt, in denen in der Vergangenheit Starkregen- und Überflutungsereignisse aufgetreten waren. In jeder Gemeinde wurden Interviews mit Gemeindevertretern und Vertretern der Feuerwehr über aufgetretene Starkregen und daraus resultierende Überflutungsereignisse geführt und eine Bestandsaufnahme in Form einer Ortsbegehung durchgeführt. Es erfolgte eine Analyse der aufgetretenen Überschwemmungen für jede Gemeinde. Schadensfaktoren und Ursachen, die zu Überschwemmungen durch Starkregen führten, wurden genannt, Vorsorgemaßnahmen vorgeschlagen und Gefahrenbereiche aufgezeigt. Um die Kommunikation zwischen den Kommunalverwaltungen und den Bürgern zu verbessern wurde der Aufbau eines Netzwerkes vorgenommen. Ein Fragenkatalog zum Umgang mit Starkregenereignissen sowie eine Checkliste und Handlungsempfehlungen für Betroffene zur Verhaltensvorsorge bei Starkregenereignissen wurden entwickelt und übersichtlich dargestellt. Als Ergebnis wurde ein Leitfaden für Starkregenereignisse in Bildern mit Maßnahmen zur Regenwasserversickerung, zum schadlosen Ableiten von Niederschlagswasser, zur Regenwassernutzung sowie technischen Maßnahmen und Maßnahmen der Bauvorsorge erstellt. Geeignet erscheinende Maßnahmen werden in Kapitel 5 mit einbezogen Auswertung von fünf Starkregenereignissen in Baden-Württemberg Die WBW Fortbildungsgesellschaft für Gewässerentwicklung hat für diese Studie fünf Berichte über Starkregenereignisse zur Verfügung gestellt. Anhand dieser sollen die möglichen Verläufe von Starkregenereignissen und die daraus resultierenden Schäden dargestellt und mögliche Unterschiede in ihren Ursachen aufgezeigt werden. Die Gemeinden Obernheim,

15 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 5 Schömberg/Unterreichenbach und Gechingen, die Stadt Schwetzingen sowie das Killer- und Starzeltal waren in den letzten Jahren von Starkregenereignissen mit erheblichen Überflutungsschäden betroffen. Nachstehend werden die aufgetretenen Ereignisse charakterisiert und dadurch initiierte Aktivitäten kurz skizziert. Die darin enthaltenen Vorsorge- und Schutzmaßnahmen werden in die Ausführungen in Kapitel 5 Handlungsfelder der Überflutungsvorsorge integriert. Gemeinde Obernheim (Breinlinger Ingenieure, 2010) In der Gemeinde Obernheim kam es am 2. und 3 Juli 2009 zu hohen Überschwemmungen infolge von Starkregenereignissen. Große Abflussmengen aus den geneigten Außengebieten flossen aufgrund der fehlenden Vorflut und fehlender baulicher Maßnahmen in die unterhalb gelegenen Wohnbebauungen. Da die Gemeinde an zwei aufeinanderfolgenden Tagen von Starkregen betroffen war, waren am zweiten Tag die natürlichen Muldenspeicher und Interzeptionsräume bereits gefüllt und es kam zu großen Abflüssen. Das Büro Breinlinger Ingenieure wurde mit der Erarbeitung einer Hochwasserschutzkonzeptes beauftragt. Die Analyse des Niederschlagsereignisses zeigte, dass es örtlich begrenzt auftrat und statistisch als 100-jährliches Ereignis eingestuft werden kann. Zur Ermittlung der kritischen Bereiche wurden anhand der Nachbildung der Topografie mit einem digitalen Geländemodell (DGM) und einem CAD-Programm die Fließwege ermittelt. Das Hochwasserschutzkonzept wurde so entwickelt, dass in der Gemeinde bei einem gleichen Ereignis wie dem vom 3. Juli keine Überschwemmungen durch Außengebietszuflüsse auftreten sollen. Eine Einleitung in die bestehende Kanalisation war aufgrund der begrenzten Kapazität der vorhandenen Kanäle nicht machbar und für die Herstellung von Regenrückhalteräumen wären immense Volumina nötig gewesen. Deshalb wurde beschlossen das Oberflächenwasser von der Bebauung weg in Gebiete mit geringerem Schadenspotenzial zu leiten. Dazu wurden Abfang- und Entwässerungsgräben um die Wohngebiete an den kritischen Stellen geplant. Gemeinde Schömberg/ Unterreichenbach (Kappler, 1999) Am 19. Juli 1999 traten in den Gemeinden Schömberg und Unterreichenbach im Nordschwarzwald Überschwemmungen am Eulen- und Reichenbach durch heftige Hagelund Regenschauer auf. Die beiden Bäche schwollen an und beförderten Wasser, Schlamm und Geröll talabwärts. In Schömberg wurden Keller, Garagen und Erdgeschosse in den tieferliegenden Gebieten überflutet, obwohl durch die Ortslage nur ein verdolter Bach fließt. In Unterreichenbach wurden die an den Bach angrenzenden Straßen und bebauten Bereiche mit Wasser und Schlamm überschwemmt. Der ehemals seitlich eingefasste Reichenbach mäandrierte nach dem Ereignis wieder und füllte das ganze Tal aus. Durch das Landratsamt, die Forstverwaltung, die Gemeinden und die Gewässerdirektion Bereich Freudenstadt wurde eine umfassende Konzeption über den Schadensumfang, die Vorgehensweise und Möglichkeit der Behebung bzw. künftiger Verhinderung erarbeitet. Sofortmaßnahmen umfassten die Räumung der Ufer und die Gebäudesicherung. Daneben wurde eine Reihe von Vorsorgemaßnahmen vorgeschlagen.

16 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 6 Gemeinde Gechingen (N.N., 2009) Ein Starkregenereignis verursachte in der Ortschaft Gechingen am 15. Mai 2009 Überschwemmungen. Das extreme Hochwasserereignis hat die Abflüsse eines 100-jährlichen Ereignisses weit überschritten. Es wurden Keller überflutet und Heizöltanks schwammen auf. Drei Außengebiete, deren Einzugsgebiete relativ klein sind, entwässern in Richtung der Bebauung von Gechingen. Die Irm und ihre Seitengewässer münden in Gechingen in Verrohrungen und eingeengte Gewässergerinne, wobei die Seitengewässer nur bei starken Niederschlägen Wasser führen. Nach dem Ereignis wurden die Schadensursachen analysiert. Als Gründe konnte festgestellt werden, dass hochwassergefährdete Flächen in Tallage nicht von Bebauung freigehalten wurden und keine hochwasserangepasste Bauweise praktiziert wurde. Zudem waren viele Gewässerquerschnitte, Verrohrungen, Durchlässe sowie Einläufe zu klein bemessen. Vom Landratsamt wurden die überfluteten Bereiche anhand von Geschwemmsellinien und Fotos kartiert. Die so entstandene Hochwassergefahrenkarte für Gechingen stimmt nur teilweise mit den tatsächlichen Überflutungsflächen überein, da nur das Hauptgewässer Irm betrachtet wurde und die Seitengewässer nicht berücksichtigt wurden. Es wurde auch außer Acht gelassen, dass das Abflussgeschehen erheblich von Verstopfungen an Einläufen in Verrohrungen bzw. an Durchlässen beeinflusst wurde. Zur Verbesserung der Abflussverhältnisse wurden vom Landratsamt kurzfristig Maßnahmen wie z.b. die Aufweitung und Renaturierung der Irm, das Offenlegen von Verrohrungen, die Vergrößerung von Brückendurchlässen und das Anlegen von Flutmulden vorgeschlagen. Zudem wurden im Rahmen einer Flussgebietsuntersuchung für die Gemeinden Gechingen und Aidlingen eine detaillierte Bestandsanalyse sowie hydrologische und hydraulische Simulationsrechnungen durchgeführt. Auf dieser Grundlage konnten Konzepte zur Verbesserung des Hochwasserschutzes unter ökologischen und städtebaulichen Aspekten entwickelt werden. Stadt Schwetzingen (Ettrich et al., 2007) Am 29. Juni 2005 führte ein Unwetter in der Stadt Schwetzingen zu zahlreichen Überflutungen. Das Kanalnetz konnte die Wassermengen nicht aufnehmen, da das Niederschlagsereignis statistisch eine über 100-jährliche Wiederkehrzeit aufwies. Zur Nachbereitung des Starkregenereignisses beauftragte das Umweltministerium Baden- Württemberg das Fraunhofer ITWM und die Pöyry-GKW-Ingenieure mit einer Studie über die wasserwirtschaftlichen Konsequenzen und die Entwicklung einer neuen Methodik zur Simulation urbaner Abflussvorgänge. Ziel der Studie war das Aufzeigen von Schwachpunkten im städtischen Raum bezüglich des Überflutungsschutzes und die Entwicklung von Vorsorgemaßnahmen. Zu einer möglichst genauen Berechnung des Oberflächenabflusses wurde ein detailliertes Datenmodell der Oberfläche verwendet. Ein hydraulisches Oberflächenabflussmodell wurde mit einem hydrodynamischen Kanalnetzberechnungsmodell gekoppelt, bei dem Oberflächen- und Kanalnetzabfluss in beide Richtungen stattfinden können. Somit kann die Oberfläche auch Wasser aus dem Kanalnetz empfangen. Die Berechnungsmethodik wurde im

17 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 7 Rahmen des BMBF-Forschungsvorhabens RisUrSim in Kooperation des Fraunhofer-ITWM mit der TU Kaiserslautern entwickelt. Zur Kanalnetzsanierung wurden Maßnahmen erarbeitet, die zur Entlastung der in der Abflusssimulation gezeigten Gefährdungsgebiete führen sollen. Die Vorschläge wurden in das Modell eingearbeitet und durch wiederholte Simulation überprüft. Für bebaute Gebiete im Stadtzentrum zeigte sich die Schwierigkeit entlastende Maßnahmen an der Oberfläche ausreichend zu dimensionieren, um auf Kanalnetzerweiterungen verzichten zu können. Zudem wurde die Übertragbarkeit der Methodik auf andere Gebiete untersucht. Um eine Übertragbarkeit zu gewährleisten sind Laserscan-Daten, digitale Katasterkarten, vermessungstechnische Aufnahmen, Orthofotos, digitale Kanalnetzdaten in einem GIS-System und Regendaten (Modellregen aus KOSTRA 2000 und Regendaten von Niederschlagsmessungen und Radaraufzeichnungen) Voraussetzungen für die Datengrundlage. Allerdings zeigt sich der Rechenaufwand für größere Einzugsgebiete und zusammenhängende Netzteile noch als sehr groß. Geeignete Maßnahmen können übertragen werden, wenn Ableitungsmöglichkeiten für überschüssiges Niederschlagswasser in Vorfluter und Retentionsmöglichkeiten in Bereichen geringeren Schutzpotenzials (Wälder, Wiesen, Felder), in Grünanlagen, in Gärten und in einzuplanenden Flächen bei Neubau vorhanden sind. Killer-und Starzeltal (Baß, 2009) Am 2. Juni 2008 ereignete sich ein Gewitter mit Starkniederschlägen über dem Killertal. Das Starzeltal wird im Oberlauf, oberhalb der Stadt Hechingen bis Burladingen-Hausen als Killertal bezeichnet. Aufgrund der natürlich engen Begrenzung des Tals und der durch vorhergegangene Regenfälle wassergesättigten Böden führte das Gewitter zu einem extrem schnellen Ansteigen der Hochwasserwelle. Zudem ist die Starzel in den Ortslagen ausgebaut und ihr Querschnitt durch Mauern, Gebäude, Straßen sowie Brücken eingeengt. In den betroffenen Gemeinden wurden erhebliche Überschwemmungen und Schäden durch die Starzel und ihre Nebengewässer sowie durch Hangwasser verursacht. Der Scheitel der Hochwasserwelle wurde in Jungingen erreicht. Nach dem Hochwasserereignis fand eine Begutachtung und Erfassung der entstandenen Schäden statt. Seitens des Amtes für Wasser- und Bodenschutz wurden Maßnahmen zur Schadensbehebung und Optimierung des Hochwasserabflusses vorgeschlagen. Das Land Baden-Württemberg stellte Fördermittel in Jungingen und Hechingen für Maßnahmen entlang der Gewässer bereit. Im Nachgang des Ereignisses wurden verschiedene Vorsorgemaßnahmen getroffen. Im Juni 2008 wurde die Hochwasserpartnerschaft Einzugsgebiet Neckar der Landkreise Reutlingen, Tübingen und Zollernalb gegründet. Eine Informationsbroschüre zum Hochwasserereignis wurde vom Landratsamt im Herbst 2008 herausgegeben. Im Februar 2009 wurde die Planungsgemeinschaft Hochwasserschutz Starzel gegründet und im Juni 2009 das Büro Hydrotec mit der Erstellung einer Hochwasserschutzkonzeption im Starzeleinzugsgebiet beauftragt, in das die gewonnenen Erfahrungen aus dem Hochwasserereignis eingearbeitet wurden. Die Geschwemmsellinien wurden nach dem Hochwasserereignis aufgenommen, um die überflutungsgefährdeten Bereiche zu dokumentieren.

18 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 8 Die Verklausung unterhalb liegender Rohre und Brücken stellte beim Starkregenereignis im Killer- und Starzeltal ein großes Problem dar. Sie kann durch Ausweisung von Gewässerrandstreifen innerhalb der Ortschaften, regelmäßige Gehölzpflege sowie gezieltem Geschwemmsel- und Geschieberückhalt verhindert werden. Vergleich der einzelnen Starkregenereignisse Bei allen Ereignissen im geneigten Gelände führte der Zufluss aus Außengebieten zu Überschwemmungen innerhalb der unterhalb gelegenen Ortschaften. Erschwerend hinzu kamen das Anschwellen von kleinen Bächen und der Transport von Schlamm und Geröll. In Gechingen traten an den Seitengewässern der Irm, die normalerweise kein Wasser führen, große Abflüsse auf. Ein großes Problem stellte auch die Einengung der Gewässer durch Durchlässe, Gebäude und Straßen sowie die unterirdische Führung in Verrohrungen innerhalb der Ortschaften dar. Die Stadt Schwetzingen liegt als einziges hier vorgestelltes Fallbeispiel im Flachland. Hier kam es durch die extremen Niederschläge zu Rückstau aus dem Kanalnetz, welches den Oberflächenabfluss nicht mehr aufnehmen konnte Extremes Niederschlagsereignis in Dortmund am Nach dem schweren Starkregenereignis im Juli 2008 in Dortmund beauftragten die Stadt Dortmund und die Emschergenossenschaft den Lehrstuhl für Hydrologie und Wasserwirtschaft der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus und die ARCADIS Consult GmbH Köln/Karlsruhe die Erstellung eines Gutachtens unter der Leitung von Herrn Prof. Grünewald (Grünewald et al., 2009). Im Abschnitt Meteorologisch-hydrologische Ereignisanalyse sowie extremwertanalytische Einordnung wurde zunächst das Niederschlagsereignis analysiert. Statistisch muss das Ereignis deutlich über einem 100-jährlichem eingestuft werden. Es fand eine Untersuchung der Funktionsfähigkeit der regionalen wasserwirtschaftlichen Anlagen und Einrichtungen, die bei dem Ereignis versagten statt. Der Stand der Hochwasservorsorge und bewältigung im Betrachtungsgebiet wurde in dem Gutachten dargestellt und Maßnahmen in den Teilaspekten Flächenvorsorge, Bauvorsorge, Informationsvorsorge, Risikovorsorge, technischer Hochwasserschutz sowie Vorbereitung des Katastrophenschutzes wurden aufgezeigt. Im Gutachten wird empfohlen das Risikomanagement von Starkregenereignissen als kommunale Gemeinschaftsaufgabe verschiedener Akteure aufzufassen. Die Einstellung eines kommunalen Hochwasserbeauftragten in der Stadt Dortmund wurde angeregt. Zudem wurde die Erstellung eines Planes Hochwasservorsorge Dortmund in Kooperation der Stadt Dortmund, der Katastrophenschutzeinrichtungen sowie der Emschergenossenschaft empfohlen.

19 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite Ein integrierter Ansatz zur Identifizierung von Gebieten mit Starkregengefahren in Ostwestfalen Extreme Niederschlagsereignisse verursachten in Ostwestfalen-Lippe am 9. August 2007 große Schäden in Siedlungsbereichen. In der Pilotstudie Untersuchung starkregengefährdeter Gebiete (Stein et al., 2010) wurden Methoden zur Identifizierung von Gefahrenbereichen an drei vom Extremereignis betroffenen Gebieten erprobt und bewertet. Die Vorgehensweise für die Gefahrenanalyse im Fallbeispiel Ostwestfalen ist in Kapitel 4.4 beschrieben Analyse der Überflutungsgefährdung am Beispiel der Stadt Stuttgart Das Ingenieurbüro DAHLEM wurde nach einem seltenen Starkregenereignis im Stadtgebiet Stuttgart am 3. Juli 2009 von der Stadtentwässerung Stuttgart beauftragt eine Überflutungsbetrachtung durchzuführen (Nichler et al., 2010; Illgen et al., 2010). Die dabei angewendete Methodik beruht auf verfügbaren Grundlagendaten und ermöglicht durch die Abschätzung von Überflutungsbereichen die Erstellung erster Überflutungsgefahrenkarten. Die entwickelte Vorgehensweise zur Gefahren- und Risikoanalyse wird detailliert in Kapitel 4.4 beschrieben Studie zur Überflutungsgefährdung in KL-Mölschbach Im Stadtteil Kaiserslautern-Mölschbach traten am Überschwemmungen infolge von Starkregen auf. Die Stadtverwaltung Kaiserslautern beauftragte die WVE GmbH mit der Durchführung einer Studie zur Überflutungsgefährdung des Stadtteils Mölschbach. Projektpartner waren das Fachgebiet Wasserbau und Wasserwirtschaft der Technischen Universität Kaiserslautern und das Fraunhoferinstitut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) Kaiserslautern (Zimmermann, Jüpner, 2009). Ziel dieser Studie war die Beschreibung der wasserwirtschaftlichen Situation des Einzugsgebietes und der Ortslage von Mölschbach sowie die Auswertung des Ereignisses. Das bestehende Überflutungsrisiko sollte abgeschätzt und Vorsorgemaßnahmen abgeleitet werden. Zur Darstellung der hydrologisch-wasserwirtschaftlichen Situation wurden das Gesamteinzugsgebiet und die dazugehörigen Teileinzugsgebiete ermittelt und das Fließgewässernetz sowie seine hydraulische Leistungsfähigkeit dargestellt. Die Überprüfung der hydrologischen Bemessungsannahmen und der Gewässerleistungsfähigkeit erfolgte anhand einer Analyse der Hochwasserentstehung, der Bodenhydrologie, einer Gewässerausbaubewertung sowie einer Beurteilung der Abflussspitzen und der Leistungsfähigkeit der Gewässer. Um die statistische Einordnung sowie den Ereignisverlauf bewerten zu können musste eine genaue Analyse des Gewitterregens erfolgen. Das Niederschlagsereignis konnte statistisch als ein 200-jährliches Ereignis eingestuft werden. Die Analyse der Überflutung lieferte Hinweise zum notwendigen Objektschutz. Möglichkeiten zur Verbesserung des Hochwasserschutzes durch Hochwasserflächenmanagement, bautechnischen Hochwasserschutz sowie Hochwasservorsorge (Bauvorsorge, Risikovorsorge, Verhaltensvorsorge) werden in der Studie aufgezeigt.

20 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 10 Die vorgeschlagenen forstwirtschaftlichen Maßnahmen werden erörtert und Aussagen zur Wirksamkeit und Realisierbarkeit getroffen. Zudem werden weitere Vorschläge zu Vorsorgemaßnahmen und Handlungsempfehlungen basierend auf den drei Säulen des Hochwassermanagements dargestellt. Das Fallbeispiel Mölschbach wird aufgrund der sehr umfangreichen Unterlagen zur Beschreibung der Ausgangssituation sowie zur Dokumentation der Überflutungen als Anwendungs- und Illustrationsbeispiel zur praktischen Umsetzung der Gefährdungsanalyse im Anhang weiter betrachtet Extremwertstatistische Untersuchung von Starkniederschlägen in NRW (ExUs) Im Rahmen des Projektes Extremwertstatistische Untersuchung von Starkniederschlägen in Nordrhein-Westfalen (ExUS) wurde mit Messdaten von Niederschlagsstationen in Nordrhein-Westfalen untersucht, ob über den Betrachtungszeitraum der zurückliegenden Jahrzehnte eine Veränderung im Starkregenverhalten erkennbar ist und, ob sich für die Zukunft anhand von Ergebnissen aus Klimamodellrechnungen und Klimaprojektionen Änderungen des Starkniederschlagsgeschehens ableiten lassen (LANUV NRW, 2010). Das Projekt wurde von November 2008 bis Dezember 2009 durchgeführt. Als Datengrundlage dienten 380 Messstationen in Nordrhein-Westfalen, an denen hochauflösende Niederschlagsdaten für einen Zeitraum von 1950 bis 2008 vorlagen. Durch die hohe räumliche Dichte der Niederschlagsstationen konnte eine Grundlage für belastbare Aussagen zu Starkregenereignissen geschaffen werden. Die Niederschlagsdaten wurden primärstatistisch und extremwertstatistisch ausgewertet, wobei zwei Verfahren zur Bewertung des Trendverhaltens eingesetzt wurden, die vergleichbare Aussagen lieferten. Danach nahmen im untersuchten Zeitraum von 1950 bis 2008 die mittleren Jahresniederschlagssummen zu. Im hydrologischen Winterhalbjahr war ebenfalls eine Zunahme der mittleren Niederschläge zu verzeichnen, im Sommerhalbjahr hingegen je nach Gebiet sowohl Zu- als auch Abnahmen. Generell hat die Anzahl der Starkregenereignisse mit kurzer Dauer in Nordrhein-Westfalen zugenommen, allerdings ist eine Intensitätszunahme der Starkregen nicht erkennbar. In den 2000er Jahren sind vermehrt lokale Starkregenereignisse in Nordrhein-Westfalen aufgetreten, jedoch gab es eine derartige Häufung bereits Anfang der 1950er und in der zweiten Hälfte der 1960er Jahre. Ein Starkregen wurde in diesem Projekt mit einem Schwellwert von 20 mm pro Tag definiert. Im Rahmen des Projektes wurden auch Kenngrößen wie die Anzahl der trockenen Tage und die Anzahl der Starkregentage untersucht und partielle Serien ausgewertet. Zudem wurden die Klimaprojektionen bzgl. des Niederschlagsverhaltens mit verschiedenen Modellen analysiert. Die Ergebnisse deuten auf keinen Anstieg der Intensitäten von Starkregen hin, lassen aber eine Zunahme von Starkregenereignissen vermuten. Allerdings enthalten die Ergebnisse der Klimamodelle große Unterschiede bei den Auswertungen der Tagessummen. Darüber hinaus hat das Projekt ExUS gezeigt, dass keine zuverlässigen Aussagen bei der Verwendung von Zeitreihen mit einer Länge von 30 Jahren oder weniger getroffen werden können. Die Ergebnisse dieser Untersuchung werden in Kap. 3 in der Betrachtung Siedlungsentwässerung im Klimawandel nochmals aufgegriffen.

21 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite Broschüren und Empfehlungen Wie schütze ich mein Haus vor Starkregenfolgen? (Hamburg Wasser, 2007) Wie schütze ich mein Haus vor Starkregenfolgen? ist ein Leitfaden für Hauseigentümer, Bauherren und Planer, herausgegeben von der Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt Hamburg, Hamburg Wasser und dem Landesbetrieb Straßen, Brücken und Gewässer. In dieser Broschüre werden bauliche Vorsorgemaßnahmen für Neubauten sowie nachträgliche Schutzmaßnahmen für Bestandsbauten in Hinblick auf Überschwemmungen durch Starkregenereignisse aufgezeigt. Es wird beschrieben, über welche Wege Wasser ins Gebäude eindringen kann. Die vorgeschlagenen Vorsorgemaßnahmen sind bezogen auf die Herkunft des Wassers in Kategorien eingeteilt. Schutz vor Oberflächenwasser können konstruktive Maßnahmen wie die Aufkantungen an Lichtschächten und Kellereingängen sowie mobile Schutzelemente bieten. Vor Bodenfeuchtigkeit und nichtstauendem Sickerwasser schützen am Neubau Abdichtungen und Dränungen und auch im Bestand können nachträglich Abdichtungen ergänzt werden. Schutz vor Grundwasser und aufstauendem Sickerwasser bieten bei Neubauten schwarze bzw. weiße Wannen, im Bestand ist das nachträgliche Abdichten komplizierter. Deshalb werden für den Bestand die Sanierung von Rohrdurchführungen, die Abdichtung von Fehlstellen, eine Innentrogabdichtung oder eine Fußbodenaufständerung empfohlen. Rückstauverschlüsse und Abwasserhebeanlagen schützen vor Rückstau aus dem Kanalnetz. Für jede Maßnahmenkategorie werden die Kosten aufgezeigt und es wird im Zuge der Verhaltensvorsorge auf eine angepasste Nutzung der Kellerräume hingewiesen Hochwasser Clevere bauen vor (Stadt Lemgo, 2010) Aufgrund der im August 2002 und Juni 2003 aufgetretenen Überschwemmungen infolge Starkregen in Lemgo hat die Stadt Lemgo einen Informationsflyer herausgegeben. In ihm wird erläutert, wie sich Bürger vor Überschwemmungen durch Starkregenereignisse schützen können. In dem Flyer werden Maßnahmen gegen Rückstau aus der Kanalisation, oberirdischen Abfluss und Überschwemmungen durch Gewässer sowie Aspekte des Versicherungsschutzes erörtert. Es wird ausdrücklich empfohlen eine Rückstausicherung einzubauen, da eine Haftung für Schäden aus Kanalrückstau nicht von der Stadt Lemgo übernommen wird. Oberirdischer Abfluss kann auf verschiedenen Wegen ins Gebäude eindringen, besonders gefährdet sind Tiefgaragen und Kellerräume. Neben Wasser können auch Schlammmengen ins Gebäude gelangen, besonders in Gebieten, die an landwirtschaftliche Flächen angrenzen. Der Flyer regt die Umsetzung von baulichen Maßnahmen auf gefährdeten Grundstücken an. Für die größeren Flüsse und Bäche in Lemgo wurden bereits Überschwemmungsgebiete gesetzlich festgelegt. Allerdings befindet sich die Bebauung im Innenstadtbereich im natürlichen Überschwemmungsgebiet, für sie müssen Schutzmaßnahmen umgesetzt werden. Grundsätzlich ist die Ablagerung von Abfällen am Ufer unzulässig, damit es an kleineren Gewässern nicht zu Verstopfungen von Durchlässen kommt.

22 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 12 Eine Checkliste soll den Bürgern helfen herauszufinden, wo sich eventuelle Schwachstellen auf dem eigenen Grundstück bzw. am Gebäude befinden. Diese Checkliste behandelt die Themen Rückstausicherung, Gefährdung durch oberirdischen Abfluss sowie Überschwemmungen durch Gewässer Hochwasserschutzfibel (BMVBS, 2008) Die Hochwasserschutzfibel wird vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) herausgegeben und alle paar Jahre anlässlich neuer Erkenntnisse aktualisiert. Sie gibt Hilfestellungen zu baulichen Schutz- und Vorsorgemaßnahmen in hochwassergefährdeten Gebieten. In der Fibel werden nicht nur Aufgaben der Kommunen aufgezeigt, sondern auch Hinweise für Bauherrn, Hausbesitzer und Mieter gegeben. Sie kann als Planungshilfe für Architekten und Ingenieure dazu beitragen Fehler in der Gebäudeplanung zu vermeiden. Das Bewusstsein in Regionen, die noch keine Erfahrungen mit dem Hochwasser haben, soll sensibilisiert werden. Die in der Hochwasserschutzfibel beschriebenen Vorsorgemaßnahmen können zum Teil auch auf den Schutz vor Starkregenereignissen übertragen werden. Sie werden entsprechend in Kapitel 5 Handlungsfelder der Überflutungsvorsorge aufgegriffen Land unter (MUFV RLP, 2008) Der Ratgeber Land unter wurde vom Ministerium für Umwelt, Forsten und Verbraucherschutz Rheinland-Pfalz 2008 herausgegeben und richtet sich an Bewohner von hochwassergefährdeten Gebieten. Er gibt nützliche Tipps zum Umgang mit Hochwasser und zeigt unter anderem auf, wie das eigene Haus vor Hochwasser geschützt werden kann und welche Versicherungsmöglichkeiten gegen Hochwasserschäden bestehen. Einige Aspekte dieser Broschüre lassen sich auf die Vorsorge für Starkregenereignisse in Bezug auf urbane Sturzfluten übertragen (siehe Kapitel 5). 2.3 Fazit Literaturrecherche Die Literaturrecherche zeigt, dass es bereits viele Projekte und Fallstudien im Bereich Starkregen und Sturzfluten gibt, aber noch weiterer Forschungsbedarf hinsichtlich übertragbarer Erkenntnisse sowie geeigneter Methoden und Maßnahmen zur Überflutungsvorsorge besteht. Da in den letzten Jahren verstärkt Überschwemmungen durch Starkregenereignisse aufgetreten sind, wurden zuletzt auch vermehrt Gutachten bzw. Berichte zu dieser Thematik erstellt. Besonders das Projekt URBAS gibt einen detaillierten Einblick in den Stand der Forschung und beschäftigt sich ausführlich mit dem Themenkomplex. Die vorliegenden Berichte und Gutachten über Starkregenereignisse ermöglichen einen Vergleich verschiedener Ereignisse hinsichtlich naturräumlicher und baulicher Ursachen für das Entstehen ausgeprägter und schadensreicher Überflutungen. Durch diesen Vergleich kann erkannt werden, dass je nach topografischen Verhältnissen meist die gleichen Ursachen zu Überschwemmungen in Siedlungsgebieten führen. Im geneigten Gelände spielt der Zufluss aus Außengebieten sowie Hangwasser eine wesentliche Rolle, wohingegen im Flachland die Überschwemmungen häufig durch Kanalrückstau verursacht werden. Die Ausuferung von

23 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 13 kleinen Gewässern kann bei Sturzfluten unabhängig von den topografischen Gegebenheiten zu Überschwemmungen führen. Bisher sind nur wenige Methoden zur systematischen Identifizierung gefährdeter Bereiche durch Starkregenereignisse beschrieben (BMBF, 2008; Nichler et al., 2010). Dabei bildet die Gefahren- und Risikoanalyse einen Schwerpunkt in der Vorsorge gegenüber Starkregen und Überflutungen. Deshalb wird dieser Themenschwerpunkt in Kapitel 4 aufgegriffen und detailliert behandelt. Nur über eine Gefahren- und Risikoanalyse können überflutungsgefährdete Bereiche sicher und schnell identifiziert und bewertet sowie Risiko- und Gefahrenkarten erstellt werden. Darauf aufbauend können dann gezielt Maßnahmen zur Vorsorge geplant und umgesetzt werden. Im Bereich der Informationsvorsorge für Bürger hat Hamburg Wasser einen Leitfaden für Hauseigentümer, Bauherrn und Planer herausgegeben, der Vorsorgemaßnahmen aufzeigt. Die Stadt Lemgo versucht die Bürger mit Hilfe eines Flyers zu Vorsorgemaßnahmen zu mobilisieren und gibt Hilfestellung in Form einer Checkliste. Ansonsten wurden bisher nur Informationsbroschüren für Überschwemmungen durch Hochwasser an mittleren und großen Flüssen herausgegeben, aus denen allerdings manche Aspekte auch auf Starkregen übertragbar sind. Vor diesem Hintergrund erscheint die Erstellung eines kommunalen Leitfadens für Starkregenereignisse für Bürger sowie Kommunen vordringlich und hilfreich.

24 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite Was bringt der Klimawandel? Die auffällige Häufung von Starkregen und Überflutungsereignissen der zurückliegenden Jahre wird sowohl in Fachdiskussionen als auch in der Öffentlichkeit immer wieder mit dem prognostizierten Klimawandel in Verbindung gebracht; nicht zuletzt auch von betroffenen Anwohnern mit Überflutungsschäden. Die nähere Betrachtung der Medienberichte offenbart, dass gerade die besonders schadensträchtigen Starkregen- und Überflutungsereignisse der jüngeren Vergangenheit mit ihrer statistischen Wiederkehrzeit zumeist weit oberhalb maßgebender Bemessungshäufigkeiten lagen. So wiesen die Regenhöhen des außergewöhnlichen Ereignisses in Dortmund im Juli 2008 in den Dauerstufen zwischen 10 min und 6 h sämtlich eine statistische Wiederkehrzeit deutlich über 100 a auf (Grünewald, 2009). Auch diverse Starkregenereignisse im Juli 2009 u.a. in Essen, Gelsenkirchen, Landau an der Isar, Mülheim (Ruhr), Stockach und Stuttgart, nach Medienberichten mit Regenhöhen zwischen 50 und 90 mm innerhalb einer Stunde, charakterisiert die Niederschlagsstatistik jeweils als Jahrhundertregen. Vor dem Hintergrund derartiger statistischer Auffälligkeiten wird nachstehend der Kenntnisstand zum Klimawandel und seinen möglichen Auswirkungen auf ein verändertes Auftreten von Starkregen und Überflutungen durch Überlastungen der Kanalisation und urbane Sturzfluten erörtert. Einführend werden ursächliche Zusammenhänge und Einflussfaktoren zum Auftreten und der subjektiven Wahrnehmung von Starkregen und Überflutungen beleuchtet. 3.1 Sommer Häufung von Starkregen und Überflutungen Auch der zurückliegende Sommer war voll von Medienberichten über unterschiedliche, extreme Wetterereignisse, regionale Überschwemmungen durch Hochwasserabflüsse (Pakistan, China, Ostdeutschland, Polen, ) und lokale Überflutungen durch überlastete Kanalisationen. Diese Meldungen und die damit frei Haus gelieferten optischen Eindrücke verstärken die subjektive Wahrnehmung einer offensichtlichen Häufung von Starkregen und durch sie verursachte Überflutungen, die dann schnell mit dem Klimawandel in Verbindung gebracht werden. Dazu erscheint der Hinweis auf nachstehende Sachverhalte wichtig. (1) Die mittlerweile zweifelsfrei belegte Erderwärmung birgt über den höheren Wärme- und Energiegehalt der Atmosphäre physikalisch begründet ein höheres Potenzial für einen höheren Feuchtetransport. In Verbindung mit dem erhöhten Energiegehalt und größeren Temperaturunterschieden zwischen Warm- und Kaltluftfronten resultiert zudem ein höheres Potenzial für heftigere Unwetter, Gewitter und außergewöhnliche Starkregen. Insoweit können die auch nach meteorologischer Bewertung außergewöhnlichen und auffällig häufigen - Regenereignisse in ihrer Gesamtheit durchaus mit dem Phänomen Klimawandel und einem dadurch veränderten Niederschlagsgeschehen in Verbindung gebracht werden. In der Ursachenanalyse gilt es aber weitere wesentliche Sachverhalte zu berücksichtigen, die das Auftreten von Starkregen und Überflutungen, aber auch deren Wahrnehmung beeinflussen. (2) Die Aktivitäten der Industriegesellschaften haben in den letzten 200 Jahren, besonders markant seit Ende des 2. Weltkrieges, klima- und wetterrelevante naturräumliche Faktoren lokaler, regionaler und globaler Ebene extrem verändert; wahrscheinlich stärker, als

25 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 15 in Jahren menschlicher Zivilisationsgeschichte davor. Diese Änderungen stellvertretend sei das Verschwinden der Regenwälder genannt haben nachweislich Auswirkungen nicht nur auf die CO 2 -Emissionen, sondern auch direkt auf Klimaphänomene und das momentane Wettergeschehen. Dies gilt auch durch Veränderungen der Landschaft durch Zunahme der Versiegelung und den Rückgang der Vegetation. Lokal können die ausgedehnte Bebauung, die zunehmende Versiegelung, urbane Hitzeinseln in Ballungsräumen oder auch Änderungen der Flächennutzung, z.b. Siedlungen oder Landwirtschaft anstelle früherer Waldgebiete, kleinräumig das Bilden konvektiver Niederschläge oder Zugbahnen von Gewitterzellen beeinflussen. (3) Die genannten zivilisatorischen Aktivitäten beeinflussen nicht nur das Niederschlagsgeschehen. Sie haben zudem unmittelbar Auswirkungen auf das resultierende Abflussgeschehen, indem sie den zum Abfluss kommenden Volumenanteil deutlich verstärken, den Abfluss beschleunigen und damit die Abflussspitzen deutlich erhöhen. Dies verstärkt naturgemäß die Auswirkungen der Starkregenereignisse und die Ausprägung von Überflutungen gerade in Siedlungsgebieten und in stark urban geprägten Räumen. (4) Die Zunahme der Weltbevölkerung, in den Industrieländern seit Beginn der Industrialisierung, global und besonders in Entwicklungsländern im 20. Jahrhundert, das schnelle Wachstum der Stadtbevölkerung und der insgesamt gewachsene Flächenanspruch für Siedlung und Verkehr haben zu Bauaktivitäten in Bereichen geführt, die bislang frei von Besiedlung und Bebauung waren. Diese Bereiche mögen schon immer von Hochwasser und Überflutungen betroffen oder zumindest gefährdet gewesen sein, nur eben ohne dass Hunderttausende von Menschen in den potentiellen Überschwemmungsgebieten gebaut und gelebt haben. Insoweit sind die Auswirkungen der Hochwasser- und Überflutungsereignisse jetzt besonders markant und schadensträchtig. Dies gilt in Deutschland auch für Erschließungen von Neubaugebieten in wasserwirtschaftlich oder entwässerungstechnisch ungünstigen, weil überflutungsgefährdeten Hang- und Tallagen, die oftmals trotz eindringlicher fachlicher Warnungen vollzogen wurden (Kron, 2009). (5) Die augenscheinliche Zunahme dokumentierter Starkregen- und Überflutungsereignisse lässt sich objektiv auch durch ein deutlich ausgebautes Monitoring der Wetterdienste erklären. Dies gilt in besonderem Maße für die größere Anzahl von Niederschlagsmessstationen amtlicher und privater Betreiber, in Deutschland und weltweit. Hinzu kommt die Erfassung des Niederschlagsgeschehens in der Fläche durch Radarmessungen. Extreme Regenereignisse werden so an Orten erfasst und zahlenmäßig belegt, an denen bis vor 20 Jahren keine zuverlässige Registrierung erfolgt ist. Hier sind der amtliche Wetterdienst und die Wissenschaft gefordert, durch systematische Auswertung vorliegender Aufzeichnungen von Stationen langjähriger Laufzeiten und die Gegenüberstellung mit Stationen kürzerer Beobachtungsreihen statistisch abgesicherte Analysen zu vollziehen. (6) Schließlich führt die global ausgeweitete Berichterstattung der Medien dazu, dass Hochwasser und Überschwemmungsereignisse aus jedem Dorf und aus dem tiefsten Winkel der Welt im Wohnzimmer des Fernsehzuschauers landen und den Eindruck einer allerorts auftretenden Häufung von Starkregen und Überflutungen zumindest verstärken.

26 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 16 Im Folgenden wird der aktuelle Kenntnisstand zu möglichen Auswirkungen des Klimawandels auf das Starkregenverhalten und kommunale Überflutungen umfassend erörtert. 3.2 Aktueller Kenntnisstand Klimawandel Wasserwirtschaft Starkregen Bisherige Untersuchungen und Fachbeiträge zur möglichen Zunahme von Starkregen- und Überflutungsereignissen in Verbindung mit Klimaveränderungen beziehen sich überwiegend auf regionale wasserwirtschaftliche Fragestellungen wie Hochwasser- und Niedrigwasserabflüsse von Fließgewässern und Grundwasserverfügbarkeit (KLIWA, 2006; 2009; 2010; Richardson, 2002). Dabei zeigt sich eine Besorgnis über möglicherweise gestiegene oder zukünftig steigende Versagenshäufigkeiten und Risiken von Talsperren und Hochwasserschutzanlagen (FRMRC, 2005). Basierend auf einer Untersuchung in Großbritannien erwarten Ashley et al. (2004) durch den Klimawandel signifikante Veränderungen des Auftretens und der Häufigkeit von Überflutungen in Siedlungsgebieten, auch wenn diese Auswirkungen (derzeit) noch nicht quantifiziert werden können. Göttle und Joneck (2009) betonen die vielfältigen Unwägbarkeiten in der Betrachtung von Auswirkungen des Klimawandels in den wasserwirtschaftlichen Aufgabenfeldern Speicherbewirtschaftung, Kanalnetzbemessung, Wärmelastrechnung und landwirtschaftliche Bewässerung. Für die Bewertung der hydraulischen Leistungsfähigkeit von Kanalnetzen verweisen sie auf das Merkblatt des Bayerischen Landesamtes für Umweltschutz. Dort wird als mögliche Vorsorgemaßnahme die Reduzierung der maßgebenden Bemessungshäufigkeiten aus Vorsorgegründen um eine Häufigkeitsstufe genannt (LfU, 2009). Ob die daraus resultierende Erhöhung der Bemessungsregenspende um 10 bis 40 % den vorgenannten Unwägbarkeiten gerecht wird, den gebotenen Überflutungsschutz tatsächlich erhöht und welche finanziellen Aufwändungen damit verbunden wären, muss kritisch hinterfragt werden. Die Schwierigkeiten, mögliche Folgen des Klimawandels für den kommunalen Überflutungsschutz zu konkretisieren, bestätigen auch die Ergebnisse eines DWA-Expertengespräches mit Beteiligung von Fachleuten der Meteorologie, Hydrologie und der Siedlungsentwässerung (Schmitt et al., 2006), jüngst erschienene Klimaberichte einzelner Bundesländer (MUFV, 2007; MUNLV, 2009) sowie verschiedene Fachveröffentlichungen (u.a. DWA, 2010a; GFZ, 2009; LANUV, 2010). Auftreten und Ursachen urbaner Sturzfluten wurden im Rahmen des BMBF- Förderprogramms Risikomanagement extremer Hochwasserereignisse (RIMAX), auch im Kontext möglicher Klimaveränderungen, analysiert und anhand einer Reihe von Fallbeispielen beleuchtet (BMBF, 2008). Die Ergebnisse dieser umfassenden Studie, auf die auch in der Schrift des GeoForschungsZentrums Potsdam Bezug genommen wird (GFZ, 2009), werden in Kapitel 2 besprochen. Die wesentlichen Aussagen der aktuellen Fachveröffentlichungen der DWA Klimawandel Herausforderungen und Lösungsansätze für die deutsche Wasserwirtschaft (DWA, 2010a) sowie des Landesamtes für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen Extremwertstatistische Untersuchung von Starkniederschlägen in NRW (ExUS) (LANUV, 2010) zur vorliegenden Fragestellung werden nachstehend kurz besprochen.

27 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite Klimaforschung und Klimamodellierung In einer Charakterisierung des internationalen Kenntnisstandes und Genauigkeitsanspruches der globalen Klimaforschung und Klimamodelle wird in (Menzel, 2004) betont, dass die meisten der in der breiten Öffentlichkeit diskutierten Zahlenwerte zum Klimawandel und seinen Folgen keine konkreten Prognosen darstellen, sondern Projektionen auf der Basis von Klimaszenarien. Diese beinhalten unterschiedliche Annahmen zu den relevanten Einflussfaktoren für das Klima. Die Unbestimmtheit dieser Annahmen bedingt eine große Variationsbreite der Klimaszenarien. Diese Ungewissheiten überlagern sich mit den Ungenauigkeiten der eingesetzten Klimamodelle, z.b. beim Einfluss erhöhter Feuchtegehalte der Atmosphäre und verstärkter Wolkenbildung auf die Temperatur, was sich auch in z.t. erheblichen Abweichungen der Projektionen der verschiedenen Klimamodelle untereinander widerspiegelt. Dennoch lassen sich die bereits zitierten Grundaussagen ableiten, wonach mit der nach allen Modellergebnissen wahrscheinlichen Erhöhung der Mitteltemperatur des Klimasystems... bislang als selten eingestufte Extreme mit größerer Häufigkeit auftreten und häufigere Starkregen sind sehr wahrscheinlich, in den meisten Gebieten (IPCC, 2007). Dies bestätigt sich nach Menzel auch in vorliegenden Regionalstudien für Teile Mitteleuropas (Menzel, 2004). Allerdings bezieht sich die Bewertung von Starkregen auf Tageswerte der Niederschlagshöhen, was ihre Gültigkeit für die Siedlungsentwässerung deutlich einschränkt! Hinzu kommt, dass kleinräumige Wetterphänomene, die zu den hier maßgebenden Starkregen führen (z.b. Gewitter), in den meisten Klimamodellen derzeit überhaupt nicht simuliert werden (können) (Menzel, 2004) Kooperationsvorhaben KLIWA Das Kooperationsvorhaben KLIWA (Klimaveränderungen und Konsequenzen für die Wasserwirtschaft) der Bundesländer Baden-Württemberg, Bayern und Rheinland-Pfalz sowie des Deutschen Wetterdienstes ist schwerpunktmäßig auf den großräumigen Wasserhaushalt mit Hochwasser- und Niedrigwasserbetrachtungen für Fließgewässer und das Grundwasserdargebot ausgerichtet. Die bisherigen Ergebnisse des Vorhabens wurden auf drei KLIWA- Symposien 2004, 2006 und 2009 der Fachöffentlichkeit vorgestellt (KLIWA, 2006; 2009; 2010). Zur Entwicklung des Niederschlagsgeschehens allgemein, von Starkregen- und Hochwasserereignissen in Süddeutschland erscheinen folgende Erkenntnisse bedeutsam: Für Süddeutschland hat sich die innerjährliche Niederschlagsverteilung hin zu feuchterem Winterhalbjahr und trockenerem Sommerhalbjahr verändert. Regional wird eine deutliche Zunahme der Starkniederschläge im Winterhalbjahr festgestellt. Dies trifft auch für Deutschland insgesamt zu. Für Baden-Württemberg im untersuchten Messzeitraum wird eine Zunahme hochwasserkritischer Wetterlagen festgestellt. In den letzten 30 Jahren hat die Häufigkeit von Hochwasserereignissen zugenommen, wobei in bestimmten Bereichen Baden-Württembergs auch eine Erhöhung der extremen Hochwasserabflüsse festgestellt wird.

28 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 18 Modellrechnungen für den Zeitraum bis 2050 zeigen für die Pilotgebiete Neckar und Oberer Main eine Verschärfung der Hochwasserabflüsse an, die mit zunehmender Wiederkehrzeit abnimmt. Als Konsequenz aus einer möglichen Zunahme extremer Hochwasserabflüsse wird von den Bundesländern Baden-Württemberg und Bayern eine pauschale Erhöhung von Bemessungsabflüssen für Wiederkehrzeiten T n = 50 bis 100 Jahre von z.b. 15 % empfohlen. Aus der näheren Betrachtung der Untersuchungen, methodisch und in den Ergebnissen, wird deutlich, dass sich die Erkenntnisse und damit auch die abgeleiteten Empfehlungen nicht auf die Fragestellungen des kommunalen Überflutungsschutzes und urbaner Sturzfluten übertragen lassen. So wurde bei der statistischen Analyse zur Entwicklung von Starkregen ein Schwellwert von 25 mm pro Tag zugrunde gelegt. Dessen geringe Aussagekraft für die Siedlungsentwässerung zeigt die Zuordnung von Wiederkehrzeiten dieser Regenhöhe für unterschiedliche Dauerstufen aus dem KOSTRA-DWD-2000 zusammen mit den Angaben zur mittleren Regenspende in Tabelle 1. Danach wäre ein Ereignis mit einer Regenhöhe von 25 mm nur bei einer Regendauer unter 6 Stunden bemessungsrelevant. Tabelle 1: Statistische Wiederkehrzeit der Niederschlagshöhe 25 mm für unterschiedliche Dauerstufen (nach KOSTRA-DWD-2000, Rasterfeld 16-75) Dauerstufe Wiederkehrzeit mittlere Regenspende 15 min > 20 a 278 l/s ha 60 min 3 a 70 l/s ha 6 h 1 a 12 l/s ha 24 h << 1 a 3 l/s ha Demgegenüber verdeutlichen die Werte ausgewählter Regenhöhen-Dauerlinien für das Rasterfeld (Kaiserslautern) nach KOSTRA-DWD-2000 in Tabelle 2, dass bei den für Anfangshaltungen und kleine Kanalnetze maßgebenden Dauerstufen (5 15 min) bereits Regenhöhen deutlich unter 25 mm bemessungs- und überstaurelevant sein können. Tabelle 2: Regenhöhen in mm für unterschiedliche Dauerstufen D und Wiederkehrzeiten T n (nach KOSTRA-DWD-2000, Kaiserslautern, Rasterfeld 16-75) D / T n 1 a 2 a 5 a 10 a 20 a 100 a 5 min 5,6 7, min min min

29 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite DWA-Expertengespräch Klimawandel und Siedlungsentwässerung In einem DWA-Expertengespräch im Februar 2006 (Schmitt et al., 2006) wurde über die seitens des DWD zwischenzeitlich vollzogene Fortschreibung des Starkregenatlas als KOSTRA-DWD-2000 berichtet. Dort wurde der bisherige 30-jährige Bezugszeitraum der Starkregenhöhen von 1951 bis 1980 bis zum Jahr 2000 verlängert. Dabei ergab sich eine Zunahme der statistischen Starkregenhöhen der Winterniederschläge in den Dauerstufen größer 12 h. Demgegenüber haben sich die für die Fragestellungen der Siedlungsentwässerung besonders relevanten Starkregenhöhen der Dauerstufen 15 min und 60 min über alle Wiederkehrzeiten (1 a bis 100 a) bei der Fortschreibung nicht verändert. Der Vergleich der Starkregenhöhen zeitlich hoch aufgelöster Niederschlagsreihen zwischen 1951 und 2000 an 43 Stationen über unterschiedliche Dauerstufen hatte zum Ergebnis, dass sich die Veränderungen mit einer Ausnahme sämtlich deutlich innerhalb des 95 %-Vertrauensbereiches bewegten und damit statistisch nicht signifikant waren (Schmitt et al., 2006). In der gleichen Veranstaltung wurden vom Institut für Wasserbau der Universität Stuttgart durchgeführte Untersuchungen über lokale Extremniederschläge und ihre räumlichen und zeitlichen Charakteristika vorgestellt. Die Ergebnisse aus dem Projekt STARDEX ( statistical and regional downscaling of extremes ) bestätigten für Dauerstufen ab 24 h i.w. die bereits genannten Trends der (unterschiedlichen) Entwicklung von Starkniederschlägen mit eindeutiger Zunahme im Winterhalbjahr, uneinheitlicher Veränderung im Sommerhalbjahr und insgesamt trockeneren Sommermonaten. Für kleinere Dauerstufen ergab eine Fallstudie mit instationärer Extremwertanalyse für 11 Niederschlagsstationen in Baden-Württemberg mit Auswertezeitraum 1952 bis 2002 einen überwiegend positiven Trend extremer Niederschlagshöhen. Allerdings wurde betont, dass sich die Änderungen saisonabhängig zeigen mit stark lokalem Charakter. Eine Verallgemeinerung mit Ableitung pauschaler Bemessungszuschläge wird deshalb nicht erwogen (Schmitt et al., 2006) DWA-Themenband zum Klimawandel in der Wasserwirtschaft Der DWA-Themenband Klimawandel - Herausforderungen und Lösungsansätze für die deutsche Wasserwirtschaft wurde von einer Hauptausschuss übergreifenden Koordinierungsgruppe erarbeitet (DWA, 2010a). Kenntnisstand zum Klimawandel und Folgerungen aus möglichen Klimaveränderungen werden für die Wissensgebiete und Aufgabengebiete Hydrologie, Wasserbau, Wasserversorgung, Siedlungsentwässerung und Gewässerökologie erörtert. Für die geltenden Bemessungs- und Nachweiskonzepte der Siedlungsentwässerung wird nach derzeitigem Kenntnisstand noch kein begründeter Bedarf nach grundsätzlicher Veränderung gesehen. Pauschale Bemessungszuschläge werden angesichts der bestehenden Ungewissheiten nicht empfohlen. Vielmehr wird bei konkretem Handlungsbedarf die vorrangige Verfolgung von Maßnahmen betont, die eine größere Flexibilität und spätere Anpassungsmöglichkeit bieten. Desweiteren wird die Durchführung von Risiko- und Gefährdungsanalysen und die Betrachtung von Extremszenarien als Bestandteil des vorsorgenden kommunalen Überflutungsschutzes empfohlen (DWA, 2010a).

30 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite Untersuchungsprogramm ExUS Nordrhein-Westfalen Ganz aktuell wurden die Ergebnisse extremwertstatistischer Untersuchungen von Starkniederschlägen in Nordrhein-Westfalen veröffentlicht (LANUV, 2010). Dort werden die Ergebnisse von Trendanalysen zur Veränderung von Starkregen in Dauer, Intensität und Raum auf der Basis beobachteter Ereignisse über langjährige Niederschlagsreihen erörtert und mögliche Änderungen der Starkregenstatistik diskutiert. Desweiteren wurden die Projektionen unterschiedlicher Klimamodelle hinsichtlich der Entwicklung des Niederschlagsgeschehens in NRW bis 2050 ausgewertet. Die Untersuchungen bestätigen im Wesentlichen die bereits genannten Erkenntnisse mit landesweiter Zunahme der Winterniederschläge und uneinheitlicher Entwicklung der Sommerniederschläge (u.a. IPCC, 2008; KLIWA, 2010). Auch ein Anstieg der Starkregentage hier mit Schwellwert 20 mm/tag wurde bestätigt. Die festgestellte Zunahme von Starkregenereignissen kurzer Dauerstufen < 1 h seit den 1990er Jahren wird neben einem möglichen Klimaeffekt vor allem auch einer verbesserten Messtechnik der Niederschlagserfassung bei sehr kurzzeitig auftretenden, hohen Intensitäten zugeschrieben. Ferner wird von vermehrt aufgetretenen lokalen Starkregen in den 2000er Jahren in NRW berichtet, mit dem einschränkenden Hinweis, dass dies in ähnlicher Weise in den 1950er und der zweiten Hälfte der 1960er Jahre der Fall war (LANUV, 2010). Insgesamt wird betont, dass sich bei den für die Siedlungsentwässerung relevanten kleinräumigen Konvektivniederschlägen und Gewitterzellen kurzer Regendauern kein statistisch signifikanter Trend feststellen lässt. 3.3 Klimamodelle und Projektionen zum zukünftigen Niederschlagsgeschehen Aussagefähigkeit der Klimamodelle für die Siedlungsentwässerung Die große Mehrzahl der Untersuchungen zu Klimaveränderungen beziehen sich auf großräumige Gebiete im globalen bzw. großskaligen Bereich, z.b. für Nordeuropa oder Nordamerika (Hancock et al., 2004). Klimakenngrößen im mesoskaligen und mikroskaligen Bereich (regional, lokal) und ihre zukünftige Veränderung werden von den bekannten Klimamodellen noch unzureichend wiedergegeben bzw. sind noch mit großen Unsicherheiten behaftet (Menzel, 2004; Schmitt et al., 2006). Dies gilt in besonderem Maße auch für mögliche Auswirkungen des Klimawandels auf das örtliche Niederschlagsgeschehen. Die globalen Klimamodelle basieren auf einer räumlichen Auflösung mit Rasterfeldern von über 100 km Kantenlänge, regionalisierte Modelle von zunächst 50 x 50 km bis derzeit minimal 7 x 7 km (G. Schindler in KLIWA, 2010). Für Fragestellungen der Siedlungsentwässerung wäre eine räumliche Skalierung im Bereich weniger km 2 erforderlich, da die Gewitterzellen bemessungsrelevanter Starkregen oftmals eine Ausdehnung von weniger als 2 km haben. Neben dieser räumlichen Dimension gilt die Einschränkung der Aussagefähigkeit der Klimamodelle auch für die zeitliche Skalierung und Differenzierung. Die Niederschlagshöhen als wesentliche Kenngrößen werden in den Klimamodellen überwiegend nach Jahreszeit (Sommer/Winter-Niederschläge) differenziert. Allenfalls werden Tagesniederschlagshöhen genannt. Eine Auflösung in für die Siedlungsentwässerung relevante Stundenwerte wird bis-

31 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 21 lang nur vereinzelt in der Anwendung regionalisierter Klimamodelle erreicht (u.a. Arnbjerg- Nielsen, 2008). Bei der hydraulischen Bemessung siedlungswasserwirtschaftlicher Anlagen liegen die Wiederkehrzeiten T n maßgeblicher Starkregen überwiegend im Bereich zwischen 2 und 10 Jahren, die maßgeblichen Dauerstufen zwischen 15 min und 4 bis 6 h. Für Rückhalteräume können jeweils größere Werte maßgebend sein Klimamodellrechnungen zum Niederschlagsverhalten in Dänemark Mögliche Auswirkungen des Klimawandels auf das Niederschlagsverhalten in Dänemark mit besonderer Fokussierung auf Starkniederschläge wurden von Arnbjerg-Nielsen (2008) untersucht. Dazu wurden mit dem regionalen Klimamodell HIRHAM 4 des Danish Meteorological Institute vergleichende Simulationen zum Niederschlagsverhalten zweier 30-jähriger Perioden ( und ) durchgeführt. Die räumliche Auflösung erfolgte mit einem Gitternetz von 12 x 12 km, die zeitliche Auflösung in Zeitschritten von 80 sec und Abspeicherung stündlicher Ergebniswerte. Grundlage für den Prognosezeitraum bildete das IPCC SRES Szenario A2 mit der Annahme einer eher ungünstigen Entwicklung der CO 2 - Emissionen (Abbildung 1). Abbildung 1: Angenommene Entwicklung der CO2-Konzentration in den verschiedenen Szenarien der Klimamodellrechnungen (aus Gore, 2006) Nach den Simulationsergebnissen würden die Jahresniederschläge in Dänemark gegenüber dem Vergleichszeitraum bis Ende des 21. Jahrhunderts um 10 bis 15 % zunehmen, die Sommerniederschläge aber um ca. 30 % abnehmen. Extreme Starkniederschläge zeigen überwiegend eine Zunahme, bei einem für Dänemark insgesamt heterogenen Bild und starker lokaler Ausprägung der Veränderungen, im Einzelfall bis 80 % Zunahme! Zur Quantifizierung der prognostizierten Veränderungen der Starkregen wurden Klimafaktoren zwischen 1,05 und 1,35 abgeleitet, als räumliche Mittelwerte für Dänemark. Diese würden ansteigen mit größeren Wiederkehrzeiten zwischen 1 und 10 Jahren und abnehmen mit

32 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 22 zunehmenden Dauerstufen zwischen 1 und 12 Stunden. Dabei wird von den Autoren auf z.t. extreme räumliche Unterschiede in den prognostizierten Veränderungen verwiesen, die auch angesichts der naturräumlichen Gegebenheiten Dänemarks nicht plausibel zu erklären sind und auf erhebliche Unsicherheiten und Ungenauigkeiten der regionalisierten Klimamodelle schließen lassen (Arnbjerg-Nielsen, 2008). Auch wenn die derart abgeleiteten Klimafaktoren spekulativ erscheinen, soll illustriert werden, was eine derartige Entwicklung mit Zunahme der Starkregenhöhen von 30 % für Auswirkungen auf die Bemessungsgrundlage für Kanalisationsnetze hätte. Tabelle 3 zeigt die Projektion eines Klimafaktors 1,3 auf die Regenhöhen unterschiedlicher Wiederkehrzeiten aus dem KOSTRA-DWD-2000 (Kaiserslautern, Rasterfeld 16-75) für die Dauerstufe 120 min. Tabelle 3: Regenhöhen [mm] und Wiederkehrzeiten Tn [a] der Dauerstufe 120 min nach KOSTRA-DWD-2000, Rasterfeld mit Projektion eines Klimafaktors 1,3 T n 1 a 2 a 3 a 5 a 10 a 20 a 100 a 120 min 19,3 25,4 28,9 32,6 38,4 44,1 57,6 Faktor 1,31 Faktor 1,28 Faktor 1,33 Faktor 1,35 Faktor 1,30 Danach würde eine Zunahme der Regenhöhe um 30 % einer Veränderung der Wiederkehrzeiten um ein bis zwei Stufen entsprechen. Beispielhaft würde eine Zunahme der Regenhöhe von 28,9 mm auf 38,4 mm in der statistischen Bewertung dazu führen, dass sich die zugehörige Wiederkehrzeit von heute T n = 10 a auf T n = 3 a im Prognosezeitraum reduzieren würde Simulationsprogramm NiedSim Klima der Universität Stuttgart Das Institut für Wasserbau, Lehrstuhl für Hydrologie und Geohydrologie (Prof. Dr. A. Bardossy), an der Universität Stuttgart hat mit dem Programmsystem NiedSim einen Niederschlagsgenerator entwickelt, mit dem ortsbezogene Niederschlags-Zeitreihen mit sehr hoher zeitlicher Auflösung bis minimal 5 min erzeugt werden können. Durch die Kalibrierung der Modellparameter auf Niederschlagszeitreihen der Vergangenheit bilden die so erzeugten Niederschlagsdaten die klimatischen Verhältnisse der Kalibrierungsperiode ab. Zwischenzeitlich wurde eine Systemvariante NiedSim-Klima entwickelt. Dazu wurden die aktuell verfügbaren Klimaprognosen aus Klimamodellen oder Trendfortschreibungen in den Niederschlagsgenerator implementiert. Problematisch dabei und damit einschränkend hinsichtlich der Genauigkeit ( Zuverlässigkeit ) der erzeugten Daten ist der Sachverhalt, dass die gängigen Klimamodelle nur globale und regionale Daten generieren, die in NiedSim- Klima auf den Maßstab skaliert werden müssen. Erste Testanwendungen seitens der Model-

33 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 23 lentwickler wurden für den Zeitraum bis 2050 vollzogen. Sie zeigen die allgemein erwartete Zunahme extremer Niederschläge, wobei wie in den Beobachtungen der jüngeren Vergangenheit örtlich deutlich unterschiedliche Entwicklungen auftreten können. Die Anwendung der mit NiedSim-Klima erzeugten Niederschlagsreihen ist zur Anwendung im Rahmen von Kanalnetzberechnungen vorgesehen. 3.4 Fazit zum Klimawandel in Bezug auf KRisMa Der Erkenntnisstand zum Klimawandel und möglichen Entwicklungen von Starkregen und Überflutungen in Siedlungsgebieten lässt sich auf der Basis der vorstehend erörterten Untersuchungen und aktuellen Fachveröffentlichungen wie folgt zusammenfassen: (1) Eine Zunahme von Starkregen in Häufigkeit und Intensität infolge Klimawandel im Zeitraum bis 2050 bzw gilt als sehr wahrscheinlich in den meisten Gebieten (IPCC, 2008). (2) Für die Überflutung kommunaler Entwässerungssysteme und urbane Sturzfluten sind lokal begrenzte Starkregenzellen und kurze Regendauern unter 1 bis max. 4 Stunden maßgebend (u.a. DWA, 2010a; LANUV, 2010; BMBF, 2008). Für derartige Regenereignisse sind auch mit regionalen Klimamodellen keine zuverlässigen Projektionen zur langfristigen Entwicklung von Starkregen mit Ableitung von Klimafaktoren möglich, wie dies z.b. für Dänemark in (Arnbjerg-Nielsen, 2008) vorgeschlagen wird. (3) Bei diesen kleinräumigen Konvektivniederschlägen und Gewitterzellen kurzer Regendauern lässt sich bislang kein statistisch signifikanter Trend feststellen (GFZ, 2009; LA- NUV, 2010). Die beobachtete Häufung extremer Starkregen weist ganz offensichtlich einen stark lokalen Charakter auf (Schmitt et al., 2006). So wurden an einem Regenschreiber einer norddeutschen Großstadt im Fünfjahres-Zeitraum 1999 bis 2004 in der Dauerstufe 15 min allein 4 mal Regenhöhen mit statistischen Wiederkehrzeiten über 100 a registriert, während andere Niederschlagsstationen im Stadtgebiet bei diesen Ereignissen keine Auffälligkeiten aufweisen (eigene Recherche). (4) Die bei extremwertstatistischer Untersuchungen von Starkniederschlägen (ExUS) in Nordrhein-Westfalen festgestellte Zunahme von Starkregen kurzer Dauerstufen < 1 h seit den 1990er Jahren wird neben einem möglichen Klimaeffekt vor allem einer verbesserten Messtechnik der Niederschlagserfassung bei sehr kurzen, hohen Intensitäten zugeschrieben. Das vermehrte Auftreten lokaler Starkregen in den 2000er Jahren in NRW wird statistisch mit dem Hinweis auf eine ähnliche Häufung in den 1950er und der zweiten Hälfte der 1960er Jahre relativiert (LANUV, 2010). Insgesamt verbleibt, verstärkt durch die ohnehin große Schwankungsbreite hydrologischer Kenngrößen, eine erhebliche Ungewissheit hinsichtlich der zukünftigen Ausprägung von Starkregenereignissen. Dies gibt Anlass für eine Weiterentwicklung bisheriger Bemessungsund Nachweiskonzepte hin zu einer angemessenen Berücksichtigung des stochastischen Charakters der Belastungsgröße Niederschlag und den damit einhergehenden Risiken. Für die Diskussion notwendiger Konsequenzen aus der augenfälligen Häufung von Starkregen sind zwei Sachverhalte wesentlich. Aufgrund der begrenzten Aussagefähigkeit von Klimamodellen bestehen erhebliche Ungewissheiten über zukünftige Entwicklungen im zeitli-

34 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 24 chen und räumlichen Auftreten von Starkregenereignissen. Die medienwirksamen Überflutungsereignisse wurden überwiegend von Starkregen außerhalb bemessungsrelevanter Auftretenswahrscheinlichkeiten verursacht. Vor diesem Hintergrund erscheinen pauschale Bemessungszuschläge als Klimafaktoren nicht zielführend. Neben einer konzeptionellen Ausrichtung der Siedlungsentwässerung auf eine größere Anpassungsfähigkeit und Flexibilität der Systeme, u.a. durch dezentrale Maßnahmen der Regenwasserbewirtschaftung, bedarf es auch einer methodischen Neuorientierung. In Analogie zum Hochwasserrisikomanagement sollte eine Abkehr von sicherheitsbetonten Bemessungs- und Nachweiskonzepten hin zu einer stärker Risiko betonten Bewertung des Abflussund Überflutungsverhaltens kommunaler Entwässerungssysteme und daraus abzuleitender Maßnahmen vollzogen werden. Grundlage hierfür bildet eine systematische Analyse der Überflutungsgefährdung von Siedlungsgebieten. Im Sinne der kommunalen Gemeinschaftsaufgabe Überflutungsschutz bedarf es zudem der Sensibilisierung der betroffenen Fachplaner und Grundstückseigentümer für verbleibende Überflutungsrisiken. Die methodische Umsetzung dieser Bewertungen und Empfehlungen werden nachstehend in den Kapiteln Gefahren- und Risikoanalyse und Handlungsfelder der kommunalen Überflutungsvorsorge erörtert.

35 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite Bewertung der Überflutungsgefährdung in Siedlungsgebieten 4.1 Gegenstand des kommunalen Überflutungsschutzes Die vorliegende Studie Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz bezieht sich auf die Analyse von Überflutungen in Siedlungen und dadurch verursachte oder mögliche Schäden an und in Gebäuden sowie an Infrastrukturanlagen. Wesentliche Ursache dieser Art der Überflutungsereignisse sind sehr ausgeprägte, zumeist lokal begrenzte Starkregen. Sie bewirken Überflutungen durch überlastete Kanalisationen oder (bzw. in Verbindung mit) urbanen Sturzfluten durch Zuflüsse aus Außengebieten, das massive Auftreten von Hangwasser sowie das kurzfristige Aktivieren von Flutmulden in Geländetiefpunkten. Diese werden verschiedentlich als schlafende Gewässer bezeichnet. Nachstehend erfolgt eine begriffliche Präzisierung der maßgebenden Einflussfaktoren Starkregen und urbane Sturzfluten sowie eine kurze Darstellung der Anforderungen an den kommunalen Überflutungsschutz Definition von Starkregenereignissen im kommunalen Überflutungsschutz In Bezug auf Fragestellungen der Siedlungsentwässerung und den kommunalen Überflutungsschutz können Starkregen definiert werden als Regenereignisse, die hohe Intensitäten aufweisen, von eher kurzer Dauer und meist lokal begrenzt sind. Sie entstehen überwiegend als konvektive Niederschläge in Verbindung mit Gewittern im Sommerhalbjahr. Derzeit existiert noch keine allgemeingültige Definition für den Begriff Starkregen. Oftmals erfolgt die Abgrenzung über einen Schwellwert der Tagesniederschlagshöhe, z.b. 20 mm/d (LANUV NRW, 2010) oder 25 mm/d (KLIWA, 2009). Die Arbeitsgruppe DWA-AG ES-2.5 (DWA, 2010b) schlägt folgende Definitionen vor: Starkregen: Regenereignisse mit Regenhöhen in einzelnen Dauerstufen und Wiederkehrzeiten T n 1 a entsprechend den örtlichen KOSTRA-Werten Bemessungsregen: Regenereignisse mit Wiederkehrzeiten im Bereich der Bemessungs- und Überstau-Wiederkehrzeiten nach DWA-A 118 (z.b. T n = 1 a bis 5 a) seltenes Regenereignis: Regenereignisse mit Wiederkehrzeiten oberhalb maßgebender Überstau-Wiederkehrzeiten, aber innerhalb der maßgebenden Überflutungs- Wiederkehrzeiten (z.b. T n > 5 a bis 20 bzw. 30 a) außergewöhnliches Regenereignis: Regenereignis mit Wiederkehrzeiten oberhalb der maßgebenden Überflutungs-Wiederkehrzeiten Charakterisierung von (urbanen) Sturzfluten Ob ein Starkregenereignis eine Sturzflut auslöst, hängt von den hydrologischen Randbedingungen, wie dem vorangegangenen Niederschlag, der Größe, Topografie und Nutzung des Einzugsgebietes, der Bodendurchlässigkeit sowie weiteren Faktoren ab. Von den entstehenden Sturzfluten ist oft nur ein kleines Einzugsgebiet betroffen, in dem Überschwemmungen durch Geländeabfluss und die Ausuferung kleinerer Gewässer auftreten. Die Niederschlagsintensität übersteigt häufig die Infiltrationsrate des Bodens, wodurch es zum oberflächlichen Abfluss kommt, der sich mit einer hohen Fließgeschwindigkeit ausbreitet.

36 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 26 Das Wasser fließt sehr schnell in einem Gerinne oder in einer anderen vorhandenen Abflussbahn, z.b. einem Verkehrsweg oder einer Geländevertiefung ab. Ein großes Geländegefälle führt dann zu schnell ansteigenden, manchmal sogar schwallartigen Hochwasserwellen mit kurzer Scheitelzeit. Dadurch kann der Niederschlagsabfluss in kurzer Zeit in Gebiete gelangen, in denen es unter Umständen nicht geregnet hat. Im Flachland kommt es zu Überschwemmungen, da das Wasser mangels Gefälle nur langsam abfließen kann (Kron, 2010). Im Vergleich zu Flusshochwasser ist die Dauer einer Sturzflut nur sehr gering. Sturzfluten sind schwer vorhersagbar, treten daher oft plötzlich und unvermittelt auf und verursachen meist große Schäden. Sie können grundsätzlich überall auftreten und stellen somit für alle eine potenzielle Gefahr dar. Allerdings lassen sich anhand der topografischen Gegebenheiten und Geländeformen besondere Gefährdungen identifizieren bzw. eingrenzen. Gefährdungen durch Starkregenereignisse treten nicht nur aufgrund des intensiven Niederschlags auf, sondern können auch durch begleitende Wetterumstände wie Hagel und Sturm verstärkt werden, die die Abflussleistung der Entwässerungseinrichtungen beeinträchtigen und vermindern Anforderungen an den Überflutungsschutz in Siedlungsgebieten Die Bemessung und der Nachweis von Entwässerungssystemen werden in der DIN EN 752 Entwässerungssysteme außerhalb von Gebäuden (2008) und im Arbeitsblatt DWA-A 118 Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwässerungssystemen (2006) geregelt. Das übergeordnete Ziel ist die Sicherstellung eines angemessenen Entwässerungskomforts. Allerdings können Entwässerungssysteme aus wirtschaftlichen Gründen nicht so konzipiert werden, dass ein absoluter Schutz vor Überflutungen gesichert ist. Die DIN EN 752 gilt für Entwässerungssysteme, von dem Punkt an, wo das Abwasser das Gebäude bzw. die Dachentwässerung verlässt oder in einen Straßenablauf fließt, bis zu dem Punkt, wo das Abwasser in eine Kläranlage oder einen Vorfluter eingeleitet wird (DIN EN 752, 2008). Als Maß für den Überflutungsschutz wird die Überflutungshäufigkeit vorgegeben, welche der Eintrittshäufigkeit von Überflutungen entspricht, bei denen Schmutzwasser und/oder Niederschlagswasser aus einem Entwässerungssystem entweichen oder nicht in dieses eintreten können und entweder auf der Oberfläche verbleiben oder in Gebäude eindringen können (DIN EN 752, 2008). Nach EN 752 und so übernommen auch in Arbeitsblatt DWA-A sind die Anforderungen an den Überflutungsschutz in Abhängigkeit von der jeweiligen Örtlichkeit zu wählen. Dabei sind die Art der baulichen Nutzung sowie besonders zu entwässernde Einrichtungen zu beachten (Tabelle 4). Im DWA-A 118 wird der Sachverhalt einer Überflutung mit auftretenden Schäden oder Funktionsbeeinträchtigungen (z.b. von Verkehrsanlagen) infolge Aufstau von Wasser auf der Oberfläche, Austritt aus der Kanalisation und Übertritt in Privatgrundstücke in Verbindung gebracht. Daraus folgt im Umkehrschluss, dass ein vorübergehendes Auftreten von Wasser an der Oberfläche allein noch nicht als Überflutung einzustufen ist.

37 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 27 Tabelle 4: Empfohlene Häufigkeiten Bemessungsregen und Überflutung nach DIN EN 752 (2008) und DWA-A 118 (2006) Häufigkeit der Bemessungsregen 1) (1-mal in "n" Jahren) Ort Überflutungshäufigkeit (1-mal in "n" Jahren) 1 in 1 Ländliche Gebiete 1 in 10 1 in 2 Wohngebiete 1 in 20 Stadtzentren, Industrie- und Gewerbegebiete: 1 in 2 mit Überflutungsprüfung 1 in 30 1 in 5 ohne Überflutungsprüfung 1 in 10 Unterirdische Verkehrsanlagen, Unterführungen 1 in 50 1) Für Bemessungsregen dürfen keine Überlastungen auftreten. Für die Bewertung der hydraulischen Leistungsfähigkeit öffentlicher Entwässerungssysteme und des gegebenen Überflutungsschutzes mit Hilfe von Abflussberechnungen wird im DWA- A 118 die Überstauhäufigkeit als zusätzliches Bewertungskriterium eingeführt. Zulässige Überstauhäufigkeiten werden für den Entwurf von Neuanlagen und bei notwendiger Verbesserung bestehender Systeme empfohlen. Zur Bewertung der Sanierungsbedürftigkeit aus hydraulischen Gründen werden in (ATV-DVWK, 2004) angepasste Zahlenwerte der Überstauhäufigkeit als Mindestleistungsfähigkeit angegeben, bei deren Überschreiten eine Sanierung angezeigt erscheint (Tabelle 5). Tabelle 5: Empfohlene Überstauhäufigkeiten Neuplanung/Sanierung und Bestand nach DWA-A 118 (2006) und ATV-DVWK (2004) Überstauhäufigkeiten Örtlichkeit / Nutzung (1-mal in "n" Jahren) Entwurf / Neuplanung bestehende Systeme 1) ländliche Gebiete 1 in 2 - Wohngebiete 1 in 3 1 in 2 Stadtzentren, Industrie- und Gewerbegebiete Unterirdische Verkehrsanlagen, Unterführungen seltener als 1 in 5 1 in 3 seltener als 1 in 10 * ) 1 in 5 * ) Bei Unterführungen ist zu beachten, dass bei Überstau über Gelände i.d.r. unmittelbar eine Überflutung einhergeht, sofern nicht besondere örtliche Sicherungsmaßnahmen bestehen. Hier entsprechen sich Überstau- und Überflutungshäufigkeit mit dem in Tabelle 4 genannten Wert 1 in 50! 1) Werte als Mindestleistungsfähigkeit bestehender Systeme nach ATV-DVWK (2004)

38 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 28 Als Bezugsniveau für den Überstaunachweis wird die Geländeoberkante empfohlen, da detaillierte, hydrodynamische Abflussmodelle methodisch bedingt bis zu diesem Niveau Wasserstände zutreffend berechnen können. Bei darüber hinausgehenden Wasserständen kann dann je nach örtlichen Gegebenheiten an der Geländeoberfläche eine Überflutung auftreten. Das Ausmaß und die daraus resultierenden Wasserstände sind in hohem Maße von den örtlichen Gegebenheiten auf der Oberfläche abhängig. Die Überstauhäufigkeiten sind deutlich höher als die in Tabelle 4 vorgegebenen Überflutungshäufigkeiten. Dieser Unterschied trägt der Tatsache Rechnung, dass je nach örtlichen Gegebenheiten bei Überstau bis Geländeniveau noch keine Überflutung auftritt. Dies ist z.b. dann der Fall, wenn durch ausreichende Bordsteinhöhe das Wasser im Straßenquerschnitt gehalten und ein Übertritt auf angrenzende Privatgrundstücke und die Schädigung von Gebäuden verhindert wird. Allerdings kann bei Unterführungen ein Überstau unmittelbar eine Funktionsbeeinträchtigung durch sich im Tiefpunkt ansammelndes Wasser bewirken, der das Passieren unmöglich macht. Hier würde die Überstauhäufigkeit der Überflutungshäufigkeit entsprechen. Die Höhe der Überflutungs- bzw. Überstauhäufigkeiten und damit das Maß des geforderten Überflutungsschutzes hängt von der jeweiligen Gebietsnutzung ab und berücksichtigt pauschalisiert die unterschiedliche Wertigkeit der Schutzgüter und das damit verbundene höhere Schadenspotenzial im Falle einer Überflutung. Eine unterschiedliche Gefährdung aufgrund örtlicher Einflussfaktoren kann dadurch naturgemäß nicht berücksichtigt werden. Im DWA-A 118 wird empfohlen, zuerst den rechnerischen Nachweis nach der Zielgröße Überstauhäufigkeit zu führen und dann den Überflutungsschutz durch Prüfung der örtlichen Gegebenheiten zu bewerten und ggf. durch geeignete Maßnahmen sicherzustellen Weitergehende Überlegungen zum kommunalen Überflutungsschutz Nach Einschätzung der DWA-AG ES-2.5 wird die Sicherstellung des Überflutungsschutzes mit den Zahlenwerten zur Überflutungshäufigkeit in Tabelle 4 in vielen Fällen durch die unterirdische Kanalisation allein nicht zu bewerkstelligen sein. Sie definiert den Überflutungsschutz als Gemeinschaftsaufgabe der beteiligten kommunalen Akteure Entwässerungsbetrieb, Tiefbauamt, Straßenbaulastträger und Stadtplanungsamt sowie den betroffenen Anliegern und Grundstückseigentümern. Abbildung 2 veranschaulicht die funktionale Zuordnung der Elemente des Überflutungsschutzes in kommunalen Entwässerungssystemen in unterschiedlichen Belastungsbereichen: Der überstaufreie Betrieb wird durch das unterirdische Kanalisationsnetz im Zusammenwirken mit Maßnahmen der Regenwasserbewirtschaftung und Rückstausicherungen der Grundstücksentwässerung sichergestellt (DIN EN 752, 2008). Die darüber hinaus gehende Überflutungssicherheit wird unter Einbeziehung der Ableitungs- und Speicherkapazitäten von Verkehrs- und Freiflächen erreicht, soweit erforderlich ergänzt durch lokale Maßnahmen zum Objektschutz. Zur Schadensbegrenzung bei außergewöhnlichen Ereignissen kommt vorrangig der gezielte Objektschutz im öffentlichen und privaten Bereich zur Anwendung.

39 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 29 Abbildung 2: Elemente des Überflutungsschutzes kommunaler Entwässerungssysteme in unterschiedlichen Belastungsbereichen (DWA, 2008) In der DWA Arbeitsgruppe ES-2.5 wurde eine Methodik zu Bewertung und Nachweis des Überflutungsschutzes erarbeitet. Zur Analyse der Überflutungssicherheit kommunaler Entwässerungssysteme sind drei Bearbeitungsstufen notwendig (DWA, 2008): Stufe 1: Rechnerischer Nachweis der Überstauhäufigkeit Stufe 2: Örtliche Überflutungsprüfung Stufe 3: Risikobetrachtung Auf die örtliche Überflutungsprüfung und die Risikobetrachtung wird im Folgenden detaillierter eingegangen. Eine Überflutungsprüfung vor Ort wird im DWA-A 118 zusätzlich zum rechnerischen Überstaunachweis empfohlen. Die örtlichen Gegebenheiten sollen hinsichtlich ihres Gefährdungspotenzials von Überflutungen durch Starkregenereignisse analysiert werden. Auf die Identifizierung kritischer Bereiche wird nachfolgend detaillierter eingegangen. Eine Risikobetrachtung soll das zu erwartende Überflutungsverhalten bei Starkregen, also bei Ereignissen mit einer deutlich höheren Jährlichkeit als der des Bemessungsregens analysieren. Bei der Gefährdung von Menschen sowie von wichtigen Infrastrukturanlagen und Bauwerken sollten Schutzmaßnahmen betrachtet werden.

40 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite Ursachen und Risikofaktoren Definition Risiko In der europäischen Hochwasserrisikomanagementrichtlinie (EG-HWRM-RL) wird der Begriff Risiko in Art. 2, Abs. 2 wie folgt definiert: Hochwasserrisiko ist eine Kombination der Wahrscheinlichkeit des Eintritts eines Hochwasserereignisses und der hochwasserbedingten potenziellen nachteiligen Folgen auf die menschliche Gesundheit, die Umwelt, das Kulturerbe und wirtschaftliche Tätigkeiten (EG-HWRM-RL, 2007). Im Wasserhaushaltsgesetz (WHG) vom 01. März 2010 wird diese Definition übernommen, nur erhebliche Sachwerte werden als ein weiteres Schutzgut hinzugefügt (WHG, 2010). Der Begriff Risiko wird verstanden als eine Interaktion von Gefährdung und Vulnerabilität (siehe Abbildung 3). Das Risiko von einer Überschwemmung, ausgelöst durch ein Starkregenereignis betroffen zu sein und die daraus resultierende Schäden setzen sich demzufolge aus den Komponenten Gefährdung und Vulnerabilität zusammen. Abbildung 3: Gefährdung, Vulnerabilität und Risiko (nach DKKV, 2003) Zu dem Begriff Gefährdung zählen die Prozesse, die zu Schäden führen, wenn sich ein verletzliches Objekt (Risikoelement) in einem bestimmten Wirkungsbereich befindet. Der Grad der Gefährdung von Überschwemmungen infolge Starkregen hängt von der Intensität und der Auftretenswahrscheinlichkeit der gefahrenauslösenden Prozesse ab. Die Intensität der Gefährdung wird durch Größen wie die Ausdehnung der Überflutung, die Fließgeschwindigkeit, die Art und Menge der mitgeführten Stoffe und die Vorwarnzeit beschrieben. Die Auftretenswahrscheinlichkeit einer Überflutung durch ein Starkregenereignis wird durch Wiederkehrzeiten angegeben (BMBF, 2008). Je höher die Intensität und die Eintrittswahrscheinlichkeit eines Starkregenereignisses sind, desto höher ist auch die Gefährdung in naher oder ferner Zukunft von einem betroffen zu sein.

41 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 31 Die zu erwartenden Schäden durch eine Sturzflut werden durch die Vulnerabilität (Verletzlichkeit) bestimmt, die durch die Komponenten Exposition und Anfälligkeit der Risikoelemente beeinflusst wird. Hingegen beschreibt ein Schaden ein tatsächlich eingetretenes Ereignis. Demzufolge ist die Vulnerabilität umso größer, je größer die Schäden sind, die durch ein Extremereignis verursacht werden. Als Exposition wird das Ausgesetztsein der Risikoelemente gegenüber den gefährlichen Prozessen bezeichnet. Ob ein Objekt anfällig für Überflutungen aus Starkregenereignissen ist, hängt maßgeblich von den Objekteigenschaften und der Exposition ab. In dem Begriff Vulnerabilität sind auch unmittelbar die betroffenen Werte enthalten. Je größer der Wert eines Hauses und der darin enthaltenen Besitzgüter und Gegenstände sind, desto größer sind auch die entstehenden Schäden. Die Vulnerabilität ist in den letzten Jahrzehnten gestiegen, da sich die Menschen immer mehr, wertvollere und empfindliche Besitztümer leisten können. Gefährdete Bereich in Häusern, wie z.b. Kellerräume, werden nicht mehr wie früher ausschließlich zur Lagerung von Lebensmitteln verwendet, sondern verstärkt ausgebaut und mit hochwertiger Nutzung versehen. Dementsprechend steigen auch die Schadenssummen (Kron, 2010). Das Überflutungsrisiko kann vermindert werden, indem die Gefährdung und/oder die Vulnerabilität verringert wird Ursachen der Überflutung Die Abflussentstehung und -ableitung durch Niederschläge in bebauten Gebieten hängt immer vom Einzugsgebiet, dem Gelände, der Siedlungs- und Freiraumstruktur sowie dem Bebauungstyp ab. Die Kapazitätsgrenzen der Regenwasserableitung und der sekundären Fließwege, wie Straßen und Wege sind dabei von Bedeutung. Überflutungen infolge Starkregen können durch Rückstau aus der Kanalisation, Überlastung der Grundstücksentwässerung, über Ufer getretene Bachläufe, Zufluss von Außengebieten oder schlafende Gewässer entstehen. Meist treten mehrere Gefährdungsarten zusammen auf. Rückstau aus der Kanalisation Wenn ein Niederschlagsereignis die Abflusskapazität der Kanalisation bereichsweise oder ausgedehnt übersteigt, kommt es zu einem Einstau der Kanäle über Kanalscheitel mit Druckabfluss oder rückstaubehaftetem Abfluss in den Kanälen. Bei Überstau bis zur Geländehöhe kann dann der dabei entstehende Oberflächenabfluss nicht mehr von der Kanalisation aufgenommen werden. Es kommt zu Wasseransammlungen an der Oberfläche, die zu einem Einstau von Flächen und ggf. zu einem Wasserübertritt auf Privatgrundstücke mit möglicher Schadenswirkung führen können. Zudem kann die Funktionsfähigkeit von Einlaufbauwerken in die Kanalisation durch mittransportiertes Material, welches zu Verstopfungen führt, beeinträchtigt werden. Diese Effekte verstärken die Wirkungen der Kanalüberlastung und möglicher Überschwemmungen im öffentlichen Bereich sowie auf privaten Grundstücken.

42 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 32 Überschwemmungen durch kleine Gewässer Bei einem Starkregenereignis in ihrem direkten Einzugsgebiet können kleine Gewässer die großen Abflüsse nicht mehr aufnehmen. Dieser Prozess wird durch den Ausbau und die Begradigung von Gewässern beschleunigt. Besonders in Siedlungsbereichen gehen wichtige Retentionsräume verloren und bei einem Anstieg des Wasserspiegels werden angrenzende bebaute Bereiche überflutet. Auch in Außenbereichen werden oftmals kleinere Gewässer begradigt und die Vegetation der natürlichen Auenlandschaft zerstört. Dadurch sinkt das Wasserrückhaltevermögen der Böden und stark erhöhte Abflüsse von Bächen führen zu Überschwemmungen in den Siedlungen. Dabei kann es auch zu Ausuferungen mit Verlagerung des Bachbettes kommen. So wurde nach einem Starkregenereignis an einem ausgebauten Bach wieder eine mäandrierende Form beobachtet, der Bach hatte sich sein natürliches Bachbett zurück erobert (vgl. Baß, 2010). Die Gefahr von Überschwemmungen durch Gewässer in Siedlungsbereichen wird durch die nachfolgenden Faktoren begünstigt: Einengung des Gewässerprofils durch Einbauten schadlose Ableitung des Bemessungshochwassers nicht mehr möglich Rechen an Verrohrungen Gefahr von Verklausung, Reduzierung des Abflussvermögens, Rückstau Grundstücksabgrenzungen (Zäune) im Abflussquerschnitt Verklausung, Rückstau unsachgemäße Übergangshilfen Zufluss von Außengebieten Je nach topografischer Lage, Vegetation und Versieglungsgrad kann der Zufluss aus Außengebieten in Richtung der Kanalisation geringer oder stärker ausgeprägt sein. Siedlungen in Tal- oder Hanglagen sind besonders von Überschwemmungen durch Außengebietszuflüsse, z.b. durch wild abfließendes Wasser gefährdet, wenn diese nicht in angemessener Form bei der Auslegung des Entwässerungssystems berücksichtigt wurden. Das aus Außengebieten stammende Hangwasser führt meist große Mengen an Sediment, Geschwemmsel und Geröll mit sich. Schäden innerhalb der Bebauung werden somit nicht nur durch hohe Wasserstände, sondern auch durch das mitgeführte und sich Innerorts ablagernde Material verursacht. Besonders die Land- und Forstwirtschaft im Einzugsgebiet beeinflussen das Abflussverhalten. Durch die Art der Bodenbearbeitung und die Wahl der Bepflanzung wird die Wasserinfiltrationsrate der Böden und somit die Retentionswirkung verändert überwiegend in negativer, abflussverstärkender Richtung. Schlafende Gewässer Als schlafende Gewässer werden ausgetrocknete bzw. stillgelegte Gräben oder Teiche sowie Seitengewässer von Flüssen bzw. Bächen bezeichnet, die nur bei größeren Niederschlagsmengen Wasser führen. Auch verrohrte Bäche, die nicht sichtbar unter Siedlungen hindurch fließen, stellen eine Gefahr bei starken Niederschlägen dar.

43 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 33 Diese vergessenen Wasserwege können durch Starkregenereignisse wieder mobilisiert werden und zu großen Schäden führen, wenn sie z.b. mittlerweile mit höherwertiger baulicher Nutzung überbaut wurden. Wenn das künstlich geschaffene Bachbett die Abflussmenge nicht mehr aufnehmen kann, sucht sich das Wasser seinen ursprünglichen Weg. Die Aktivierung der alten Fließwege kann zu erheblichen Schäden in Ortslagen führen Kritische Bereiche bei Starkregen In der Überflutungsprüfung müssen kritische Bereiche mit besonderer Überflutungsgefährdung identifiziert werden. Diese Bereiche können aufgrund ihrer topografischen Lage, aufgetretener Überflutungen in der Vergangenheit oder angesichts der Ergebnisse durchgeführter Überstauberechnungen relevant sein. Tabelle 6: Kritische Bereiche bei Starkregen (nach DWA, 2008) Kritische Bereiche Problem Gefährdung Tiefpunkte (z.b. Unterführungen) abschüssige Straßen oder Geländeverhältnisse Bebauung mit ausgebautem Kellergeschoss auf Straßenniveau, Eingänge zu Kaufhäusern und Geschäften auf Straßenniveau Abgänge zu Unterführungen, tiefliegende Fußgängerpassagen, Eingangsbereiche zu U-Bahnen etc. Eingänge zu besonders schützenswerten Objekten, z.b. Krankenhäuser, Schulen, Museen Wasser kann nicht oder nur unzureichend abfließen schnelle Ausbreitung von Wasser, Sammlung an Tiefpunkten Überstauhöhe = Überflutung, keine Sicherheit durch z.b. Bordstein Schnelle Ausbreitung von Wasser, Sammlung an Tiefpunkten Eindringen von Wasser Verkehr Mensch Verkehr Mensch Eigentum Mensch Verkehr Mensch Materiell Wichtig ist zudem die Überprüfung von den Bereichen, in denen die nachzuweisenden Überstauhäufigkeiten nur knapp eingehalten werden oder die Simulationsrechnungen für seltene Starkregen signifikante Überstauvolumina ausweisen Besondere Faktoren der Überflutungsgefährdung Kleine Einzugsgebiete weisen Besonderheiten im Hinblick auf ihre Gefährdung durch Starkregenereignisse auf, die dazu führen können, dass Überflutungen und Schadensereignisse im Vergleich zu großen Flüssen häufiger auftreten. Zudem ist die Vorwarnzeit für bevorstehende Hochwasserabflüsse und Überflutungen äußerst kurz bis gar nicht gegeben. Kleine Gewässer werden oft nicht als bedeutend wahrgenommen und es gibt keine Angaben über zu erwartende Abflüsse und ihre Leistungsfähigkeit. Oftmals ist der Gewässerausbau

44 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 34 historisch gewachsen und wurde nicht weiter überprüft. Problembereiche stellen Einläufe in Durchlässe und Verrohrungen dar. Die Leistungsfähigkeit des Einlaufs ist oft deutlich kleiner als die des anschließenden Gerinnes und stellt somit den limitierenden Faktor dar. Da die Einläufe meistens mit einem Rechen versehen sind, besteht zudem die Gefahr der Verstopfung durch Geschwemmsel und Treibgut, wie z.b. Holz und Abfälle. Die routinemäßige Wartung mit Überprüfung der Funktionsfähigkeit wird kaum vorgenommen. Teilweise werden zu optimistische Rauhigkeitsannahmen bei der Berechnung der Gewässerabflüsse getroffen. Bei der Dimensionierung von Bachverrohrungen und Kanalisationen fehlt oftmals die Berücksichtigung von Umlenkverlusten, Einlauf- und Ablaufverlusten und Zusammenflüssen sowie von Beeinträchtigungen des Abflussvermögens durch Wellenschlag, Druckschläge und Fließwechsel (Fischer, 2010) Abfluss bestimmende und verschärfende Faktoren Das Niederschlagsverhalten mit der auftretenden Niederschlagsintensität als Ergebnis von Regenhöhe und Regendauer ist eine ortsabhängige Größe. Dabei bestimmen unterschiedliche örtliche Faktoren das Abflussverhalten des gefallenen Niederschlags (siehe Tabelle 7). Tabelle 7: Faktoren, die das Abflussverhalten beeinflussen (nach Heidt et al., 2008) natürliche Faktoren Böden unterschiedlicher Speicherkapazität Reliefenergie / Geomorphologie zeitliche Niederschlagsverteilung anthropogene Faktoren Gewässerausbau durch Regulierungen oder Bachverrohrungen Veränderung der Landschaft durch Flurbereinigung Landwirtschaftliche Nutzung, Weinbau Umwandlung von Grünland oder Wald in Ackerland Flächenversiegelung Zufallsfaktoren Zeitpunkt des Ereignisses in Bezug auf den landwirtschaftlichen Bewirtschaftungszyklus Grad der Bodenbedeckung Zudem beeinflussen Faktoren wie Topografie, Netzstruktur, vorhandene Entwässerungsstrukturen (Gerinne, verrohrte Bachläufe und überbaute Flutmulden) das Abflussverhalten und damit die Überflutungsgefährdung. Diese Aspekte werden im nächsten Kapitel detaillierter betrachtet.

45 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite Methodik und Gegenstände der Gefährdungsanalyse Starkniederschläge können Schäden durch den auftretenden Oberflächenabfluss in Form von Überflutungen sowie durch den Niederschlag selbst zur Folge haben. Bei der Gefährdungsbetrachtung müssen die jeweiligen Wetterumstände, wie Sturm, Gewitter und Hagel einbezogen werden. Innerhalb der Siedlung treten größtenteils Schäden durch den resultierenden Abfluss und damit verbundene Wasserstände auf, wohingegen in der freien Landschaft, z.b. auf landwirtschaftlichen Flächen, auch der Niederschlag selbst Schäden, z. B. Ernteausfälle bei Feldfrüchten, verursachen kann. Um die Überflutungsgefährdung bei auftretenden Überstauungen infolge Starkregen abzuschätzen, müssen die örtlichen Gegebenheiten untersucht werden. Für jeden möglichen Überflutungsbereich muss der Verbleib des aus dem Entwässerungsnetz austretenden und/oder sich oberflächig ansammelnden Wassers überprüft werden. Dazu ist eine Ortsbegehung mit entsprechender Dokumentation notwendig (DWA, 2008). Im Folgenden werden speziell die Gefährdungsbereiche innerhalb der Siedlungsstruktur, die Gefährdung durch eine exponierte topografische Lage, durch (verrohrte) Bachläufe und (überbaute) Flutmulden sowie durch die Bebauungsstruktur und Gebäudenutzung näher erläutert Gefährdungsbereiche innerhalb der Netzstruktur Um kritische Bereiche innerhalb der Netzstruktur zu ermitteln ist eine Analyse der Lage der Schächte sowie der Verläufe von einzelnen Kanalsträngen in Haupt- oder Nebenstraßen notwendig. Daraus wird ersichtlich, welche Leitungen unter Umständen zu klein dimensioniert sind oder bei welchen durch Zusammenflüsse eine Bündelung des Abflusses erfolgt und die somit im Fall eines Starkregenereignisses besondere Gefahrenpunkte darstellen können. Auch Einlaufbauwerke der Kanalisation sollten hinsichtlich ihrer Funktionsfähigkeit und Anfälligkeit gegen Verklausung geprüft werden, damit eine Verstopfung nicht zu Rückstau führt. Bauliche Gegebenheiten der Verkehrsfläche, wie z.b. niveaugleiche Übergänge zu den anliegenden Grundstücken sowie das Querprofil und Längsgefälle der Straße können zu einem erhöhten Überschwemmungsrisiko durch Starkregen beitragen. Besonders in Bereichen ohne ausgeprägte Bordsteinkante, wie z.b. in Spielstraßen oder barrierefrei gestalteten Fußgängerzonen können schon geringe Einstauungen der Oberfläche zu einem Wasserübertritt in Gebäude führen.

46 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite Gefährdung durch exponierte topografische Lage In Hinblick auf die topografische Lage wird bei Starkregenereignissen zwischen Flachland und Hügelland bzw. Mittelgebirge unterschieden (siehe Abbildung 4 und Abbildung 5). Abbildung 4: Sturzfluttyp Flachland (BMBF, 2008) Abbildung 5: Sturzfluttyp Hügelland und Mittelgebirge (BMBF, 2008)

47 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite 37 Das Geländegefälle trägt entscheidend zu dem Ausmaß von Sturzfluten bei und bestimmt wohin und wie schnell das Wasser abfließt. Insbesondere am Übergang von Hang- in Flachlandbereiche treten schnelle und extreme Abflüsse auf und führen zu Überflutungen. Im Flachland können Sturzfluten zu einer Überlastung der Grundstücksentwässerung, zu Kanalüberstau und zur Ausuferung kleinerer Gewässer führen. Durch damit verbundene erhöhte Wasserstände kommt es zu Überschwemmungen. Im hügligen bzw. gebirgigen Gebieten entsteht durch Sturzfluten Hangabfluss (wild abfließendes Wasser), der Erosionen verursachen kann sowie Geschwemmsel und Geröll transportiert. Der Eintrag von Materialien in das Bach- oder Flussgerinne kann deren Ausuferung verstärken. Das Ausmaß auftretender Hangabflüsse hängt neben der Regenintensität - von den örtlichen Verhältnissen ab, wie dem Gefälle, dem Bewuchs, der Geologie und dem Boden selbst. Faktoren, wie Bodennutzung, Bewirtschaftung, gefrorener Boden und Vorfeuchte, die zeitlich variieren, spielen zudem eine Rolle. Daneben beeinflussen anthropogene Faktoren (Verwallungen, Randsteine, Mauern, Gräben, Wege) den Hangabfluss (Göppert, 2010). Geneigte, unbewachsene Ackerflächen und Wiesen stellen eine besondere Gefährdung für tiefer gelegene Ortschaften dar. Wege, die ins Tal führen, und vorhandene Geländesenken werden als Fließwege bevorzugt. Wenn in Siedlungsbereichen Bäche verrohrt wurden, sucht sich wild abfließendes Wasser oftmals den ursprünglichen Fließweg die vormalig ausgeprägten Geländetiefpunkte - und führt dann an diesen Stellen zu Überflutungen. Zudem können durch Erosion verursachte Erdrutschungen auftreten. In digitalen Geländemodellen kann die Geländeneigung im betrachteten Gebiet grafisch dargestellt werden und somit Hinweise auf besondere Gefährdungspotenziale durch schnell abfließendes Wasser liefern Gefährdung durch (verrohrte) Bachläufe und (überbaute) Flutmulden Eine Gefährdung geht von stark verbauten, umgelegten Gewässerstrecken, Brücken, Verrohrungen, Rechen und Verzweigungen aus. Zu einer Überflutung kann es an wenig leistungsfähigen Kanalstrecken, in rückstaugefährdeten Bereichen, Geländesenken, Unterführungen und bei fehlender Binnenentwässerung kommen. Starkregenereignisse führen in Bachläufen zu Hochwasser und somit zur hydraulischen Überlastung des Gerinnes einschließlich der Bauwerke und Anlagen. Wenn das Hochwasser kanalisierten Gebieten zufließt, kann es dort zu einer Überlastung der Kanalisation führen. Zu gering bemessene Brücken und Durchlässe, verrohrte Abschnitte incl. Zulaufrechen sowie Gewässerabschnitte mit Gehölzbestand stellen ebenfalls überflutungsgefährdete Bereiche dar. Zudem wurde in Siedlungen häufig der Gewässerverlauf verändert und verläuft nicht mehr entlang der tiefsten Stelle (BMBF, 2008). Das Wasser sucht sich bei Sturzfluten seinen ursprünglichen Fließweg und aufgrund dessen sind besonders Bereiche verrohrter Bachläufe und überbauter Flutmulden gefährdet.

48 KRisMa: Kommunales Risikomanagement Überflutungsschutz Schlussbericht Seite Gefährdung durch Bebauungsstruktur / Gebäudenutzung Die Bebauungsstruktur, der Abstand zwischen den Gebäuden, die Höhenlage sowie die Unterkellerung von Gebäuden spielen hinsichtlich der Gefährdung durch urbaner Sturzfluten eine wichtige Rolle. In Abbildung 6 ist die Versagens- und Schwachstellenanalyse an Gebäuden dargestellt. Abbildung 6: Versagensmöglichkeiten in den Systemen der Grundstücksentwässerung (BMBF, 2008) Bei stark überlasteten Kanälen mit erhöhten Wasserständen und Überstau über Gelände kann die Kanalisation den erhöhten Abfluss nicht mehr aufnehmen und das Wasser fließt in Richtung des Straßen- oder Geländegefälles oberirdisch ab. Die Überlastung kann durch an die Kanalisation angeschlossene, verrohrte Bäche und Drainagen noch verstärkt werden. Bei ausreichender Bordsteinhöhe kann der Abflussvorgang auf den Straßenkörper / Straßenraum begrenzt werden. Wenn keine Bordsteine vorhanden sind, z.b. in Spielstraßen, barrierefrei gestalteten Fußgängerzonen, oder bei abgesenkten Bordsteinen an Grundstückszufahrten kann das Wasser ungehindert auf angrenzende Grundstücke übertreten, in Gebäude eindringen und so Überflutungsschäden verursachen. Das auf der Straße abfließende Wasser sammelt sich an Geländetiefpunkten und führt auch dort zu Überschwemmungen. Durch