Die Hochwasser 1974 und 2002 an der Talsperre Kriebstein. Technische Universität Bergakademie Freiberg, Freiberg

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1 Die Hochwasser 1974 und 2002 an der Talsperre Kriebstein Janko Scandolo Technische Universität Bergakademie Freiberg, Freiberg Abriss. Ein Hochwasser ist ein kurzzeitiger Anstieg des Wasserstandes bzw. des Abflusses über den Mittelwasserbereich. Der dabei erreichte höchste Wasserstand wird als Hochwasserscheitel bezeichnet. Je nach Ursache und Einzugsgebiet unterscheidet man zwischen Sturzfluten, Überflutungen, Sturmfluten und Flussüberschwemmungen. Im Folgenden betrachten wir nur die Flussüberschwemmungen, da es sich bei den Ereignissen an der Talsperre Kriebstein um ein, durch einen Fluss hervorgerufenes Hochwasser handelt, welcher ein relativ großes Einzugsgebiet durchfließt. Diese Flussüberschwemmungen können noch zwischen jahreszeitlich bedingten und plötzlich auftretenden Hochwasser unterschieden werden. Jahreszeitlich bedingt bedeutet, wenn das Hochwasser z.b. in Folge von Schneeschmelzen entsteht. Ein plötzlich auftretendes Hochwasser hat meist eine Starkniederschlagssituation als Ursache. Allgemeines zur Talsperre Die Talsperre Kriebstein befindet sich in Mittelsachsen zwischen den Städten Mittweida und Waldheim. Sie ist die Talsperre mit dem größten sächsischen Wasserkraftwerk und dient somit der Energiegewinnung sowie der Freizeiterholung, der Schifffahrt und der Fischerei. Im Unterlauf der Zschopau wurde die Staumauer in den Jahren nahe der Burg Kriebstein errichtet. Die Staumauer besitzt eine Kronenlänge von 230 m und eine Höhe von 28,25 m über Gründungssohle. Das gesamte Bauwerk hat ein Volumen von m³. Der Stausee ist 9 km lang und nimmt eine Fläche von 13,2 Km² ein. Mit dem Einzugsgebiet von 1738 Km², besitzt die Talsperre das größte in Sachsen. Ebenso weist die Talsperre Kriebstein mit einem Bemessungsabfluss von 975m³/s den größten aller Talsperren in Sachsen auf.

2 2 Janko Scandolo Bild 1: Staumauer der Talsperre Kriebstein Die Pegelmessstellen Im Jahre 1996 wurde die Stauanlage und das dazugehörige Wasserkraftwerk der Talsperre Kriebstein durch die Karl Gruppe aus Innernzell privatisiert. Leider war diese Firma nicht bereit die nötigen Abflussdaten zur Verfügung zu stellen. Somit mussten für diese Arbeit die Daten der Pegel Lichtenwalde 1 und Kriebstein UP in Betracht gezogenen werden. Der Pegel Lichtenwalde 1 befindet sich linksseitig der Zschopau bei Flusskilometer 45,6 im Westen von Lichtenwalde. Das Einzugsgebiet der Zschopau hat an dieser Stelle eine Größe von 1575 km². Dieser Pegel ist der letzte vor der Talsperre Kriebstein Der Pegel Kriebstein UP liegt unterhalb der Talsperre Kriebstein nahe Kriebethals, rechtsseitig bei Kilometer 14,4 der Zschopau. Das Einzugsgebiet am Pegel hat eine Größe von 1757 km² und ist somit nur minimal Größer als das Einzugsgebiet der Talsperre Kriebstein. Diese Pegel gehören zum Basismessnetz des Landesamts für Umwelt und Geologie und des Landeshochwasserzentrums von Sachsen. Der Pegel Kriebstein UP ist zudem noch ein Hochwassermeldepegel. Beide Messstellen sind Schreibpegel, deren Messwertaufnehmer nach dem Schwimmerprinzip funktionieren. Diese Pegelart stellt die genaueste Messmethode, registrierender Pegel dar und ermöglicht außerdem die Datenfernübertragung. Aus Kontroll- und Justierzwecken befindet sich an beiden Messstellen ein Lattenpegel. Das Hochwasser 1974 Das Hochwasser im Dezember 1974 war bis zu diesem Zeitpunkt das größte seiner Art an der Talsperre. Ursache für diese Situation war eine besondere meteoro-

3 Die Hochwasser 1974 und 2002 an der Talsperre Kriebstein 3 logische Kombination aus einer Schneeschmelze in Verbindung mit sehr starken Niederschlägen. Die folgende nähere Beschreibung dieser Wetterlage stützt sich auf Daten des Deutschen Wetterdienstes und dessen Wetterstationen Fichtelberg 1214 m ü. NN und Dresden Klotzsche 110 m ü. NN. Die in den Abbildungen 1 und 2 dargestellten Diagramme zeigen die Niederschlagsmengen und die Mitteltemperaturen beider Stationen vor und während des Hochwassers. Abbildung 1: Wetterdiagramm Desden - Klotzsche Abbildung 2: Wetterdiagramm Fichtelberg Mitvoraussetzung für das spätere Hochwasser waren starke Niederschläge anfang November. Diese führten zu einer 120 cm dicken Schneeschicht im oberen Erzgebirge. In der Mitte des Monats setzte eine wärmere Phase ein, in der Mitteltemperaturen von bis zu 5 C am Fichtelberg gemessen wurden. Dies führte dazu, dass sich die Schneedecke auf dem Fichtelberg am bis auf 45 cm reduzierte. Das Abschmelzen der Schneemassen im Erzgebirge führte in der Zschopau zu erhöhten Durchflussraten und höheren Pegelständen als normal. Für das

4 4 Janko Scandolo Einzugsgebiet hatte die Schneeschmelze die Folge, dass der Boden vom Wasser gesättigt wurde und somit für die danach folgende meteorologische Situation keinen großen Hochwasserrückhalt mehr darstellte. Ab dem stellte sich eine Regenperiode ein, welche im Erzgebirge und in Erzgebirgsvorland teils ergiebige Niederschläge mit sich führten. Aufgrund der niedrigen Temperaturen wuchs die Schneehöhe in den Hochlagen des Erzgebirges wieder bis auf 85 cm an. Von großer Bedeutung für das spätere Hochwasser war das Wettergeschehen ab dem Ab diesem Tag stiegen die Temperaturen wieder in ganz Sachsen über 0 C. Dies führte zu einer erneuten Schneeschmelze im Gebirge. Unterstützt wurde dies durch leichtere Niederschläge. Bis zum sank die Schneehöhe auf dem Fichtelberg bis auf 50 cm. Am 05. und bildete sich jedoch durch Mitteltemperaturen unter dem Nullpunkt und durch Niederschläge mit einer Niederschlagssumme von 43,6 mm eine erneute Neuschneemenge von einem halben Meter. In den tieferen Lagen sind die Temperaturen auch gefallen, jedoch nicht unter dem Gefrierpunkt. Somit wurden die starken Niederschläge der Zschopau zugeführt. Ab dem Nachmittag des wurde am Pegel Lichtenwalde ein Anstieg der Durchflussmenge registriert. Dieser Anstieg machte sich am Pegel Kriebstein UP am späten Abend auch bemerkbar. Beide Anstiege waren zu diesem Zeitpunkt noch relativ niedrig. Dramatisch verschärft wurde die Hochwasserlage an den darauffolgenden 07. und mit flächendeckend starken Niederschlägen von 78 mm auf dem Fichtelberg und 41,1 mm in Dresden und dem einsetzenden Tauwetter im Gebirge. Es kam zu einem rasanten Anstieg der Durchflussmengen an beiden Pegelmessstellen. Diese Anstiege wurden in der Nacht vom auf den nochmal kurzzeitig unterbrochen. Wobei diese Stagnation am Pegel Lichtenwalde deutlich länger anhielt. Als Grund hierfür sind die niedrigen Temperaturen an den Vortagen zu nennen. An der Talsperre Kriebstein wurde diese Phase genutzt um kontinuierlich mehr Wasser abzulassen als hinzukam, damit konnte der größte Durchflusswert etwas gemindert werden. Die größten Durchflussmengen wurden für den Pegel Lichtenwalde am um 16 Uhr mit einem Wert von 623 m³/s und in Kriebstein um 19 Uhr mit 595 m³/s gemessen. Trotz des größeren Einzugsgebietes wurden in Kriebstein kleinere HQ Werte gemessen als in Lichtenwalde. Damit wird deutlich, dass durch die Talsperre Kriebstein ein leichter Hochwasserrückhalt erzielt werden konnte. Diese aufgezeichneten HQ - Werte stellen damit bis heute für beide Pegel den höchsten gemessenen Hochwasserdurchflusswert für den Monat Dezember dar. Sie besitzen ein Wiederkehrsinterval von Jahren in Lichtenwalde und 35 Jahren am Pegel Kriebstein. An beiden Pegeln wurden Durchflussmengen gemessen die ungefähr das 30 fache des MQ Wertes des Dezembers entsprechen. An den nachfolgenden Tagen ging das Hochwasser langsam zurück bis die Durchflusswerte am wieder Werte von vor dem Hochwasser erreichten. Begünstigt wurde dies von den nachlassenden starken Niederschlägen und dem Temperaturrückgang bis in die tieferen Lagen, wodurch die auftretenden Niederschläge als Schnee fielen. Diese konnten nun nicht direkt in die Zschopau abließen. Die in Abbildung 3 und 4 dargestellten Durchflusskurven der Pegel Lichtenwalde und Kriebstein UP zeigen nochmals den Verlauf des Hochwassers. Dabei ist deutlich zu erkennen, dass beim Rückgang des Hochwassers die Durchfluss-

5 Die Hochwasser 1974 und 2002 an der Talsperre Kriebstein 5 werte in Lichtenwalde kontinuierlich zurückgingen und beim Pegel Kriebstein UP einen recht gezackten Verlauf dieser Kurve aufweisen. Diese Unregelmäßigkeiten werden durch Schwemmgut im Bereich der Pegelmessstelle hervorgerufen. Insgesamt gesehen ist der Hochwasseranstieg für ein Winterhochwasser an beiden Messstellen zu groß, jedoch ist dies aufgrund der hohen Niederschlagsmengen im Einzugsbereich auch nicht ohne Grund. Es handelt sich hierbei also um ein Hochwasser in Folge einer Schneeschmelze mit einer Verstärkung durch Regenfälle. Die Hochwasserwirkung der Talsperre Kriebstein konnte nachgewiesen werden, sie hatte allerdings keine zu große Wirkung. Abbildung 3: Durchflusskurve Lichtenwalde Abbildung 4: Durchflusskurve Kriebstein UP

6 6 Janko Scandolo Das Hochwasser 2002 Bei einem Hochwasser der Größenordnung wie es im Elbeeinzugsgebiet, wozu das Einzugsgebiet der Zschopau gehört, im Jahr 2002 kam, müssen neben Starkund Dauerniederschlägen zusätzlich noch einige andere Faktoren erfüllt sein. Eine wesentliche Voraussetzung für das starke Ausmaß der Überschwemmungen war die mehrmalige Bildung flacher Tiefdruckgebiete mit eingelagerten kräftigen Gewittern im Juli und Anfang August Dabei fielen im Osten Deutschlands zwar lokal begrenzte, jedoch immer wieder extrem starke Niederschläge. Durch die ergiebigen Regenfälle kam es zu einer Wassersättigung des Bodens und zu einem Anstieg der Flusspegel. Im Zeitraum vom bis beherrschte ein Höhentief namens Ilse weite Teile Zentraleuropas und zog mit seinem Zentrum vom Golf von Genua in Richtung Ungarn. Das dazugehörige Bodentief wanderte in der gleichen Zeit über die Ostalpen hinweg nach Polen. Es kam somit zur Bildung einer V b Wetterlage. Feucht warme tropische Luft aus dem Mittelmeerraum gleitete auf die, in diesem Bereich dieses hoch reichenden Tiefdrucksystems vorhandenen Kaltluft auf. Das führte zur Ausbildung eines sehr Abbildung 5: Infrarot-Satellitenbild der Vb - Wetterlage vom , 10:00 Uhr MEZ in Europa breiten Niederschlagsstreifens, welcher von Österreich und Tschechien über Oberbayern und Sachsen bis nach Brandenburg reichte. Auf der Rückseite des Tiefdruckgebietes stellte sich eine Nordströmung ein. Infolgedessen kam es im Erzgebirge zum Stau und zur Hebung der Luftmassen, was zu einer deutlichen Verstärkung der Niederschläge führte. Über ausgedehnte Gebiete fiel ungewöhnlich starker Regen. Da das Tiefdruckgebiet nur langsam ostwärts zog dauerte die Niederschlagstätigkeit mehr als 48 Stunden lang an. An mehreren Wettermessstationen ergaben sich neue Rekordwerte für den 24stündigen Niederschlag. In Dresden zum Beispiel wurden 158 mm Niederschlag registriert und somit der bisherige

7 Die Hochwasser 1974 und 2002 an der Talsperre Kriebstein 7 Rekordwert für diese Station ( 77,4 mm vom ) mehr als verdoppelt. An der DWD Station in Zinnwald Georgenfeld wurden sogar 312 mm Niederschlag gemessen. Dies ist der absolut höchste Tagesniederschlag, der je in Deutschland beobachtet wurde. Der neue Rekordwert entspricht etwa dem vierfachen des normalen Niederschlages im gesamten August. Abbildung 6: 72-stündige Niederschlagshöhen des Zeitraums , aus Deutscher Wetterdienst, Starkniederschläge im August 2002 Abbildung 6 zeigt die Niederschlagshöhen während der V b Wetterlage im August Es ist deutlich zu erkennen, dass ganz Sachsen von dieser Wetterlage betroffen war. Die größten Niederschlagsmengen wurden im Osterzgebirge südlich von Dresden registriert. Aber auch in den übrigen Hochlagen des Erzgebirges wurden sehr hohe Niederschläge gemessen. Auch im gesamten Einzugsgebiet der Talsperre Kriebstein ausgehend von der Fichtelbergregion wurden überdurchschnittlich große Mengen an Niederschlag erzielt. Diese lang anhaltenden ergiebigen Niederschläge führten auch im Bereich der Zschopau zu erhebliche Überschwemmungen. Bereits in den Morgenstunden des wurde an den Pegeln Lichtenwalde und Kriebstein UP der Beginn der ansteigenden Wassermengen registriert. In der Folge kam es an beiden Pegelmessstellen zu einem massiven Anstieg der Wasserstände und somit auch der Durchflussmengen. In den

8 8 Janko Scandolo Abbildungen 8 und 9 sind für die Pegelmessstellen die jeweiligen Durchflussganglinien dargestellt. Dabei ist ein sehr starker Anstieg der Durchflussmengen zu erkennen, welcher fast parallel zur y Achse des Diagramms verläuft. Abbildung 8: Durchfluss am Pegel Lichtenwalde im August 2002 Abbildung 9: Durchfluss am Pegel Kriebstein UP im August 2002 Deutlich zu erkennen ist aber auch, dass der Anstieg in Lichtenwalde steiler ist als in Kriebstein, was durch die Talsperre Kriebstein hervorgerufen wird. Die größten Durchflusswerte wurden beim Pegel Lichtenwalde am um 10 Uhr und beim Pegel Kriebstein UP um 14 Uhr gemessen. Während des ansteigenden Hochwasserpegels erhöhten sich die Durchflussmengen innerhalb von rund 30 Stunden an den Pegelmessstellen um mehr als das Sechzigfache. Beim Pegel in Lichtenwalde wurde somit der Höchstwasserstand 636 cm und der größte Durchfluss mit 1249,99 m³/s aufgezeichnet. Am Messpegel in Kriebstein wurden ähn-

9 Die Hochwasser 1974 und 2002 an der Talsperre Kriebstein 9 lich hohe Maximalwerte erreicht. Jedoch waren diese Werte mit einem Maximalwasserstand von 568 cm und einem maximalen Durchfluss von 1245,63 m³/s etwas niedriger als am Pegel Lichtenwalde weiter flussaufwärts. Es ist wieder deutlich zu sehen, dass die Durchflusskurve in Lichtenwalde gleichmäßiger verläuft als in Kriebstein. Dieses inhomogene Abfließen wird durch Schwemmgut im Bereich der Pegelmessstelle verursacht Anhand der in Abbildung 10 dargestellten Lichtenwalde Kriebstein UP Abbildung 10: Wasserstands - Durchfluss - Beziehung Wasserstands Durchfluss Beziehung beider Messstationen wird deutlich, dass der Flussquerschnitt am Pegel Kriebstein UP flacher und breiter sein muss als am Pegel in Lichtenwalde. Dies wird durch den flacheren Anstieg der W - Q - Beziehung am Pegel Kriebstein UP gezeigt. In den flachen Fließquerschnitten hat Schwemmgut eine größere Auswirkung auf Wasserstandsänderungen. Es wird wie beim Winterhochwasser 1974 auch 2002 deutlich, dass die Talsperre Kriebstein einen gewissen Hochwasserschutzfaktor hat. Jedoch ist bei diesen extremen Abflussmengen kein Hochwasserschutz mehr gewährleistet. Durch das deutliche überschreiten des Bemessungsabflusses mit 975 m³/s kam es natürlicherweise auch dazu, dass das Wasser über die Oberkante der Staumauer hinweg floss. Die registrierten HQ Werte haben ein Wiederkehrsintervall von 255 Jahren. Der Scheitelpunkt des Hochwassers hielt jedoch nur für eine sehr kurze Zeit an. Nach Erreichen der höchsten Werte wurden gleich bei den nächsten Messungen, eine Stunde danach, wieder abweichende Tendenzen des Hochwassers beobachtet. Es dauerte dennoch über 10 Tage ehe sich die Pegelstände wieder auf einem normalen Niveau einpegelten. Die gemessenen größten Durchflussmengen entsprechen ungefähr dem Sechzigfachen des durchschnittlichen Wertes. Außerdem sind diese Werte bis heute noch die höchsten beobachteten Durchflüsse (HHQ) an der Talsperre Kriebstein. Sie sind etwa doppelt so als die HHQ - Werte die vor dem Hochwasser 2002 gemessen wurden. Das Hochwasser brachte erhebliche Schäden mit sich. So wurden an der Talsperre Kriebstein mehrere Häuser, Campingplätze, Feriengrundstücke und Wanderwege zum Teil stark in Mitleidenschaft gezogen. Sogar ein Fahrgastschiff, was an die Staumauer gedrückt wurde, musste durch die

10 10 Janko Scandolo Bundeswehr gerettet werden. Bis heute stellt das Hochwasser 2002 die größte Naturkatastrophe an der Talsperre Kriebstein dar. Zusammenfassung Grundlegend festzustellen ist, dass bei beiden Hochwassersituationen die Talsperre Kriebstein eine Hochwasserrückhaltewirkung hat. Jedoch ist diese Wirkung sehr klein, da der potentielle Wasserstauraum bei beiden Ereignissen bereits mit Wasser gefüllt war. Wenn die Talsperre leer gewesen wäre hätte sie große Wassermengen aufnehmen können und die flussabwärts befindlichen Ortschaften wie zum Beispiel Waldheim vom Hochwasser schützen können. Da das Einzugsgebiet der Talsperre aufgrund der steilen Gegebenheiten im Erzgebirge, schnell reagierend ist, war es auch nicht möglich im Vorfeld des Hochwassers einen größeren Hochwasserrückhalt zu schaffen. Während der Hochwasserereignisse wurde innerhalb von nur wenigen Stunden ein immenser Anstieg der Durchflüsse und Wasserstände beobachtet. In beiden Fällen hielt der Hochwasserscheitel nur für eine kurze Zeit an und entsprach einem Vielfachen der sonst üblichen Wassermengen. Aufgrund der sehr starken Niederschläge war das Hochwasser 2002 in seinem Ausmaß um einiges stärker als das Hochwasser Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass das Hochwasser 1974 bis zum Jahr 2002 das größte seiner Art an der Talsperre Kriebstein war und von den Durchflussmengen nur halb so stark, so kann dies als Zeichen der globalen Klimaerwärmung, auf einen lokal begrenzten Ort, gewertet werden. Literaturangabe - Ralf IMMENDORF (Hrsg.), Hochwasser Natur im Überfluss?, 1.Auflage, Heidelberg Heinz PATT (Hrsg.), Hochwasser Handbuch Auswirkung und Schutz, 1.Auflage, Berlin Heidelberg Ulrich MANIAK, Hydrologie und Wasserwirtschaft, 5., bearbeitete und erweiterte Auflage, Berlin Heidelberg Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Referat 35, Die Wirkung der Talsperre Kriebstein auf den Hochwasserabfluss in der Zschopau ( Kurzfassung ) - Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie, Vorläufiger Kurzbericht über die meteorologisch hydrologische Situation beim Hochwasser im August 2002, Version 5, Deutscher Wetterdienst, Starkniederschläge im August 2002, Offenbach PD Dr. Volkmar DUNGER, Vorlesungsskript zur Lehrveranstaltung Hydrologie I - Landesdirekion Chemnitz, Daten der Pegel Lichtenwalde und Kriebstein UP - Abbildung 5 :

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