Gewässer-Nachbarschaft GN Nidda & GN Nidder Regionaler Erfahrungsaustausch

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1 Gewässer-Nachbarschaft GN Nidda & GN Nidder Regionaler Erfahrungsaustausch Vorsorgender Hochwasserschutz am in Nidda GFG mbh Frauenlobplatz Mainz Dipl. Ing. (FH) Michael Kühn

2 Referat 01 Einführung zum Thema Hochwasser Definition Hochwasser Wasserkreislauf Arten von Hochwasser Abflussbildung, Abflusskonzentration und Wellenablauf Entstehung von Hochwasser bzw. Hochwassergefahr Niederschlag, Niederschlagsstatistik

3 Was ist ein Hochwasser? Zustand in einem oberirdischen Gewässer, bei dem der Wasserstand oder der Durchfluss einen bestimmten Wert (Schwellenwert) erreicht oder überschritten hat. DIN (2.2.33) 1994 Hochwasser wird der Zustand bei Gewässern genannt, bei dem der Wasserstand deutlich über dem normalen Pegelstand liegt. Dabei ist jedoch zwischen Meeren und Fließgewässern zu unterscheiden. Wikipedia

4 Was ist ein Hochwasser? Hochwasser : zeitlich beschränkte Überflutung von Land, das normalerweise nicht mit Wasser bedeckt ist. Diese umfasst Überflutungen durch Flüsse, Gebirgsbäche sowie durch in Küstengebiete eindringendes Meerwasser; Überflutungen aus Abwassersystemen können ausgenommen werden. EU HWRM-RL 2007

5 Wasserkreislauf

6 Wasserkreislauf

7 Wasserkreislauf Stunden bis Tage Schneller Kreislauf

8 Wasserkreislauf Wochen bis Jahre langsamer Kreislauf

9 Hochwasser-Entstehung Hochwasserstatistik ist nur bedingt mit der Niederschlagsstatistik verknüpft. (nach Mendel 2000)

10 Wasserhaushalt Verändert durch Versiegelung Verschärft sich bei: Bodensättigung Schneeschmelze gefrorenem Oberboden

11 Hochwasser-Entstehung Verdunstung Niederschlag Verdunstung Vegetation Boden Oberflächenabfluss Interflow Basisabfluss Wellenablauf Hochwasserschaden

12 Wasserkreislauf Mittlere Niederschläge in Deutschland Generell: Im Westen höhere Niederschläge als im Osten (Hauptzugrichtung des Niederschlages von SW nach NO) In den Bergen höhere Niederschläge wie in den Tallagen und im Flachland

13 Wasserkreislauf Mittlere Verdunstung in Deutschland Die mögliche (potenzielle) Verdunstung hängt von der Temperatur und dem Wind ab Die tatsächliche Verdunstung zusätzlich davon wie viel Wasser vorhanden ist

14 Wasserkreislauf Mittlere Abflusshöhen in Deutschland Niederschlag - Verdunstung - Versickerung = Abfluss Interaktion mit dem tiefen Grundwasser durch Abpumpen und Tiefenversickerung bleibt dabei unberücksichtigt

15 Arten von Hochwasser Sturzfluten (kleine, steile Einzugsgebiete bei Starkregen) Flussüberschwemmungen (mittlere und große Einzugsgebiete, meist Winterereignisse oder Vb-Wetterlagen, beinhaltet auch Grundwasseranstieg) Sturmfluten (nur im Küstenbereich)

16 Ohne Sturzflut

17 Sturzflut Bauna 1992

18 Video von der CD Land in Not von Silvio Hickmann

19 Überflutung bei Trockenwetter nur durch das Gewässer ist nur durch große Flüsse möglich Meißen Quelle: Zeit.de Sonst kommen die Überflutungen auf allen möglichen Wegen: Gewässer wild abfließende Wasser & Kanalnetz Dortmund Dortmund Essen

20 Schematische Darstellung möglicher Fließwege im urbanen Raum 1 2 Münster 3 4 Rodewitz in Sachsen

21 Wellendingen Baden-Württemberg Bach Kanal wild abfließendes Wasser

22 Gefährdung in Hanglage Quelle: André Assmann

23 Gefährdungsanalyse Hochwasser Gewässerhochwasser wild abfließendes Wasser Kanalrückstau

24 Flussüberschwemmungen Fulda in Kassel 1995 Aufgenommen von Herrn Kreil, RP Kassel

25 Sturmfluten Deichbruch 1962 bei Hamburg

26 Hochwasser als Teil des Naturhaushaltes verursacht keine Schäden

27 Hochwasser in bebauten Gebieten ist oft eine Katastrophe Grimma 2002

28 Geschichtliche Entwicklung Über Jahrtausende haben die Menschen versucht den optimalen Abstand zum Gewässer zu finden, um einerseits das Wasser nutzen zu können und andererseits nicht von Hochwasser bedroht zu werden. Mit wachsenden technischen Möglichkeiten und wachsendem Bevölkerungsdruck wurden zunehmend auch Bereiche mit größerer Überschwemmungsgefahr besiedelt.

29 Übersicht Riedlingen an der oberen Donau ohne Überflutungsrisiko + + mit Überflutungsrisiko + + Ü-gefährdete Fläche

30 Belastungsaufteilung Entstehender Oberflächenabfluss bei unterschiedlicher Flächennutzung und unterschiedlicher Niederschlagshöhe etwa ab 40 mm Niederschlag tragen alle Flächen im Einzugsgebiet zum Abfluss bei

31 Abflusskonzentration Die Abflusskonzentration ist sehr stark von der Form und der Topografie des Einzugsgebietes abhängig. An zweiter Stelle stehen die Gewässerdichte und die Überregnung des Einzugsgebiets

32 Auswirkung der Renaturierung auf das Gewässernetz Wenn sich zwei Flüsse vereinen, kommt es zu einer Summierung der Abflussganglinien. Erreichen die Abflussscheitel beider Gewässer zur gleichen Zeit die Flussmündung, kommt es zu einer negativen Überlagerung Besser ist es, durch Renaturierung den Scheitel eines Gewässers so zu verlagern, das nicht beide Abflussspitzen zeitgleich aufeinander treffen

33 Wellenverformung

34 Wellenverformung

35 Wandel der Gewässer: Tiefland Bildquelle: Provinz Limburg

36 Einfluss des Menschen auf das Hochwassergeschehen Niederschlag Klimaänderung? Abflussbildung Wellenverformung Änderung der Landnutzung (Entwaldung, Versiegelung) Begradigung und Eindeichung von Gewässern Verstärkung der Hochwassergefahr

37 Änderung der Landnutzung Wasserspeichernde Flächen wie Moore und Waldflächen sind zurück gegangen. Abflussintensivere Flächen wie Äcker oder Bebauung haben zugenommen. Gleichzeitig wurde das Gewässer verkürzt. Beides wirkt Abfluss beschleunigend.

38 Veränderung der gemessenen Hochwasserspitzen- Beispiel Emscher Veränderung der Versiegelung und der gemessenen Hochwasserspitzen - Beispiel Emscher Bebauungsanteil Hochwasser- Ereignisse Trend

39 ausgebaute Gewässer

40 ausgebaute Gewässer

41 Rhein

42 Rhein Folge des Ausbaues die Welle ist 2 Tage früher und deutlich höher wie vor dem Ausbau. Die Beschleunigung des Abflusses bewirkt auch eine erhöhte Gefahr der Überlagerung mit den Abflüssen aus den Nebengewässern Neckar, Main, Lahn und Mosel

43 Einengung der Gewässer durch Deiche Beispiel Lahn

44 Veränderung Ober- Mittel- Unterlauf

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47 Vb - Wetterlagen Gründe für die Zunahme von witterungsbedingten Extremereignissen Vb-Wetterlagen über Mitteleuropa Besonders betroffene Gebiete bislang: Mitteleuropa, Südosteuropa (Großbritannien) vereinigte-hagel.net

48 Zugbahnen von Hoch- und Tiefdruckgebieten Beschreibung der V-b Zugbahn Hochdruckgebiet über dem Nord- und Ostseeraum Das von Westen kommende Tiefdruckgebiet muss nach Süden ausweichen Das Tiefdruckgebiet zieht daher in den Mittelmeerraum, wo es viel Wasser aufnimmt und damit an Stärke gewinnt Verantwortlich für das Oderhochwasser 1997 / Elbehochwasser 2002 / Elbehochwasser 2013 Anschließend zieht es östlich an den Alpen vorbei nach Norden, wo das Hochdruckgebiet das Tiefdruckgebiet zum Aufsteigen zwingt Es kommt zu starken Niederschlägen nordöstlich der Alpen

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51 Belastungs- verteilung Einzugsgebiet der Elbe

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56 KOSTRA Atlas (Koordinierte Starkniederschlags- Regionalisierungs- Auswertungen) Katalog des DWD, in dem für die verschiedensten Regionen in Deutschland die Extremniederschläge angegeben sind. Dauerstufe Gibt die Zeit an, in der die Niederschlagshöhe gefallen ist. Wiederkehrzeit (=Jährlichkeit) Gibt die statistische Zeitspanne an, in der ein Ereignis mit einer Niederschlagshöhe und Dauerstufe eintritt (z.b. 100 jährlich = alle 100 Jahre einmal). Da sich die Wiederkehrzeit auf die das statistische langjährige Mittel bezieht, können in der Realität Ereignisse auch öfters auftreten (z.b. zwei 100 jährliche Ereignisse in 10 Jahren).

57 Niederschlagsstatistik Niederschlag mit 60 min Dauer und einer Wahrscheinlichkeit 1 mal in 100 Jahren aufzutreten KOSTRA = Koordinierte Starkniederschlags Regionnalisierungs Auswertung

58 Niederschlagsstatistik

59 Höchste Niederschlagsereignisse in Deutschland (DWD) - Ausgewählte Beispiele - Station Bundesland Datum Dauerstufe D Ni.-Höhe h N [mm] Füssen Bayern Minuten 126 Stein Bayern Tage 458 Miltzow Daudenzell Mecklenburg- Vorpommern Baden- Württemberg Stunde Stunden 239 Zinnwald Sachsen Tag 312 Münster Nordrhein- Westfalen Vergleich: HW-Ereignis Elbe/Donau im Juni Stunden 245 Station Bundesland Datum Dauerstufe D Ni.-Höhe h N [mm] Stein Bayern Stunden 405 Stützengrün Sachsen Stunden 224

60 Niederschlag Niederschlagshöhe h N [mm] Niederschlag an einem bestimmten Ort, ausgedrückt als Wasserhöhe über einer horizontalen Fläche in einer Betrachtungszeitspanne. Hinweis: 1 mm = 1 l/m 2. Dauerstufe oder Niederschlagsdauer D [min; h; d] Zeitspanne zwischen Niederschlagsbeginn und Niederschlagsende [ ]. Angabe in Minuten, Stunden oder Tagen. Niederschlagsintensität i N [mm/h] Quotient aus Niederschlagshöhe und Zeit. Angabe in Millimeter pro Stunde.

61 6 Definitionen und Klassifizierung von Starkregen DIN-Norm (1994), Starkregen DWD Starkregen DWD heftiger Starkregen DWD extrem heftiger Starkregen Regen, der im Verhältnis zu seiner Dauer eine hohe Niederschlagsintensität hat und daher selten auftritt [ ]. h N > 5 mm in D = 5 min, h N > 7,1 mm in D = 10 min, h N > 10 mm in D = 20 min, h N > 25 mm in D = 60 min, h N > 35 mm in D = 6 h. h N > 40 mm in D = 60 min, h N > 60 mm in D = 6 h. h N > 17,1 mm in D = 60 min. Hinweis: Neu eingeführt am

62 Definitionen und Klassifizierung von Starkregen Wann spricht man von einem Extremereignis? Ein extremes Wetterereignis ist ein Ereignis, das an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Jahreszeit eher selten ist! D.h. aus statistischer Sicht deutlich seltener als einmal in 100 Jahren auftritt! MGN / MPN - Maximierter Gebiets- / Punkt-Niederschlag In unserer Region ist bekannt, was maximal an Niederschlag physikalischklimatologisch fallen kann! Hierunter wird die Niederschlagshöhe verstanden, die in einem unendlich langen Zeitraum bei stationären Klimaverhältnissen unbekannt oft erreicht, aber nie überschritten wird (MALITZ UND SCHMIDT 1997). PEN - Praxisrelevante Extremwerte des Niederschlags Anwendung zur statistischen Einordnung sehr außergewöhnlicher Niederschläge (T n >> 100a ). Die PEN-Werte sind insbesondere für die wasserwirtschaftliche Praxis von Relevanz und decken einen Bereich zwischen den KOSTRA-DWD 2000 und MGN- / MPN-Werten ab.

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65 Schäden durch Naturkatastrophen Todesfälle in Europa: Ertrinken z.b. im Keller oder im Auto, Herzinfarkt, Leichtsinn (Strom, Kanufahren) Todesfälle in Afrika, Asien und Südamerika: Folgeerkrankungen wegen fehlendem Trinkwasser

66 Verhaltensvorsorge

67 "Vorhersage für die Woche vom 6.8. bis In den nächsten Tagen wird das Wetter bei uns durch drei markante, stabile Druckgebeite bestimmt: einem kräftigen Hochdruckgebiet über Schweden/Finnland mit einem Kerndruck von 1045 hpa das mit einen kräftigen Keil über Polen, Balkan bis in die Ägäis erstreckt; einem stabilen Azorenhoch mit einem über Spanien bis nach Italien reichenden Keil und einem ausgeprägten Islandtief an dessen Südflanke Randtiefs mit ihren Luftmassengrenzen ostwärtsgeführt werden. Diese Luftmassengrenzen werden in den nächsten Tagen mit ihren Niederschlagsfeldern über Nordfrankreich, die Beneluxstaaten, Norddeutschland und besonders den Mittelgebirgsraum hinwegziehen. Dadurch dass die Randtiefs mit ihren Fronten nur langsam an dem massiven skandinavischen Hoch nach Nordosten abziehen können, ist besonders in den Mittelgebirgslagen mit zum Teil erheblichen Niederschlägen insbesondere durch eingelagerte Gewitter zu rechnen. Gegen Ende des Vorhersagezeitraumes schwächt sich das fennoskandische Hoch über Schweden/Finnland ab, sodass die Tiefdruckgebiete mit ihren Fronten rasch über Deutschland hinwegziehen werden." Bei einer solchen Wetterlage könnte es im Eizugsgebiet der Lahn, Rothargebirge, Bergwald, Gladenbacher Bergland und Westerwald zu gewaltigen Regenmengen kommen. Je nach Übungszweck könnten tägliche Mengen von am mm, mm, mm, mm, mm, mm, mm fallen. Das wären 590 mm in sieben Tagen (fast 3/4 des Jahresniederschlages in Deutschland). Das müßte für chaotische Verhältnise reichen. Lieber Michael, die Wetterlage könnte tatsächlich einmal so ähnlich auftreten. Desahlb kannst Du sie so lassen. Die Tagesniederschläge kannst Du nach Belieben verändern oder einzelne Regionen anders beaufschlagen, um spezielle Ziele zu beüben.

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71 GN - Nidda Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit spiegel.de 71

72 Referat 03 Technischer Hochwasserschutz was kann er leisten und was nicht am Beispiel von lokalen Schutzmaßnahmen

73 Technischer Hochwasserschutz Schutzstrategien (früher) Hochwasserschutz

74 Natürlicher Wasserrückhalt Technischer Hochwasserschutz Weitergehende Hochwasservorsorge Schutzstrategien LAWA 1995 Hochwasserschutz

75 Natürlicher Wasserrückhalt Hochwasser vorhersage Technischer Hochwasserschutz Weitergehende Hochwasservorsorge Schutzstrategien heute Hochwasserschutz

76 Zentrale Maßnahmen Hochwasserrückhaltebecken Talsperren Deiche Ufermauern Gewässerausbau Objektschutz lokale Maßnahmen Schutzstrategien LAWA 1995 / 2003 Technischer Hochwasserschutz Hochwasservorsorge Hochwasserflächenmanagement Vorsorge Maßnahmen Dezentrale Maßnahmen Retentionsräume Renaturierung Regenwasser- Bewirtschaftung Maßnahmen in Land- und Forst- Wirtschaft Flächenvorsorge Verhaltensvorsorge Bauvorsorge Risikovorsorge

77 Technischer Hochwasserschutz Deiche Erdbauwerke mit bestimmten Eigenschaften Hochwasserrückhalt HWRB Erddämme mit Absperrbauwerk drosselt Hochwasserabfluss künstlicher Retentionsraum, soll Hochwasserspitze kappen HWS-Mauern ortsfeste Mauern aus versch. Werkstoffen (Beton, Spundwände ) überspülbar Teilmobiler HWS ortsfeste Befestigungen Mobiler HWS frei aufstellbare Hochwasserschutzsysteme

78 Ausbau - Regelquerschnitt Regelquerschnitt des sanierten Deiches Wasserseite Landseite Deicherhöhung HW B (200 jährl.) bestehender Deichkörper aus Lehm Kiessandverbreiterung Deichverteidigungsweg Filterfuß Lehmdeckschicht Kiessanduntergrund

79 Regelquerschnitt Drei-Zonen-Deich nach Sanierung Wasserseite Deichkronenweg Landseite Oberboden mit Grasnarbe Wühltierschutz (Schotter) Verbreiterung der Dichtschicht (Lehm) HW B (200 jährl.) Bestehender Deichkörper (Lehm) abgetreppt Stützkörper (bindiges Material) Auflastfilter (Kiessand /Schotter) Deichverteidigungsweg Deichfußfilter Rüttelschmalwand

80 Rückhaltemaßnahmen durch Speicherräume Hochwasserrückhaltebecken und Talsperren werden für Rückhaltemaßnahmen verwendet Hochwasserrückhaltebecken werden ausschließlich für die Speicherung von Hochwasserabflüssen verwendet. Der Speicherraum ist ansonsten leer Talsperren haben meistens mehrere Funktionen wie z.b. Trinkwasserversorgung, Tourismus, Energiegewinnung und Hochwasserrückhalt. Sie sind meistens ganzjährig mit Wasser gefüllt

81 Aufbau der Speicherräume In Aufbau, Größe und Konstruktion sind die Unterschiede zwischen den beiden Bauwerkstypen gering. Wichtigster Bestandteil ist die Staumauer, bzw. Staudamm. Ausgestattet sind alle Speicherräume mit einer Hochwasserentlastunganlage, über die das überschüssige Wasser schadfrei abgleitet werden kann Somit wird die Überlastung der Staumauern und der daraus resultierende Versagensfall vermieden

82 Aufbau der Speicherräume Ein weiteres wichtiges Element ist der Grundablass, über den der Wasserspeicher komplett entleert werden kann Neben dem Grundablass gibt es noch einen Betriebsauslass, über den Wasser gesteuert aus dem Speicher entnommen werden kann

83 Anordnung der Speicherräume Hochwasserrückhaltebecken können unterschiedlich angeordnet werden: Hochwasserrückhaltebecken im Hauptschluss Hochwasserrückhaltebecken im Nebenschluss

84 Anordnung der Speicherräume Deiche Hochwasserschutzmauern Talperren Hochwasserrückhaltebecken Dämme entlang eines Flusses, die verhindern, dass ein Hochwasser ins Hinterland vordringt. Es wird zwischen Schar-, Schlaf-, Qualm-, und Rückstaudeichen unterschieden Besonders in besiedelten Gebieten werden Schutzmauern gebaut, die das Hochwasser fernhalten. Dabei sind besonders die Durchlässe (z.b. an Brücken) problematisch Talsperren haben neben der Funktion des Hochwasserrückhalts noch andere Funktionen wie z.b. Trinkwasserspeicherung, Energiegewinnung usw. Deich, der örtlich begrenztes Qualmwasser abriegelt Hochwasserrückhaltebecken werden ausschließlich für den Hochwasserrückhalt angelegt und sind daher im Normalfall nicht mir Wasser gefüllt. Es wird zwischen Hochwasserrückhaltebecken in Hauptund Nebenschluss unterschieden

85 HRB Kirchhain / Ohm

86 HRB Kirchhain / Ohm

87 HRB Kirchhain

88 HRB Kirchhain / Ohm

89 HRB Kirchhain / Ohm

90 HRB Kirchhain / Ohm

91 Steuerung

92 Steuerung

93 Betriebsphasen Katastrophenfall

94 Lokale Schutzmaßnahmen

95 Lokale Schutzmaßnahmen

96 Lokale Schutzmaßnahmen

97 Verhaltensvorsorge Hochwasser

98 Binnenentwässerung Fließgewässer werden in der Kanalisation als Vorfluter genutzt Zur Vermeidung von Rückstau in der Kanalisation liegen die Rohrauslasssohle oberhalb der mittleren Wasserspiegel (MQ) Im Hochwasserfall kann durch die Entwässerungssysteme das Wasser ins Hinterland fließen und aus den Gullys herausgedrückt werden, wodurch ebenfalls Überschwemmungen entstehen können Mit Hilfe von Rückschlagklappen, die beim Überstau vom Wasserdruck zugedrückt werden, wird die Überschwemmungsgefahr verhindert

99 Hochwasserflächenmanagement Natürliche Wasserrückhaltung

100 Rückhalt in der Fläche Porenpflaster Rasengittersteine Entsiegelung Fugenpflaster

101 Rückhalt in der Fläche Erdtank Regenwassernutzung Innentank Wagner & Co 2001

102 Rückhalt in Siedlungsflächen Wirkt insbesondere bei kleinen Hochwasserereignissen gegen die hydraulische Überlastung des Kanalnetzes In Verbindung mit einer wirksamen Rückstausicherung vermindert sich die Anzahl leer zu pumpender Keller Bei großen Ereignissen (> HQ100) ist eine Wirkung in der Regel nicht mehr gegeben

103 Renaturierung Einstellung der Unterhaltungsmaßnahmen Entfernung von Ufersicherungen Einbringung von Strukturelementen in das Gewässerbett (z.b. Totholz) Gehölzpflanzung u. Förderung der Sukzession Gehölzbeseitigung und unterdrückung (z.b. durch Beweidung) Aufweitungen und Uferrückverlagerungen Geschiebezugabe Die Maßnahmen wirken sich unterschiedlich auf Lauf-, Ufer- und Sohlenstrukturen sowie auf die Anhebung der Sohle aus

104 Qbordv [m³/s] Rückhalt in Gewässer und Aue Regelprofil Verfallendes Regelprofil Naturprofil Oberlauf weitgehend gestreckter Verlauf Mittel- und Unterläufe verzweigter und gewundener Verlauf Gefälle [ ]

105 Rückhalt in Gewässer und Aue Gefährdung durch Totholz kann sich vergrößern (Sicherung, Kontrolle) Renaturierung unterhalb von Ortslagen kann sich durch Rückstau negativ auf die Ortslage auswirken (Gestaltung der Maßnahme) Gewässeraufweitung in der Regel positiv (sinkende Wasserstände) aber höhere Gefahr von Anlandungen Bei kleinen dezentralen Rückhalten / Retentionsräumen kann sich Zahl der Betriebs- und Kontrollpunkte erhöhen

106 Natürliche Retentionsräume Gewässerrenaturierung Retentionsräume Flutpolder & kl. Rückhaltebecken Auenwald Deichrückverlegung & Absenkung des Vorlandes

107 Natürlichen Retentionsraum schaffen Erzeugung eines natürlichen Zustandes Begradigte Flüsse wieder in verwundene (mäandrierende) Flüsse zurück zuführen Verringerung der Fließgeschwindigkeit und somit Ausuferung der Flüsse in Bereichen mit geringen Schädigungspotentials Durch die Renaturierungsmaßnahme soll mehr Wasser im Flussbereich kurzzeitig gespeichert werden Vernässung der Auen- und Feuchtgebieten um den Fluss den natürlichen Speicherraum wieder zu geben Vergrößerung der Abflussquerschnitte durch Deichrückverlegung und Absenkung des Vorlandes Gezielter Eingriff in den Verlauf eines Hochwassers durch Verwendung von Poldern

108 Begriffsbestimmungen Polder Gewässerrenaturierung Eingedeichte Gebiete, die nach Bedarf geflutet werden können, um den Scheitel der Hochwasserwelle zu kappen. Durch naturnahe Veränderungen der Gewässerparameter kann die Form der Abflussganglinie beeinflusst werden Deichrückverlegung Auenwälder Vergrößerung des Gewässerquerschnitts, um den Wasserstand lokal zu verringern. Schaffung von Speicherräumen, in denen Teile des Hochwassers natürlich zurückgehalten werden.

109 Natürlicher Rückhalt in der Fläche Forstwirtschaft (Aufforstung) Rückhalt in der Fläche Landwirtschaft (mehr Grünland) Entsiegelung von Flächen Dezentrale Versickerung

110 Natürlichen Rückhalt schaffen Rückhalt der Niederschlagsmenge am Ort des Entstehens Durch die anthropogenen Veränderungen der Landnutzung gelangt mehr Niederschlagswasser in kürzerer Zeit zu dem Gewässer Durch indirekte Maßnahmen, wie z.b. Aufforstung, dezentrale Niederschlagsversickerung oder auch Entsiegelung von Flächen kann bereits fernab von Hochwassergefährdungsgebieten ein guter Hochwasserschutz betrieben werden Die positiven Auswirkungen durch den Wasserrückhalt in der Fläche zeigen sich besonders bei kleineren Ereignissen (bis T = 20 Jahre), da diese gut zurückgehalten werden können.

111 Natürlichen Rückhalt schaffen Insbesondere die Gefahr der Sturzfluten, die durch kurze aber heftige Niederschlagsereignisse entstehen, kann verringert werden. Jedoch nimmt die Effektivität der dezentralen Schutzmaßnahmen bei langanhaltenden Niederschlägen ab, da der Boden ab einer gewissen Niederschlagsdauer mit Wasser gesättigt ist. Auch bei größeren Einzugsgebieten und zunehmendem Gefälle verringert sich die Wirksamkeit des dezentralen Hochwasserschutzes durch Rückhalt in der Fläche

112 Grundlagen Gerinnehydraulik - Fließgeschwindigkeit v k st r 2/3 Hy I v K st r Hy I = Mittlere Fließgeschwindigkeit = Reibungsbeiwert [m 1/3 /s] Bewuchs: 20 bis 35 m 1/3 /s Beton: 70 bis 90 m 1/3 /s = Hydraulischer Radius: errechnet sich aus der Querschnittsfläche dividiert durch die benetzte Länge = Energieliniengefälle i.d.r. gleich dem Sohlgefälle

113 Fließgeschwindigkeit massiven Einfluss auf die Fließgeschwindigkeit hat das Gefälle, das sich oft über den gesamten Flussverlauf verändert Geschiebetransport von Oberlauf zum Unterlauf

114 Gerinnerauhigkeit Einfluss auf Fließgeschwindigkeit Einfluss auf die Fließgeschwindigkeit hat die Reibung am Übergangsbereich zwischen Wasser und Böschung Die Stärke des Reibungseinflusses ist von dem Böschungsbeschwuchs, dem Sohlmaterial und der benetzten Länge des Flussprofils abhängig Bei stark bewachsenen/ verkrauteten Böschungen kann es zu einer Reduzierung der Abflussgeschwindigkeit und damit verbunden zu einem höheren Wasserstand kommen Durch die daraus mangelnde Leistungsfähigkeit des Flussprofils im Sommer kann es durch ein Hochwasser zu Überschwemmungen kommen

115 1 m Geräumtes Trapezprofil (0,1%) 1 m 2 m 1 m A = 3,0 m² (100%) Q = 2,76 m³/s (100%)

116 Abfluss [m³/s] Variation des Gefälles 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 Querschnittsfläche [m²] Bordvoll Q - Gefälle 0,1% Q - Gefälle 0,3% Q - Gefälle 1,0% Q - Gefälle 3,0%

117 1 m 1 m 1 m Variation der Rauheiten (Gefälle 0,1%) Bewachsenes Trapezprofil 1 m 2 m 1 m A = 3,0 m² (100%) Q = 2,07 m³/s (75%) Geräumtes Trapezprofil 1 m 2 m 1 m A = 3,0 m² (100%) Q = 2,76 m³/s (100%) Trapezprofil aus Beton 1 m 2 m 1 m A = 3,0 m² (100%) Q = 4,49 m³/s (162%)

118 Abfluss [m³/s] Variation der Rauheiten bei 0,1% Gefälle 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 Querschnittsfläche [m²] Q - Rauheit 30 Q - Rauheit 40 Q - Rauheit 65 Bordvoll

119 1 m 1 m Variation des Profils I (0,1% Gefälle) Geräumtes Trapezprofil 1 m 2 m 1 m A = 3,0 m² (100%) Q = 2,76 m³/s (100%) Verbreitertes Trapezprofil 1 m 3 m 1 m A = 4,0 m² (133%) Q = 3,94 m³/s (142%)

120 0,5 m 0,5 m 2 m Variation des Profils II (bei 0,1% Gefälle) Vertieftes Trapezprofil A = 4,0 m² (133%) 2 m 2 m Q = 4,02 m³/s (145%) 0,5 m 5 m 0,5 m 2 m 0,5 m 5 m 0,5 m Doppeltes Trapezprofil A = 8,0 m² (266%) Q = 6,70 m³/s (242%)

121 Flussüberquerung

122 Grundgesetze der Hydraulik Kontinuitätsgleichung Da der Abfluss gleich bleibt muss bei einer Einengung die Geschwindigkeit steigen, bzw. bei einer Aufweitung sinken

123 Unterschied Strömen und Schießen besteht in der Fließgeschwindigkeit bei unterschiedlichen Wasserständen wird der selbe Abfluss abgeführt der Strömungszustand wird über die Froudezahl (Fr) angegeben. Merkmal des schießende Abfluss ist die hohen Fließgeschwindigkeit, in denen sich Mensch nicht halten können Formen des Fließen Übergang Schießen in Strömen erfolgt mit einem Wechselsprung (Deckwalze) Personen die in einer Deckwalze sind besonders gefährdet, da eine selbständig Befreiung meist nicht aus eigener Kraft erfolgen kann.

124 Zusammenfassung Pegel Flussquerschnitt Fließgeschwindigkeit Strömen / Schießen Über den Wasserstand kann in Verbindung mit einer Wasserstands- Abfluss- Beziehung der Durchfluss bestimmt werden. Umso größer der durchflossene Querschnitt, desto mehr Wasser kann abfließen. Plötzliche Querschnitteinengungen können daher einen Aufstau verursachen. Die Fließgeschwindigkeit wird durch die Reibung, Querschnittsform und das Gefälle bestimmt. Der Unterschied zwischen beiden besteht in der Fließgeschwindigkeit, die bei unterschiedlichen Wasserständen denselben Abfluss abführen kann. Reibung Gefälle Reibung entsteht am Kontaktbereich Wasser Flussprofil. Durch Bewuchs oder Eis kann die Reibung verstärkt werden, wodurch die Fließgeschwindigkeit vermindert wird. Die Fließgeschwindigkeit ist abhängig vom Längsgefälle des Flusses. Bei starkem Gefälle kann die Fließgeschwindigkeit stark ansteigen.

125 Geschwemmsel, Sedimente und Geschiebe

126 Geschwemmsel, Sedimente und Geschiebe

127 Geschwemmsel, Sedimente und Geschiebe

128 Geschwemmsel, Sedimente und Geschiebe

129 Geschwemmsel, Sedimente und Geschiebe

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131 Geschwemmsel, Sedimente und Geschiebe

132 Geschwemmsel, Sedimente und Geschiebe

133 Räumlicher Rechen Bachverrohrung Einlauf

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137 Eis

138 Eis

139 Überschwemmungen durch Eisbildung In Winter kann es ebenfalls durch veränderte Reibungsverhältnisse zu Überschwemmungen kommen. Durch erhöhte Reibung im Übergangsbereich Wasser Eis, verringert sich die Fließgeschwindigkeit und der Wasserstand steigt zusammen mit der Eisdecke Bei Tauwetter kann die Eisdecke aufbrechen und es bewegen sich Eisschollen auf dem Fluss Bei Verkantungen bzw. Überlagerungen der Eisschollen kann der Flussquerschnitt eingeengt werden und das Wasser steigt zusätzlich an (Eisstoß). Besonders Brücken sind von diesem Phänomen betroffen, da sich Eisschollen zwischen den Pfeilern verkanten können Wenn sich Eisstöße plötzlich lösen, kann es zu Flutwellen kommen

140 GN - Nidda Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit spiegel.de 147