Hochwasser - Ardagger Markt

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1 Hochwasser - Ardagger Markt Univ.Prof. Dipl.Ing. Dr.nat.techn. Christian Doppler Labor für Innovative Methoden in Fließgewässermonitoring, Modellierung und Flussbau Institut für Wasserwirtschaft, Hydrologie und konstruktiven Wasserbau Department für Wasser Atmosphäre Umwelt BOKU Universität für Bodenkultur Wien Muthgasse 107, A-1190 Wien helmut.habersack@boku.ac.at Tel.: Fax.:

2 Lage und spezifische Randbedingungen Machland Strudengau KW Wallsee- Mitterkirchen Ardagger Markt (google.earth, 2012) 2

3 Hochwasser-Chronologie (Hochwasser 2010 im Machland OÖ-Nachrichten, 2010) 3

4 Hochwasser-Chronologie 1954 Extrem-Hochwasser mit Überflutung von großen Teilen des historischen Marktes Fertigstellung des Kraftwerks Wallsee-Mitterkirchen. Abtrennung der Au vom Donau-Strom. Dennoch Überflutungen bei größeren Hochwässern Errichtung eines Hochwasserschutzdammes (Ortsumfahrung der Bundesstraße in Ardagger Markt) Hochwasser 1991 gibt Anstoß für Planung eines umfassenden HW-Schutzkonzeptes im Machland. 4

5 Hochwasser-Chronologie 2002 Extrem-Hochwasser (Fotos: APA bzw. Kunst, 2002) 5

6 Hochwasser-Chronologie 2002 Das Jahrhundert-Hochwasser führt zu einer Adaptierung der Pläne: Schutzbauwerke gegen HQ 100 : 27,5 km 33 km Schutzbauwerke gegen HQ 30 : 10,3 km 3,5 km NEU: Flutmulde NEU: großräumige Aussiedlungen 6

7 Beispiel HW-Schutz Machland (Machlanddamm Gesellschaft, 2012) 7

8 Hochwasser-Chronologie HW-Schutz Machland - Aussiedlung: Absiedelung beruht auf Freiwilligkeit und wird finanziell gefördert 212 der 240 bisher bewohnten Objekte in den Gemeinden Baumgartenberg, Grein, Mitterkirchen, Saxen und St. Nikola wurden abgelöst und geschleift Die Siedlungen wurden in hochwassersicheren Gebieten neu errichtet Größte Aussiedlungsaktion dieser Art in Mitteleuropa Dadurch werden 600 Hektar Aulandschaft und Überflutungsraum gesichert (Machlanddamm Gesellschaft, 2012) 8

9 (Kunst) 9

10 (Kunst) 10

11 Hochwasser-Chronologie 2002 Das Jahrhundert-Hochwasser führt zu einer Adaptierung der Pläne: Schutzbauwerke gegen HQ 100 : 27,5 km 33 km Schutzbauwerke gegen HQ 30 : 10,3 km 3,5 km NEU: Flutmulde NEU: großräumige Aussiedlungen In Ardagger Markt wird der Damm aus den 1970igern erstmals auf die Probe gestellt das HW blieb 10cm unter der Dammkrone. Teile der Ortschaft wurden evakuiert. Aufgrund beobachteter Abrutschungen / Untersickerungen auf der Luftseite des Dammes wurde behördlich eine Gegenflutung angeordnet, wodurch im unteren Bereich des Ortes gelegene Liegenschaften überflutet wurden. als Reaktion wird eine 80cm hohe Betonleitwand als zusätzliche Erhöhung der Dammkrone errichtet 11

12 Hochwasser-Chronologie 2010 Hochwasser Schutzmaßnahmen des Machlanddammes haben funktioniert (OÖ-Nachrichten, 2010) 12

13 Hochwasser-Chronologie 2013 Extrem-Hochwasser Im Bezirk Perg gab es westlich des Machland- Dammes in der St. Georgener Bucht noch drei Gemeinden, in denen der Hochwasserschutz zwar projektiert, aber die Inangriffnahme erst für 2016 geplant ist. (APA/BH/Thomas Kerner, 2013) 13

14 Hochwasser-Chronologie 2013 Extrem-Hochwasser In Grein schwappte die Donau am Dienstagnachmittag fallweise über die 15,10 m hohe Krone des mobilen Hochwasserschutzes, dieser hielt jedoch stand und bewahrte das Ortszentrum größtenteils vor Überschwemmungen. 14

15 Hochwasser-Chronologie 2013 Extrem-Hochwasser In Ardagger-Markt wird in etwa die selbe Pegelhöhe wie 2002 erreicht. Aus Sicherheitsgründen müssen Teile der Ortschaft evakuiert werden. Insgesamt kommt es jedoch nur zu wenigen HW-Schäden (v.a. bei außerhalb des Dammes liegenden Objekten), eine Gegenflutung wurde nicht durchgeführt (derzeit laufen aber Untergrunduntersuchungen und Pumpversuche, um hier etwaigen Sanierungsbedarf festzustellen). 15

16 Fragestellungen Wirkung des Retentionsraumes Machlands in Kombination mit dem Strudengau Retentionsraumverluste durch Schutzbauten (zunehmende Dammbauten) Technische Möglichkeiten zur Verbesserung der HW-Situation Anlandungen in der Au Einfluss der Kraftwerke (möglicher HW-Rückhalt?) Prognosen in Bezug auf den Klimawandel 16

17 Wirkung des Machlands 17

18 Wirkung des Machlands Machland HQ Wellenverformung IST-Zustand Zulaufwelle Auslaufwelle Δ Q = m 3 /s 8000 Δ Q = m 3 /s Δ t = 9 h Q [m 3 /s] Δ t = 5 h Zeit [h] 18

19 Wirkung des Machlands 2D-Modellierung zur Erfassung des Fließverhaltens (HW 2002) Mauthausen Beginn Strudengau KW Wallsee-Mitterkirchen Δ Q = m 3 /s Δ Q = m 3 /s Δ t = 9 h 2086 Q [m 3 /s] Δ t = 5 h 19

20 Wirkung des Machlands B Stehende Retention - Seeretention Das Machland ist einer der größten Retentionsräume Österreichs. Durch die natürliche Verengung beim Eintritt in den Strudengau kommt es im Machland zu einem Rückstau und einer stehenden Retention (Seeretention). 20

21 Wirkung des Machlands überflutete Flächen HQ 100 (inkl. Hauptstrom) Stand 2009 Retentionsvolumen (HQ100 - MQ) Stand 2009 Korneuburg bis Bratislava 21% 118 km³ Passau bis Aschach 3% km³ Eferdinger Becken 12% 54 km³ Linzer Feld 10% Korneuburg bis Bratislava 26% 374 Mio m³ Passau bis Aschach 2% Mio m³ Eferdinger Becken 6% 117 Mio m³ Linzer Feld 8% 118 km³ 90 km³ 253 Mio m³ 330 Mio m³ Machland 23% Tullner Feld 21% 53 km³ 44 km³ Machland 16% Tullner Feld 17% 81 Mio m³ 178 Mio m³ Hinterland Altenwörth 9% Ardagger Markt bis Krems 8% Hinterland Altenwörth 6% Ardagger Markt bis Krems 12% 21

22 Wirkung des Machlands Wirkung bei verschiedenen Jährlichkeiten HQ 5 22

25 Wirkung des Machlands Wirkung bei verschiedenen Jährlichkeiten HQ

26 Wirkung des Machlands Wirkung der Überflutungsräume bei HQ 100 in Bezug auf die Scheitelabminderung ΔQ Abschnitt 1 Abschnitt 2 Abschnitt 3 Eferdinger Becken Linzer Feld Machland Ybbser Schild Hinterland Altenwörth Tullner Feld NP Donau- Auen ΔQ/km -11,32 m 3 /s -5,93 m 3 /s -22,38 m 3 /s -0,82 m 3 /s -1,97 m 3 /s -22,78 m 3 /s -2,05 m 3 /s

27 Wirkung des Machlands Wirkung der Überflutungsräume bei HQ 100 in Bezug auf die Scheitelverzögerung Δt Abschnitt 1 Abschnitt 2 Abschnitt 3 Eferdinger Becken Linzer Feld Machland Ybbser Schild Hinterland Altenwörth Tullner Feld NP Donau- Auen Δt/km 21,5 min 10,9 min 27,1 min 7,6 min 12,5 min 30,9 min 10,3 min

29 Retentionsraumverluste Beispiel: Donau bei Wallsee Ölskizze von Jakob Alt, 19. Jh. Donau heute (Quelle: Wimmer et al., 2007) 29

30 Retentionsraumverluste Historischer Lageplan des Machlandes, Franziszeischer Kataster 1817 (Quelle: Doris, OÖ) 30

31 Retentionsraumverluste HQ100 - MQ Mio m³ Retentionsvolumen 2009 = IST-Zustand 1460 Änderung (Volumen KWs) 320 Änderung (Hochwasserschutz) 170 Änderung (Marchfelddamm) 400 Summe 2350 V [Mio m³] Passau - Aschach Eferdinger Becken Ottensheim - Mauthausen Machland Strudeng. - Ybbs - Wachau Hinterland Altenwörth Tullner Feld Korneuburg - Bratislava Marchfelddamm Hochwasserschutz Volumen KWs = IST-Zustand Retentionsraumverluste bis 2009: Im Machland bis 2009 verhältnismäßig nur geringe Retentionsraumverluste 31

32 Retentionsraumverluste Retentionsraumverluste im Machland zwischen 1954 und 2014 HW-Schutz : 4,0 km 2 4,0 Mio. m 3 Machlanddamm: 11,8 km 2 19,1 Mio. m 3 Bezogen auf das Gesamtvolumen von 330 Mio. m 3 ist die Veränderung moderat. 32

33 Retentionsraumverluste Berechnung fiktiver Szenarien HYDROLOGIE Machland HQ Wellenverformung Szenarien 8000 Q [m 3 /s] 6000 Zulaufwelle Auslaufwelle IST-Zustand 4000 Auslaufwelle Dammabrückung Auslaufwelle Dammnäherrückung Auslaufwelle Uferdamm Auslaufwelle erhöhte Rauigkeit Auslaufwelle verringerte Rauigkeit Zeit [h] Q [m 3 /s] Zulaufwelle Auslaufwelle IST-Zustand Auslaufwelle Dammabrückung 9500 Auslaufwelle Dammnäherrückung Auslaufwelle Uferdamm Zeit [h] Auslaufwelle erhöhte Rauigkeit Auslaufwelle verringerte Rauigkeit 33

34 Retentionsraumverluste Berechnung fiktiver Szenarien HYDRAULIK Wasserspiegellagen-Differenzen 50m 900m 1800m 2700m Wasserspiegellagen-Differenzen der Szenarien zum IST-Zustand [cm] cm Uferdamm +47 cm Damm näher Ist-Zustand -3 cm Damm abgerückt 34

35 Retentionsraumverluste Berechnung fiktiver Szenarien HYDRAULIK Stromkilometer Damm Ist-Zustand Fließgeschw. [m/s] Höhe [m.ü.a] Sohlhöhe Fließgeschwindigkeit-IST Fließgeschwindigkeit-Damm abgerückt Fließgeschwindigkeit-Damm näher Fließgeschwindigkeit-Uferdamm 250m 1000m Stationierung [m] 2500m

36 Retentionsraumverluste Zusammenfassung Die bisherigen Überflutungsraumverluste im Machland haben eher geringe Wirkungen auf die HW-Situation in Ardagger-Markt. Die Studien im Rahmen des Machlanddamm-Projektes prognostizierten eine Erhöhung der Wasserspiegellage um 2 cm im HQ 100 -Fall. Das HW2013 scheint dies zu bestätigen eine Prüfung der Daten ist im Gange. Weitere zukünftige Überflutungsraumverluste (fiktive Szenarienmodellierung) hätten stark negative Auswirkungen auf die Hochwasserwelle (gesamte österreichische Donau) und auf die Wasserspiegellagen (lokale Anrainer- Gemeinden). 36

38 Technische Möglichkeiten zur Verbesserung der HW-Situation Flutpolder im Machland lokale Wirkung Retention Machland (HQ100 spitz) Retention Machland (HQ30 spitz) Zufluss Abfluss ist-zustand Abfluss mit Strukturänderung Zufluss Abfluss ist-zustand Abfluss mit Strukturänderung Q [m³/s] Lokale Verbesserung im HQ Fall möglich, würde aber Verschlechterung im HQ 30 -Fall bedeuten Q [m³/s] t [h] t [h] dq [m³/s] HQ100 spitz HQ100 flach HQ30 spitz Retentionsbecken Machland Verbesserung kaum Änderung Verschlechterung 38

39 Technische Möglichkeiten zur Verbesserung der HW-Situation Flutpolder entlang der Donau überregionale Wirkung (Bsp. Polder im Eferdinger Becken) Simulation HW Linz Referenzsimulation Linz Referenzsimulation Linz spätere Beaufschlagung Eferdinger Becken Mauthausen Referenzsimulation Linz spätere Beaufschlagung Eferdinger Becken Mauthausen spätere Beaufschlagung EB - geringe Verbesserung flussaufwärts (Linz) Q [m³/s] größere Verschlechterung flussabwärts (Mauthausen) Lokale Verbesserung, aber flussabwärts überregionale Verschlechterung aufgrund von ungünstigen Überlagerungen mit den Zubringern t [h] 39

41 Sediment-Anlandungen in der Au BGM DI Pressl, Gmde. Ardagger-Markt 41

44 Sediment-Anlandungen in der Au Aufzeichnungen der Ablagerungshöhen nach HW 2002 durch die AHP: Im Machland war eine Fläche von etwa 32 km² von Sedimentablagerungen betroffen (ca. 3,18 Mio t. Sediment, was einer mittleren Ablagerungshöhe von 9 cm entspricht). Lokal können die Anlandungen aber im Meter-Bereich liegen. Großflächige Ablagerungen kamen v.a. in Gebieten vor, die unmittelbar aus der Donau beaufschlagt wurden (z.b. im Nahbereich der Überströmstrecken sowie in den tieferliegenden Aubereichen flussab von Wallsee). (AHP; mod. durch ARGE 2D-Modell Machland, 2003) 44

45 Sediment-Anlandungen in der Au Überflutungsschema und Ablagerungen: Durch den natürlichen Rückstau aus dem Strudengau kommt es im Machland zu sehr geringen Fließgeschwindigkeiten v.a. im Vorlandbereich (stehende Retention). Dies begünstigt die Ablagerung von Feinsedimenten. (Schober et al., 2013) 45

46 Sediment-Anlandungen in der Au Zusammenfassung: Keine Vernachlässigung der Schwebstoffablagerungen in den Vorländern bei der Bilanzierung des Schwebstoffhaushalts. Zur besseren Abschätzung von Ablagerungskubaturen vollständige Dokumentation der Schwebstoffablagerungen in den Vorländern (im Sinne einer verbesserten Beweissicherung). Weitere Verstärkung von Maßnahmen zur Gewässervernetzung an der Donau mit dem Ziel der Erhöhung der Morphodynamik und Verringerung der Sedimentation in Augebieten (z.b. Reaktivierung von Altarmen). Berücksichtigung des Schwebstofftransports bei Fragen des Hochwasserschutzes (Schadenspotenzial, Wasserspiegellagen bei Langzeitentwicklung Anlandungen). Abschätzung von möglichen Erosionen und Depositionen infolge von Hochwasserschutzmaßnahmen. Schadensverringerung bei Bauwerken durch Bauvorschriften, Raumplanung und Aufklärung der Bevölkerung. (Habersack et al., 2004) 46

48 Einfluss der Kraftwerke Der Einfluss der Stauräume respektive der aus Gründen der Sicherheit nötigen Absenkung des Oberwasserpegels im HW-Fall betrifft sowohl das Retentionsvolumen als auch die Fließvorgänge an sich. Beispiel Stauraum Aschach: Hier steht der Zunahme des Volumens von ca. 20 Mio. m 3 oberhalb des Wendepegels eine Reduktion des Volumens von ca. 17 Mio. m 3 unterhalb des Wendepegels gegenüber. 48

49 Einfluss der Kraftwerke Freie Fließstrecke Stauhaltung Der Einfluss der Kraftwerke auf die Hochwasserscheitel (max. Wasserstände) ist eher gering. Durch die Vorabsenkung wird aber eine Beschleunigung der Welle verursacht. 49

50 Einfluss der Kraftwerke Möglichkeiten geänderter Betriebsordnung Szenario 1: Vorabsenkung 2m bevor maßgebendes Stauziel erreicht wird Szenario 2: Vorabsenkung 7m bevor maßgebendes Stauziel erreicht wird Eine frühere Vorabsenkung würde sich nur auf den ansteigenden Ast der HW-Welle auswirken, nicht auf den für den HW-Schutz relevanten Scheitelwert selbst 50

52 Prognosen in Bezug auf den Klimawandel Formayer & Kromp-Kolb, 2007 Eine österreichweite Studie von Formayer & Kromp-Kolb (2007) weist für die Donau ein geringes Risiko für eine durch Klimawandel bedingte Zunahme der Hochwassergefahr aus. 52

53 Zusammenfassung Durch die Hochwasserschutzmaßnahmen an der Donau wurde keine wesentliche Erhöhung der Hochwasserspitzen bewirkt. Die Maßnahmen und insbes. auch die Errichtung der Kraftwerke haben aber zu einer Beschleunigung der Hochwasserwellen geführt. Die großen Retentionsräume (wie das Machland) sind für die Scheitelabminderung und die Laufzeitverzögerung von großer Bedeutung. Ihr Erhalt ist für das Hochwasserrisiko-Management daher ausgesprochen wichtig. Bei der Umsetzung von HW-Schutz-Projekten sind insbesondere negative lokale Auswirkungen auf Nachbarn und unmittelbare Unterlieger zu verhindern (hydraulische Wirkung). Die Errichtung von Poldern an der österreichischen Donau muss sehr kritisch betrachtet werden. Lokale Verbesserungen gehen meist zu Lasten überregionaler Verschlechterungen. 53

54 Zusammenfassung Sediment-Anlandungen im Gerinne und auf den Überflutungsflächen können großen Einfluss auf die Hochwassersituation haben. Ein Monitoring der flussmorphologischen Veränderungen ist daher wichtig; der Sedimenttransport muss bei Hochwasserschutzplanungen berücksichtigt werden. Die Kraftwerksstauräume an der österreichischen Donau können für den Hochwasserrückhalt nicht genutzt werden. Der Klimawandel wird voraussichtlich an der Donau eher von geringerer Bedeutung für das Hochwasserrisiko sein. 54