Erschließung Industriegroßfläche Gera-Cretzschwitz. Hydrologisches Gutachten für mehrere Querschnitte Bestand und Planung

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1 HOFFMAN.SEIFERT.PARTNER Erschließung Industriegroßfläche Gera-Cretzschwitz Hydrologisches Gutachten für mehrere Querschnitte Bestand und Planung Ergänzende Bewertung der Drainage von landwirtschaftlichen Flächen Thiele + Büttner GbR Ingenieurgemeinschaft für Hydrologie, Hydraulik und Hydroinformatik Domplatz 24 Tel.: Fax: mail@tubig.de Erfurt www: GA_Cretzschwitz_Ergänzung.doc

2 H.S.P.: Industriegroßfläche Gera-Cretzschwitz, Hydrologisches Gutachten, Ergänzung - Seite 2 - Inhaltsverzeichnis 1 Problemstellung Berücksichtigung von Ackerflächen im FGM Variantenrechnungen Zusammenfassung Anlagen Verwendete Unterlagen...7

3 H.S.P.: Industriegroßfläche Gera-Cretzschwitz, Hydrologisches Gutachten, Ergänzung - Seite 3-1 Problemstellung Bei einer Planungsberatung mit der LEG und Fachbehörden der Stadt Gera wurde die Frage aufgeworfen, inwieweit sich das System zur Felddrainage, das in den 1970er Jahren errichtet wurde, auf das Abflussverhalten auswirkt. Über das Ausmaß der Drainageeinrichtungen und deren Funktionsfähigkeit liegen keine Unterlagen vor, die Sammelkanäle dieser Drainagen sind noch gut sichtbar und führen auch zeitweise Wasser. Es ist einzuschätzen, wie sich die Drainageeinrichtungen auf die im Gutachten ausgewiesenen Ganglinien und Scheitelabflüsse auswirken. 2 Berücksichtigung von Ackerflächen im FGM Die Teilgebiete des FGM (Flussgebietsmodells) werden überwiegend landwirtschaftlich genutzt. Die Anteile dieser Nutzung sind in den Anlagen 4.1 und 4.2 ausgewiesen. Bei der landwirtschaftlichen Nutzung wird noch zwischen Acker und Gründland (Wiese) unterschieden, was nicht ganz einfach ist, da die Nutzungen sich hier auch ändern können. In den oberen Teilgebieten 1 bis 3 habe ich mit einem Ackeranteil von 73,0...82,6 % gerechnet. Ackerbauliche Nutzung führt prinzipiell zu einem höheren Abflussbeiwert als Wald und Wiese, wobei in den Tabellen, nach denen wir arbeiten, noch zwischen verschiedenen Fruchtarten unterschieden wird Ausschnitt aus Programmbeschreibung /2/ des FGM (IWG Karlsruhe) Quelle: Ausschnitt aus Programmbeschreibung des FGM (IWG Karlsruhe) Wir haben Fruchtarten mit einem mittleren Abflussbeiwert ausgewählt (Getreideanbau: Weizen, Roggen, u.a., siehe Anlage 6 im Gutachten /1/, Abhängigkeit des Endabflussbeiwertes von der Flächennutzung und dem Bodentyp). Höhere Abflussbei-

4 H.S.P.: Industriegroßfläche Gera-Cretzschwitz, Hydrologisches Gutachten, Ergänzung - Seite 4 - werte ergeben sich bei den Kategorien Reihenkultur (Hackfrüchte, Weinbau, u.a.), niedrigere bei Leguminosen (Kleefeld, Luzerne, Ackerfrüchte). In der Praxis können größere Abweichungen zu diesen mittleren Werten auftreten, weil zum Beispiel solche Parameter wie Größe des Bewuchses, Spurrinnen und deren Verlauf, u.a. eine Rolle spielen. Eine Drainage der Flächen ist dabei nicht explizit berücksichtigt, ich habe auch keine Literaturhinweise dazu gefunden. Es ist jedoch davon auszugehen, dass bei der Aufstellung des Verfahrens auch drainierte Flächen darunter waren. Fest steht, dass eine Drainage, verbunden mit einem Grabensystem (hier kommt es wieder auf den Verlauf, Tiefe und Gefälle der Gräben an, Gräben können auch als Speicher wirken) tendenziell zu höheren Abflussbeiwerten und einer schnelleren Reaktion des Gebietes (kürzere Anstiegszeiten) führen. Dies zu quantifizieren ist aber nicht möglich. Ich habe jedoch die mir zur Verfügung stehenden Parameter etwas vom Mittel in die Extrembereiche verschoben und damit Berechnungen durchgeführt. Durch eine Veränderung der Ackerflächen von Getreideanbau nach Reihenkultur (Hackfrüchte, Weinbau, u.a.) wird der Endabflussbeiwert (EAB) und damit bei der Modellrechnung der mittlere Abflussbeiwert erhöht. Die Scheiteleintrittszeit wird durch den Parameter t A (Anstiegszeit der Einheitsganglinie) beeinflusst. Hier ist neben den Größen, die aus Kartenunterlagen bestimmt werden (Länge des Hauptvorfluters, Gefälle Bebauung, Wald), der Parameter P1 von Bedeutung. Wir verwenden den Standardwert P1=0,225 nach /2/. In einer Literaturquelle (Wendehorst: Bautechnische Zahlentafeln /3/) habe ich dazu folgende Angaben gefunden (U steht für den Siedlungsanteil): Mit der Setzung von P1=0,20 könnte man damit eine stärkere Drainage des Gebietes berücksichtigen.

5 H.S.P.: Industriegroßfläche Gera-Cretzschwitz, Hydrologisches Gutachten, Ergänzung - Seite 5-3 Variantenrechnungen Im folgenden wurden Variantenrechnungen mit veränderten Parametern durchgeführt, welche die Empfindlichkeit des Modells demonstrieren sollen. Diese Berechnungen erheben keinen Anspruch darauf, die tatsächlich vorhandenen Drainagen zu modellieren. Mit folgenden Parametern wurden Berechnungen, jeweils für den Bestand und die Planung, durchgeführt: Parameter / Variante Wirkung im Modell Mittlere Parameter/Standard Entspricht vorgelegtem Gutachten Ackernutzung: Getreide P1 = 0,225 Ackernutzung: Reihenkultur Erhöhung des Endabfluss-/Abflussbeiwertes Ackernutzung: Leguminosen Verkleinerung des Endabfluss-/Abflussbeiwertes P1 = 0,20 Kürzere Anstiegszeit, höherer Scheitel : Folgende Tabelle gibt einen Überblick über die gerechneten Extremvarianten für die Gebiete bis zum Knoten 1 (Egergrund) und Knoten 2 (Cretzschwitz), T=100a. Hier kann auch der Einfluss der gewählten Parameter auf die Größen Endabflussbeiwert (EAB) und Anstiegszeit (t A ) abgelesen werden. TG1 (im Bestand =K1) TG2, bis K2 einschl. K1 Variante HQ(100) [m³/s] HQ(100) [m3/s] Bestand EAB t A [h] EAB t TG1 K1 A [h] TG2 K2 Mittel/Standard 0,68 1,71 2,305 0,65 2,77 1,793 3,946 Reihenkultur 0,72 1,73 2,406 0,69 2,82 1,875 4,115 P1=0,20 0,68 1,52 2,535 0,65 2,47 1,976 4,356 TG1, bis K1 TG2, bis K2 einschl. K1 Variante HQ(100) [m³/s] HQ(100) [m3/s] Planung EAB t A [h] EAB t TG1 K1 A [h] TG2 K2 Mittel/Standard 0,68 1,71 1,959 2,039 0,65 2,84 1,451 4,697 Reihenkultur 0,72 1,73 2,045 2,123 0,69 2,89 1,516 4,749 P1=0,20 0,68 1,52 2,155 2,252 0,65 2,53 1,596 5,077 An den Knoten 1 und 2 ergeben sich danach Erhöhungen der Scheitelwerte um bis zu 10 %. In der Anlage ist eine Zusammenfassung der Scheitelwerte für alle Teilgebiete und an allen Modellknoten zu sehen. Auch dort kann für alle Querschnitte eine Erhöhung der Scheitelwerte um rund 10 % unter den verschärften Bedingungen einer schnelleren Gebietsreaktion (P1=0,20) abgelesen werden. Dies gilt gleichermaßen für den Bestand und die Planung.

6 H.S.P.: Industriegroßfläche Gera-Cretzschwitz, Hydrologisches Gutachten, Ergänzung - Seite 6-4 Zusammenfassung Eine direkte Berücksichtigung von Drainagen landwirtschaftlicher Flächen ist im NA- Modell nicht möglich. Tendenziell führen Drainagen und die damit verbundenen Abflussgräben jedoch zu einer schnelleren Abflussbildung und Erhöhung der Hochwasserscheitelwerte. Durch Variation des Parameters P1, der eine kürzere Anstiegszeit der Hochwasserwellen bewirkt, wurden Erhöhungen der Scheitelwerte an allen Querschnitten von rund 10 % nachgewiesen. Diese Erhöhung liegt sowohl im Bestand als auch in der Planung in der gleichen Größenordnung. Bei der Beurteilung dieser Differenzen ist zu berücksichtigen, dass in der Hydrologie mit Fehlertoleranzen in der Größenordnung % gerechnet werden muss. Der DWD gibt für seine Niederschlagswerte, die wesentlicher Input in die Berechnungsmodelle sind, für T=100a eine Toleranz von ±20 % an. Die Aussagen, die sich aus dem zugrunde gelegten Berechnungsmodell und den sonstigen Annahmen ergeben, sind aufgrund der oben genannten Toleranzen durchaus kritisch zu bewerten. Es kann aufgrund der Ergebnisse nicht ausgeschlossen werden, dass unter ungünstigen Bedingungen deutliche Überschreitungen der Scheitelwerte durch das GI- Gebiet verursacht werden. So kann es zum Beispiel bei Regenhöhen im oberen Toleranzbereich und einer ungünstigeren Regenverteilung beim Überlaufen der Becken zu einer zeitlichen Überlagerung der Scheitelwerte mit dem natürlichen Einzugsgebiet kommen. Dies könnte insbesondere in der Ortslage von Söllmnitz und an den Brückenbauwerken zu Überschwemmungen und Schäden führen. Zur Verminderung des Risikos von Überschwemmungsereignissen, die durch das GI-Gebiet mit verursacht werden, ist in jedem Fall unter Berücksichtigung eines Sicherheitsaufschlages die Durchlassfähigkeit der betroffenen Bauwerke planerisch zu betrachten und diese gegebenenfalls zu ertüchtigen. Ohne die Durchführung dieser Maßnahmen ist die schadlose Regenwasserableitung aus dem GI-Gebiet Gera-Cretzschwitz nicht dauerhaft darstellbar. Erfurt, Thiele+Büttner Ingenieurgemeinschaft GbR Matthias Büttner

7 H.S.P.: Industriegroßfläche Gera-Cretzschwitz, Hydrologisches Gutachten, Ergänzung - Seite 7-5 Anlagen 1 Zusammenfassung der Variantenrechnungen 6 Verwendete Unterlagen /1/ Thiele+Büttner GbR: Erschließung Industriegroßfläche Gera-Cretzschwitz, Hydrologisches Gutachten für mehrere Querschnitte, Bestand und Planung, , im Auftrag von H.P.S. /2/ IHRINGER,J: Institut für Wasser und Gewässerentwicklung (IWG) beim Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Softwarepaket für Hochwasseranalyse und -berechnung, Version 7.0 /3/ Wendehorst: Bautechnische Zahlentafeln, Teubner Verlag, 30. Auflage

8 WinPro_Drainage.xls Zusammen Zusammenfassung der Veriantenrechnungen Scheitelwerte für alle Teilgebieten und Modellknoten Hochwasserscheitelwerte [m³/s] TG1 K1 TG2 K2 TG3 K3 TG4 K4 TG5 K5 Bestand, (Mittel/Standard) 2,305 2,305 1,793 3,946 2,806 6,740 3,859 10,586 3,733 14,095 Bestand, Reihenkultur 2,406 2,406 1,875 4,115 2,915 7,023 4,018 11,027 3,932 14,743 Bestand, Leguminosen 2,254 2,254 1,773 3,877 2,778 6,638 3,780 10,412 3,690 13,884 Bestand, P1=0,20 2,535 2,535 1,976 4,356 3,089 7,435 4,245 11,666 4,107 15,488 Hochwasserscheitelwerte [m³/s] TG1 K1 TG2 K2 TG3 K3 TG4 K4 TG5 K5 Planung, (Mittel/Standard) 1,959 2,039 1,451 4,697 2,806 6,504 3,859 10,236 3,733 13,811 Planung, Reihenkultur 2,045 2,123 1,516 4,749 2,915 6,613 4,018 10,631 3,932 14,399 Planung, Leguminosen 1,916 2,025 1,434 4,676 2,778 6,472 3,780 10,071 3,690 13,613 Planung, P1=0,20 2,155 2,252 1,596 5,077 3,089 7,270 4,245 11,332 4,107 15,248 Abweichungen gegenüber Bestand (Mittel/Standard) [%] TG1 K1 TG2 K2 TG3 K3 TG4 K4 TG5 K5 Bestand, Reihenkultur 4,4 4,4 4,6 4,3 3,9 4,2 4,1 4,2 5,3 4,6 Bestand, Leguminosen -2,2-2,2-1,1-1,7-1,0-1,5-2,0-1,6-1,2-1,5 Bestand, P1=0,20 10,0 10,0 10,2 10,4 10,1 10,3 10,0 10,2 10,0 9,9 Abweichungen gegenüber Planung (Mittel/Standard) [%] TG1 K1 TG2 K2 TG3 K3 TG4 K4 TG5 K5 Planung, Reihenkultur 4,4 4,1 4,5 1,1 3,9 1,7 4,1 3,9 5,3 4,3 Planung, Leguminosen -2,2-0,7-1,2-0,4-1,0-0,5-2,0-1,6-1,2-1,4 Planung, P1=0,20 10,0 10,4 10,0 8,1 10,1 11,8 10,0 10,7 10,0 10,4 Anlage 1