Schlussfolgerungen aus dem August-Hochwasser 2002 für die Güte-Bewirtschaftung der Sächsischen Talsperren und Speicher

Transkript

1 Schlussfolgerungen aus dem August-Hochwasser 2002 für die Güte-Bewirtschaftung der Sächsischen Talsperren und Speicher Dipl.-Ing. Ralf Sudbrack Dipl.-Ing. Klaus Pütz Zusammenfassung Das Hochwasser im August 2002 setzte die Talsperren, Speicher und Rückhaltebecken der Landestalsperrenverwaltung Sachsen (LTV) erheblichen und bisher einmaligen Belastungen aus. Während des August-Hochwassers 2002 wurden in den sächsischen Talsperren, Speichern und Hochwasserrückhaltebecken nahezu 80 Millionen m³ Wasser zurückgehalten. In den Ausführungen zur bautechnischen und hydrologischen Situation wird festgestellt, dass von den hochwasserbedingt übergelaufenen Stauanlagen mehr als die Hälfte durch Hochwasserereignisse beansprucht wurden, die ein 100-jährliches Ereignis überschritten. Nachfolgend werden einige Erkenntnisse vorgestellt, die sowohl die unmittelbare Güte-Bewirtschaftung betreffen, als auch im Zusammenhang mit der Erweiterung der Hochwasserschutzräume stehen. Das August-Hochwasser, das in den Talsperren dank relativ hoher Wassertemperatur das Epilimnion verdrängte und sich dort einschichtete, brachte immense Trübstofffrachten mit sich. Die Rohwasserentnahmehorizonte im Tiefenwasser blieben dabei weitestgehend unberührt, so dass nach dem Hochwasser die Rohwasserbereitstellung in den Talsperren aufrecht erhalten und somit die Trinkwasserversorgung gesichert werden konnte. Bei der nachfolgenden 1

2 Entlastung der Hochwasserschutzräume musste besondere Sorgfalt darauf gelegt werden, dass durch eine Entlastung über die Grundablässe die über eine gewisse Zeit unbeeinflussten Tiefenwasserschichten nicht beeinträchtigt bzw. abgezogen wurde. Als eine der unmittelbaren Maßnahmen nach dem Schadensereignis wurde die bereits in der Genehmigungsplanung befindliche Vergrößerung der Hochwasserrückhalteräume umgesetzt und eine Erweiterung geplant. Dabei muss aber beachtet werden, dass ein vergleichbares hydrologisches Ereignis wie im August 2002 nicht vollends beherrscht werden kann. Die Erweiterung der Hochwasserrückhalteräume war bei den Trinkwassertalsperren nur möglich, da der Trinkwasserverbrauch in den letzten 13 Jahren stark zurückgegangen ist (> 50 %) und sich die Wasserbeschaffenheit in den Talsperren erheblich verbesserte und auf einem stabilen Niveau eingestellt hat. Dennoch stellen Hochwasserrückhalt und Rohwasserbereitstellung bei Trinkwassertalsperren, bzw. Sicherung der Badewasserqualität bei Talsperren mit Erholungsnutzung konkurrierende Nutzungen von Talsperren dar. August- Hochwasser 2002 Im August 2002 traf die sog. Vb-Wetterlage, ein Tiefdruckgebiet, das vom Atlantik westlich der britischen Inseln über Spanien und Nordafrika nach Österreich und Tschechien zog, auf den Erzgebirgskamm. Über dem warmen Mittelmeer hatte es sich mit den verdunstenden aufsteigenden Wassermassen vollgesogen. Im Bereich des gesamten Erzgebirges entluden sich ungewöhnlich hohe Wassermassen. Der Schwerpunkt des Niederschlages lag dabei im Bereich von Zinnwald. Nachdem bereits in den Vortagen mehrfach Niederschläge gefallen waren, waren die Böden regelrecht wassergesättigt. In der Folge kam es zum nahezu vollständigen Abfluss des Wassers. In der Wetterstation Zinnwald des Deutschen Wetterdienstes im Osterzgebirge wurden vom 11. August bis 13. August 2003 über 400 mm 2

3 Niederschlag gemessen, davon allein innerhalb der 24 Stunden des 12. August 321 mm (Abb. 1). Auch im Westerzgebirge ergossen sich in dieser Zeit bis zu 200 mm Regen. Abbildung 1: Stundenwerte im Kerngebiet des Niederschlages/Wetterstation Zinnwald Die dadurch entstehenden Hochwasserwellen erreichten sowohl bei ihren Scheiteln als auch in ihrer jeweiligen Hochwasserfülle bisher noch nicht gemessene Ausmaße. 3

4 Talsperrenbewirtschaftung Die Wassermassen ergossen sich innerhalb weniger Stunden durch die Täler des Erzgebirges und trafen auf die Talsperren. Deren behördlich festgelegten Hochwasserrückhalteräume waren ordnungsgemäß frei. Jedoch übertrafen die Fluten dieses Rückhaltevermögen um ein Vielfaches, so dass die Talsperren überlaufen mussten. Abb. 2 und 3 zeigen am Beispiel der Talsperren Klingenberg (Verbundbewirtschaftung mit der oberhalb gelegenen Talsperre Lehnmühle) im Osterzgebirge und Eibenstock im Westerzgebirge (Abbildung 4 zeigt den Überlauf der Talsperre Eibenstock in voller Aktion), dass trotzdem eine angemessene Schutzwirkung erzielt wurde. Abbildung 2: Talsperre Klingenberg Bewirtschaftung beim Augusthochwasser

5 Abbildung 3: Bewirtschaftung der Talsperre Eibenstock beim Augusthochwasser

6 Abbildung 4: Talsperre Eibenstock Hochwasserüberlauf August 2002 Auswirkungen auf die Wasserversorgung Immer wieder wurde in der ersten Zeit nach dem Hochwasser vor allem in der Presse der Vorwurf erhoben, die Landestalsperrenverwaltung hätte es versäumt, die Talsperren rechtzeitig zu entleeren. Ist dies doch schon in den wenigen Stunden vom Niederschlagsereignis bis zum Auftreffen des Hochwassers auf die Talsperren, aus rein technischen Gründen nicht möglich, da sich so eine Entleerung über mehrere Tage erstrecken würde. Außerdem dürfte diese kein Hochwasser im Unterlauf der jeweiligen Gewässer verursachen. Vor allem ist aber zu beachten, dass die Trinkwassertalsperren wichtige Versorgungsaufgaben zu erfüllen haben. So versorgen die o.g. Osterzgebirgischen Talsperren Klingenberg und Lehnmühle die Landeshauptstadt Dresden mit Trinkwasser. Beide Talsperren stauen die Wilde Weißeritz (das 6

7 Wasser für das Wasserwerk wird der Talsperre Klingenberg entnommen, die oberhalb gelegene Talsperre Lehnmühle ist ein Vorspeicher). Nachdem die Flutwellen der Gottleuba, der Weißeritz, der Müglitz und der anderen Elbzuflüsse aus dem Erzgebirge vorüber waren, stieg die aus Tschechien kommende Elbe unaufhörlich und erreichte am 16./ 17. August ebenfalls einen katastrophalen Höchststand von 9,40 m am Pegel Dresden. Das bisher gemessene höchste Hochwasser betrug an diesem Pegel 8,77 m im Jahr Die Folge war ein Totalausfall der im Hochwasserbereich der Elbe liegenden Wasserwerke Hosterwitz und Tolkewitz. Jetzt bewährte sich das System der Wasserversorgung der Stadt Dresden, das aus diesen beiden Wasserwerken und dem Talsperrenwasserwerk Coschütz besteht. Letzteres bezieht sein Wasser aus der Talsperre Klingenberg, deren angeblich fehlerhafter Bewirtschaftung Mitschuld an den Hochwasserschäden in Freital und Dresden zugeschrieben wurde. Nunmehr versorgte allerdings ausschließlich diese Talsperre über das Wasserwerk Coschütz die Landeshauptstadt Dresden mit Trinkwasser. Etwa zwei Wochen lang wurde vorübergehend eine zusätzliche begrenzte Wassermenge aus dem Wasserwerk Gottleuba des Trinkwasserzweckverbandes Pirna/Sebnitz, das sein Wasser aus der Talsperre Gottleuba der Landestalsperrenverwaltung entnimmt, in das Dresdener Trinkwassernetz eingespeist. Die Sicherung der Versorgung der Landeshauptstadt mit einwandfreiem Trinkwasser, das den hohen Anforderungen der deutschen Trinkwasserverordnung genügt, erforderte ständige Abstimmungen zwischen dem Wasserwerk (Betreiber DREWAG der Stadt Dresden) einerseits und der Talsperre Klingenberg der Landestalsperrenverwaltung andererseits. Die beiden Talsperren wurden so gesteuert, dass immer das Wasser mit der relativ besten Qualität an das Wasserwerk geliefert werden konnte. Das Hochwasser hatte enorme Trübstoffe, die aus den Abschwemmungen der Felder, der Siedlungen und den Auswaschungen des Waldes stammten, in die Talsperren eingespült. 7

8 Da die Talsperren Klingenberg und Lehnmühle vor dem Hochwasser ausreichend gefüllt waren (die behördlich festgelegten Hochwasserschutzräume waren dabei wie bereits beschrieben frei), unterlagen die Wasserkörper der für den Sommer typischen Temperaturschichtung, so dass das zufließende relativ warme Hochwasser mit seinen Schmutzstofffrachten sich nicht mit dem gesamten Wasserkörper vermischte, sondern die obere Schicht von ca. 10 m quasi aus der Talsperre verdrängte und selbst neu bildete (Abb. 5). Allerdings weitete sich diese verschmutzte Schicht allmählich nach unten aus, so dass die Abgabe aus der oberen Talsperre Lehnmühle mehrfach verändert werden musste, um gutes Wasser, das sich auf Grund seiner Temperatur in den Tiefenbereich der Talsperre Klingenberg einschichtete, abgeben zu können. Trotzdem traten immer wieder für ein Wasserwerk ungünstige Veränderungen in der Beschaffenheit des Talsperrenwassers auf, die selbst bei sensibelster Steuerung der Talsperrenabgaben nicht zu vermeiden sind. Aber das Wasserwerk Coschütz hat auch diese bewältigt. 8

9 Abbildung 5: Tiefenprofil Trübung (FAU (E/m)) der Trinkwassertalsperre Klingenberg im August Die Striche am linken Rand der Grafik markieren die einzelnen Rohwasser- Entnahme- Horizonte Insgesamt erhalten ca. 40 % der Einwohner Sachsens, das sind fast 2 Mio, ihr Trinkwasser aus 20 Talsperren des Erzgebirges und des Vogtlandes. Von diesen waren 10 weitere Trinkwassertalsperren besonders vom Hochwasser betroffen und sicherten in gleicher Weise durch eine sensible Steuerung die Trinkwasserversorgung. So war zum Beispiel ein Wasserwerk der Stadt Zwickau, das Uferfiltrat der Zwickauer Mulde fördert, durch das Hochwasser ähnlich wie die 9

10 Elbwasserwerke der Stadt Dresden ausgefallen. Die Wasserversorgung wurde in diesem Fall durch die Talsperre Eibenstock abgesichert. Einträge aus den Einzugsgebieten In den Einzugsgebieten (= Wasserschutzgebieten) der Trinkwassertalsperren befinden sich zum Teil ländliche Siedlungen und Verkehrswege. Die Flächen werden land- und forstwirtschaftlich genutzt. Die jeweilige Struktur und Nutzung eines solchen Einzugsgebietes ist entscheidend für den Stoffeintrag in die Gewässer und damit für die Beschaffenheit des in der Talsperre gestauten Wassers. Das Hochwasser hatte natürlich bereits in diesen Einzugsgebieten bereits erhebliche Schäden verursacht. Gleichzeitig traten starke Abschwemmungen von Ackerflächen auf. Allerdings konnte festgestellt werden, dass bodenschonend bearbeitete und ganzjährig durch entsprechende Fruchtfolge mit Zwischenfruchtanbau begrünte Flächen kaum der Erosion unterworfen waren. Die seit einigen Jahren in Sachsen wirksame Schutz- und Ausgleichsverordnung für die Landund Forstwirtschaft (SächsSchAVO) hat zu einer zunehmenden Zusammenarbeit zwischen der Landestalsperrenverwaltung und den Landwirten in den Wasserschutzgebieten der Trinkwassertalsperren geführt. Das zeigt entsprechende Erfolge, denn der Umfang des Grünlandes und der o.g. bodenschonend bearbeiteten Flächen liegt im Durchschnitt bei 80 % der landwirtschaftlich genutzten Einzugsgebietsflächen. Das Hochwasser hat insbesondere in den Talsperren, deren Einzugsgebiete einen bedeutenden Waldanteil aufweisen, einen starken Anstieg des Eintrages von Huminstoffen (gemessen als SAK 254 und als Färbung), aber auch weiterer Inhaltsstoffe verursacht. Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt das am Beispiel der im Einzugsgebiet der Zwickauer Mulde liegenden Trinkwassertalsperre Muldenberg beim Vergleich eines Hochwassers im Jahr 1995 mit dem Augusthochwasser

11 0,47 Dieses Einzugsgebiet ist zu 92,5 % bewaldet und hat nur 1,5 % landwirtschaftlich genutzte Flächen. Tabelle 1: Vergleich der Wasserbeschaffenheit 1995 und 2002 der Weißen Mulde (Talsperre Muldenberg) bei Hochwasserereignissen Parameter ph- Wert 4,8 4,3 5,6 4,8 Leitfähigkeit (!S/cm) (86) Ortho- Phosphat (mg/l) < 0,005 < 0,005 < 0,005 0,014 Gesamt- Phosphat (mg/l) 0,047 0,034 0,017 0,243 (0,027) Ammonium (mg/l) 0,11 0,35 0,01 0,09 SAK 254 nm (E/m) 17,1 26,3 14,6 112 (12,6) Färbung (E/m) 0,9 1,2 0,9 7,1 (0,5) Eisen, gelöst (mg/l) 0,33 0,37 0,16 0,72 Mangan, gelöst (mg/l) 0,42 0,4 0,24 0,47 (0,36) Aluminium, gelöst (mg/l) 0,7 1,33 0,12 0,5 Auswirkungen auf die Wasserbeschaffenheit Insgesamt konnten folgende Auswirkungen des Hochwassers auf die Wasserbeschaffenheit der Talsperren festgestellt werden (vergleiche auch Tabelle 1): - Anstieg der organischen Stoffe Huminstoffe - Anstieg Phosphor - Rückgang bzw. Konstanz Nitrat - Rückgang Salzgehalt/Leitfähigkeit 11

12 - Anstieg Eisen und Mangan - Veränderungen des Lichtklimas als Folge der Huminstoff-Einträge mit evtl. Auswirkungen auf die Phytoplanktonentwicklung. Veränderung der Stauraumaufteilung Die erste Auswertung der Hochwasserereignisse vom August 2002 führte zur Überprüfung der Stauraumaufteilung der sächsischen Talsperren und Speicher. Aus der mengenwirtschaftlichen Sicht wurden Vorschläge für die Erhöhung der gewöhnlichen Hochwasserrückhalteräume erarbeitet. Diese wurden anschließend aus wassergütewirtschaftlicher Sicht bewertet. Es mussten dabei prognostische Einschätzungen für die Auswirkung der dadurch verringerten Betriebsräume auf die Wasserbeschaffenheit vorgenommen werden. Die Vielfalt und Komplexität der physikalischen, biologischen und chemischen Prozesse im gestauten Wasser zeigt die Schwierigkeiten solcher Einschätzungen. 12

13 Abbildung 6: Erweiterung der Hochwasserschutzräume (Quelle: SIEBER (2003), LTV) Deren Ergebnisse weisen je nach Schwerpunkt der Wasserbeschaffenheit (Trophie; Sauerstoffhaushalt; organische Stoffe; Mikrobiologie) und Belastungssituation der jeweiligen Talsperre geringfügige bis erhebliche Verschlechterungen der Wasserbeschaffenheit auf. Die Festlegung eines erweiterten Hochwasserschutzraumes stellt somit einen Kompromiss zwischen Hochwasserschutz und den nutzungsorientierten Anforderungen der Talsperre dar (Abb. 6). 13

14 Schlussfolgerungen Schlussfolgernd kann festgestellt werden, dass Hochwasserschutz und Nutzungen, die Anforderungen an die Wasserbeschaffenheit stellen, also insbesondere die Trinkwassergewinnung, konkurrierende Nutzungen sind. Es ist zu beachten, dass der Hochwasserschutz zunächst ein Wassermengenproblem darstellt. Da jedoch Hochwässer und Hochwasserrückhalt in großem Maße Einfluss auf die Wasserbeschaffenheit haben: - sie führen der Talsperre in Abhängigkeit von der Struktur und Nutzung des Einzugsgebietes erhebliche Schmutzfrachten zu - die einfließenden Wassermengen gelangen in kurzer Zeit zum Absperrbauwerk und damit in den Bereich der Rohwasserentnahmen, insbesondere Sommerhochwässer bei thermischer Schichtung in der Talsperre - zu Gunsten des Hochwasserschutzes verringerte Betriebsräume haben nur ungenügende Kapazität zur Sicherung ausreichender Beschaffenheit des Rohwassers, entwickelt sich daraus vor allem ein Problem der Wassergütebewirtschaftung. Die Trinkwassergewinnung ist in jedem Fall zu sichern. Hierzu sind Strategien zu entwickeln, die folgende Möglichkeiten einbeziehen müssen: - ausreichender wassergütewirtschaftlich wirksamer Stauraum (Totraum + Reserveraum + Betriebsraum) 14

15 - technische Möglichkeiten zur Vorentlastung und Abgabe bei aufgetroffener Hochwasserwelle aus unterschiedlichen Horizonten, um Grundablassabgabe zu vermeiden - Optimierung der Aufbereitung im Wasserwerk - Einrichtung eines Frühwarnsystems, das jedoch nur Sinn bekommt, wenn ausreichende Möglichkeiten der Prognose des Abflusses, der aus den Niederschlagsereignissen resultiert, gegeben sind. Verfasser: Dipl.-Ing. Ralf Sudbrack Dipl.-Ing. Klaus Pütz Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen Fachbereich Technik Referat Wassergütewirtschaft Postfach Pirna Tel.: / Fax: / Ralf.sudbrack@ltv.smul.sachsen.de Internet: Zurück zum Inhaltsverzeichnis 15