Genehmigungsantrag 68 und 70 WHG Planfeststellungsverfahren Neubau und Betrieb eines Hochwasserrückhaltebeckens

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1 Erläuterungsbericht Genehmigungsantrag 68 und 70 WHG Planfeststellungsverfahren Neubau und Betrieb eines Hochwasserrückhaltebeckens am Eibach Auftraggeber Stadt Dillenburg Essen,

2 Wir danken allen Beteiligten für die Hilfestellungen bei der Bearbeitung und die jederzeit freundliche und kooperative Zusammenarbeit. Projektbearbeitung Martin Dornseifer Robert Mittelstädt Yvonne Colberg Redaktion M.A. Geogr. Birgitt Charl Dipl.-Ing. Gunnar Schmalz Das Titelbild zeigt den Beckenraum aus Nordosten, Blick in Fließrichtung des Gewässers. Essen, (Dipl.-Ing. Martin Dornseifer) Hydrotec Ingenieurgesellschaft für Wasser und Umwelt mbh Kaiser-Otto-Platz 13 D Essen Jegliche anderweitige, auch auszugsweise, Verwertung des Berichtes, der Anlagen und ggf. mitgelieferter Projekt-Datenträger außerhalb der Grenzen des Urheberrechts ist ohne schriftliche Zustimmung des Auftraggebers unzulässig. Dies gilt insbesondere auch für Vervielfältigungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Projektnummer P1396 Anzahl der Ausfertigungen 11 Ausfertigungsnummer 11 Auflage 1 I

3 Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Anlagenverzeichnis Zusammenfassung IV IV V VI VII 1 Veranlassung 1 2 Allgemeines Begründung Variantenuntersuchung Einteilung und Klassifizierung des Beckens Klassifizierung Lage zum Gewässer und Betriebsform Lage des Beckens Hydrologie, Wasserwirtschaft und Ökologie Wasserhaushalt des Einzugsgebietes Ermittlung der Hochwasserbemessungsabflüsse Erstellung des hydrologischen Niederschlag-Abfluss-Modells Böden Topografie (DGM) Landnutzung Hochwasserrückhaltung und Wirkungsräume Ziel der Hochwasserrückhaltung Wirkung im Beckenraum Wirkung im Unterwasser Verbleibende Hochwassergefahr Wasserwirtschaftliche Bemessung und Stauzielfestlegung Stauzielfestlegung Hochwassersicherheit (Hochwasserbemessungsfälle 1 und 2) Hochwasserschutz (Hochwasserbemessungsfall 3) Freibord Systeme von Hochwasserrückhaltebecken Landschafts- und gewässerökologische Gesichtspunkte Wasserwirtschaftsplan...23 II

4 5 Untergrund Untersuchungsphase Untersuchungsphase 2 und Nachweise EC Absperrbauwerk 28 7 Stand- und Tragsicherheitsnachweise 30 8 Betriebs- und Messeinrichtungen Allgemeine Betriebs- und Messeinrichtungen Betriebsauslass und Grundablass Betriebsauslass Grundablass Hochwasserentlastungsanlage Regelabflüsse Restrisikobetrachtung Grobrechen Energieumwandlungsanlagen Messeinrichtungen Elektrische Anlagen Betrieb Allgemeines zum Betrieb Betriebsvorschrift Betriebstagebuch Betriebspersonal Probestau und Inbetriebnahme Überwachung Bauwerksüberwachung Betriebsüberwachung Kostenermittlung Literatur 47 III

5 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1-1: Schadensbild an der Schelde ( )...1 Abbildung 2-1: Landnutzung im Einzugsgebiet der Schelde...3 Abbildung 2-2: Damm-Varianten aus der Vorplanung...5 Abbildung 3-1: Beckenraum HRB Eibach (Istzustand) Blick von Norden...6 Abbildung 3-2: Vorhandener Fischteich am östlichen Rande des geplanten Stauraumes...7 Abbildung 3-3: Einlauf in die Verrohrung Eibach unterhalb des HRB-Standortes...7 Abbildung 4-1: Einzugsgebiet der Schelde mit Teileinzugsgebietsgrenzen...8 Abbildung 4-2: Digitales Geländemodell DGM 20 (überhöhte 3D-Darstellung des EZGs)...10 Abbildung 4-3: TIN des geplanten HRB Einbach mit Staulinien vor der Katasterkarte...11 Abbildung 4-4: Beckeninhalt und Staufläche...12 Abbildung 4-5: Hydrologischer Längsschnitt Eibach (Planzustand)...13 Abbildung 4-6: Teich am Ortseingang Eibach Blick in Fließrichtung...15 Abbildung 4-7: Freibordanteile (DIN 19700) je BHQ...18 Abbildung 4-8: Staulinie des HRBs Eibach und ermittelte Streichlängen...19 Abbildung 4-9: FFH-Schutzzone und Beckenstandort HRB Eibach...23 Abbildung 4-10: Einstauverlauf BHQ 2 (Auszug aus Anlage 8)...25 Abbildung 5-1: Sondierstellen Voruntersuchung...26 Abbildung 5-2: Sondierstellen Hauptuntersuchung...27 Abbildung 6-1: Aufbau Kronenweg...28 Abbildung 8-1: Hydraulische Leistungsfähigkeit des Betriebsauslasses...33 Abbildung 8-2: Grundablass mit Ökogerinne, Prinzipskizze (LUBW Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg, 2007), erweitert34 Abbildung 8-3: Leistungsfähigkeit des Grundablasses...35 Abbildung 8-4: Hydraulische Leistungsfähigkeit HWE...36 Abbildung 8-5: Theoretisch möglicher Gesamtabfluss des Auslaufbauwerkes HRB Eibach37 Abbildung 8-6: Querschnitt Unterwasser: Messstrecke (s. a. Anlage 6)...39 Abbildung 8-7: Pegellatte mit Anprallschutz und Messrohr (Beispielfoto)...40 Abbildung 8-8: Schrank für Messtechnik, hier mit Solarpanel (Beispielfoto)...40 Abbildung 8-9: Pegelhaus (Beispielfoto)...41 Abbildung 9-1: Drosselabfluss bis BHQ Tabellenverzeichnis Tabelle 4-1: Kenndaten und Stauziele HRB Eibach...16 Tabelle 4-2: Wellenparameter Freibordermittlung...21 Tabelle 4-3: Stauvolumina und Einstaudauern nach Jährlichkeit...24 Tabelle 8-1: Parameter zur Berechnung des Abflusses durch den Betriebsauslass...32 Tabelle 8-2: Parameter zur Berechnung des Abflusses durch den Grundablass...34 Tabelle 8-3: Wasserspiegel und Abflüsse am Absperrbauwerk...38 Tabelle 11-1: Kostenermittlung...45 IV

6 Abkürzungsverzeichnis DGM DLM EZG GIS HGM HRB HW HWBF HWSK LWG N-A-Modell RP TG TIN TSP USV-Anlage WHG WSP Digitales Geländemodell Digitales Landschaftsmodell Einzugsgebiet Geografisches Informationssystem Hydrologisches Gebietsmodell Hochwasserrückhaltebecken Hochwasser Hochwasserbemessungsfall Hochwasser-Schutzkonzept Landeswassergesetz Niederschlag-Abfluss-Modell Regierungspräsidium Teilgebiet Triangulated Irregular Network Talsperre Anlage zur (netz-)unabhängigen Stromversorgung Wasserhaushaltsgesetz Wasserspiegel V

7 Anlagenverzeichnis Anlage 1: Übersichtskarte Standort Hochwasserrückhaltebecken, M 1 : Anlage 2: Lageplan Becken, M 1 : Anlage 3: Lageplan Maßnahmen, M 1 : 500 Anlage 4: Detailplan/Schnitte Auslaufbauwerk, M 1 : 100 Anlage 5: Schnitte Damm, Querprofile 1-4, M 1 : 100 Anlage 6: Schnitt Unterwasser, Querprofil 5, M 1 : 100 Anlage 7: Hydrologischer Längsschnitt Eibach (Planzustand) Anlage 8: Einstauverlauf BHQ 2 Anlage 9: Übersicht Flurstücke, M 1 : VI

8 Zusammenfassung Die Stadt Dillenburg stellt gemäß 68 WHG einen Antrag auf Planfeststellung für ein Hochwasserrückhaltebecken oberhalb der Ortslage Eibach. Das Becken mit einem maximalen Einsstauvolumen von ca m³ und einer Dammhöhe von bis zu 7,0 m soll als Trockenbecken im Hauptschluss des Eibachs errichtet werden. Es handelt sich damit gemäß der Größeneinordnung der DIN um ein mittleres Becken. Das Absperrbauwerk wird als Erddamm mit wasserseitiger Dichtungsschicht (Zonendamm) ausgeführt. Die Entlastung erfolgt über ein kombiniertes Bauwerk mit Grundablass, Betriebsauslass und einer Hochwasserentlastung über eine Schwelle. Um den Stauraum effektiv zu nutzen und um kurze Füllzeiten mit schneller Entleerung nach einem Einstau zu gewährleisten, erfolgt der Abfluss aus dem Becken über steuerbare Schieber. So ist ein gezieltes Kappen des Scheitels der Hochwasserwelle möglich. Dies führt neben einer optimierten Ausnutzung des Stauvolumens auch zu einer geringeren Dammhöhe als bei einem ungesteuerten Becken. Eine größtmögliche ökologische Durchgängigkeit des Gewässers wird dadurch gewährleistet, dass der Grundablass mit einem Ökogerinne naturnah gestaltet wird. Der Damm wird im Bereich des Auslaufbauwerks unterbrochen, um eine offene Durchführung des Gewässers durch das Absperrbauwerk zu ermöglichen. Mit einer Böschungsneigung von 1 : 3 (luft- und wasserseitig) wird eine gute Einpassung des Bauwerks in die vorhandene Landschaft erzielt. Die Anbindung der Dammkrone (Betriebsweg) an das umgebende Gelände erfolgt mit nur kurzen Rampen, bestehende Wegeverbindungen werden nur geringfügig eingeschränkt. Der Gewässerverlauf unterhalb des Beckenraumes ist so gestaltet, dass die hydraulische Leistungsfähigkeit des Eibachs in diesem Bereich über dem Drosselabfluss des HRBs (Schutzziel HQ 100 ) liegt. Basis der Bemessung stellt ein detailliertes hydrologisches Gebietsmodell dar. Die hydraulische Leistungsfähigkeit des Auslaufbauwerks ist für die geforderten Belastungsszenarien (BHQ 1 BHQ 3 ) nachgewiesen. Zusätzlich zur den hydrologischen und hydraulischen Betrachtungen wurden geotechnische und ökologische Fachgutachten erarbeitet, die ebenfalls Bestandteil der Antragsunterlagen sind. Die Anforderungen an das HRB ergeben sich aus der DIN (Teile 10 12). Dieser Erläuterungsbericht orientiert sich in der Gliederung an den in der Norm behandelten Inhalten. VII

9 1 Veranlassung Die Region im Bereich des Lahn-Dill-Berglandes wurde am Abend des 17. Septembers 2006 aufgrund schwerer Regenfälle von einem Hochwasser großen Ausmaßes betroffen. Die Schadensbilanz betroffener Privathaushalte und der öffentlichen Infrastruktur war erheblich. Durch den Umstand, dass es sich um ein regionales Starkregenereignis handelte, kann das Schadensumfeld in etwa östlich des Oberlaufs der Dill in den Gemeinden bzw. Gemarkungsbereichen Östliches Haiger, Eschenburg, Dietzhölztal, Angelburg und Dillenburg angesiedelt werden. In Kooperation mit dem Regierungspräsidium und auf Basis eines Angebotes vom Januar 2009 wurde Hydrotec von der Stadt Dillenburg am beauftragt, ein Hochwasserschutzkonzept (HWSK) für die Schelde zu erstellen (Hydrotec, März 2010). Im Rahmen der Erstellung des HWSKs wurde für das Einzugsgebiet ein Niederschlag- Abfluss-Modell (N-A-Modell) aufgestellt. Mit diesem hydrologischen Modell konnten Gefahrstellen identifiziert werden. Für die Gemeinde Dillenburg wurden neben Schutzmaßnahmen, die sich kurzfristig durchführen lassen, auch Maßnahmen vorgeschlagen, die langfristig einen Hochwasserschutz sicherstellen sollen. Eine Kosten-Nutzen-Analyse der Maßnahmen zeigte eine hohe Effektivität. Die Stadt Dillenburg hat daher nun mit der schrittweisen Umsetzung der vorgeschlagenen Umbauten zum Hochwasserschutz begonnen. Eine Maßnahme des HWSKs stellt die Errichtung eines Hochwasserrückhaltebeckens Eibach oberhalb der Ortslage von Eibach dar. Im Konzept handelte es sich um die Maßnahme mit der Bezeichnung M15. Für dieses Becken wurden im Rahmen einer Vorplanung verschiedene Standorte und Höhen von Absperrdämmen in einer Variantenuntersuchung betrachtet. Für die Vorzugsvariante, die auf einen Vollstau bei einem hundertjährlichen Hochwasserereignis optimiert wurde, wird durch die Stadt Dillenburg ein Planfeststellungsverfahren gemäß 68 Wasserhaushaltsgesetz (WHG) beim Regierungspräsidium in Gießen beantragt. Abbildung 1-1: Schadensbild an der Schelde ( ) 1

10 2 Allgemeines 2.1 Begründung Die Analyse der vergangenen Hochwasserereignisse im Einzugsgebiet der Schelde zeigt, dass in der Vergangenheit häufiger Hochwasser mit erheblichen Schadensfolgen aufgetreten sind. In den Ortslagen befindet sich dichte Bebauung nahe am Gewässer oder innerhalb der Überflutungsflächen, teilweise auch in durch Hangabfluss gefährdeten Gebieten (z. B. in einer Furt). Das Hochwasser-Risiko ist aufgrund dieser Erfahrungen in Eibach als hoch einzuschätzen. Die Betrachtungen im Rahmen des HWSKs beinhalteten hydrologische Untersuchungen zur Bestimmung der maßgeblichen Hochwasserabflüsse und Wirkungsnachweise für die geplanten Maßnahmen sowie hydraulische und hydrodynamische Untersuchungen zur Berechnung der jeweiligen Hochwasserstände und Überflutungsflächen sowie der Leistungsfähigkeit von Verrohrungen. Weiterhin wurden Untersuchungen zu vergangenen und künftig möglichen Schäden für den heutigen Gebiets- und Gewässerzustand durchgeführt, mögliche Schutzmaßnahmen entwickelt und diese in Bezug auf Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit untersucht. Mit den vorgeschlagenen Maßnahmen lassen sich die Schäden im gesamten Untersuchungsraum bei einem HQ 100 um etwa 2,7 Mio. oder ca. 80 % reduzieren. Bei den kleineren Jährlichkeiten liegt die Schadensminderung noch höher, zwischen 80 % und 96 %. Das Kosten-Nutzen-Verhältnis in Bezug auf die Schadenserwartung liegt bei 0,6 0,8 und zeigt, dass die Investitionen auch unter ökonomischen Gesichtspunkten sinnvoll sind. Je nach Gefährdung und den örtlichen Verhältnissen entsprechend wurden die erforderlichen Maßnahmen zum Hochwasserschutz vorgeschlagen. Als Maßnahmen zum Hochwasserschutz kommen grundsätzlich in Frage: Rückhaltemaßnahmen (beispielsweise Flächenrückhalt, Auenrückhalt, technischer Rückhalt) Verbesserung der Abflussverhältnisse der Gewässer (beispielsweise Beseitigung von Engpässen, Herstellung von höheren Leistungsfähigkeiten) Schadensmindernde Maßnahmen (beispielsweise Schutzmaßnahmen entlang der Gewässer, Objektschutz, Warnung) Bei diesen Maßnahmen wird zwischen kurzfristig, mittelfristig und langfristig umsetzbaren Maßnahmen unterschieden. Die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Rückhaltemaßnahmen wurde mit dem N-A-Modell untersucht, die Wirkung der abflussverbessernden Maßnahmen auf die Überflutungssituation mit den hydraulischen bzw. hydrodynamischen Modellen. Als kurzfristig umzusetzende Maßnahmen werden hauptsächlich Maßnahmen am Eibach vorgeschlagen, mit denen die Leistungsfähigkeit von Gewässern und Verrohrungen erhöht wird. Hiermit kann zwar kein Hochwasserschutz für seltene Hochwasser erreicht werden, aber es kann mit diesen schnell umzusetzenden und vergleichsweise preiswerten Maßnahmen eine Verminderung der Schäden für kleine Jährlichkeiten erreicht werden. Mittelfristig soll durch gezielte Information der Bürger zu vorhandenen Gefahrenzonen, zu Gebieten mit möglichem Hangabfluss und zu Möglichkeiten der Eigenvorsorge das Schadenspotenzial vermindert werden. Die Sicherung von natürlichen Retentionsräumen verhindert eine weitere Zunahme der Gefährdung. Eine wesentliche Minderung der Hochwassergefahren ist aber nur durch den Bau einer überörtlichen Retentionsmaßnahme in Form eines Hochwasserrückhaltebeckens (HRB) erreichbar. Diese Maßnahme wird als langfristig umsetzbar eingestuft. 2

11 Abbildung 2-1: Landnutzung im Einzugsgebiet der Schelde Im Rahmen der hydrologischen Untersuchungen des HWSKs wurde die Landnutzung auf Grundlage eines digitalen Landschaftsmodells (DLM) im GIS aufbereitet und zusammen mit den Teilgebieten und den Bodendaten zu sogenannten Elementarflächen verschnitten. Etwa drei Viertel der Einzugsgebietsfläche sind mit Wald bewachsen, ca. 16 % werden landwirtschaftlich als Grünland genutzt und ca. 6 % sind Siedlungsfläche. Die Ackerflächen machen nur 3 % aus. In der Abbildung 2-1 ist der geplante Beckenstandort des HRB Eibach mit einem roten Kreis markiert. Das oberhalb gelegene Einzugsgebiet (A = 2,55 km²) weist nur einen sehr geringen Anteil an versiegelten Flächen auf. Durch den hohen Waldanteil werden die Oberflächenabflüsse bei Starkregenereignissen wirkungsvoll gedämpft. Eine Abkopplung von versiegelten Flächen hätte dementsprechend geringen Einfluss auf die Scheitelwerte der Hochwasserabflüsse. Aufgrund des Längsgefälles des Eibach-Oberlaufs bis zum Beckenstandort und der Geländeneigung der Vorländer wären Gewässeraufweitungen mit großen Erdbewegungen verbunden. Um im Gewässer ein adäquates Retentionsvolumen bzw. eine entsprechende Retentionswirkung herzustellen, herrscht ein deutlich größerer Flächenbedarf als beim Bau des 3

12 HRBs mit seiner maximalen Staufläche inkl. Standfläche des Absperrbauwerkes. Flächenund Auenrückhalt sind im Untersuchungsraum daher keine geeigneten Alternativen, um den Hochwasserschutz bei hohen Jährlichkeiten zu gewährleisten. Generell sind bei den sehr kurzen Vorwarn- und Fließzeiten im Einzugsgebiet Eibach Maßnahmen mit mobilen Schutzmaßnahmen, die erst kurz vor oder im Hochwasserfall aufgebaut werden, nicht sinnvoll. Weiterhin sind größere Gewässerausbaumaßnahmen in den Ortslagen zur Verbesserung der Hochwasserableitung nur mit erheblichen Eingriffen in die heutige Baustruktur denkbar und deswegen kaum realistisch. Die Errichtung des HRB stellt somit die effektivste Maßnahme zum Schutz der Ortslage von Eibach dar. 2.2 Variantenuntersuchung Im Rahmen der Vorplanung wurden am Beckenstandort zwei Varianten mit unterschiedlicher Lage der Absperrdämme untersucht und bewertet, s. Abbildung 2-2. In Variante 1 wurde ein Dammkörper mit einer Kronenhöhe von 307,00 m ü. NHN und einer Länge von 70 m betrachtet. In Variante 2 wurde ein Damm betrachtet, der ca. 30 m nördlicher als der Damm der Variante 1 gelegen ist. Um aufwendige Umbaumaßnahmen zur Erhöhung oder Verlegung der im Norden angrenzenden Hauptstraße zu vermeiden, ist in beiden Varianten jeweils ein höhengleicher Anschluss an die Straße vorgesehen. Daraus resultiert in Variante 2 eine Kronenhöhe von 308,50 m ü. NHN. Für beide Dammvarianten wurde unter Berücksichtigung eines Freibords von 0,5 m das maximal aktivierbare Volumen und der resultierende Einstaubereich (maximale Staufläche bei BHQ 2 ) ermittelt. Die Hauptstraße ist in beiden Varianten nicht von Ausuferungen bzw. dem Aufstau betroffen. Der im linken Vorland gelegene Fischteich ist ebenfalls nicht betroffen. Aufgrund der Geländetopographie kann mit dem weiter unterhalb gelegenen Damm in Variante 1 nur ein Volumen von ca m³ aktiviert werden. Dies ist nicht ausreichend, um das Schutzziel zu erreichen. Bei Variante 2 kann ein Volumen von ca m³ aktiviert werden. Damit steht genügend Retentionsraum zur Verfügung, um den Abfluss des HQ 100 ausreichend zu drosseln. Im Vergleich mit dem Damm der Variante 1 ist in Variante 2 der Damm etwa gleich lang und nur geringfügig höher. Für die weiteren Planungsschritte der Entwurfs- und Genehmigungsplanung wurde daher Variante 2 weiter betrachtet. Durch detailliertere Betrachtungen, durch die Optimierung des Drosselabflusses und die Dimensionierung des Auslaufbauwerkes haben sich die Kennwerte noch verändert. Angaben zu den Beckenparametern sind in Tabelle 4-1 zu finden. 4

13 Abbildung 2-2: Damm-Varianten aus der Vorplanung 5

14 3 Einteilung und Klassifizierung des Beckens 3.1 Klassifizierung Es handelt sich bei dem Becken gemäß DIN aufgrund der Höhe des Absperrdammes (h = 7,0 m) und einem Stauvolumen von ca m³ um ein mittleres Hochwasserrückhaltebecken. 3.2 Lage zum Gewässer und Betriebsform Das HRB wird als Trockenbecken im Hauptschluss des Gewässers betrieben. Der Abfluss aus dem Becken erfolgt über steuerbare Drosselorgane in einem kombinierten Auslaufbauwerk. Das Becken dient ausschließlich dem Hochwasserschutz. 3.3 Lage des Beckens Der Standort des Beckens befindet sich nordöstlich der Ortslage von Eibach (s. Anlage 1) südlich der Hauptstraße. Der zu errichtende Absperrdamm soll im Süden und Norden so an das vorhandene Gelände anschließen, dass eine Zufahrt zu den Betriebswegen bzw. dem Kronenweg mit möglichst kurzen/flachen Rampen von der Straße oder von vorhandenen Wirtschaftswegen erfolgen kann. Am Standort des Absperrdammes und im Stauraum befindet sich landwirtschaftlich genutzte Fläche (s. Abbildung 3-1). Am südlichen Rand des Beckens befindet sich ein Fischteich (s. Abbildung 3-2), der auch bei Erreichen des höchsten Stauziels nicht überschwemmt wird. Abbildung 3-1: Beckenraum HRB Eibach (Istzustand) Blick von Norden 6

15 Abbildung 3-2: Vorhandener Fischteich am östlichen Rande des geplanten Stauraumes Abbildung 3-3: Einlauf in die Verrohrung Eibach unterhalb des HRB-Standortes 7

16 4 Hydrologie, Wasserwirtschaft und Ökologie 4.1 Wasserhaushalt des Einzugsgebietes Im Rahmen der Erstellung des HWSKs ist das gesamte Einzugsgebiet der Schelde bis zur Mündung in die Dill in einem hydrologischen Gebietsmodell abgebildet worden. Die Abbildung 4-1 zeigt die Lage der Teileinzugsbiete des N-A-Modells der Schelde. Der Beckenstandort befindet sich in TG 68300, das oberhalb gelegene Einzugsgebiet weist eine Größe von 2,55 km² auf. Das Einzugsgebiet der Schelde liegt etwa 4 km südlich von Dillenburg und ist Teil des Einzugsgebietes des Flächen- und Gewässerverzeichnisses Hessen. Die Einzugsgebietsfläche der Schelde beträgt ca. 34,5 km². Abbildung 4-1: Einzugsgebiet der Schelde mit Teileinzugsgebietsgrenzen Das Untersuchungsgebiet liegt zum überwiegenden Teil auf dem Gebiet der Stadt Dillenburg mit den Stadtteilen Niederscheld, Oberscheld und Eibach. Kurze Abschnitte der Oberläufe der Bäche verlaufen im Lahn-Dill-Kreis. Die Geländehöhen bewegen sich zwischen 230 m ü. NHN (Dillenburg) bis ca. 680 m ü. NHN in den oberen Bereichen der Einzugsgebiete. Die Talhänge der Gewässer sind weitgehend bewaldet, während die Siedlungen in den die Talauen liegen und Acker- und Wiesennutzung vorherrscht. 8

17 4.2 Ermittlung der Hochwasserbemessungsabflüsse Die Ermittlung der Hochwasserbemessungsabflüsse sowie der Wirkungsnachweis der geplanten Maßnahmen, mit denen das Rückhaltevermögen des Einzugsgebietes und das Abflussverhalten der Gewässer gezielt beeinflusst werden kann, erfolgte mit dem hauseigenen Simulationsprogramm NASIM. Mit einem N-A-Modell werden im betrachteten Einzugsgebiet an allen Gewässerknoten die Abflüsse berechnet, wie sie sich als Folge von gemessenen oder synthetisch generierten Niederschlägen bei definierten Gebietsbedingungen ergeben. Die Niederschlagsbelastung für das N-A-Modell Schelde wurde auf Basis der KOSTRA- Niederschläge (Mai September) für die Wiederkehrzeiten T = 1, 2, 5, 10, 20, 25, 50 und 100 Jahre und den Belastungsdauern von 5 Minuten bis 72 Stunden gewählt. Zusätzlich wurden weitere Wiederkehrzeiten aus den KOSTRA-Grunddaten für T = 200, 500, 1.000, 5.000, und Jahre extrapoliert. Aufgrund der geringen Einzugsgebietsgröße der Schelde wurde keine Abminderung des Niederschlages vorgenommen. Als Anfangsbodenfeuchte wurde 50 % der Feldkapazität (FK) gewählt, wie dies in etwa einem trockenen Boden im Sommer entspricht. Als Ergebnis liegen für alle untersuchten Gebietsvarianten (Istzustand und Planzustände) und Wiederkehrzeiten an allen Gewässerknoten die Abflussdaten vor. Diese Ergebnisse sind im hydrologischen Längsschnitt (s. a. Anlage 7) dargestellt. Die Abflüsse der einzelnen Jährlichkeiten steigen in Fließrichtung stufenförmig an. Sprünge ergeben sich durch einmündende Nebengewässer. 4.3 Erstellung des hydrologischen Niederschlag-Abfluss-Modells Böden Im Einzugsgebiet herrschen vornehmlich Braunerden (Böden aus lösslehmhaltigen Solifluktionsdecken mit basischen Gesteinsanteilen, die Bodenart ist meist lehmiger Sand bis sandiger Schluff, skeletthaltig) mit teilweise nur geringer Mächtigkeit (< 1 m) vor. Diese haben eine geringe bis mittlere nutzbare Wasserspeicherkapazität. Die gesättigte Wasserleitfähigkeit (kf- Wert) ist gering (i. M. ca. 10 mm/h). In Gewässernähe finden sich in den obersten Bodenschichten meist Aueböden als schluffig-sandiger Lehm bis toniger Lehm mit ebenfalls geringer Wasserleitfähigkeit. Der Boden im Einzugsgebiet eignet sich i. d. R. nicht für Versickerungsmaßnahmen von Niederschlagswasser von den versiegelten Flächen Topografie (DGM) Das digitale Geländemodell (DGM 20, 20 x 20 m-raster), mit dem die Zeitflächenfunktion (ZFL) für das NAM berechnet wurde, wurde vom Hessischen Landesamt für Bodenmanagement und Geoinformation bereitgestellt. In ArcGIS wurde das Einzugsgebiet für die weiteren Berechnungsschritte aufbereitet. Über die ZFL können im GIS Fließzeiten und -wege in dem für die Simulationsprogramme benötigten Übergabeformat TAPE20 ermittelt werden. Das Einzugsgebiet der Schelde weist i. Allg. ein sehr hohes Gefälle auf. Das mittlere Gewässergefälle für die Schelde beträgt ca. 1,6 %, das mittlere Gebietsgefälle beträgt ca. 2,4 %. Über 6,0 % der Einzugsgebietsfläche weisen ein Gefälle von mehr als 2,0 % auf. Eine überhöhte 3D-Darstellung des Irrschelde-EZGs ist in Abbildung 4-2 zu sehen. Das DGM 20 wurde nicht für die Ermittlung der Überschwemmungsflächen verwendet. Die Genauigkeit des DGM 20 liegt bei ± 1 3 m und ist damit im bebauten Bereich für die Berechnung der Überschwemmungsflächen ungeeignet. Deshalb wurde aus den Querprofildaten ein DGM für die Schelde erzeugt, das durch Schachtdeckel-Höhen aus dem Kanalkataster 9

18 ergänzt wurde, um ein genaueres Raster zu erstellen. Da die Höhenpunkte nur linienhaft aus den vermessenen Profilen vorliegen, ist zwischen den Linien von Ungenauigkeiten auszugehen. Die Inhaltslinie des geplanten HRBs (s. Kapitel 4.4.2) wurde aus Daten einer detaillierten terrestrischen Vermessung abgeleitet. Abbildung 4-2: Digitales Geländemodell DGM 20 (überhöhte 3D-Darstellung des EZGs) Landnutzung Die Landnutzung wurde auf der Grundlage des ATKIS-Basis-DLM im GIS aufbereitet und zusammen mit den Teilgebieten und den Bodendaten zu Elementarflächen verschnitten. Etwa 75 % der Einzugsgebietsfläche sind mit Wald bewachsen, ca. 16 % werden landwirtschaftlich als Grünland genutzt und ca. 6 % sind Siedlungsfläche. Ackerflächen machen nur 3 % der Gesamtfläche des EZGs aus (s. a. Abbildung 2-1). 4.4 Hochwasserrückhaltung und Wirkungsräume Ziel der Hochwasserrückhaltung Der gewöhnliche Hochwasserrückhalteraum ist für einen Hochwasserschutzgrad HQ 100 als Hochwasserbemessungsfall 3 (HWBF 3 ) ausgelegt. Der Vollstau mit einem Volumen von etwa m³ liegt bei einem Wasserspiegel von 307,50 m ü. NHN. Dieser WSP stellt damit auch die Höhe der Hochwasserentlastungs-Schwelle (HWE-Schwelle) dar. Bei Abflüssen größer BHQ 3 wird Wasser über eine Betonschwelle abgeführt Wirkung im Beckenraum Im GIS wurde über die einzelnen Höhenpunkten des DGMs ein unregelmäßiges Dreiecksnetz (TIN) gebildet. Auf dieser Grundlage konnte der geplante Absperrdamm in seiner Lage 10

19 und mit seinen Abmessungen (Kronenhöhe, Kronenbreite, Dammneigung) im Planzustand dargestellt werden (s. Abbildung 4-3). Staulinie Vollstau: 307,50 m ü. NHN Abbildung 4-3: TIN des geplanten HRB Einbach mit Staulinien vor der Katasterkarte Die Staulinien der HWBF 2 und 3 sind in Abbildung 4-3 und im Lageplan der Anlage 2 enthalten. Dieses Geländemodell wurde zur Ermittlung der Parameter Beckeninhalt und Beckenvolumen im Bezug zum Wasserspiegel verwendet. Abbildung 4-4 zeigt das Volumen und die Stauoberfläche anhängig vom Wasserstand. 11

20 Abbildung 4-4: Beckeninhalt und Staufläche Die Einstauvolumina und die dazugehörigen Einstauzeiten sind in Tabelle 4-3 in einer Übersicht dargestellt. Durch die Steuerung des Beckenablaufs und den gewählten Drosselabfluss von Q Drossel = 1,3 m³/s kommt es zu kurzen Einstauzeiten im Bereich von nur wenigen Stunden. Das erforderliche Stauvolumen und die überstaute Fläche werden dadurch minimiert. Nach einer kurzen Entleerungszeit (s. Abbildung 4-10) steht das Rückhaltevolumen für ein erneutes Ereignis zur Verfügung. Die kurze Belastung der vorhandenen Vegetation ist ebenfalls ein Vorteil einer optimierten Beckensteuerung. Die Stautiefen und die Überstauzeit sind kleiner als bei einem ungesteuerten Becken (vgl. Ökologischer Fachbeitrag, Büro AVENA). Selbst bei Ablauf eines extremen Hochwasserereignisses (HQ ) ist je nach Situation im Unterwasser eine zügige Entleerung des Stauraumes über das kombinierte Auslaufbauwerk möglich. In dieser Zeit gewährleistet die wasserseitige Dichtungsschicht, dass kaum Wasser in den Dammkörper einsickern kann. Dies trägt maßgeblich zur Standsicherheit des Absperrbauwerks bei (s. Geotechnisches Fachgutachten, Büro SL-Geotechnik) Wirkung im Unterwasser Der Eibach fließt durch die Ortschaft Eibach. Der Bach ist in der Ortslage verrohrt, die Länge der Verrohrung beträgt ca. 650 m. Am Einlauf dieser Verrohrung fließen derzeit bei einem HQ 100 fast 3,8 m³/s ab. Die Leistungsfähigkeit der Verrohrung beträgt ca. 3,14 m³/s, entsprechend einem HQ 50. Der Einlauf in die Verrohrung weist eine geringere Leistungsfähigkeit auf. Nach hydraulischer Berechnung (POLENI) beträgt die Leistungsfähigkeit auch bei einem Überstau von ca. 25 cm nur etwa 1,0 m³/s. 12

21 Um die Situation am Einlauf in die Verrohrung zu entschärfen, wird eine neue Leitung (DN1200) als Bypass verlegt. Die Leitung beginnt an der ersten Wegquerung unterhalb des Beckenstandortes im Bereich des Teiches. Die Rohrleitung verläuft dann im Straßenraum nördlich am Feuerlöschteich vorbei. Unterhalb dieser Teiche erfolgt der Anschluss an die vorhandene Eibach-Verrohrung in einem neuen Schachtbauwerk. Die Gesamtlänge der neuen Rohrleitung beträgt ca. 120 m mit Haltungslängen von maximal 30 m. Die sieben neuen Schächte der Verrohrung werden druckdicht ausgebaut. Um einen Rücklauf des Wassers in den Feuerlöschteich zu verhindern, wird am Anschlussschacht eine Rückschlagklappe installiert. Ein Aufstau von 1,0 m vor dem Einlauf in die neue Verrohrung (Wegquerung) bewirkt eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit um ca. 8 % auf 4 m³/s (Auswertung im Rahmen der Erstellung des Hochwasserschutzkonzeptes, Verrohrung in einem Kanalnetzmodell abgebildet). Der in Abbildung 4-5 verkleinert dargestellte hydrologische Längsschnitt des Eibachs bis zur Mündung in die Schelde ist in Anlage 7 enthalten. Abbildung 4-5: Hydrologischer Längsschnitt Eibach (Planzustand) Verbleibende Hochwassergefahr Die geplanten Maßnahmen bewirken einen Schutz bei Hochwasser bis zu einer festgelegten Wiederkehrzeit (HQ 100 ). Wird diese Wiederkehrzeit überschritten, können wieder Überschwemmungen und damit Schäden entlang des Gewässers auftreten, die aber geringer sind als ohne die geplanten Maßnahmen. Bei einem extremen Hochwasserereignis, vergleichbar zum HW im Sept (ca. HQ ), kann das Becken den Abfluss nicht auf ein unschädliches Maß drosseln. Trotzdem zeigen die geplanten Maßnahmen auch bei einem Extremereignis noch Wirkung. Das Hochwasserrisiko für die Bewohner in Eibach wird dadurch auch bei Extremereignissen merklich sinken. Durch den Bau des HRB selbst entstehen wegen der Errichtung des erforderlichen Dammbauwerkes neue, aber sehr geringe Risiken aufgrund eines möglichen Versagens des Bauwerks. 13

22 Vorgeschriebene, genehmigte Betriebsweisen und regelmäßige Sicherheitsprüfungen vermindern das Risiko eines Versagensfalles auf ein Minimum. Absperrbauwerk und Auslaufbauwerk werden so errichtet, dass Abflüsse des BHQ 2 (HQ ) ohne Versagen der Anlage abgeführt werden können. Die Regelorgane und die HWE- Schwelle sind hydraulisch so dimensioniert, dass größere Abflüsse (< HQ ) über das kombinierte Auslaufbauwerk abgeleitet werden können, um das Risiko eines Versagens des Absperrbauwerkes zu minimieren. Beim Nachweis der hydraulischen Leistungsfähigkeit (s. Kapitel 4.5) wurde ein maximaler Abfluss von HQ = 9,48 m³/s angesetzt. Die Unterlieger werden durch die Stadt Dillenburg über die verbleibende Hochwassergefahr informiert. 4.5 Wasserwirtschaftliche Bemessung und Stauzielfestlegung Mit dem N-A-Modell konnten die Zuläufe zum Becken für die unterschiedlichen Bemessungsabflüsse ermittelt werden. Auch die Auswirkungen auf den HW-Abfluss nach Errichtung des Beckens konnten mit dem N-A-Modell (s. Anlage 7) abgebildet werden. Um den Stauraum effektiv zu nutzen und um kurze Füllzeiten mit schneller Entleerung nach einem Einstau zu gewährleisten, erfolgt ein gesteuerter Abfluss aus dem Becken. Neben dem Grundablass steht dazu ein Betriebsauslass (Rechteckprofil mit Schieber) zur Verfügung. Die Hochwasserentlastung erfolgt über eine ausgerundete Betonschwelle, die sich ebenfalls in dem kombinierten Auslaufbauwerk (b = 4,0 m) aus Stahlbeton befindet. Es handelt sich bei dem Becken gemäß DIN aufgrund der Höhe des Absperrdamms (h = 7,0 m) um ein mittleres Becken (Trockenbecken im Hauptschluss). Es gelten folgende Bemessungsjährlichkeiten und -zuflüsse: BHQ 1 = HQ 500 = 5,3 m³/s BHQ 2 = HQ = 8,4 m³/s BHQ 3 = HQ 100 = 3,8 m³/s Bei größeren Hochwasserereignis (> BHQ 3 ) kommt es zur Überströmung der Betonschwelle der Hochwasserentlastung. Zur Berechnung des maximalen Wasserspiegels wurde der Abfluss gemäß POLENI ermittelt. Der Einlaufbereich zum Grundablass und zum Betriebsauslass ist über eine Pfahlreihe (Stahlprofile) vor dem Absperrdamm (Grobrechen) im Einlaufbereich vor Beschädigungen geschützt. Das luftseitige Anbringen der Verschlussorgane stellt einen weiteren Schutz vor Beschädigungen durch Treibgut dar. Im Bereich des Unterwassers der HWE bzw. des Betriebsauslasses ist die Sohle erosionsstabil ausgebildet. Die Sicherung durch Wasserbausteine im Bereich des Betriebsauslasses muss über eine entsprechende Nachbettsicherung sohlgleich an das vorhandene Gewässer angeschlossen werden (s. Anlage 4). Im Bereich des Dammes wird der Gewässerverlauf auf einer möglichst kurzen Strecke an das Absperrbauwerk angepasst, um den Eingriffsbereich klein zu halten. Die Ermittlung der erforderlichen Freibordhöhe beim höchsten Wasserstand im Becken (BHQ 2 ) erfolgte gemäß DIN (Teil 10 und 12) und dem DVWK-Merkblatt 246/1997. Die weiteren Kenndaten des Beckens sind in den Kapiteln zu finden. Die Steuerung des Beckenabflusses und die Ermittlung und Dokumentation des Einstaus erfolgt über Messtechnik im Bereich des kombinierten Auslaufbauwerkes (wasserseitig). Ein Pegel im Unterwasser erfasst den jeweiligen Abfluss aus dem Becken. Am Auslaufbauwerk wird zusätzlich der Wasserstand erfasst. Um weitere Umgestaltungen am Gewässer für Pegelstrecken zu vermeiden, wird die Messtechnik für den Unterwasserpegel in einem regel- 14

23 mäßigen, aber naturnahen Gerinneprofil installiert. Zur Ermittlung von Abflüssen im Unterwasser wird als redundantes System sowohl eine Drucksonde als auch ein Einperlsensor verwendet. Der Wasserstand am Absperrbauwerk wird mit einer Drucksonde erfasst. Zur optischen Kontrolle vor Ort ist im Zulaufbereich des Betriebsauslasses über die gesamte Höhe eine Pegellatte zu installieren. Die Zuwegung zu Unterhaltungszwecken erfolgt über einen Kronenweg (b = 3,5 m). Dieser ist von Norden aus von der Hauptstraße (K38) aus zugänglich, von Süden über vorhandene Feldwege. Die Leistungsfähigkeit des Abschnittes zwischen Damm und Einlauf in die Verrohrung etwa 100 m unterhalb des Dammes ist ausreichend. Der Aufstau vor der Querung des Wirtschaftsweges (s. Abbildung 4-6) ist tolerierbar. Abbildung 4-6: Teich am Ortseingang Eibach Blick in Fließrichtung Die Festlegung der Stauziele erfolgt gemäß DIN und ist in den folgenden Kapiteln beschrieben. Die maßgeblichen jährlichen Überschreitungswahrscheinlichkeiten sind der DIN für ein mittleres Becken entnommen (s. a. Kapitel 3.1). Grundlage für die Beckendimensionierung ist der Einstau bei einem HQ 100 (BHQ 3 ) und einer gesteuerten Drosselabgabe. Der sich einstellende Wasserspiegel wurde somit als Schwellenhöhe der HWE angesetzt. Im Lastfall BHQ 1 (HQ 500 ) wird der Grundablass gemäß der (n-1)-regel als geschlossen angenommen. Es entsteht eine Überlaufhöhe von 0,15 m an der HWE-Schwelle. Im Lastfall BHQ 2, bei dem der Schieber des Grundablasses weiter geöffnet ist, wird ein 20 cm hoher Überstau an der Schwelle erzeugt. Das mit dem hydrologischen Modell ermittelte Volumen des HQ 100 = BHQ 3 (Vol. = m³) stellt ca. 90 % des maximalen Volumens bei HQ =BHQ 2 (Vol. = m³) dar. Die zusätzlichen 10% an Beckenvolumen können als Sicherheitsreserve zum Ausgleich von Modellungenauigkeiten und als Zuschlag für aus dem Klimawandel resultierende zukünftig höhere Zuflüsse angenommen werden. Durch die Steuerung des Drosselabflusses ergibt sich im Vergleich zu einem ungesteuerten Becken, wie es im Hochwasserschutzkonzept angenommen war, eine deutliche Reduzierung des erforderlichen Beckenvolumens und damit eine Reduzierung der erforderlichen Dammhöhe. Durch die Optimierung des geregelten Drosselabflusses auf einen möglichst hohen Abfluss, wurde das zu aktivierende Volumen weiter verringert. 15

24 Beim Variantenvergleich der Vorplanung und der Entwurfsplanung verringerten sich das erforderliche Retentionsvolumen und damit auch die Kronenhöhe. Bei der Wahl des Dammstandortes und der Ermittlung der Kronenhöhe wurde die vorhandene Geländesituation berücksichtigt. Am gewählten Standort kann die erforderliche Kronenhöhe realisiert werden, ohne dass weitere und aufwändige Geländeumgestaltungen im Randbereich des Beckens erforderlich werden. Mit dem detaillierten hydraulischen Nachweis sollte aufgezeigt werden, dass die Anlagenteile einen entsprechenden Abfluss abführen können. Rechnerisch sind die Kapazitäten der Bauteile höher. In der Planung wurden für die Bauteilhöhen der Schieber Standardmaße angesetzt, deren größere Öffnungshöhen durch einer verbesserte Zugänglichkeit der Gerinne und Einbauten auch bei der Wartung des Beckens praktisch sind. Eine konkrete Auswahl (Material, Dichtungsart, Hersteller, usw.) und weitere Planung der technischen Details können im Rahmen der Ausführungsplanung erfolgen Stauzielfestlegung Tabelle 4-1: Kenndaten und Stauziele HRB Eibach Hydrologie Einzugsgebietsgröße 2,55 km² Dauerstau I D - m³ Gewöhnlicher Hochwasserrückhalteraum I GHR m³ Außergewöhnlicher Hochwasserrückhalteraum I AHR1 800 m³ Außergewöhnlicher Hochwasserrückhalteraum I AHR m³ Basisabgabe 1,30 m³/s Zufluss-Spitzen nach Regionalisierung BHQ 1 = HQ 500 BHQ 2 = HQ BHQ 3 = HQ 100 Q max = HQ ,30 m³/s 8,40 m³/s 3,80 m³/s 9,48 m³/s Zonendamm mit Oberflächendichtung Länge 75 m Dammkronenhöhe 308,70 m ü. NHN Kronenbreite 4,50 m Höhe Absperrbauwerk über Gelände 6,42 m Schüttvolumen m³ Dammneigung (beidseitig) 1 : 3 - Aufstandsfläche m² Erforderliche Freibordhöhe 1,00 m Stärke der Dichtungsschicht (wasserseitig, gem. Bodengutachten) 1,50 m Auslaufbauwerk Sohlenhöhe Grundablass (Ökogerinne) 302,28 m ü. NHN Abmessung Grundablass (Rechteck, b * h) 2,0 * 1,0 m² 16

25 Sohlenhöhe Betriebsauslass 302,58 m ü. NHN Abmessung Betriebsauslass (Rechteck, b * h) 1,5 * 1,0 m² Schwellenhöhe Hochwasserentlastung Schwellenbreite Stauziele Vollstau Z V Hochwasserstauziel ZH 1 Hochwasserstauziel ZH 2 307,50 m ü. NHN 4,0 m 307,50 m ü. NHN 307,65 m ü. NHN 307,70 m ü. NHN Stauoberfläche BHQ 2 ca m² Stauoberfläche BHQ 3 ca m² Hochwassersicherheit (Hochwasserbemessungsfälle 1 und 2) Im Hinblick auf die Hochwassersicherheit der Stauanlage werden zwei Hochwasserbemessungsfälle unterschieden: Hochwasserbemessungsfall 1: Bemessung der Hochwasserentlastungsanlage Es ist für die Bemessung der HWE ein Bemessungswasserzufluss BHQ 1 = HQ 500 = 5,3 m³/s festgelegt worden. Die Entlastung erfolgt dabei über eine Betonschwelle (b = 4,0 m) und den Betriebsauslass. Der Grundablass, der leistungsfähiger als der Betriebsauslass ist, wird beim hydraulischen Nachweis gemäß der (n-1)-regel nicht zum Ansatz gebracht. Hochwasserbemessungsfall 2: Nachweis bei Extremhochwasser Für den Nachweis der Anlagensicherheit bei einem BHQ 2 wird ein Zufluss eines HQ = 8,4 m³/s zum Ansatz gebracht. Ein BHQ 2 muss die Stauanlage ohne globales Versagen überstehen. Die Tragsicherheit des Absperrbauwerkes darf nicht gefährdet sein. Die Entlastung erfolgt über die HWE, den Grundablass und den Betriebsauslass. Die (n-1)- Regel ist im HWBF 2 nicht anzuwenden, es werden beim Nachweis alle Auslässe angesetzt. Restrisikobetrachtung: Nachweis bei Extremhochwasser HQ Zusätzlich zu den HWBFs 1 und 2 wird zur Beurteilung des Anlagensicherheit noch ein extremer Zufluss (HQ = 9,45 m³/s) als Belastung angesetzt. Die Entlastung erfolgt, wie beim HWBF 2, über die HWE, den Grundablass und den Betriebsauslass. Die (n-1)-regel ist nicht anzuwenden, es werden beim Nachweis alle Auslässe angesetzt Hochwasserschutz (Hochwasserbemessungsfall 3) Der HWBF 3 dient der Bemessung des gewöhnlichen Hochwasserrückhalteraumes. Der HWBF 3 entspricht mit dem HQ 100 dem Hochwasserschutzgrad des zu schützenden Gebietes: BHQ 3 = HQ 100 = 3,8 m³/s Freibord Der Freibord ist der lotrechte Abstand zwischen der Krone des Absperrbauwerkes und dem höchsten Stauziel (DIN ). Die Freibordhöhe f beinhaltet im Bemessungsfall den Wellenauflauf h Au, den Windstau h Wi und gegebenenfalls den Eisstau h Ei und erforderliche 17

26 Sicherheitszuschläge h Si (s. Abbildung 4-7). Die Ermittlung der erforderlichen Einzelfreiborde erfolgt gemäß dem DVWK-Merkblatt zur Wasserwirtschaft 246/1997 Freibordbemessung an Stauanlagen. mit f: Freibordhöhe [m] h Au : Wellenauflauf [m] h Wi : Windstau [m] h Si : Sicherheitszuschlag [m] h Ei : Eisstau [m] =h + h +h + h [ ] Abbildung 4-7: Freibordanteile (DIN 19700) je BHQ Im Regelfall schließen sich Wellenauflauf und Windstau einerseits und Eisstau andererseits aus. Im Folgenden werden zur Ermittlung von Wellenauflauf und Windstau zunächst die Eingangsgrößen für den maßgeblichen HWBF 2 ermittelt und abschließend die erforderliche Freibordhöhe berechnet. Verweise auf Tabellen und Formeln in diesem Kapitel beziehen sich sofern nicht anders angegeben auf das DVWK-Merkblatt 246/1997. Streichlänge Die Streichlänge ist die horizontale Strecke in Windrichtung, auf der durch auf die Wasseroberfläche übertragene Windschubspannungen Wellen und Windstau erzeugt werden. Die Windrichtung senkrecht zum Absperrbauwerk ist als maßgebend anzusetzen, da sie den größten Wellenauflauf verursacht und seltene Windereignisse richtungsunabhängig sind. Die Abbildung 4-8 zeigt die vier gewählten Sektoren der Staulinie im Vollstau mit den Winkelangaben und den zugehörigen Streichlängen. Demnach treten mit etwa 90 m die größten Streichlängen in Sektor 3 auf. S max = 90 m = 0,09 km 18

27 Abbildung 4-8: Staulinie des HRBs Eibach und ermittelte Streichlängen Bemessungswind Die Bemessungswindgeschwindigkeit w 10 ist die auf das Absperrbauwerk einer Stauanlage gerichtete Windgeschwindigkeit in einer Höhe von 10 m über der Wasseroberfläche. Es wird angenommen, dass sie gleichzeitig mit dem maßgebenden Bemessungswasserstand eintritt. Nach Beginn der Windeinwirkung auf eine Gewässeroberfläche wird der Seegang nach und nach angeregt, bis nach der Ausreifzeit t Wi die Wellenkennwerte nicht mehr zunehmen. Maßgebend wird die während der Ausreifzeit mit einer bestimmten Wiederholungszeitspanne zu erwartende mittlere Windgeschwindigkeit w 10 betrachtet. Für das Stundenmittel der Windgeschwindigkeiten werden die Tabellenwerte der Tabelle 1 für eine Wiederholungszeitspanne > 25 Jahre und eine windgeschützte Lage des Talraumes abgelesen und ein Wert gewählt: 14 w [m/s] für eine Höhe von 200 m 16 w [m/s] für eine Höhe von 400 m Gewählt: w 10 = 16 m/s Ausreifzeit Die Ausreifzeit t Wi wurde nach Formel 2 näherungsweise berechnet und ergibt sich zu t Wi = 10 * 0,09 = 0,9 [min] =10 [ ] 19

28 Wellenkennwerte Die zu ermittelnden maßgebenden Wellenkennwerte sind: - die Wellenhöhe als mittlere Wellenhöhe h We - die Wellenperiode als mittlere Wellenperiode T We - die mittlere Wellenlänge I We Für die Ermittlung der Wellenkennwerte gibt es in der Literatur eine Vielzahl von Verfahren, die sich u. a. hinsichtlich der berücksichtigten Einflussgrößen und der Bedingungen, unter denen sie abgeleitet wurden, unterscheiden. Dem Merkblatt liegt das Verfahren nach KRYLOW II (1976) zu Grunde, welches auch hier Verwendung fand. In die Ermittlung der einzelnen Berechnungsfaktoren fließen geometrische Aspekte und ein Rauheitsansatz für die Dammböschung ein. Mit der folgenden Gleichung wurden die mittleren partiellen Wellenhöhen für die vier Sektoren ermittelt. Unter Verwendung der Spektralfaktoren a i wurde aus den mittleren partiellen Wellenhöhen die mittlere Wellenhöhe h We im zu untersuchenden Punkt P bestimmt. Mit h, = = = ² ² 0,16 1, 1 tanh 0, ,006 ² ,006 ² Die mittlere Wellenperiode wird berechnet zu: 6,2 h = ² Die mittlere Wellenlänge I We kann näherungsweise in Abhängigkeit von der mittleren Wellenperiode T We und der Wassertiefe d am Absperrbauwerk iterativ bestimmt werden (Gleichung 8):,. ² t anh 2 2 Für den orthogonalen Wellenauflauf bei brandenden Wellen lässt sich die Auflaufhöhe aufgrund der Energiedissipation in der Brandungszone nur durch empirische Beziehungen angeben. Der Wellenauflauf wurde nach Formel 11 (Hunt, 1959) berechnet. h, % = h tan Oberfläche der wasserseitigen Böschung: Rasen k D *k R = 0,8; s. Tabelle 5 Dammneigung: 1 : 3 α = 18,43 Es wurde bei der Berechnung der mittleren Wellenlänge I We ein Umrechnungsfaktor von 2,4 (für Erddämme) bei einer einprozentigen Überschreitungswahrscheinlichkeit für die Wellenhöhe aus Tabelle 4 entnommen. Windstau Für den Windstau konnte pauschal ein Betrag von h Wi = 0,05 m angesetzt werden, da die in der Tabelle 7 angegebenen Verhältnisse (S < 1500 m, d > 6 m) vorliegen. 20

29 Sicherheitszuschlag Der Sicherheitszuschlag h Si im Freibord f soll Unwägbarkeiten abdecken und wurde bei der Berechnung der erforderlichen Freibordhöhe mit h Si = 0,5 m berücksichtigt. Berechnung Mindest-Freibord Die erforderliche Freibordhöhe setzt sich am Standort Eibach dabei aus Wellenauflauf, Windstau und einem Sicherheitszuschlag zusammen. Auf den Ansatz eines Eisstaues wurde verzichtet, da es sich um ein Trockenbecken handelt. f erf. = h Au + h Wi + h Si [m] f erf. = 0,20 m + 0,05 m + 0,50 m = 0,75 m Der vorhandene Freibord: f vorh. = h Krone - Z H = 308,70 m - 307,70 m = 1,0 m f vorh. =1,0 m = 0,75 m = f erf. In Tabelle 4-2 ist die gesamte Berechnung der Freibordhöhen für HWBF 2 noch einmal tabellarisch zusammengefasst. Tabelle 4-2: Wellenparameter Freibordermittlung Dammmitte Θ 5 w 10 (s. Tab.1) K hwe (s. Tab.4) Sektor Winkel [ ] a i * a i S i S i * d i * h We,i 2 a i *h We,i gesch. Lage 0 0, ,4 1 0, ,5433 0, ,0518 0, mNHN 55 0,1560 α β 2 0, ,4941 0, ,0855 0,0010 1:3 70 0, , , ,4449 0, ,1090 0, ,7134 k D * k R (s. Tab.5) k X (s. Tab.6) 4 0, ,8150 0, ,0633 0, ,0000 0,8 2,4 d Summe [m 2 ] 0,0076 am Damm h We [m] 0,09 5 T We [s] 0,86 l We [m] 1,16 h We;1% [m] 0,21 B R h Au;1% [m] brandende Wellen 0,20 1,0137 0,117 h Au;1% [m] schwingende Wellen 0,53 h Wi [m] pauschaler Ansatz 0,05 S i max h Si h Wi [m] Zuiderseeformel 0, , Systeme von Hochwasserrückhaltebecken Gemäß DIN sind für die HWBFs 1 und 2 bei Systemen von mehreren HRBs die Auswirkungen eines Ausfalles der Retentionswirkung einer oberstrom-liegenden Anlage zu bewerten. Systeme bestehen aus mehreren HRBs, die hydrologisch als Einheit mit dem Ziel zusammenwirken, auch bei unterschiedlichen Belastungen einen sich gegenseitig ergänzenden, flächenhaften optimalen Hochwasserschutz sicherzustellen. Für den abgestimmten Betrieb und die zentrale Steuerung werden die hydrologischen Verhältnisse im Gesamtgebiet und die Betriebsdaten der Einzelbecken zeitnah digital erfasst und verfügbar gehalten. Das vorliegende detaillierte Flussgebietsmodell kann als Grundlage für einen optimierten Betrieb verwendet werden. 21

30 Die im Beckenraum und im Unterwasser ermittelten Messwerte der Abfluss- und Wasserstandspegel werden online an einen Datenserver der Stadt Dillenburg übertragen. Neben einer Dokumentation von Einstauereignissen ist eine gezielte Überwachung und zentrale Steuerung der Drosselorgane möglich (s. a. Kapitel 8 und 10). Bei Beckensystemen können die oberstrom liegenden HRB die Bemessungsabflüsse durch ihre Retentionswirkung beeinflussen. Das Becken am Standort Eibach liegt am Oberlauf des Gewässers, oberstromig ist keine weitere Rückhaltung vorhanden oder geplant. Bei einer Umsetzung weiterer Maßnahmen aus dem Hochwasserschutzkonzept, kann die Wirkung des HRB Eibach berücksichtigt werden. So wäre es möglich, bei der Ermittlung des BHQ 1 in einem Verbund das wirksamste Becken des Systems als nicht wirksam anzusetzen. Bei der Ermittlung des BHQ 2 könnten alle Becken angesetzt werden, um sowohl die Versagensrisiken während der Planung weiterer Becken zu berücksichtigen, als auch einen möglichst effektiven Hochwasserschutz zu erzielen. 4.7 Landschafts- und gewässerökologische Gesichtspunkte Es soll ein homogener Erddamm errichtet werden, der luft- und wasserseitig begrünt ist und sich mit seinen Böschungsneigungen von 1 : 3 gut in das Landschaftsbild einpasst. Um die ökologische Durchgängigkeit des Gewässers am Beckenstandort zu gewährleisten, wird das kombinierte Auslaufbauwerk offen ausgeführt und mit einem Ökogerinne mit naturraumtypischem Sohlsubstrat versehen. Ein Schnitt durch das Auslaufbauwerk ist in Anlage 4 zu finden. Abbildung 4-9 zeigt, dass der gewählte Beckenstandort in einem FFH-Gebietes liegt, das nordöstlich an Dillenburg grenzt. Die vorhandenen ökologisch wertvollen Strukturen, wie ein gewässerbegleitender Gehölzsaum, werden im Beckenraum weitestgehend erhalten bleiben. Damit der Eingriff in den Naturraum so gering wie möglich ausfällt, wird das Material zur Aufschüttung des Dammes auch nicht aus dem Beckenraum entnommen. Der Standort des Dammes liegt auf landwirtschaftlich genutzter Fläche. Eine ausführliche Beschreibung des Istzustandes und eine Bewertung der Auswirkungen einer Errichtung des Beckens sind im Ökologischen Fachbeitrag des Büros AVENA enthalten. In der Prüfung, ob eine UVP-Pflicht für ein Vorhaben besteht, sind die Merkmale des Bauvorhabens die Situation im Istzustand des betroffenen Gebietes die Auswirkungen des Vorhabens auf Schutzgüter im Planungsraum zu betrachten. Grundlage dafür bildet das Gesetz über die Umweltverträglichkeitsprüfung (UVPG), hier insbesondere der 3 zur Feststellung der UVP-Pflicht. 22

31 HRB Eibach Abbildung 4-9: FFH-Schutzzone und Beckenstandort HRB Eibach In der naturschutzfachlichen Begleitplanung wurde im landschaftspflegerischen Begleitplan (LBP) eine Bilanzierung anlage- und betriebsbedingt beeinträchtigter Flächen gemäß der Hessischen Kompensationsverordnung vorgenommen. Darauf basierend erfolgte die Erarbeitung eines funktionalen Ausgleichs, der die aktuelle Maßnahmenplanung für das FFH- Gebiet 5216 Dill bis Herborn-Burg mit Nebengewässern einbezieht. Die Ausgleichsflächen für den Eingriff liegen in diesem FFH-Gebiet. Die FFH-Prognose hat eine erhebliche Beeinträchtigung der Erhaltungsziele des betroffenen FFH-Gebiets Schelder Wald jedoch ausgeschlossen. Artenschutzrechtlich relevante Tatbestände wurden hinsichtlich des (potenziellen) Vorkommens von Haselmaus, Fledermausarten, Zauneidechse, Dunkler Wiesenknopf- Ameisenbläuling und der Vogelarten des Anhanges I der FFH-Richtlinie geprüft (Artenschutzrechtliche Vorprüfung im Anhang). Bei Durchführung der in der Prognose genannten (Vermeidungs-)Maßnahmen ist die Verschlechterung des Erhaltungszustandes der jeweiligen lokalen Populationen ausgeschlossen. 4.8 Wasserwirtschaftsplan Bei HRB ist die Erstellung eines Wasserwirtschaftsplanes in der Regel nur bei HRB mit Dauerstau und mit steuerbaren Auslässen erforderlich. Es handelt sich um ein Trockenbecken ohne Dauerstau. Der Drosselabfluss Q Drossel kann über regelbare Schütze an Betriebsauslass und Grundablass gesteuert werden. 23

32 Tabelle 4-3 zeigt, dass bis zum Erreichen des Stauzieles (Schutzgrad HQ 100 = BHQ 3 ) nur ein Basisabfluss von 1,3 m³ abgegeben wird, was der Leistungsfähigkeit des unterhalb gelegenen Gewässerabschnittes entspricht. Um eine größtmögliche ökologische Durchgängigkeit des Absperrbauwerkes zu erreichen, ist bis zu einem Abfluss eines HQ 10 der Grundablass (Ökogerinne) vollständig geöffnet. Bei höheren Abflüssen wird der Grundablass geschlossen und die Abgabe aus dem Becken erfolgt gesteuert über den Betriebsauslass. Tabelle 4-3: Stauvolumina und Einstaudauern nach Jährlichkeit Standort Eibach Jährlichkeit Zufluss Volumen Abfluss Einstaudauer m³/s m³ m³/s h HQ 1 0,062 0,0 0,062 0 HQ 2 0,080 0,0 0,080 0 HQ 5 0,644 0,0 0,644 0 HQ 10 1,237 0,0 1,237 0 HQ 20 2, ,300 2,2 HQ 25 2, ,300 2,8 HQ 50 3, ,300 4,1 HQ 100 3, ,300 5,3 HQ 200 4, ,605 5,5 HQ 500 5, ,050 5,8 HQ , ,440 6,3 HQ , ,475 6,4 Für den abgestimmten Betrieb und die zentrale Steuerung werden die hydrologischen Verhältnisse im Gesamtgebiet sowie die Betriebsdaten des Beckens zeitnah erfasst und verfügbar gehalten. Das vorliegende detaillierte Flussgebietsmodell kann als Grundlage für einen optimierten Betrieb verwendet werden. Die im Beckenraum und im Unterwasser ermittelten Messwerte der Abfluss- und Wasserstandspegel werden online an einen Datenserver der Stadt Dillenburg übertragen. Die Abbildung 4-10 stellt den Einstauverlauf (WSP und Stauinhalt) eines BHQ 2 dar und ist in einem etwas größeren Format in Anlage 8 enthalten. Nach einem Wellenanlauf von 40 min wird das Stauziel erreicht, in den folgenden 2,5 h wird Wasser über die HWE abgeführt. Je nach Situation im Unterwasser und je nach prognostizierten weiteren Ereignissen, kann der Beckenraum unter Einhaltung der Basisabgabe in 3,25 h geleert werden, sodass nach weniger als 6,5 h das Becken wieder entleert ist. 24

33 Abbildung 4-10: Einstauverlauf BHQ 2 (Auszug aus Anlage 8) 25

34 5 Untergrund Im Rahmen der Geotechnischen Hauptuntersuchung zum Dammbauprojekt Eibach wurden durch das Büro SL-Geotechnik aus Gießen der erdstatische Nachweis der Eignung nach EC 7 erbracht. Die Unterlagen zu Vor- und Hauptuntersuchung (Untersuchungsphase 1 bzw. 2) sind Teil der Antragsunterlagen. 5.1 Untersuchungsphase 1 Ziel der ersten Untersuchungsphase war die geotechnische/geohydraulische Erkundung der Untergrund- bzw. Grundwasserverhältnisse im Bereich der geplanten Dammaufstandsfläche sowie des luft- und wasserseitigen Beckenraumes. Die Voruntersuchungen umfassten die Durchführung von acht Rammkernsondierungen (RKS), neun mittelschweren Rammsondierungen (DPM) sowie eine schichtorientierte Probennahme der anstehenden Erdstoffe. Die Sondierstellen wurden in Lage und Höhe aufgemessen und in Karten dargestellt (s. a. Abbildung 5-1). Abbildung 5-1: Sondierstellen Voruntersuchung An ausgewählten Bodenproben wurden bodenmechanische Laborversuche ausgeführt. Betrachtet wurden dabei folgende Parameter: Wassergehalt Glühverlust Zustandsgrenzen Kornverteilung Die geologische Basis wird im Bereich des Damms von devonischen, marinen Basalten und Basalttuffen gebildet. Oberflächennah ist der Basalt/Basalttuff i. d. R. stark verwittert bis zersetzt. Über den Verwitterungsprodukten liegen quartäre Terrassen- sowie Hangschuttablagerungen in größerer Mächtigkeit. Darüber liegen i. d. R. humose Auenlehme. Im Bereich der 26

35 Dammsohle wurden fast an allen Untersuchungspositionen künstliche Aufschüttungen bzw. Auffüllungen nachgewiesen. Die Sondierstellen wurden auf Grund- bzw. Schichtenwasser untersucht. 5.2 Untersuchungsphase 2 und Nachweise EC 7 Die für die geotechnischen Standsicherheitsnachweise erforderlichen Informationen konnten aus den Sondierergebnissen der Untersuchungsphase 1 nur überschlägig abgeleitet werden. Es wurden in einer zweiten Phase Zusatzerkundungen vorgenommen, um weiterführende Erkenntnisse zum Aufbau des Grundgebirges (Felsbeschaffenheit, Wasserwegsamkeit) und zur hydraulischen Durchlässigkeit der Deckschichten (Lehm und Hangschutt) zu gewinnen. Dazu wurden neben zwei Kernbohrungen (bis 15 m unter GOK), zwei weitere RKS vier Versickerungstests, zwei Baggerschurfe und ergänzende bodenmechanische Versuche (u. a. Bestimmung der Scherfestigkeit und des Wasserdurchlässigkeitsbeiwerts, Ermittlung von Zustandsgrenzen) durchgeführt. Die Sondierstelle KB2 wurde zu einer Grundwasser- Messstelle GWM2 (DN 50mm, bis 10m u. GOK) ausgebaut. Die Sondierstellen der Hauptuntersuchung wurden ebenfalls in Lage und Höhe aufgemessen und in Karten dargestellt (s. a. Abbildung 5-2). Abbildung 5-2: Sondierstellen Hauptuntersuchung Die notwendigen Berechnungen für die Gesamtstandsicherheit nach EC 7 konnten abschließend vorgenommen (s. a. Kapitel 7) werden. Abschließend wurden Empfehlungen zum Dammbau gegeben (s. a. Kapitel 6). Detaillierte Vorgaben für den Dammbau sind in der noch ausstehenden Ausführungsplanung zu einem späteren Zeitpunkt zu definieren. 27

36 6 Absperrbauwerk Das Absperrbauwerk wird als Zonendamm mit einer Oberflächendichtung (Außendichtung) ausgeführt. Der Damm besteht aus einem aus körnigem Material aufgebauten Stützkörper, der mit einem Dichtungselement für den Abbau des hydraulischen Potenzials versehen ist. Im luftseitigen Böschungsbereich wird ein Dränkeil aus durchlässigem Material, z. B. Kies, vorgesehen. Zonendämme besitzen gegenüber den homogen aufgebauten Dämmen folgende Vorteile: Für den Stützkörper können körnige Böden verwendet werden, die in der Regel aus bodenmechanischen Gründen weniger wasserempfindlich und leichter zu handhaben sind, wodurch größere Einbauleistungen erzielt werden können. Zweitens ermöglicht die größere Scherfestigkeit der körnigen Böden eine Ausbildung von steileren Böschungen und damit eine Verringerung des Dammvolumens. Grundsätzlich sind Oberflächendichtungen anfälliger gegenüber Beschädigung durch z. B. Wühltierbefall. Sie haben jedoch den Vorteil, dass der Stützkörper weitgehend frei von Sickerwasser gehalten wird. Die Oberflächendichtung wird nach der Dammschüttung eingebaut. Ein ungestörter Einbau und eine gute Verdichtung sind daher möglich. Die wasserseitig aufzubringende Dichtschürze ist aus Lehmmaterial (Fremdmaterial, ggf. mit Bentonit vergütet, d = mind. 1,5 m) oder mittels Bentonitmatten/Folie aufzubauen. Die Dichtungsschicht wird wasserseitig bis mind. 1,5 m unter die OK der Beckensohle heruntergezogen. Die Wahl der flachen Dammneigung (1 : 3, beidseitig) bewirkt eine gute Einpassung ins Landschaftsbild und vereinfacht die Böschungsunterhaltung. Die Kronenbreite beträgt 4,5 m. Der Dammkronenweg, mit einer Konstruktionsbreite von 3,5 m und beidseitiger Bankette von 0,5 m, ist nur als Unterhaltungsweg zu nutzen. Da es sich nicht um eine öffentliche Straße handelt, wird der Weg, bis auf den Bereich das Auslaufbauwerks, mit einer wassergebundenen Wegedecke ausgeführt und nicht asphaltiert. Abbildung 6-1: Aufbau Kronenweg Die Böschungen und die Dammkrone werden nicht mit Bäumen bepflanzt. Der Damm wird durch regelmäßige Pflege von Großbewuchs freigehalten. Jedes Massivbauwerk stellt in einem Damm einen Fremdkörper mit erhöhtem Schadensrisiko dar. Durch die Ableitung des Abflusses des Eibachs über ein kombiniertes Bauwerk, ist nur ein einziges Massivbauwerk im Damm erforderlich. Aufgrund unterschiedlicher Steifigkeiten von Dammkörper und Massivbauwerk besteht selbst bei sorgfältig ausgeführten Anschlüssen die Gefahr von Setzungsdifferenzen, die zu bevorzugten Sickerwegen führen können. An den Kontaktflächen zwischen Bauwerk und Dammschüttung besteht bei einer 28

37 Durchströmung des Dammes die Gefahr der Fugenerosion bzw. der rückschreitenden Erosion. Um hier ein hohes Maß an Sicherheit zu erzeugen, werden orthogonal zu den Seitenwänden des Auslaufbauwerkes Sickerscheiben aus Beton erstellt, die auf jeder Seite 3,0 m in den Dammkörper eingebunden sind. Die nach der Dammschüttung auftretenden Setzungen werden an mehreren Punkten von Damm und Auslaufbauwerk regelmäßig aufgemessen und bewertet. Die Empfehlung des geotechnischen Fachgutachtens umfassen u. a. folgende Vorgaben, auch schon im Hinblick auf die Bauausführung: Im Bereich der Dammbasis ist der humose Oberboden abzuschieben. Die Dammbasis ist durch Einfräsen von hydraulischen Bindemitteln (z. B. Kalkzementmischbinder) zu vergüten und dynamisch vorzuverdichten. Der Dammkörper ist aus homogenem, bindigem Material mit nur geringem Kiesanteil (Bodengruppen: TL, TM, TA, UL, UM, UA, SU*) zu errichten. Das Material ist durch Beigabe von hydraulischen Bindemitteln zu konditionieren. Die wasserseitig aufzubringende Dichtschürze ist aus Lehmmaterial (Fremdmaterial, ggf. mit Bentonit vergütet, d = mind. 1,5 m) oder mittels Bentonitmatten/Folie aufzubauen. Luftseitig erhält der Damm am Dammfuß zur Absicherung für den Havariefall einen Dränkeil aus abgestuften Mineralschotter mit hinterlegtem Dränvlies. Absperrbauwerk und Untergrund bilden immer eine Einheit. Insbesondere sind die Bereiche oberstrom und unterstrom des Dammbauwerkes bezüglich Durchströmung und Erosionsstabilität des Untergrundes zu betrachten. Die Beschaffenheit des Untergrundes, hier vor allem Durchlässigkeit, Erosionsstabilität, Scherfestigkeit und Spannungs-Dehnungs-Verhalten, sind für die Tragsicherheit des Absperrbauwerkes wesentlich. Die entsprechenden Nachweise gem. EC 7 konnten erbracht werden und sind im geotechnischen Bericht zur Hauptuntersuchung enthalten. Die zugrunde liegenden Anforderungen an die Tragsicherheitsnachweise sind in Kapitel 7 beschrieben. Die natürliche Beckensohle ist grundsätzlich als hydraulisch gering durchlässig zu bewerten. Eine Abdichtung der Beckensohle ist aufgrund der nur sehr geringen Einstaudauer im Hochwasserfall nicht erforderlich. Im Rahmen der Bauausführung ist eine intensive fachbauliche Begleitung durch einen Bodengutachter erforderlich. Dabei sind regelmäßige Ortstermine und bodenmechanische Laborversuche, sowie Geländeversuche zur Verdichtungskontrolle vorzusehen. Insbesondere ist das zum Einbau vorgesehene Bodenmaterial einem bodenmechanischen Eignungstest (Wassergehalt, Glühverlust, Konsistenzgrenzen, Proctorversuche, Eignung zur Bindemittelstabilisierung) zu unterziehen. Tabelle 4-1 gibt einen Überblick über die Kennwerte des Absperrdammes. 29

38 7 Stand- und Tragsicherheitsnachweise Die entsprechenden Nachweise werden erfüllt, indem gezeigt wird, dass das Absperrbauwerk für alle Belastungsfälle bei den im Einzelfall gegebenen Belastungen stand- und tragsicher ist. Die entsprechenden Nachweise gem. EC 7 konnten erbracht werden und sind im geotechnischen Bericht zur zweiten Phase (Hauptuntersuchung) enthalten. Im Allgemeinen gilt die Gebrauchstauglichkeit als erbracht, wenn die hydraulische Sicherheit (Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch, Erosions- und Suffosionsbeständigkeit des Dammes, des Untergrundes und der Staudammwiderlager sowie der Nachweis der Filterwirksamkeit zwischen benachbarten Zonen) nachgewiesen wird. Darüber hinaus müssen Verformungen begrenzt und Rissbildungen beschränkt bleiben. Gemäß EC 7 wird der Erddamm der Geotechnischen Kategorie GK 3 zugeordnet. Der Damm wird nur zeitweise mit Wasser belastet und weist einen maßgeblichen Stauwasserspiegel auf, der mehr als 4,0 m über dem luftseitigen Gelände liegt. Es wurden folgende Grenzzustände geprüft: Gesamtstandsicherheit Versagen der Böschung, der Krone oder Aufschüttung Verformung der Aufschüttung, die zum Verlust der Gebrauchstauglichkeit führen, z. B. übermäßige Setzungen oder Risse Aufgrund der kurzen Einstauzeiten und der relativ geringen hydraulischen Durchgängigkeit der Beckensohle und des geplanten Dammes erfolgen weder Durchsickerung, noch Unteroder Umströmung. Für die Sicherheit gegen hydraulischen Grundbruch, Erosionsgrundbruch und Auftrieb sind keine gesonderten Nachweise erforderlich. Die Berechnungen zeigen, dass das eingestaute Hochwasser (auch bei einer Verweildauer von 6 h auf dem maximalen Hochwasserstauziel von 307,70 m ü. NHN) nur wenige Dezimeter in die Beckensohle und den Damm eindringt. Für die weiterführenden erdstatischen Berechnungen konnte somit auf den Ansatz einer Sickerlinie verzichtet werden. Die Berechnungsergebnisse belegen, dass eine ausreichende Sicherheit gegen Böschungs- und Geländebruch mit einem zusätzlichen Sicherheitsniveau von 53 % vorliegt. Die Dauerhaftigkeit des Tragwerks, d. h. dass Gebrauchstauglichkeit und Tragsicherheit während der gesamten Nutzungsdauer ohne außergewöhnliche Instandsetzungsmaßnahmen bestehen bleibt, kann vorab nicht nachgewiesen werden. Es muss davon ausgegangen werden, dass eine Dauerhaftigkeit gegeben ist, wenn Bemessung und Bau den allgemein anerkannten Regeln der Technik entsprechen. Gemäß DIN beträgt die Nutzungsdauer bei Absperrbauwerken zwischen 80 und 100 Jahren. Indirekt wird der Nachweis der Dauerhaftigkeit auch durch eine regelmäßige visuelle und messtechnische Kontrolle erbracht. 30

39 8 Betriebs- und Messeinrichtungen 8.1 Allgemeine Betriebs- und Messeinrichtungen Auslaufbauwerk und HWE sind in der Lage bei Auftreten eines BHQ 2 den Abfluss ohne Versagen der Anlage abzuleiten. In einem kombinierten Bauwerk sind alle Auslässe gebündelt: HWE Grundablass (Ökogerinne) Betriebsauslass Anlage zur Energieumwandlung (Ausleitstrecke) Um die gezielte Abflusssteuerung zu ermöglichen befinden sich im Bereich des Auslaufbauwerkes und im Unterwasser des Dammes Messeinrichtungen für Wasserstände und Abflüsse. Das Auslaufbauwerk ist in verschiedenen Ansichten in Anlage 4 dargestellt. 8.2 Betriebsauslass und Grundablass Grundablass und Betriebsauslass sind Entnahmeanlagen mit beweglichen Verschlüssen, sogenannten Schützen). Der Grundablass ist als tiefste Entnahmeanlage zur völligen Entleerung des Nutzraumes errichtet. Eine weitere Funktion des Grundablasses ist die Gewährleistung der ökologischen Durchgängigkeit. Er ist dazu mit einer naturähnlichen Sohle ausgestattet, die eine aquatische Durchgängigkeit ermöglicht. Man spricht hier von einem Ökogerinne. Der Betriebsauslass wird zur gezielten Abführung eines Teiles des Hochwassers (Regelabgabe) genutzt. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit schreibt die DIN bei mittleren Becken einen Bypass im Verschlussbereich vor, damit die (n-1)-regel für Betriebsauslässe erfüllt ist. Zur Einhaltung der (n-1)-regel sind zwei Auslässe vorhanden. Je nach Bemessungsfall ist beim Nachweis der hydraulischen Leistungsfähigkeit der leistungsstärkere Grundablass nicht mit angesetzt worden. Der Regelabfluss wird luftseitig im Freispiegelabfluss abgeführt und überschreitet nicht den zulässigen Abfluss im Unterlauf, insbesondere in der Ortslage von Eibach. Im Normalbetrieb sind beide Auslässe geöffnet und der Abfluss erfolgt über das Ökogerinne im Grundablass. Bis zu einem HQ 10 können die Abflüsse nahezu ungehindert den Beckenraum passieren. Dies hat nicht nur den Vorteil, dass Auenstrukturen und gewässerbegleitende Gehölze durch den Betrieb des Beckens nicht negativ beeinflusst werden, es steht auch bei höheren Abflüssen bzw. höheren Scheitelwerten noch ausreichend Retentionsraum zur Verfügung. Im Hochwasserfall wird der Grundablass geschlossen, eine Abgabe erfolgt gesteuert über den Betriebsauslass Betriebsauslass Der Betriebsauslass besteht aus einem Rechteckdurchlass mit einer Breite von 1,5 m und einer Höhe von 1,0 m in der Betonstauwand. Er liegt in Fließrichtung gesehen auf der rechten Gewässerseite. Die Sohlhöhe im Betriebsauslass beträgt 302,58 m ü. NHN. Der Betriebsauslass besitzt luftseitig ein bewegliches Stahlschütz als Drosselorgan. Im Auslauf- 31

40 bauwerk ist der Sohlbereich vor und hinter dem Betriebsauslass mit Natursteinen, die in Beton gesetzt wurden, erosionsstabil gesichert. Der Abfluss wurde gemäß der Formel für den freien Ausfluss aus einer Schützöffnung (Rechteckquerschnitt, senkrechte Wand) ermittelt: ² = 2 h + 2 Mit a = 1,0 m lotrechte Öffnung b = 1,5 m h o = variabel [m] g = 9,81 m/s² Sohlhöhe Öffnungsbreite Wassertiefe vor Schütz Erdbeschleunigung 302,58 m ü. NHN Der Abflussbeiwert µ berechnet sich dabei mit Hilfe des Kontraktionsbeiwertes ψ gemäß folgender Gleichung: ψ = 1+ h Für das senkrechte Schütz (Neigungswinkel α = 90 ) kann der Einschnürungsbeiwert in Abhängigkeit von der Öffnungshöhe a und dem Oberwasserstand h o wie folgt ermittelt werden: 1 = 1+0,64 1 ² h Abbildung 8-1 zeigt die Berechnungsergebnisse zur Ermittlung der maximalen hydraulischen Leistungsfähigkeit des Betriebsauslasses, d. h. bei vollständiger Öffnung des Schützes. Bei Erreichen des höchsten Stauzieles ZH 2 bei 307,70 m ü. NHN kann durch den Betriebsauslass maximal ein Abfluss von 8,71 m³/s fließen. Im Hochwasserfall wird die Schütztafel jedoch nach unten gefahren, um den Abfluss auf 1,3 m³/s zu regulieren. Bei einem Vollstau (HQ 100 ) ist der Betriebsauslass auf eine Öffnungshöhe von 0,16 m zu schließen. Tabelle 8-1: Parameter zur Berechnung des Abflusses durch den Betriebsauslass Wasserspiegel Wassertiefe Öffnungshöhe Kontraktion Abflussbeiwert Abfluss ho a ψ µ Q BA mnhn m m - - m³/s BHQ 1 307,65 5,12 0,31 0,610 0,598 2,591 BHQ 2 307,70 5,17 0,31 0,618 0,574 2,606 BHQ 3 307,50 4,97 0,16 0,610 0,603 1,302 Qmax 307,70 5,42 1,00 0,614 0,581 8,710 32

41 10,0 9,0 8,0 7,0 Q [m³/s] 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 303,50 304,00 304,50 305,00 305,50 306,00 306,50 307,00 307,50 308,00 WSP [m ü. NHN] Abbildung 8-1: Hydraulische Leistungsfähigkeit des Betriebsauslasses Grundablass Der Grundablass besteht aus einem Rechteckdurchlass mit einer Breite von 2,0 m und einer Höhe von 1,0 m in der Betonstauwand. Er liegt in Fließrichtung gesehen auf der linken Gewässerseite. Die Sohlhöhe im Grundablass beträgt 302,28 m ü. NHN. Der Grundablass besitzt luftseitig ein bewegliches Stahlschütz als Drosselorgan. Im Auslaufbauwerk ist der Sohlbereich vor und hinter dem Betriebsauslass mit möglichst naturnah und leitbildkonform mit Sohlsubstrat und Wasserbausteinen, die am Rand des Gerinnes in Beton gesetzt werden, auszugestalten. Der maximale Abfluss wurde gemäß der Formel für den freien Ausfluss aus einer Schützöffnung (Rechteckquerschnitt, senkrechte Wand, s.o.) ermittelt: mit: a = 1,0 m lotrechte Öffnung b = 2,0 m Öffnungsbreite h o = variabel [m] Wassertiefe vor Schütz Sohlhöhe 302,28 mnhn Beim Erreichen des Vollstaus bei 307,50 m ü. NHN kann durch den Grundablass maximal ein Abfluss von 11,81 m³/s fließen. In der Praxis wird der Schieber des Grundablasses etwa bei Erreichen eines HQ 10 (1,3 m³/s) geschlossen und der Ablauf aus dem Becken wird über den Betriebsauslass geregelt. Diese Regelung ist vorgesehen, um einerseits ein übermäßiges Ausspülen des Sohlmaterials des Ökogerinnes durch zu große Sohlschubspannungen zu verhindern, andererseits ist der Durchlass groß genug, um die ökologische Belange zu berücksichtigen. Dazu gehört neben der Durchgängigkeit für aquatische Lebewesen auch eine Passiermöglichkeit für in der Luft lebende Arten. Wanderkorridore bleiben so ebenso erhalten wie die häufigeren Überflutungen des kurzen Bereichs vor der Verrohrung. Eine solche Vorgehensweise ist aus ökologischen Aspekten durchweg positiv zu sehen. Auch für Instandhaltungs- und Wartungsarbeiten ist eine Durchlasshöhe von 1,0 m sinnvoll. 33

42 Im Hochwasserfall wird die Schütztafel des Betriebsauslasses nach unten gefahren, um den Ablauf aus dem Becken bis zum Erreichen des HQ 100 konstant auf der Regelabgabe zu halten. Der Bereich des Durchlasses wird durch eine Schütztafel bei hohen Abflüssen abgedichtet. Um ein Ausspülen des Sohlmaterials zu verhindern, ist hier eine kurze, befestigte Schwelle (z. B. Beton) vorgesehen, auf der das Schütz aufliegen kann, siehe Abbildung 8-2. Diese Schwelle liegt knapp unterhalb der Sohlhöhe des eigentlichen Gerinnes, so dass die Schwelle im Normalbetrieb von Substrat überdeckt ist und die Durchgängigkeit für Kleinstlebewesen aufrechterhalten wird. Beim Schließen des Schiebers wird durch eine kurzzeitige Erhöhung der Fließgeschwindigkeit das angesammelte Substrat ausgespült, so dass eine Abdichtung zwischen Schieber und Schwelle möglich ist. Abbildung 8-2: Grundablass mit Ökogerinne, Prinzipskizze (LUBW Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg, 2007), erweitert Tabelle 8-2: Parameter zur Berechnung des Abflusses durch den Grundablass Beton- bzw. Edelstahl-Schwelle Wasserspiegel Wassertiefe Öffnungshöhe Kontraktion Abflussbeiwert Abfluss ho a ψ µ Q BA mnhn m m - - m³/s BHQ 1 307,65 5,37 0, ,00 BHQ 2 307,70 5,42 0,44 0,611 0,595 5,14 BHQ 3 307,50 5,22 0, ,00 Qmax 307,70 5,42 1,00 0,614 0,582 12,06 34

43 14,0 12,0 10,0 Q [m³/s] 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 303,00 303,50 304,00 304,50 305,00 305,50 306,00 306,50 307,00 307,50 308,00 WSP [m ü. NHN] Abbildung 8-3: Leistungsfähigkeit des Grundablasses 8.3 Hochwasserentlastungsanlage Die Hochwasserentlastungsanlage ist eine ausgerundete, breite Betonschwelle mit einer Überfallbreite von 4,0 m. Die Schwelle liegt auf einer Höhe von 307,50 m ü. NHN (Stauziel). Aufgrund der breiten und vollständig abgerundeten Krone konnte in den hydraulischen Berechnungen ein Überfallbeiwert von µ = 0,69 angesetzt werden. Die HWE ist hydraulisch überlastbar ausgebildet, d. h. der Abfluss erfolgt auch bei Überschreitung des BHQ 1 noch als vollkommener Überfall. Der Abfluss nimmt daher bei weiterem Anstieg des Beckenwasserstands stark zu. Die möglichen größeren Abflüsse bei sehr extremen Hochwasserereignissen (> BHQ 2 ) erhöhen die Sicherheit gegen ein Versagen der Anlage. In den hydraulischen Nachweisen wurden Abflüsse bis zu einem HQ , in Kombination aller Auslässe und der HWE betrachtet. Die Berechnung der Abflüsse in Abhängigkeit von der Überstauhöhe wurde mit der Wehrformel von POLENI durchgeführt: Mit: b = 4,0 m Wehrbreite = h h = variabel [m] Überfallhöhe µ = 0,69 [-] Überfallbeiwert g = 9,81 m/s² Erdbeschleunigung Schwellenhöhe 307,50 mnhn Abbildung 8-4 zeigt den Abfluss mit steigendem Wasserstand im Becken. Bei einem Wasserspiegel ZH 1 beträgt der Abfluss über die HWE 0,47 m³/s, bei einem ZH 2 werden 0,73 m³/s abgeleitet. Sollte der Wasserstand bei größeren Zuflüssen weiter ansteigen, weist das Bauwerk Sicherheitsreserven auf. Höhere Wasserspiegel als 307,90 m ü. NHN sind hier nicht 35

44 dargestellt, da Grundablass und Betriebsauslass ebenfalls noch Leistungsreserven besitzen und zum Abfluss von extremen Hochwassern im Regelfall geöffnet werden können. 2,5 2,0 Q [m³/s] 1,5 1,0 0,5 ZH 2 0,0 307,45 307,50 307,55 307,60 307,65 307,70 307,75 307,80 307,85 307,90 307,95 ZH 1 WSP [m ü. NHN] Abbildung 8-4: Hydraulische Leistungsfähigkeit HWE Die einzelnen Abflüsse lassen sich zu einem maximalen theoretischen Abfluss aufsummieren, um die Reserven in der Leistungsfähigkeiten bei extrem Hochwasserereignissen aufzuzeigen (s. Abbildung 8-5). Auch ohne ein Anspringen der HWE können beim Vollstau 307,50 m ü. NHN knapp 20 m³/s bei voll geöffneten Drosselorganen abfließen. Nach Anspringen der HWE steigt die Leistungsfähigkeit bei höchstem Stauziel noch einmal fast um 2 m³/s an. Diese Abflüsse liegen weit über einem HQ = 9,48 m³/s. 36

45 25,0 20,0 Q [m³/s] 15,0 10,0 GA BA HWE Summe 5,0 0,0 303,00 304,00 305,00 306,00 307,00 308,00 WSP [m ü. NHN] Abbildung 8-5: Theoretisch möglicher Gesamtabfluss des Auslaufbauwerkes HRB Eibach 8.4 Regelabflüsse Zur Darstellung der Regelabflüsse für die Bemessungshochwasser können basierend auf dem maßgebenden Abfluss und dem Wasserstand die sich einstellenden Abflüsse der Regeleinrichtungen berechnet werden. BHQ 1 (HQ 500, 307,65 m ü. NHN, 3,05 m³/s): Grundablass (GA): geschlossen Betriebsauslass (BA): a = 0,31 m geöffnet 2,59 m³/s HWE: Überstau von h ü = 0,15 m 0,47 m³/s Q gesamt = Q BA + Q HWE = 2,59 + 0,47 = 3,06 m³/s BHQ 2 (HQ 5.000, 307,70 m ü. NHN, 8,44 m³/s): Grundablass (GA): a = 0,44 m geöffnet 5,14 m³/s Betriebsauslass (BA): a = 0,31 m geöffnet 2,61 m³/s HWE: Überstau von h ü = 0,2 m 0,73 m³/s Q gesamt = Q GA + Q BA + Q HWE = 5,14 + 2,61 + 0,73 = 8,48 m³/s Regelabfluss bei Hochwasser bis BHQ 3 /HQ 100 (1,3 m³/s): Grundablass (GA): geschlossen HWE: Überstau von h ü = 0,0 m Betriebsauslass (BA): 0,16 m geöffnet Q gesamt = Q BA = 1,30 m³/s 37

46 Tabelle 8-3: Wasserspiegel und Abflüsse am Absperrbauwerk Höhe WSP [m ü. NHN] Q GA,max [m³/s] Q GA,ist [m³/s] Q BA [m³/s] Q HWE [m³/s] Hinweis 307,50 8,586 0,0 1,302 0,0 ZV 307,65 8,725 0,0 2,591 0,47 ZH 1 307,70 8,771 5,14 2,606 0,73 ZH Restrisikobetrachtung Zur Bewertung eines Restrisikos des kombinierten Auslaufbauwerkes wurde berechnet, welcher Abfluss maximal über die HWE abgeleitet werden kann, wenn z. B. alle beweglichen Verschlüsse versagen würden. Dabei wurde von einem Wasserspiegel von 308,45 m ü. NHN ausgegangen. Bei diesem Wasserstand ist bis zur Kronenhöhe noch ein Freibord von 0,25 m vorhanden, d. h. der Sicherheitszuschlag von h Si = 0,5 m eines erforderliche Freibords von 0,75 m wäre in Anspruch genommen (s. Kapitel 4.5.4). Es ergibt sich eine Überfallhöhe von 308,45-307,50 [m ü. NHN] = 0,95 m. Daraus resultiert ein Abfluss von Q = 7,55 m³/s der deutlich über einem HQ 500 = 5,3 m³/s (BHQ 1 ), fast bei einem HQ (8,4 m³/s; BHQ 2 ) liegt. 8.6 Grobrechen Zum Schutz der Absperrorgane vor Schäden durch grobes Treibgut ist im Einlaufbereich zwischen den Flügelwänden am Beginn des Auslaubauwerkes die Errichtung eines Grobrechens geplant. Es handelt sich um einer Reihe von 16 Stahlrohrpfählen, die mit einer Neigung von etwa 5 und einem Achsabstand von 0,8 m eingebaut werden. Die Höhe der einzelnen Pfähle über GOK variiert aufgrund des nach Norden ansteigenden Geländes, daher ist bei den äußeren Pfählen eine geringere Einbindetiefe ausreichend. Die Oberkante des Grobrechens liegt konstant bei 304,4 m ü. NHN und damit über den Öffnungen von Grundablass und Betriebsauslass. Eine zeichnerische Darstellung des Grobrechens ist in Anlage 4 enthalten. Wenn aus betrieblichen Gründen, z. B. nach einem Einstauereignis, eine Räumung des Rechens erforderlich wird, kann eine Anfahrt über den Wirtschaftsweg im Osten in den Beckenraum erfolgen. 8.7 Energieumwandlungsanlagen Hinter der Stauwand (luftseitig) wird das Ökogerinne durch eine Leitwand (h = 0,5 m) vom Auslaufbereich des Betriebsauslasses abgetrennt. Dadurch werden die Sohlstrukturen im Bereich des Grundablasses bei Ableitungen von kleineren Hochwasserabflüssen geschützt, da in diesen Fällen der Grundablass geschlossen ist und der Ablauf nur über den Betriebsauslass geschieht. Bei Abflüssen, die größer als ein BHQ 3 (HQ 100 ) sind, wird Wasser auch über die HWE-Schwelle abgeführt. In einem Hochwasserfall und bei größeren Abflüssen wird das Wasser über die gesamte Breite der Überlaufschwelle abgeführt. Zur Energieumwandlung sind im luftseitigen Bereich des Auslaufbauwerks große Wasserbausteine angeordnet, die wie Störsteine wirken. Im Gerinne des Betriebsauslasses ist die Sohle befestigt (Natursteinsatz in Beton), die Störsteine sind hier ebenfalls eingebunden. An den Randbereichen des Ökogerinnes sind zur Stabilisierung ebenfalls Wasserbausteine vorhanden, die im Hochwasserfall auch ein raues Gewässerbett darstellen. Die Energieumwandlung der Hochwasserentlastung und von Grundablass und Betriebsauslass sind somit baulich kombiniert. 38

47 Bei der Anbindung des neu zu erstellenden Gewässerverlaufs an den vorhandenen Eibach und bei der Anpassung des Gewässerprofils zur Erhöhung der hydraulischen Leistungsfähigkeit sind an den Böschungsfüßen Steinschüttungen bzw. der Einsatz von Steinwalzen zum Erosionsschutz möglich. 8.8 Messeinrichtungen Die Steuerung des Beckenabflusses sowie die Ermittlung und Dokumentation des Einstaus erfolgt wasserseitig über Messtechnik im Bereich des kombinierten Auslaufbauwerks. Ein Pegel im Unterwasser (Unterwasserpegel) erfasst den jeweiligen Abfluss aus dem Becken. Am Auslaufbauwerk wird zusätzlich der Wasserstand erfasst. Um weitere Umgestaltungen am Gewässer für Pegelstrecken zu vermeiden, wird die Messtechnik für den Unterwasserpegel in einem regelmäßigen aber noch naturnahen Gerinneprofil installiert. Die Unterbringung der Mess- und Meldetechnik erfolgt in einem Pegelhaus, das sich außerhalb des Fließquerschnitts des BHQ 2 im linken Vorland befinden soll (s. Abbildung 8-6). Das Pegelhaus soll eine Grundfläche von etwa 3,5 m * 3,5 m erhalten und von Osten her über einen Betriebsweg mit Wendemöglichkeit anfahrbar sein, s. a. Anlage 3. Abbildung 8-6: Querschnitt Unterwasser: Messstrecke (s. a. Anlage 6) Zur Ermittlung von Abflüssen im Unterwasser wird als redundantes System sowohl eine Drucksonde, als auch ein Einperlsensor verwendet. Der Wasserstand am Absperrbauwerk wird mit einer Drucksonde erfasst. Zur optischen Kontrolle vor Ort ist im Zulaufbereich des Betriebsauslasses über die gesamte Höhe eine Pegellatte zu installieren (s. Abbildung 8-7). 39

48 Abbildung 8-7: Pegellatte mit Anprallschutz und Messrohr (Beispielfoto) Die Messeinrichtungen zur Wasserstandserfassung im Becken und im Bereich des Auslaufbauwerkes können in einem Schaltschrank untergebracht werden (s. Abbildung 8-8). Abbildung 8-8: Schrank für Messtechnik, hier mit Solarpanel (Beispielfoto) 40

49 Abbildung 8-9: Pegelhaus (Beispielfoto) 8.9 Elektrische Anlagen Zu den elektrischen Anlagen zählen neben den Messeinrichtungen auch die Antriebe zur Bewegung der Drosselschieber an Grundablass und Betriebsauslass. Einen weiteren Teil der elektrischen Anlagen stellt die Beleuchtung im Bereich des Absperrbauwerks dar. Die Erschließung bzw. der Anschluss der Stromversorgung, kann von Südwesten her erfolgen. Für die Stromversorgung von gesteuerten Hochwasserrückhaltebecken genügt eine Stichleitung für den Anschluss an das EVU-Netz. Ein zweiter Anschluss ist nicht erforderlich. Der Stromanschluss, die Steuerungstechnik sowie die Fernmelde- und Fernwirktechnik werden in belüfteten und überflutungssicheren Freiluftschaltschränken installiert. Als Schutz der Schaltschränke gegen Sonneneinstrahlung (Überhitzungsgefahr der Schaltschränke) sowie gegen Vandalismus ist eine einfache Einhausung geplant, s. Abbildung 8-8. Zum Schutz vor unberechtigtem Zugriff sind geeignete Objektschutzmaßnahmen vorzusehen. Zur Versorgung der Messeinrichtungen und der Steuerungen sollte eine vom Stromnetz unabhängige Stromversorgung (USV-Anlage) vorgesehen werden, die immer parallel zur Netzversorgung in Betrieb ist, damit auch bei Netzausfall keine Stromunterbrechung erfolgt. Die USV-Anlage ist auf einen Notbetrieb von mindestens einer halben Stunde Dauer auszulegen. Die USV-Anlage versorgt hierbei die Speicherprogrammierbare Steuerungen, die Fernwirk-Unterzentrale, die Messeinrichtungen (Becken- und Abflusspegel) und die Antriebe der Grundablass- und Betriebsauslassverschlüsse. Der Notbetrieb für die Antriebe der Verschlussorgane ist so auszulegen, dass bei Netzausfall der Betriebsauslass mindestens auf eine Sollstellung fährt und der Grundablass geschlossen werden kann. Damit wird bei Netzausfall ein Beckenbetrieb mindestens wie bei einem ungesteuerten Becken ermöglicht und das Ökogerinne vor Ausspülen geschützt. Der Notbetrieb für die Antriebe der Verschlussorgane kann alternativ zur USV-Anlage über eine stationär aufgestellte Notstromanlage sichergestellt werden. Ergänzend hierzu sollte jeder Schieber auch mit einer Handkurbel manuell gesteuert werden können. 41