Ingenieurbiologische Herausforderungen

Transkript

1 Die Anwendung ingenieurbiologischer Bauweisen zur Erhöhung der Standsicherheit von Hochwasserschutzdeichen Möglichkeiten und Grenzen Ronald Haselsteiner (Fichtner GmbH & Co. KG, Türkei) 1/

2 Gliederung Einleitung Ingenieurbiologische Bauweisen Deiche und ihre Standsicherheit Böschungsstabilität/Standsicherheit Erosionsschutz Resümee 2/

3 Hochwasser Ingenieurbiologische Herausforderungen Volkswirtschaftliche Schäden Gefährdung von Menschenleben Standsicherheit Gefährdungspotential Risiko Slowakei 2010 Bayern 1999 Einfluss von Bewuchs? Bayern /

4 Bestand Wie schaut s aus? Zugewachsener Deich an der Iller bei Altenstadt mit Trampelpfad auf der Deichkrone (Quelle: TUM) Völlig zugewachsener Deich in einem Naturschutzgebiet an der Donau bei Dillingen (Quelle: StUGV) 4/

5 Bestand Unterhaltung? Deich an der Mangfall vor der Sanierung im Jahre 2002 (Quelle: WWA Rosenheim) Großer, einzelner Baum mit Büschen umringt auf der wasserseitigen Böschung an einem Deich an der Loisach in der Nähe von Schlehdorf (Quelle: Haselsteiner) 5/

6 Schäden Fehlende Vegetationsdecke an einem Deich an der Loisach in der Nähe von Schlehdorf (Quelle: Haselsteiner) Sickerwasseraustritt im Bereich abgestorbener und teilweise verrotteter Wurzeln an einem Deich bei Ruckasing an der Donau während des Hochwassers 1988 (Quelle: WWA Deggendorf) 6/

7 Ingenieurbiologische Herausforderungen Brüche Muldedeich nach dem Hochwasser 2002 Quelle: LTV Sachsen (aus DWA 507/2007) Einleitung Ingenieurbio. Bauweisen Standsicherheit Böschungsstabilität Erosionsschutz 7/ Resümee

8 Brüche Deichbruch an der Ammer während Hochwasser 1999 (Quelle: WWA Weilheim) Deichbruch bei Höselhurst (Donau) während Hochwasser 1988 (Quelle: TUM) 8/

9 Sanierung/Ertüchtigung Bewaldeter Deich im Stadtgebiet München im Jahr 2009 am Tierpark, gestaltet für Freizeitnutzungen (Quelle: Haselsteiner) 9/

10 Übersicht Material, Baustoffe, Pflanzen Lebendmaterial Totmaterial Gräser & Kräuter Funktion, Aufgabe Erosionsschutz, Bodenfixierung Bauweisen, Methoden, Verfahren Ansaat, Begrünung A) Flechtzaun Hangrost Böschungsfußsicherung Böschungsschutzmatten Begrünter Steinwurf, Steinsatz Begrünte Asphaltmastix Begrünte Drahtschotterkörbe Wiesen & Staudenfluren Busch- und Heckenlagen Vernagelung mit Steckhölzern Gehölze Hangschutz, Böschungssicherung Ansaat, Begrünung A) Cordonbau Hangfaschine, Buschrigole Krainer Wand Begrünte Trockenmauer Totholz Beton Stahl Steine Geokunststoffe Holzkästen, Holzgrünschwellen Steinblockwurf, Steinblocksatz Begrünte Drahtschotterkörbe Abgedeckte Geotubes Ufersicherung Spreitlagen (tot, lebend) Raubäume Uferfaschinen Gewebewalzen Flechtwerke, Gitterbuschbau Palisaden, Bürsten, Kämme Gitterbuschverbau Senkwalzen Krainer Wand Begrünte Trockenmauer, Drahtschotterkörbe A) Methoden/Verfahren: Ballen-, Topfpflanzungen Strauch-, Gehölzpflanzungen Gehölzpflanzungen Riefenpflanzung Fertigrasen Rasensoden Transplantationen Krautige Pflanzung Schilfhalmpflanzungen Normalsaat Mulchsaat Anspritzsaat Heublumensaat Schotterrasen 10 /

11 Vegetationsdecke Ingenieurbiologische Herausforderungen Gräser-/Kräuterdecke Magerrasen Deich an der Mangfall nahe Rosenheim 200 Quelle: TU München Damm an der Isar nähe Höllriegelskreuth Quelle: E.ON Wasserkraft 11 /

12 Bäume/Wald stabilisierend! 12 /

13 Bäume stabilisierend? Windwürfe an Deichen an der Schwarzen Elster bei Sturm Kyrill 2007 Quelle: LUA Brandenburg 13 /

14 Vorschriften Deutsche Regelwerke Ingenieurbiologische Herausforderungen Deich- / Wasserbau DIN 19712/1997 In Überarbeitung DWA M 507/2007 In Überarbeitung DVWK 226/1993 In Überarbeitung DVWK 215/1990 In Überarbeitung Wasserbau DWA (2005) BAW MSD (2005) In Überarbeitung DIN 19700/ /

15 Vorschriften Internationale Regelwerke Ingenieurbiologische Herausforderungen US Army Corps of Engineers (USACE) US Bureau of Reclamation (USBR) Technical Advisory Committee for Flood Defense of the Netherlands (TAW) 15 /

16 Mögliche Beeinträchtigungen Abbruch eines Teiles des Deichkörpers durch Windwurf Wind Sickerlinie Sickerströmung HW Austritt von Sickerwasser Deichkörper S, g, u Auelehm T, s,g Durchlässige Schicht G, s 16 /

17 Mögliche Beeinträchtigungen Erschweren der Deichverteidigung und -überwachung durch Gehölz HW Sandsäcke Austritt von Sickerwasser Sickerlinie Sickerströmung Deichüberwachung Deichkörper S, g, u Auelehm T, s,g Durchlässige Schicht G, s 17 /

18 Mögliche Beeinträchtigungen Durchwurzelung von Dichtungen HW Oberflächendichtung 1 2 Sickerlinie ohne Durchwurzelung Erhöhte Sickerlinie durch Durchwurzelung Sickerströmung Strömungen aufgrund Durchwurzelung Deichkörper U, s S, g, u 2 1 Auelehm T, s,g Durchlässige Schicht G, s 18 /

19 Mögliche Beeinträchtigungen Die Beeinträchtigung sind i. d. R. mit Bäumen und deren Wurzeln verbunden. Gräser- und Kräuterdecken tragen i. d. R. zur Sicherung des Deiches bei. Büsche sind dubios! 19 /

20 Bewuchsregelungen Quelle: Haselsteiner, R. (2010): Deich > 3 m Zoneneinteilung aus Haselsteiner & Strobl (2005, 2006) 1/3 H 30 m 5 m 5 m 5 m 5 m 30 m W5 W4 W3 W2 W1 0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 Uferbefestigung, Gewässer Standsicherheit Deich Hochwasserschutz Agrar-, Forstwirtschaft Agrar-, Forstwirtschaft Hydraulik, Abflusskapazität Gestaltungskriterien: Hochwasserschutz Fauna Flora Städte-/Landschaftsbild Naherholung Andere Nutzungen Naturhaushalt 20 /

21 Entscheidungsmatrix Quelle: Haselsteiner, R. (2010): Einteilung in Zonen Zulässigkeit von Gehölzen auf Deichen nach : GefahrenKlassen 7)8) (Einteilung von Bäumen und Sträuchern aus BAW MSD (2005) in Anbetracht von Größe, Wurzelausbreitung und Wachstumsrate) Wasserstand (bei Hochwasser) Vorland 30 m 10 m Deichschutzstreifen 10) 5 m Wasserseitige Böschung Krone > H/3 Landseitige Böschung Berme < H/3 Deichschutzstreifen 10) 5 m 10 m 30 m Hinterland Sicherungsmaßnahmen 1)8)10) Deichquerschnitt 2)3) Zone 9) W5 Zone 9) W4 Zone 9) W3 Zone 9) W2 Zone 9)10)11) W1 Zone 11) 0 Zone 10)11) L1 Zone 5)10)11) L2 Zone L3 Zone L4 Zone L5 Zone L6 Schadenspotential 1 Keine (Nur erdstatisch erforderlicher Deichquerschnitt) hoch 2 Landseitiges Überprofil Landseitiges und wasserseitiges Überprofil ) 4 6)11) ) Statisch wirksames Sicherungselement )11) ) niedrig Sicherungsmaßnahmen 21 /

22 Sicherung mit stat. wirk. Dichtwänden Einbau einer statisch wirksamen MIP-Wand in Isardeich im Stadtbereich München (Quelle: WWA München) 22 /

23 Beispieldeich - System 23 /

24 Beispieldeich - Ergebnis /

25 Oberflächenerosion Ingenieurbiologische Herausforderungen Fehlende Vegetationsdecke an einem Deich an der Loisach in der Nähe von Schlehdorf (Quelle: TU München) Großer, einzelner Baum mit Büschen umringt auf der wasserseitigen Böschung an einem Deich an der Loisach in der Nähe von Schlehdorf (Quelle: TU München) 25 /

26 Überströmungssicherung Überströmung eines Deiches bei Straubing während eines Sommerhochwassers im Jahre 1994 Quelle: WWA Deggendorf 26 /

27 Überströmungssicherung 1 2,8 Kies (8/32 mm) Fertigrasen Humoser Oberboden Kies (8/32 mm) Fertigrasen Sandkörper (0/4 mm) Ohne Geokunststoff Kies (8/32 mm) Untergrund (0/4 mm) 10 cm Mit Geokunststoff 2 cm 3D-Wirrgelege Erosionsschutzsystem 2,5 1 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 m Trennvlies (Sand Kies) Kies (8/32 mm) Forschung 27 /

28 Hydrodynamische Bodendeformation Erhöhung der Erosionsanfälligkeit durch Durchwurzelung des Deiches Bewegungen Wind Wind Bewegungen des Baumes und der Wurzeln durch Windbeanspruchung Auflockerung durch Wurzelbewegung Deichkörper S, g Auelehm T, s,g Durchlässige Schicht G, s 28 /

29 Hydrodynamische Bodendeformation tree root gravel Sickerwasseraustritt im Bereich abgestorbener und teilweise verrotteter Wurzeln an einem Deich bei Ruckasing an der Donau während des Hochwassers 1988 (Quelle: WWA Deggendorf) 29 /

30 Hydrodynamische Bodendeformation Erosionstrichter während des Hochwassers 1999 an der Donau im Bereich von Dünzing (Quelle: WWA Ingolstadt) 30 /

31 Resümee Weiche biotechnische Parameter vorhanden Anwendungsspezfische Grenzen Langzeitverhalten von Lebend- & Totverbau mit relativ großer Unsicherheit versehen Unterhalt Gräser- und Kräuterdecken unschädlich und wirksam gegen Erosion Großbewuchs bei kleinen Deichen eher schädigend Risikoabschätzung Freistellung oder Sicherung Fehlende Ansätze für Büsche Kombinationsbauwerke (Rasen +) 31 /

32 Das Unterhaltungskonzept für den Bewuchs auf und an technischen Hochwasserschutzbauwerken kostet, ob man eins hat oder nicht! 32 /