Hydraulische Studie zur Abfluss- und Strukturverbesserung am Niederrhein

Transkript

1 Hydraulische Studie zur Abfluss- und Strukturverbesserung am Niederrhein

2 Ausgangspunkte Niederrheinstudie Grenzüberschreitende Auswirkungen von extremem Hochwasser am Niederrhein Modellinstrumente SOBEK und WAQUA Grenzüberschreitende Abstimmung Hochwasser reduzierender Maßnahmen Anforderungen der Deichpflichtigen Bewertung hydraulischer Engpässe Anforderungen der IKSR, HMZ Mainz, Waterdienst Arnhem, LANUV an SOBEK Erweiterung des SOBEK-Datensatzes um das Deichüberströmen bei extremem Hochwasser Anforderung der WRRL Hochwasserneutrale Verbesserung der Gewässerstruktur am Niederrhein Vorhaben Hydraulische Studie

3 Modellinstrumente SOBEK und WAQUA Grenzüberschreitende Abstimmung Hochwasser reduzierender Maßnahmen Erstellung eines verbesserten Datensatzes für das 1-D-Modell SOBEK Im Einsatz bei BfG, Waterdienst und LANUV Ersterstellung des 2-Modell-Datensatzes für WAQUA Im Einsatz als Dienstleistung

4 Vorstudie im LANUV (2009) Maßnahmenplanung am Rhein Sensitivitätsanalyse der Maßnahmentypen Überlagerung von 3 Maßnahmentypen zur Verbesserung der Gewässerstruktur: Flutmulde, Vorlandvertiefung, Gehölzstrukturen Abschätzung mit SOBEK Diskussion der Ergebnisse mit BR Düsseldorf Nutzung der Erkenntnisse bei Konkretisierung der Maßnahmentypen

5 Inhalte Hydraulische Studie zur Abfluss-und Strukturverbesserung am Niederrhein 1 Einleitung 2 Engpassanalyse -> Abflussverbesserung bei Hochwasser 3 Projektmaßnahmen -> Strukturverbesserung/Maßnahmenpaket WRRL 4 Modellaufbau 5 Ergebnisse 6 Schlussfolgerungen und Empfehlungen

6 Ziele Maßnahmenpaket Hochwasserschutz (Engpässe) Strukturverbesserung (WRRL) Schifffahrt (Engpässe) Mehr Kenntnisse/Gefühl für das Flusssystem und die hydraulische Auswirkung von Maßnahmen und Gehölzstrukturen aufbauen Nur hydraulische Analyse: weitere Aspekte nicht berücksichtigt (z.b. Naturschutz, landwirtschaftliche Belange, ökonomische Restriktionen, Gewässerunterhaltung, Umgang mit verunreinigtem Boden, etc.). Win-Win-Win

7 Engpassanalyse Basis ist der Zustand 2020 (Realisierungshorizont) Gefälleanalyse HQ5 und HQ200 Differenz zwischen dem lokalen und durchschnittlichen Wasserspiegelgefälle für HQ5 und HQ200 (Grenzwert 0.25m/km) 25 Engpässe sind im Projekt identifiziert Kombination mit WSV-(Abel2003/Pribil2010) und Niederrhein-Analysen (Kroekenstoel, 2004) Engpass-Atlas Januar 2010

8 Ergänzende Einzelberechnungen für hydraulische Engpässe

9 Projektmaßnahmen WRRL Kriterien: Hochwasserschutz (u.a. Ziel: Hochwasserengpässe aus der Niederrheinstudie durch Projekt-Maßnahmen beseitigen) Ökologische Verbesserung (WRRL-Maßnahmen) Ziele der Schifffahrt Weitere Aspekte: Einhaltung von Mindestabstand zu Deichen

10 Projektmaßnahmen Flutrinnen und Vorlandabtragungen Es wurden aneinander angrenzende und überlappende Maßnahmen selektiert (keine roten Maßnahmen) hydraulische Wirksamkeit Die Höhenlage der Maßnahmen werden anhand des NW und einem Ausbau-MW + 1m definiert und strömen dadurch mindestens Tage pro Jahr mit. Die meisten Maßnahmen sind im Bereiches des nördlichen Niederrheins vorgesehen Alle Angaben zu den Maßnahmen wurden in einer xls-tabelle zusammengefasst

11 Zusammenfassung: Gesamtmaßnahmensumme = 41 davon: ursprüngl. WRRL Maßnahmen = 32 zusätzl. Maßnahmen aus hydraul. Sicht = 4 Erweiterung vorhandener WRRL-Maßnahmen aus hydr. Sicht = 5

12 Berechnungslauf mit angepasster Vegetation Berechnung mit allen potentiellen Flächen: Baumreihen beidseitig entlang der Rinnenstruktur (15 m Breite): ca. 275 ha Vegetation in freien Vorlandflächen mit geringen Fließgeschwindigkeiten (<10 cm/s) ca ha

13 Berechnungslauf mit angepasster Vegetation Weichholzsträucher mit einer Rauheit von höchsten k-nikuradse Typ K Nikuradse(bei h = 2 m) [m] Weichholzsträucher: 10 Diese Annahmen stellen konservative Ausgangspunkte (Maximalpaket) dar, durch welche auch Zwischenzustände der Vegetationsentwicklung berücksichtigt werden.

14

15

16 Modellaufbau Hydraulische Randbedingungen: Abfluss im Bereich HQ1-HQ1250 (Andernach m3/s) Wasserspiegellage mit Raum für den Fluss -> untere Randbedingung

17 Ergebnisse Wasserstände (Hoch-und Niedrigwasser) Abflüsse Fliessgeschwindigkeiten

18 Wasserstand - Wasserstände der Ganglinien im Vergleich - Differenz Maßnahmenzustand zu Referenzzustand 2020

19 Wasserstand - Ganglinien HQ500 - Differenzen: - Referenzzustand 2020 zu heute - Maßnahmenzustand zu heute

20 Fazit Hochwasserstände Hochwasserengpässe entlastet Auswirkungen bis zu 55 cm Wasserstandssenkung Bandbreite Auswirkungen ~ 10 cm Lokale Erhöhung am Modellunterrand / Grenze, aber im Vergleich zum heutigen Zustand (2005) Wasserstandssenkung Keine Änderung Niedrigwasserstände Beispiel: Änderung Ganglinie (HQ1)

21 Berechnung Vegetation - Wasserstände

22 Schlussfolgerungen Vegetation Baumreihen beidseitig entlang der Rinnenstrukturen haben die größte Auswirkung lokale Wasserstandserhöhung bei singulärer Vegetationsbetrachtung: maximal 30 cm Beim Vergleich der Maßnahmenberechnung bis zu 20 cm (HQ500) und 10 cm (HQ200) gegenüber Rechenlauf nur mit Rinnen und Vorlandabsenkungen; dabei relativ zu 2020Referenz i.w. Senkung Optimierung = Räumlich differenzieren und reduzieren (z.b. einseitige Baumreihe oder gar nicht)

23 Abflussänderungen Flussachse (maximale Abfluss) Pegel (Ganglinien) Differenz Maßnahmenzustand zu Referenzzustand 2020:

24 Fazit Abflüsse HQ1-HQ200 -kein Deichüberströmen: kaum Auswirkungen auf den Scheitelabfluss > HQ200 Deichüberströmen zwischen Köln und Düsseldorf: Scheitelabflüsse stromabwärts sowohl höher (HQ500) als auch niedriger(hq1250) Effektivität der Retentionsgebiete wird beeinflußt durch Wasserstandssenkung -> Neu-Optimierung prüfen Minimale Änderung der Wellengeschwindigkeit

25 Fliessgeschwindigkeiten Fliessgeschwindigkeiten linker und rechter Fahrrinnenrand: Schifffahrt Erstabschätzung anhand HQ1 und HQ5

26 Linker und rechter Fahrrinnenrand (Änderung Fließgeschwindigkeit bei max. Wasserstand)

27 Fazit Fliessgeschwindigkeiten/Schifffahrt Durchschnittlich 5-10 cm/s Abnahme der Fließgeschwindigkeit zwischen Km bei HQ1 und HQ5 Abnahme der Fließgeschwindigkeit (0-40 cm/s) parallel zur Maßnahme Zunahme der Fließgeschwindigkeit (0-20 cm/s) in Strecken zwischen den Maßnahmen Tendenziell in akzeptablen Bereichen, aber einige Bereiche profitieren von einer weiteren Optimierung pro Engstelle noch ergänzende Analysen (sonstige Abflüsse) gefragt Morphologische Aspekte noch nicht untersucht

28 Zusammenfassung hydraulische Betrachtung Maßnahmenpaket mit 41 Maßnahmen: reduziert Hochwasserstände mit maximal cm beeinflußt Scheitelabflüsse und Wellengeschwindigkeit bis zu HQ200 kaum beeinflußt Scheitelabflüsse über HQ200 wegen Einfluß auf Steuerung der Retentionsgebiete (z.b. Worringer Bruch) und Deichüberströmen (Erhöhung und Senkung der Abflüsse); bietet Potential für win-win-win-situationen (Hochwasserschutz, Ökologie, Schiffahrt) - beinhaltet Gehölzstrukturen: Reihen entlang der Mulden sind hydraulisch ungünstiger als Nutzung der Flächen mit langsamer Fließgeschwindigkeit

29 Mögliche Zukunft/ Ausblick Hochwasserschutz und Strukturentwicklung können zusammenkommen! Weitere Optimierung und Empfindlichkeitsanalyse einzelner Maßnahmen in kritischen Abschnitten Abstimmung mit sonstigen Hochwasserschutzmaßnahmen (v.a. Retention) Optimierung der Vegetation Optimierung der Berechnung des Maßnahmenpakets (Blokkendos?) Betrachtung von Belangen der Schifffahrt (sonstige Abflüsse und Morphologie); Berücksichtigung weiterer Aspekte (Naturschutz, landwirtschaftliche Belange, ökonomische Restriktionen, integrale Schadenspotenzialanalyse, Schifffahrt, Pflege, Umgang mit verunreinigtem Boden, etc.)

30 Vielen Dank für Ihr Aufmerksamkeit! Bildnachweis: DVD Jeder Zentimeter zählt, StUA Krefeld