Ermittlung des Überschwemmungsgebietes der Großen Rönnecken

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1 1. Ausfertigung Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN) - Betriebsstelle Sulingen - Ermittlung des Überschwemmungsgebietes der Großen Rönnecken Aufgestellt: Datum: Projekt-Nr.: 10. Januar A INGENIEUR-DIENST-NORD Dr. Lange - Dr. Anselm GmbH Industriestraße Oyten Telefon: Telefax: info@idn-consult.de

2 I n h a l t 1 Veranlassung und Aufgabe 2 2 Berechnungsgrundlagen 2 3 Beschreibung des Untersuchungsraumes 4 4 Ermittlung der Abflussmengen 6 5 Berechnung der Wasserspiegellagen Vorgehensweise Vermessungsdaten Bestimmung der Rauheitsbeiwerte Ausgangswasserstand HW Ermittlung des Überschwemmungsgebietes Vorgehensweise Berechnungsergebnisse für den 100-jährlichen Abfluss Plausibilitätskontrolle 14 G:\5006\5006 A\Texte\Erläuterungen\Große Rönnecken\ Erläuterungen Große Rönnecken.odt

3 1 Veranlassung und Aufgabe Für die Große Rönnecken soll das natürliche Überschwemmungsgebiet ermittelt werden. Der Untersuchungsraum erstreckt sich von der Ortslage Wulfhoop bis zur Einmündung in den Stuhrgraben westlich der Ortslage Brinkum auf rd. 6 km Fließlänge. Der Niedersächsische Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN), Betriebsstelle Sulingen, hat die Ingenieur-Dienst-Nord GmbH (IDN), Oyten, mit der Berechnung des natürlichen Überschwemmungsgebietes beauftragt. Die Ergebnisse werden hiermit vorgelegt. 2 Berechnungsgrundlagen Die Berechnungen basieren auf folgenden Unterlagen: TK 25, DGK 5, AK 5, Digitales Geländemodell DGM 5 (5 m-raster), Orthofotos und Digitales Landschaftsmodell (DLM), zur Verfügung gestellt vom NLWKN, Betriebsstelle Sulingen Digitale hydrografische Karte und Route mit Stationierung des Gewässers, zur Verfügung gestellt vom NLWKN, Betriebsstelle Sulingen Aufmaße des Gewässers und der Kreuzungsbauwerke, durchgeführt vom Vermessungsbüro DH Geoservice im Herbst 2010 Hochwasserbemessungswerte für die Fließgewässer in Niedersachsen, herausgegeben vom NLÖ 2003 Vierstündiger, 100-jährlicher Modellregen, Quelle KOSTRA-DWD 2000 Ortsbesichtigung durch den IDN und Abstimmungen mit dem NLWKN, Betriebsstelle Sulingen Wasserspiegellagen (HW 100 ) verschiedener Gewässer, zur Verfügung gestellt vom NLWKN, Betriebsstelle Sulingen 2/14

4 Am fand in der Betriebsstelle Sulingen des NLWKN der Auftakttermin zur Berechnung mehrerer Überschwemmungsgebiete einschließlich der Großen Rönnecken statt. Teilnehmer waren Landkreise, Unterhaltungsverbände und Kommunen, der GLL sowie der NLWKN. Ziel des Auftakttermins war die Bereitstellung von Unterlagen, die der Berechnung und Darstellung des Überschwemmungsgebietes dienen. 3/14

5 3 Beschreibung des Untersuchungsraumes Die Große Rönnecken beginnt in der Wulfhooper Heide südwestlich der Ortslage Wulfhoope. Sie fließt bis zur Einmündung in den Stuhrgraben in nordwestliche bis nordöstliche Richtung. Die Geländehöhen im Einzugsgebiet fallen von NN + 18 m auf NN + 4 m. Die Route der Großen Rönnecken wurde an den aktuellen Gewässerverlauf angepasst. Alle hier genannten Gewässerstationen beziehen sich auf die neue Stationierung. Der Untersuchungsraum zur Berechnung des Überschwemmungsgebietes beginnt südwestlich des Martensweges bei der Ortslage Wulfhoop an der neuen Station Das Einzugsgebiet der Großen Rönnecken hat an dieser Stelle eine Größe von rd. A Eo = 1,1 km². Bis zum Ende des Untersuchungsraumes an der Einmündung in den Stuhrgraben (Station 0+000) vergrößert sich das Einzugsgebiet auf rd. A Eo = 11,3 km². Die Geländehöhen im Untersuchungsraum fallen von NN + 11,5 m auf NN + 4 m (siehe Anlage 2). Die Größe kanalisierter Einzugsgebietsfläche beträgt etwa 0,6 km². Beidseitig angrenzend an das Gewässer befinden sich überwiegend landwirtschaftlich genutzte Flächen. Der Gewässerverlauf tangiert bzw. durchfließt in einigen Abschnitten die Ortslagen Wulfhoop, Seckenhausen, Erichshof und Brinkum. Im Untersuchungsabschnitt der Großen Rönnecken befinden sich 23 Durchlässe, 2 Verrohrungen und eine Holzbrücke im Gewässer. Die Bauwerke werden in der Tabelle 1 in Fließrichtung (entgegen der Stationierung) zusammengefasst. Tabelle 1: Bauwerke im Untersuchungsraum der Großen Rönnecken Station Bauwerk Durchlass Durchlass Durchlass Verrohrung Einlauf Verrohrung Auslauf "Zum Sportplatz" Durchlass Durchlass Durchlass Durchlass Durchlass Durchlass "Seckenhauser Straße" (B232) Durchlass Durchlass Durchlass Durchlass 4/14

6 Station Bauwerk Rahmendurchlass "Diepholzer Straße" Rahmendurchlass (B51) Rahmendurchlass "Sulinger Straße" Rahmendurchlass "Twistringer Straße" Verrohrung "Bassumer Straße" Durchlass "Klinkerweg" Durchlass "Moorstraße" Durchlass Durchlass "An den610 Roden" Holzbrücke Durchlass "An den Ruschen" Doppeldurchlass "An den Ruschen" Innerhalb des Untersuchungsraumes münden kleinere Entwässerungsgräben und RW-Kanalausläufe in die Große Rönnecken ein. Von Station bis ist die Große Rönnecken im Ortsteil Hördener Heide verrohrt. Angeschlossen ist die Ortsentwässerung. Bei km sind Teile der Entwässerung des Ortes Angelse angeschlossen. Bei Station mündet die Kleine Rönnecken von links ein. An Station mündet der Stichgraben 10 von rechts ein, der der westlichen Ortsentwässerung Brinkums dient. Unterhalb des Durchlasses an Station mündet der Graben 19 von rechts ein. An den Graben ist ein großer Teil der westlichen Ortsentwässerung von Brinkum angeschlossen. 5/14

7 4 Ermittlung der Abflussmengen Gemäß Wasserhaushaltsgesetz 76 und Niedersächsischem Wassergesetz 115, werden die Überschwemmungsgebiete für den 100-jährlichen Hochwasserabfluss festgesetzt. Die Einzugsgebietsgrößen im Untersuchungsraum der Großen Rönnecken wurden der digitalen hydrografischen Karte Niedersachsen (Quelle: NLWKN) entnommen. Die Teileinzugsgebiete wurden auf Grundlage von Höhenlagen digital ermittelt. Für die ermittelten Einzugsgebiete der Kleinen Rönnecken und der Großen Rönnecken wurde ein Niederschlag-Abfluss-Modell aufgestellt. Verwendet wurde das Programm "HEC-HMS". Für die Parametriesierung des Niederschlag-Abfluss-Modells wurden die vorliegenden Gewässer- und Geländedaten digital ausgewertet. Unter der Annahme, dass die maßgebliche Regendauer in etwa der Konzentrationszeit in einem Einzugsgebiet entspricht, wurde ein vierstündiges, 100-jährliches Regenereignis (KOSTRA-Atlas für Starkniederschlagshöhen) angesetzt. Der angesetzte KOSTRA-Modellregen ist im Anhang dargestellt. Da für die Große Rönnecken keine Abflussmessungen vorliegen, wurde das Niederschlag-Abfluss-Modell anhand der "Hochwasserbemessungswerte für die Fließgewässer in Niedersachsen" (NLÖ, 2003) kalibriert. Die Große Rönnecken gehört zu der hydrologischen Landschaft Wildeshauer Geest (Delme). Die Regressionsgleichung der Hochwasserbemessungswerte wurde in Absprache mit dem GLD für das Einzugsgebiet der Großen Rönnecken (< 20 km²) verwendet. Der 100-jährliche Spitzenabfluss beträgt demnach für das 11,32 km² große Einzugsgebiet der Großen Rönnecken 3,58 m³/s. Für den Basisabfluss wurde eine mittlere Abflussspende von Mq = 7,3 l/(s*km²) angesetzt (NLÖ, 2003). Die ermittelten Zuflussganglinien für die Teileinzugsgebiete der Großen Rönnecken sind in Abbildung 1 dargestellt. Der Zufluss aus der Kleinen Rönnecken ergibt sich dynamisch aus der instationären hydraulischen Berechnung im 2D-Modell und wird hier nicht dargestellt. 6/14

8 Zufluss [m³/s] Abflus [m³/s] EZG 8 EZG 7 EZG 6 EZG 5 EZG 4 EZG 3 EZG 2 EZG Zeit [h] Zeit [h] Abbildung 1: Zuflüsse der Teileinzugsgebiete der Großen Rönnecken nach einem vierstündigen Regenereignis Mit den in Abbildung 1 dargestellten Zuflusskurven wurden die Wasserspiegellagenberechnungen durchgeführt. Die Einzugsgebiete und die Positionen an denen die Zuflüsse in das Modell eingesteuert wurden, sind in Abbildung 2 dargestellt. 7/14

9 Abbildung 2: Übersicht Modellgebiet mit Einzugsgebieten und Zuflusspositionen 8/14

10 5 Berechnung der Wasserspiegellagen 5.1 Vorgehensweise Mit eindimensionalen (1D)-Modellen werden ausschließlich die physikalischen Prozesse der Fließströmung in Richtung der Gewässerachse abgebildet. Um auch die Strömungskomponenten in Querrichtung modelltechnisch zu erfassen und den Einstau von Vorländern volumentreu abzubilden, werden in notwendig erachteten Fällen 2D-Modelle eingesetzt. Die Leistungsfähigkeit der Verrohrung der Großen Rönnecken in der Ortslage Hördener Heide ist für den Spitzenabfluss eines HQ 100 nicht ausreichend. Das Gewässer ufert oberhalb des Durchlasses aus und staut die Vorländer ein. Da sich an dieser Station beim HQ 100 kein stationärer Zustand einstellt, wurden die Wasserspiegellagen in Absprache mit dem NLWKN mit einem instationären 2D-Berechnungsmodell ermittelt. Für die Berechnung der Kleinen Rönnecken und der Großen Rönnecken wurde ein gemeinsames 2D-Modell aufgebaut und verwendet. Für die Modellierung wurde das Programm "HYDRO_AS-2D" verwendet. Eine zugehörige Programmbeschreibung ist im Anhang zu finden. Das Berechnungsmodell wurde auf Basis des Digitalen Geländemodells DGM 5 erstellt. Um das Gewässer im Modell abzubilden, wurden Querprofile und der Bauwerke vermessen und ins Modell eingefügt. Weitere Informationen wurden den vorliegenden Fotografien, Karten und Luftbildern entnommen sowie durch die Begehung der Örtlichkeit ermittelt. Die Rauheitsbeiwerte wurden aufgrund von Erfahrungswerten ermittelt und über vor Ort aufgemessene Wasserstände im Gewässer kalibriert. Die etwa 470 m lange Verrohrung im Ortsteil Hördener Heide weist vor allem durch das erste Kanalteilstück (DN 500) eine geringe Leistungsfähigkeit auf. Die Leistungsfähigkeit der Verrohrungsstrecke wurde für unterschiedliche Wasserstände mit dem Programm HYSTEM-EXTRAN berechnet. Die Berechnungsergebnisse der Kanalhydraulik wurden als WQ-Beziehung (Abbildung 3) in das 2D-Modell integriert. 9/14

11 Wasserstand oberh. Verrohrung [m ü. NN] 11,4 11, ,8 10,6 10,4 10,2 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 Abfluss [m³/s] Abbildung 3: WQ-Beziehung der Verrohrung Hördener Heide 5.2 Vermessungsdaten Für die Erstellung des Berechnungsmodells standen die aktuell aufgemessenen Gewässerprofile des Gewässers sowie die hydraulisch relevanten Abmessungen der Kreuzungsbauwerke zur Verfügung. Die Gewässerprofile wurden je nach örtlichen Gegebenheiten in einem Abstand von 100 m bis 250 m aufgenommen. Vorlandbreiten wurden so weit aufgemessen, dass der abflusswirksame Bereich des Gewässers erfasst wurde. Die Höhenangaben des DGM wurden mit den aufgemessenen Höhenpunkten der Vorländer abgeglichen. Im Zuge der Überprüfung ist festgestellt worden, dass die aufgemessenen Höhen im Mündungsbereich, in den Siedlungssbereichen und von Station bis bis zu einem halben Meter von den Höhen des DGM abweichen. 5.3 Bestimmung der Rauheitsbeiwerte Um Reibungsverluste durch Geländeunebenheiten und Bewuchs abzubilden, werden jedem Element des Hydraulikmodells Rauheitsbeiwerte zugewiesen. Den Elementen des Hydraulikmodells werden hierfür auf Grundlage der Informationen aus dem digitalen Landschaftsmodell (DLM) Nutzungsklassen zugeordnet (Abbildung 4). 10/14

12 Abbildung 4: Landschaftsstrukturen gemäß DLM Im Bereich des Gewässerquerschnittes erfolgt eine weitere Unterteilung auf Grundlage von Fotos, Luftbildern und der Begehung der Örtlichkeit. Für die verschiedenen Nutzungen wurden auf Grundlage von Erfahrungswerten Rauheitsbeiwerte nach MANNING-STRICKLER (k St ) angesetzt. Anhand der bei den Vermessungsarbeiten erfassten Wasserstände konnte eine überschlägige Überprüfung der gewählten Rauheitsparameter erfolgen. 11/14

13 Es wurden folgende Werte angesetzt: Gewässerquerschnitt k St = 25 m 1/3 /s See (Gewässeroberfläche) k St = 60 m 1/3 /s Ackerflächen k St = 10 m 1/3 /s Grünland k St = 15 m 1/3 /s Heide k St = 15 m 1/3 /s Wald k St = 5-15 m 1/3 /s Gehölz k St = 5-15 m 1/3 /s Sonderkulturen k St = 15 m 1/3 /s sonstige Vegetation k St = 15 m 1/3 /s Baulich geprägte Flächen k St = 1 m 1/3 /s Gewerbeflächen k St = 15 m 1/3 /s Gemischte Nutzung k St = 15 m 1/3 /s Strassenverkehr k St = 20 m 1/3 /s Sonstige Nutzung k St = 20 m 1/3 /s 5.4 Ausgangswasserstand HW 100 Der Ausgangswasserspiegel für die Berechnung des Überschwemmungsgebietes der Großen Rönnecken wurde aus den vom NLWKN Sulingen zur Verfügung gestellten Unterlagen entnommen. Für ein 100-jährliches Hochwasserereignis stellt sich am Stuhrgraben auf Höhe der einmündenden Großen Rönnecken ein Wasserspiegel HW 100 = NN + 4,62 m ein. 12/14

14 6 Ermittlung des Überschwemmungsgebietes 6.1 Vorgehensweise Die Wasserspiegellagen wurden mit dem Berechnungsmodell für einen Zeitraum von insgesamt 36 Stunden simuliert. Die Simulation erfolgte mit einem Zeitschrittintervall von 10 Minuten. Ermittelt wurden für jeden Zeitschritt und jedes Element die Zu- und Abflüsse zum Element und die hieraus resultierende im Element verbleibende Wassermenge. Aus diesen Daten ergeben sich für jeden Elementknoten die Wasserstände sowie Fließgeschwindigkeiten und -richtungen. Im Rahmen einer Plausibilitätsprüfung wurde das automatisiert verschnittene Überschwemmungsgebiet einer manuellen Kontrolle unterzogen. Das berechnete und auf Plausibilität geprüfte Überschwemmungsgebiet der Großen Rönnecken beim 100-jährlichen Abfluss ist in den Anlagen dargestellt. 6.2 Berechnungsergebnisse für den 100-jährlichen Abfluss Die Berechnungsergebnisse des Überschwemmungsgebietes der Großen Rönnecken sind in Fließrichtung beschrieben. Station bis Die Leistungsfähigkeit der Verrohrung im Ortsteil Hördener Heide reicht für den Spitzenabfluss HQ 100 = 0,4 m³/s an dieser Position nicht aus. Mittels der instationären hydraulischen Berechnung wurde eine Drosselung des Abflusses durch die Verrohrung auf 0,3 m³/s berechnet. Oberhalb der Verrohrung ergibt sich hierdurch ein Aufstau des Wasserspiegels auf 11,41 m ü. NN. Die links des Gewässers liegenden bebauten Flurstücke fallen bei dieser Wasserspiegellage in das Überschwemmungsgebiet. Das Flurstück am Martensweg liegt etwa auf dem Straßenniveau und wird nicht überschwemmt. Station bis Das Gewässer liegt hier in einer leichten Senke und die Böschungen werden überstaut. Es wurde eine rund 800 m lange Überschwemmungsfläche mit einer maximalen Breite von rund 100 m ermittelt. Station bis Die Große Rönnecken fließt in diesem Abschnitt fast vollständig im Gewässerbett ab. 13/14

15 Station bis Die Wasserspiegellagen in diesem Abschnitt sind größtenteils durch den Rückstau aus dem Stuhrgraben beeinflusst. Vor allem am der linken Gewässerseite ufert die Große Rönnecken großflächig aus. Der von Gräben durchzogene Niederungsbereich auf dem linken Ufer wird bis zur Moorstraße eingestaut. An Station befindet sich links des Gewässers ein Gewächshaus im Überschwemmungsgebiet. Zwischen Station und ist rechts des Gewässers das Gelände der Gärtnerei teilweise von den Überschwemmungen betroffen. 6.3 Plausibilitätskontrolle Im Anschluss an die Ermittlung des Überschwemmungsgebietes wurden Plausibilitätskontrollen durchgeführt. Vor Ort wurde eine Kontrolle der Berechnungsergebnisse durch Inaugenscheinnahme der potenziellen Überschwemmungsflächen durchgeführt. Die Kontrollen haben keine Hinweise auf Ungenauigkeiten des verwendeten Datenmaterials ergeben. Die Darstellung des errechneten Überschwemmungsgebietes erscheint plausibel. Aufgestellt: Ingenieur-Dienst-Nord GmbH Oyten, Bearbeitet: Dipl.-Ing. Stefan Meyer Dipl.-Ing. Karl Moog Dipl.-Ing. Harm Kuhlenkamp Dr.-Ing. Jörn Anselm 14/14