Modellgestützter Nachweis der Auswirkungen von geplanten Rückhaltemaßnahmen in Sachsen und Sachsen-Anhalt auf Hochwasser der Elbe

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1 ELBE-LABE spatial planning flood management strategy Modellgestützter Nachweis der Auswirkungen von geplanten Rückhaltemaßnahmen in Sachsen und Sachsen-Anhalt auf Hochwasser der Elbe ELBE -LABE Vorsorgende Hochwasserschutzmaßnahmen durch transnationale Raumordnung (ELLA)

2 IMPRESSUM ELBE-LABE spatial planning flood management strategy Lead Partner: Sächsisches Staatsministerium des Innern Abteilung Landesentwicklung, Vermessungswesen, Verfassungsschutz Wilhelm-Buck-Straße 2, Dresden als Lead Partner des INTERREG IIIB-Projektes ELLA Vorsorgende Hochwasserschutzmaßnahmen durch transnationale Raumordnung Verantwortlich: Dr. Edgar Trawnicek Projektpartner: Sächsisches Staatsministerium des Innern Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz Ministerium für Landesentwicklung und Verkehr des Landes Sachsen-Anhalt Sächsisches Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Gemeinsame Landesplanungsabteilung Berlin-Brandenburg Landkreis Stendal Bundesanstalt für Gewässerkunde Deutscher Verband für Wohnungswesen, Städtebau und Raumordnung e.v. Ministerium für Regionalentwicklung Umweltministerium Bezirk Aussig Bezirk Südböhmen Bezirk Pilsen Bezirk Königgrätz Bezirk Zentralböhmen Bezirk Reichenberg Bezirk Pardubitz Wasserverband Elbe Bundesministerium für Landund Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft Regionale Entwicklungsagentur Breslau Wasserbehörde Mittlere Theiß Zusammenarbeit mit: Institut für Raumentwicklung der Tschechischen Republik Regionaler Planungsverband Oberes Elbtal/Osterzgebirge Regionaler Planungsverband Chemnitz/Erzgebirge Thüringer Ministerium für Bau und Verkehr Thüringer Ministerium für Landwirtschaft, Naturschutz und Umwelt Internationale Kommission zum Schutz der Elbe (Arbeitsgruppe Hochwasserschutz) Koordination und fachliche Gesamtsteuerung: INFRASTRUKTUR & UMWELT Professor Böhm und Partner Darmstadt und Potsdam Das Projekt wurde durch die EU teilfinanziert.

3 - Bericht- Modellgestützter Nachweis der Auswirkungen von geplanten Rückhaltemaßnahmen in Sachsen und Sachsen-Anhalt auf Hochwasser der Elbe Bearbeiter: Dipl.-Met. N. Busch Dipl.-Ing. M. Hammer Fachliche Begleitung: Dipl.-Ing. E. Bielitz, Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen Dipl.-Ing. I. Runge, Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-Anhalt Koblenz, den 24. November 2006

4 Inhaltsverzeichnis 1 EINLEITUNG UND AUFGABENSTELLUNG ALLGEMEINE WIRKUNG VON RETENTIONSMAßNAHMEN WERKZEUGE ZUR ERMITTLUNG DER AUSWIRKUNG DAS WAVOS- MODELL DER ELBE MODELLLAYOUT WAVOS-ELBE MODELLHOCHWASSER BERÜCKSICHTIGTE MAßNAHMEN WIRKUNG DER HOCHWASSERRÜCKHALTEMAßNAHMEN WIRKUNG EINER MAßNAHME VOR ORT WIRKUNG DER MAßNAHMEN IM NAH- UND FERNBEREICH ERGEBNISSE IM ÜBERBLICK ZUSAMMENFASSUNG LITERATUR Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Wasserstandsmindernde Maßnahmen am Gerinne (aus: Ruimte voor de Rivier)... 1 Abbildung 2: Prinzipielle Wirkung einer Deichrückverlegung und eines Flutpolders vor Ort... 2 Abbildung 3: Gegliederte Querschnitte... 3 Abbildung 4: Polder in WAVOS... 3 Abbildung 5: WAVOS Elbe, Modelllayout und Lage der berücksichtigten Maßnahmen... 4 Abbildung 6: MHw Genese 2002 am Pegel Aken... 6 Abbildung 7: MHw Genese 2006 am Pegel Aken... 6 Abbildung 8: Vergleich der Wasserstandsganglinie ohne/mit Berücksichtigung der Maßnahme: Flutpolder Dautzschen für das MHw DD100_ Abbildung 9: Vergleich der Wasserstandsganglinie ohne/mit Berücksichtigung der Maßnahme: Flutpolder Dautzschen für das MHw DD100_ Abbildung 10: Wirkung der Maßnahmen beim MHw DD100_02 auf den Wasserstand am Pegel Wittenberg Abbildung 11: Wirkung der Maßnahmen beim MHw DD100_02 auf den Wasserstand am Pegel Wittenberge.. 12 Abbildung 12: Wirkung der Maßnahmen beim MHw DD100_06 auf den Wasserstand am Pegel Wittenberg Abbildung 13: Wirkung der Maßnahmen beim MHw DD100_06 auf den Wasserstand am Pegel Wittenberge.. 13 Abbildung 14: Scheitel-Wasserstandsminderung der MHw bei Einsatz aller 19 Maßnahmen Abbildung 15: Maximale Wasserstandsminderung der MHw bei Einsatz aller 19 Maßnahmen Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Faktoren und Abflussscheitelwerte der generierten Modellhochwasser... 7 Tabelle 2: Berücksichtigte Maßnahmen im Simulationsmodell... 8 Tabelle 3: Maßgebliche Wasserstände zur Steuerung der Ein- und Auslaufbauwerke an den Flutpoldern... 9 Tabelle 4: Berechnete Wasserstandsminderung W [cm] für Modellhochwasser Tabelle 5: Berechnete Abflussminderung Q [m 3 /s] für Modellhochwasser II

5 1 Einleitung und Aufgabenstellung Im vorliegenden Bericht werden die Untersuchungen der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) im Rahmen des ELLA-Projektes, Arbeitspaket 3.13 Wirkungsanalyse alternativer Strategien kurz zusammengefasst. Aufgabenstellung war die Szenarienmodellierung für eine Einschätzung der Wirkung von im Aktionsplan Hochwasserschutz Elbe der Internationalen Kommission zum Schutz der Elbe enthaltenen Maßnahmen zur Schaffung zusätzlicher Retentionsräume auf den Wellenablauf in der Elbe. Für die mathematisch-hydraulische Modellierung wurde das in der BfG entwickelte eindimensionale hydrodynamische numerische Wasserstandsvorhersagemodell (WAVOS) der Elbe für die Aufgabenstellung angepasst und als Simulationsmodell verwendet. Um die Wirkung der berücksichtigten Maßnahmen aussagekräftig darzustellen, wurden 12 Modellhochwasserereignisse generiert. Die Genese der Modellereignisse beruht auf den historischen Hochwassern von August 2002 und April Für den Wirkungsnachweis wurden die Simulationen des IST- Zustands (2001) mit denen des die Maßnahmen enthaltenen Soll- Zustands verglichen. Alle Untersuchungen wurden in enger Abstimmung mit den Wasserwirtschaftsverwaltungen Sachsens und Sachsen-Anhalts durchgeführt, die auch die benötigten Daten zu den modellierten Rückhaltemaßnahmen lieferten. 2 Allgemeine Wirkung von Retentionsmaßnahmen Es existieren vielfältige Möglichkeiten den Wasserstand innerhalb eines Gewässersystems zu verringern. Abbildung 1 zeigt mögliche Methoden zur Wasserstandsminderung. Abbildung 1: Wasserstandsmindernde Maßnahmen am Gerinne (aus: Ruimte voor de Rivier) Im ELLA-Projekt wurden die Maßnahmenarten: Deichrückverlegung und gesteuerte Flutpolder vertieft untersucht. Durch die als Flutpolder bezeichneten Maßnahmen können durch eine Steuerung flexibel einsetzbare zusätzliche Retentionsräume zur Verfügung gestellt werden. Die Füllung bzw. Entleerung der Polder wird über Ein- und Auslassbauwerke geregelt. 1

6 Deichrückverlegungen sind nicht steuerbare Maßnahmen, bei denen vorhandene Deichlinien geändert, teilweise sogar komplett entfernt werden. Hierdurch können vielfältige Wirkungen auf Abflüsse und Wasserstände erzielt werden, die nicht nur von der Größe der bereitgestellten Räume abhängen, sondern auch von der Lage der zusätzlich geschaffenen Räume innerhalb des Durchflussprofils. Deichrückverlegungen führen somit auch zu einer Verbesserung der lokalen Durchflussverhältnisse. Im Rahmen der vorgenommenen Untersuchung wurde davon ausgegangen, dass die vorhandenen Deiche im Bereich der Maßnahmen komplett rückgebaut werden. Entsprechend der vorgenommenen Steuerung von Flutpoldern und der nicht steuerbaren Deichrückverlegungen stellen sich unterschiedliche Wirkungen in Abhängigkeit vom Hochwasserablauf ein. Während man bei einer steuerbaren Maßnahme gezielt Volumen aus der Hochwasserwelle entnehmen und temporär zwischenspeichern kann, wirkt eine Deichrückverlegung erst ab dem Ausuferungswasserstand. Mit einer steuerbaren Maßnahme kann eine optimale Wirkung erreicht werden, wenn der Scheitel der Welle vollständig, wie in Abbildung 2 dargestellt, gekappt werden kann. Bei Kenntnis des Verlaufs der Welle kann man die Steuerung entsprechend anpassen und den optimalen Zeitpunkt zum Öffnen der Einlaufbauwerke ermitteln. Eine solche Optimierung der Steuerung zu ermitteln, war jedoch nicht Gegenstand dieser Untersuchung. Eine Deichrückverlegung wirkt abhängig von der Instationarität des Ereignisses. Die Wirkung beginnt immer bei Erreichen des Ausuferungswasserstands und liegt zeitlich somit bei Extremereignissen weit vor dem Hochwasserscheitel. In einem solchen Fall hat die Maßnahme, wenn überhaupt, nur einen sehr geringen Einfluss auf den Wellenscheitel vor Ort (vergleiche Abbildung 2). Es kann allerdings eine zeitliche Verzögerung im Wellenablauf erreicht werden. Abbildung 2: Prinzipielle Wirkung einer Deichrückverlegung und eines Flutpolders vor Ort Bei gleichem eingesetztem Retentionsvolumen kann eine steuerbare im Vergleich zu einer nicht steuerbaren Maßnahme zielgerichtet und damit optimal eingesetzt werden und somit eine bessere Wirkung auf den Hochwasserablauf erzielen. Allerdings bleibt zu bedenken, dass die Infrastruktur einer gesteuerten Maßnahme, bspw. durch die Wartung der Ein- und Auslaufbauwerke eines nicht unerheblichen Investitions- und Unterhaltungsaufwandes bedarf. 2

7 3 Werkzeuge zur Ermittlung der Auswirkung 3.1 Das WAVOS- Modell der Elbe WAVOS ist ein in der BfG entwickeltes eindimensionales hydrodynamisches Wellenablaufmodell, das die Saint-Venant-Gleichungen numerisch mittels der Linienmethode löst. Zu jedem Rechenzeitschritt werden sämtliche Diskretisierungspunkte berechnet. Kontinuitätsgleichung: Bewegungsgleichung: Geometrische Grundlage stellen Querprofile dar, die im WAVOS-Modell als gegliederte Querschnitte (siehe Abbildung 3) berücksichtigt werden. Damit ist es möglich, die unterschiedlichen Fließbereiche wie Hauptgerinne, Vorland, Retentions- und Buhnenfläche jeweils mit differierenden Rauheiten zu belegen und getrennt zu berechnen. A links A Fluss A A rechts A ret A B Abbildung 3: Gegliederte Querschnitte Das WAVOS-Modell der Elbe wird voraussichtlich Ende 2007 als Wasserstandsvorhersagemodell im operationellen Betrieb eingesetzt. Bei den hier vorgenommenen Szenarienberechnungen zur Wirkungsabschätzung von Hochwasserrückhaltemaßnahmen (vergleiche Kap. 1) stehen Wasserstands- und Abflussdifferenzen im Vordergrund und weniger die erzielten Absolutwerte. Validierungsberechnungen zeigen aber, dass das vorliegende Modell als Simulationsmodell einsetzbar ist. Polder werden im WAVOS-Modell (siehe Abbildung 4) mit den Parametern Fläche und Sohlhöhe verwendet. Der Zu- und Abfluss wird über sog. Bauwerke nach einer Wehrüberfallformel nach Poleni berechnet. Hierbei werden Angaben zu den Parametern Breite, Schwellenhöhe, und ein Faktor für die Wehrform benötigt. Der Rückstaueffekt wird nach Schmidt (Schmidt, 2006) berechnet. Abbildung 4: Polder in WAVOS 3

8 3.2 Modelllayout WAVOS-Elbe Entsprechend der Abbildung 5 werden im Layout des WAVOS-Modells alle bedeutenden Zuflüsse der Elbe im Streckenabschnitt zwischen Usti nad Labem und Wittenberge berücksichtigt Wittenberge Havel Storkau Tangermünde Rogätz Magdeburg Stb Barby Saale Aken Mulde Rosslau Wittenberg Schwarze Elster Pretsch-Mauken Torgau Axien ( ; ~38 Mio.m 3 ) Dautzschen ( ; ~32 Mio.m 3 ) Mühlberg Aussig ( ; ~17 Mio.m 3 ) Döllnitz Riesa Nünchritz ( ; ~15 Mio.m 3 ) Jahna 89.0 Ketzerbach 82.2 Meißen 82.1 Triebisch 72.7 Wilde Sau (Modell. 64.3) Weißeritz 55.6 Dresden 44.7 Lockwitzbach 39.2 Müglitz 37.5 Wesenitz 35.4 Gottleuba 34.7 Pirna 17.2 Biela 12.0 Lachsbach 2.1 Schöna Decin Polder(Elbekm; Retentionsvolumen) Elbe - km Pegel Nebenfluss Flutpolder Deichrückverlegung (unmaßstäblich) Usti Abbildung 5: WAVOS Elbe, Modelllayout und Lage der berücksichtigten Maßnahmen 4

9 Als obere Randbedingung wird in dem Wellenablaufmodell eine Abflussganglinie für den Pegel Usti nad Labem (Elbe-km -38.7) benötigt. Als untere Randbedingung wird eine Wasserstands- Abflussbeziehung im Bereich Geesthacht vorgegeben. Insgesamt werden 15 Nebenflüsse der Elbe als laterale Zuflüsse berücksichtigt Die Nebenflüsse Lachsbach, Biela, Gottleuba, Wesenitz, Müglitz, Lockwitzbach, Weißeritz, Wilde Sau, Triebisch, Ketzerbach, Jahna, Döllnitz und Schwarze Elster werden punktuell im Mündungsbereich zugegeben. Dabei werden die Abflüsse der mündungsnächsten Pegel unter Berücksichtigung von Fließweg und zeit bis zur Mündung des Nebenflusses in die Elbe mit entsprechenden Faktoren entsprechend angepasst. Die Mulde wird ab dem Pegel Bad Düben (~ 68km) mit einem Translation-Diffusions Modell simuliert, wobei der Rückstaueffekt aufgrund der hydrologischen Simulation nur stark eingeschränkt ermittelt werden kann. Die Saale wird ab dem Pegel Calbe UP (~ 20km) hydrodynamisch modelliert. Das Modell wurde anhand historischer Hochwasserereignisse kalibriert. Die Effekte der in den Simulationsberechnungen zu berücksichtigenden Maßnahmen bei Sandau und die der ereignisabhängigen Steuerung (Havelpolderflutung) der Havel, sind aufgrund ihrer geographischen Nähe zueinander nicht eindeutig zu differenzieren. Aus diesem Grund wird die Havel nicht hydrodynamisch im Modell abgebildet, sondern bei Neuwerchau als punktueller Zu- /Abfluss berücksichtigt. Damit wird der Wirkungsnachweis auch für die beiden Maßnahmen bei Sandau möglich. 3.3 Modellhochwasser Hochwasser an der Elbe können aufgrund ihrer Genese in Winter- und Frühjahrshochwasser sowie Sommerhochwasser unterschieden werden. Winter- und Frühjahrshochwasser entstehen durch Schneeschmelze (nival geprägtes Regime) in Verbindung mit regenreichen Witterungsperioden. Bedeutsame Sommerhochwasser an der Elbe entstehen, wie das Augusthochwassser 2002, durch lang anhaltenden, großflächigen Regen (z. B. Vb- Wetterlagen) im Einzugsgebiet. Hochwasser mit großem Abflussvolumen entstehen im südlichen Einzugsgebiet der Elbe, das größtenteils in die Moldau entwässert. Im nördlichen Teil des Einzugsgebiets, unterhalb der Saalemündung, haben die Hochwasserwellen der Zuflüsse geringere Abflussvolumen. Zudem werden die Elbehochwasser durch den Betrieb von Talsperren im Einzugsgebiet beeinflusst und das erhebliche Retentionsvermögen der mittleren Elbe führt im Längsverlauf zu einer Streckung der Hochwasserwelle mit einhergehender Verflachung. Für eine Untersuchung der Wirkung von Hochwasserschutzmaßnahmen ist es wichtig, nicht nur ein einziges Hochwasser, sondern mehrere repräsentative Hochwassertypen zu simulieren. Nur so können die Ergebnisse allgemeingültig bewertet werden. Aussagekräftige Untersuchungen sollten daher mit a) typischen Hochwassergenesen im Elbe-Einzugsgebiet (zeitlich - räumliche Entstehungsgeschichte; meteorologisch und hydrologisch) und b) generierten Modellhochwassern mit extremwertstatistisch erstellten Scheitelabflüssen (HQ 100, HQ 200 ) durchgeführt werden. Für das ELLA-Projekt wurden Modellhochwasser (MHw) auf Grundlage des Sommerereignisses von August 2002 (IKSE, 2004) und des Frühjahrereignisses von April 2006 (BfG, 2006) generiert. Das verwendete Ereignis 2002 beruht auf einer Rekonstruktion der Hochwasserwelle 2002 für den Fall, dass kein Deichversagen aufgetreten wäre. Die Zielwerte (Abflussscheitelwerte) HQ 100 und HQ 200 zur Generierung der Modellwasser wurden für die 3 ausgewählten Zielpegel Dresden, Aken und Barby bestimmt. Auf diese Weise wurden insgesamt 12 MHw erstellt. Die MHw wurden somit aus historischen Ganglinien erzeugt, indem die Ganglinien der Zuflüsse bis zum Zielpegel mit einem Faktor beaufschlagt werden, bis der Zielwert am jeweiligen Zielpegel erreicht ist. Zur Sicherstellung von hydrologisch sinnvoll erzeugten MHw wurde darauf geachtet, dass die Scheitel der Zuflusswellen, deren Abflüsse größer als HQ 50 sind, nicht im Mündungsbereich mit dem Scheiteldurchgang der Elbe zusammentreffen. Die Vergrößerung einer Zuflussganglinie zum Erreichen des Zielwertes findet in diesem Verfahren nur oberhalb einer Grundlast statt, um unrealistische Wellenfüllen auszuschließen. 5

10 Nachfolgende Abbildung 6 und Abbildung 7 zeigen beispielhaft die generierten MHw- Abflussganglinien am Pegel Aken, der zwischen Mulde- und Saalemündung liegt. Man erkennt die relativ kurze Verweildauer des Scheitels (ca. 1 Tag) bei den Modellhochwassern, die aus der Genese des Hochwassers 2002 hervorgegangen sind (Abbildung 6). Langandauernde Scheitelwasserstände (ca. 3 Tage) ergeben sich im Fall der künstlich erzeugten Wellen am Pegel Aken, die auf der Genese des Elbehochwassers vom April 2006 basieren (Abbildung 7). Die jeweils historische Ganglinie ist mit der Farbe blau gekennzeichnet, während die MHw entsprechend den Faktoren, bzw. Jährlichkeiten farbig dargestellt sind. Die Vielfalt der MHw wird anhand unterschiedlicher Wellenform, Wellenfülle, Wellenscheitelwert und Zeitspanne der Ereignisse dargestellt. Auch ist am Verlauf der generierten Ganglinien zu erkennen, dass nur oberhalb der Grundlast die Abflüsse der Elbe vergrößert wurden Modellhochwasserwellen 2002 am Pegel Aken Aken Historisch HW2002 DD200 (1.101) 3500 DD100 (0.966) Abfluss Q [m 3 /s] AK200 (1.043) AK100 (0.97) BA200 (1.083) 1000 BA100 (1.042) /09/ :00 11/09/ :00 10/09/ :00 09/09/ :00 08/09/ :00 07/09/ :00 06/09/ :00 05/09/ :00 04/09/ :00 03/09/ :00 02/09/ :00 01/09/ :00 31/08/ :00 30/08/ :00 29/08/ :00 28/08/ :00 27/08/ :00 26/08/ :00 25/08/ :00 24/08/ :00 23/08/ :00 22/08/ :00 21/08/ :00 20/08/ :00 19/08/ :00 18/08/ :00 17/08/ :00 16/08/ :00 15/08/ :00 14/08/ :00 13/08/ :00 12/08/ :00 11/08/ :00 10/08/ :00 09/08/ :00 08/08/ :00 07/08/ :00 06/08/ :00 05/08/ :00 04/08/ :00 03/08/ :00 02/08/ :00 Abbildung 6: MHw Genese 2002 am Pegel Aken Aken Historisch HW2006 DD200 (1.892) DD100 (1.669) AK200 (1.519) Modellhochwasserwellen 2006 am Pegel Aken Abfluss Q [m 3 /s] AK100 (1.415) BA200 (1.263) BA100 (1.232) /04/ :00 29/04/ :00 28/04/ :00 27/04/ :00 26/04/ :00 25/04/ :00 24/04/ :00 23/04/ :00 22/04/ :00 21/04/ :00 20/04/ :00 19/04/ :00 18/04/ :00 17/04/ :00 16/04/ :00 15/04/ :00 14/04/ :00 13/04/ :00 12/04/ :00 11/04/ :00 10/04/ :00 09/04/ :00 08/04/ :00 07/04/ :00 06/04/ :00 05/04/ :00 04/04/ :00 03/04/ :00 02/04/ :00 01/04/ :00 31/03/ :00 30/03/ :00 29/03/ :00 28/03/ :00 27/03/ :00 26/03/ :00 25/03/ :00 24/03/ :00 23/03/ :00 22/03/ :00 21/03/ :00 20/03/ :00 19/03/ :00 Abbildung 7: MHw Genese 2006 am Pegel Aken 6

11 Um eine gewisse Übersichtlichkeit zu gewährleisten, wurden die einzelnen Modellhochwasser mit Abkürzungen für Zielpegel, Jährlichkeit und Genese gekennzeichnet. Modellhochwasser - Bezeichnung: 1. Zielpegel: DD (=Dresden), AK (=Aken), BA (=Barby) 2. Hochwasserjährlichkeit: 200 (=HQ 200 ), 100 (=HQ 100 ) 3. Hochwassergenese: 02 (=HW 08/2002), 06 (=HW 04/2006) Beispiel: Ein Modellhochwasser bei dem der Pegel Dresden mit einer Jährlichkeit von 200 Jahren mit der Genese des HW-Ereignisses 08/2002 beaufschlagt wird, hat also die Bezeichnung: DD200_02 In Tabelle 1 sind die ermittelten Faktoren zur Vergrößerung der historischen Hochwasser und die Abflussscheitelwerte an den Zielpegeln aufgeführt. Zur Orientierung enthält Tabelle 1 auch Angaben zu den Extremabflüssen für die 3 Zielpegel. Beispielsweise wird deutlich, dass ein 200- jährliches Ereignis bemessen auf den Pegel Barby am Pegel Dresden nur eine Jährlichkeit kleiner 50 aufweisen kann (BA200_06). Mit einer solchen Vielfalt von hydrologisch sinnvoll erzeugten MHw ist es möglich, Wirkungen von Maßnahmen auf unterschiedlichste Hochwasserereignisse abzuschätzen. Im Fall des Modellhochwassers DD200_06 wurde ein Vergrößerungsfaktor von ermittelt. Demzufolge ergibt sich zwar der Zielabfluss am Pegel Dresden, gleichzeitig entstehen aber extreme theoretische Abflüsse an den Pegeln Barby und Wittenberge, die dort deutlich HQ 200 überschreiten und nicht vom Deichsystem beherrschbar sind. Im Modell wurde entsprechend der Aufgabenstellung von unendlich hohen Deichen ausgegangen. Tabelle 1: Faktoren und Abflussscheitelwerte der generierten Modellhochwasser Scheitelabflüsse der Modellhochwasser Faktor Dresden Q [m 3 /s] Aken Q [m 3 /s] HQ HQ Barby Wittenberge Q [m 3 /s] Q [m 3 /s] HQ DD100_ DD200_ AK100_ AK200_ BA100_ BA200_ DD100_ DD200_ AK100_ AK200_ BA100_ BA200_

12 3.4 Berücksichtigte Maßnahmen Auf der für die Szenarienmodellierung untersuchten Flussstrecke zwischen Pegel Usti nad Labem (Elbe-km -38.7) und Pegel Wittenberge (Elbe-km ) wurden insgesamt 19 Maßnahmen berücksichtigt. Konkrete Angaben zu diesen Rückhaltungen stammen von den Wasserwirtschaftsverwaltungen Sachsens und Sachsen- Anhalts. Die Maßnahmen unterteilen sich in 4 Flutpolder und 15 Deichrückverlegungen (siehe Tabelle 2). In Abbildung 5 ist die Lage der Maßnahmen am Elblauf schematisch dargestellt. Diese Maßnahmen sind im Aktionsplan Hochwasserschutz der Elbe der Internationalen Kommission zum Schutz der Elbe enthalten (IKSE, 2003). Insgesamt werden der Elbe im untersuchten Bereich ~ 6400 ha zusätzliche Fläche für Überschwemmungen zur Verfügung gestellt. Für die steuerbaren Maßnahmen (4 Flutpolder) entspricht die Fläche von 3700 ha etwa einem Rückhaltevolumen von 106 Mio. m 3. Für die nicht steuerbaren Deichrückverlegungen wird auf eine Volumenangabe verzichtet. Tabelle 2: Berücksichtigte Maßnahmen im Simulationsmodell Elbe-Km Bundesland Maßnahme/Standort Fläche [ha] Volumen [Mio. m 3 ] Polder Nünchritz Polder Aussig Deichrückverlegung zwischen Dröschkau und Ammelgosswitz ,5 Deichrückverlegung zwischen Döbeltitz und Kranichau Deichrückverlegung Köllitsch ,5 148,5 Deichrückverlegung zwischen Pülswerda und Kamitz 60 Sachsen 147,5-148,5 Deichrückverlegung zwischen Weßnig und Schiffmühlenhaus Deichrückverlegung nördlich Pülswerda Deichrückverlegung zwischen Lünette Zwethau und Zwethau Polder Dautzschen Deichrückverlegung Polbitz ,5 Deichrückverlegung zwischen Grenzbach und Proschwitz ,5-188,5 Polder Axien ,5-249 Deichrückverlegung Vockerode (Gatzer Bergdeich) ,5-256,7 Deichrückverlegung Oberluch bei Rosslau ,3-284 Sachsen- Anhalt Deichrückverlegung Lödderitzer Forst ,2 Deichrückverlegung Klietznick ,6-416 Deichrückverlegung Sandau Süd ,2-420,2 Deichrückverlegung Sandau Nord 100 Um die beabsichtigte Vergleichbarkeit hinsichtlich der Wirkungen der Rückhaltungen zu gewährleisten, wurde folgende Steuerung für die Polderflutung einheitlich für alle Modellhochwasser festgelegt: Flutungsbeginn jeweils 20 cm unterhalb des Scheitelwasserstands vor Ort bei dem Modellhochwasser DD100_02. In nachfolgender Tabelle 3 sind die jeweiligen Wasserstandshöhen für die Öffnung der Ein- und Auslaufbauwerke zu entnehmen. 8

13 Tabelle 3: Maßgebliche Wasserstände zur Steuerung der Ein- und Auslaufbauwerke an den Flutpoldern Maßnahme Öffnung des Einlaufbauwerks Öffnung des Auslaufbauwerks Ort des Ein/Auslaufbauwerks Wasserstand vor Ort Wasserstand vor Ort [m+nhn] [m+nhn] Nünchritz (Elbe-km 104/108) > < Aussig (Elbe-km 123/126) > < Dautzschen (Elbe-km 160/165) > < Axien (Elbe-km 183/189) > < Mit dem oben beschriebenen Ansatz zur Steuerung der Bauwerke wird dem Anliegen der Aufgabenstellung im ELLA-Projekt in vollem Umfang Rechnung getragen. Die in diesem Zusammenhang mögliche Optimierung der Poldersteuerung war demnach nicht Gegenstand der hier vorgenommenen Berechnungen. Die Nah- und Fernwirkung einer Maßnahme in gleichem Maße im Wellenablauf zu optimieren ist unmöglich. Wenn wie im vorliegenden Fall eine Kette, d.h. mehrere längs eines Gewässers liegende HW-Rückhaltemaßnahmen gesteuert/ungesteuert realisiert werden soll, muss die gegenseitige Beeinflussung der Maßnahmen untereinander und der Einfluss auf die Hochwasserwelle berücksichtigt werden. 4 Wirkung der Hochwasserrückhaltemaßnahmen Zur Ermittlung der Wirkungen aufgrund des Einsatzes von Rückhaltemaßnahmen auf den Elbehochwasser wurden auf der Grundlage der generierten, zwölf Modellhochwasser Simulationsberechnungen ohne und mit den Maßnahmen an der Elbe vorgenommen. Effekte von etwaigen Rückhaltungen im Einzugsgebiet auf Hochwasser der Zuflüsse wurden nicht berücksichtigt. Entsprechend wurden in den Szenarienberechnungen für beide Zustände für den Startpegel an der Elbe (Usti n. Labem) sowie für alle verwendeten Nebenflüsse identische Zuflusswellen verwendet. 4.1 Wirkung einer Maßnahme vor Ort Die Problematik um Maßnahmensteuerung und erzielbare Wirkungen lässt sich zunächst beschränkt auf nur eine Maßnahme anhand der unterschiedlichen Wasserstandsabsenkungen in den Hochwassergenesen 2002 und 2006 verdeutlichen. In Abbildung 8 und Abbildung 9 sind die erzielten Wasserstandsminderungen bei den Hochwasserwellen, die am Pegel Dresden einen 100- jährlichen Abflussscheitel aufweisen, durch Flutung des Polders Dautzschen vor Ort zu erkennen. Während das Hochwasserereignis 2002 eine eher kurze und steile Welle war, beinhaltet das Ereignis 2006 eine wesentlich größere Wellenfülle, auch aufgrund des wesentlich längeren Zeitraums hoher Wasserstände. Bei dem MHw 2002 (Abb. 8) ist das verfügbare Poldervolumen zum Kappen des gesamten Scheitelbereichs ausreichend. Hingegen sind beim MHw 2006 (Abb. 9) die verfügbaren Retentionsvolumina nicht mehr ausreichend, da der Scheitelbereich wesentlich flacher und über eine längere Zeit ausgeprägt ist. Somit ist der Polder schon vor Beendigung des Scheitelsdurchgangs aufgefüllt und die Minderung des Scheitels entfällt größtenteils. Im Sinne einer Optimierung der Poldersteuerung könnte möglicherweise vor Ort ein günstigerer Effekt erzielt werden. Bewusst wurde auf solche Optimierungsberechnungen im ELLA-Projekt verzichtet. Das zwischengespeicherte Volumen ist für beide Modellhochwasser gleich. Beim Hochwasser DD100_02 kann man einen nahezu optimalen Einsatz des Polders Dautzschen feststellen. Beim Hochwasser DD100_06 wird in gleicher Weise gesteuert, um den Wasserspiegel unterhalb von 82 m+nhn zu halten. Allerdings ist das Volumen des Polders nach 48 Stunden restlos gefüllt und es kann sich keine weitere positive Wirkung mehr einstellen. Somit wird nur eine Kalotte im ansteigenden Ast der Welle ausgeschnitten. Der erst 24 Stunden später eintreffende Scheitel konnte bei diesem Hochwassertyp mit der angenommenen Steuerung somit nicht gemindert werden. 9

14 Wasserstand am Polder Dautzschen Wasserstand W [m +NN] Wasserstandsdifferenz dw [m] (Ist-Soll, db. posive Werte bedeuten Wasserstandsminderung) /09/ :00 05/09/ :00 04/09/ :00 03/09/ :00 02/09/ :00 01/09/ :00 31/08/ :00 30/08/ :00 29/08/ :00 28/08/ :00 27/08/ :00 26/08/ :00 25/08/ :00 24/08/ :00 23/08/ :00 22/08/ :00 21/08/ :00 20/08/ :00 19/08/ :00 18/08/ :00 17/08/ :00 16/08/ :00 15/08/ :00 14/08/ :00 13/08/ :00 12/08/ :00 11/08/ :00 10/08/ :00 09/08/ :00 08/08/ :00 07/08/ :00 06/08/ :00 Polder Dautzschen IST Polder Dautzschen SOLL Polder Dautzschen DIFF Abbildung 8: Vergleich der Wasserstandsganglinie ohne/mit Berücksichtigung der Maßnahme: Flutpolder Dautzschen für das MHw DD100_02 Wasserstand am Polder Dautzschen Wasserstand W [m+nhn] Wasserstandsdifferenz dw [m] (Ist-Soll, db. positive Werte bedeuten Wasserstandsminderung) /04/ :00 29/04/ :00 28/04/ :00 27/04/ :00 26/04/ :00 25/04/ :00 24/04/ :00 23/04/ :00 22/04/ :00 21/04/ :00 20/04/ :00 19/04/ :00 18/04/ :00 17/04/ :00 16/04/ :00 15/04/ :00 14/04/ :00 13/04/ :00 12/04/ :00 11/04/ :00 10/04/ :00 09/04/ :00 08/04/ :00 07/04/ :00 06/04/ :00 05/04/ :00 04/04/ :00 03/04/ :00 02/04/ :00 01/04/ :00 31/03/ :00 30/03/ :00 29/03/ :00 28/03/ :00 27/03/ :00 26/03/ :00 Polder Dautzschen IST Polder Dautzschen SOLL Polder Dautzschen DIFF Abbildung 9: Vergleich der Wasserstandsganglinie ohne/mit Berücksichtigung der Maßnahme: Flutpolder Dautzschen für das MHw DD100_06 10

15 4.2 Wirkung der Maßnahmen im Nah- und Fernbereich Am Beispiel der berechneten Wasserstandsganglinien für die Pegel Wittenberg-Lutherstadt (Elbekm 214.4) und Wittenberge (Elbe-km 453.9) lassen sich die unterschiedlichen erzielbaren Wirkungen der eingesetzten Rückhaltemaßnahmen auf die Wasserstände der Elbe im Nah- und im Fernbereich in Abhängigkeit von der Hochwasserentstehung sehr gut vermitteln. Als Referenzpegel für den Nahbereich der Wirkungen wurde der Pegel Wittenberg-Lutherstadt gewählt, der Pegel Wittenberge als Referenzpegel für den Fernbereich. Die Abbildung 10 und Abbildung 11 zeigen die Wirksamkeit der Maßnahmen bei einem gemäß der Hochwassergenese August 2002 generierten Modellhochwasser, das am Pegel Dresden einen 100-jährlichen Scheitelabfluss erreicht. Bei dieser steilen Welle mit kurzer Scheiteldauer wirken im Scheitelbereich der Hochwasserwelle die eingesetzten Maßnahmen nahezu optimal an beiden Pegeln, d.h. sowohl im Nah- und im Fernbereich. Reduzierungen der Scheitelwasserstände um bis zu 37/35 cm können maximal an beiden Pegeln erreicht werden, wie aus dem Vergleich der dargestellten Wasserstandsganglinien aus Abbildung 10 und Abbildung 11 zu ersehen ist. Ein deutlich anderes Verhalten bzgl. der Auswirkungen von modellierten Rückhaltungen auf extreme Elbehochwasser ist festzustellen, wenn Modellhochwasser, wie im Fall des Hochwassers vom April 2006, eine mehrtägige Beharrung der Scheitelwasserstände aufweisen. Ergebnisse von Simulationsberechnungen bei Verwendung dieses Hochwassertyps sind wiederum für die Pegel Wittenberg und Wittenberge in Abbildung 12 und Abbildung 13 dargestellt. Am Verlauf der berechneten Ganglinien am Pegel Wittenberg, ca.25 km unterhalb des Polders Axien gelegen, erkennt man jetzt, dass die Wirkung der Füllung aller zusätzlich geschaffener Rückhalteräume bereits vor dem Durchgang des Wellenscheitels endet. D.h., im Nahbereich der geplanten Maßnahmen verpufft die erzielte Wirkung auf große Elbehochwasser größtenteils schon im anlaufenden Ast vor dem lang gezogenen Wellenscheitel. Dieser ungünstige Effekt gilt jedoch nur für den Nahbereich und nicht für die ganze unterhalb von Wittenberg gelegene Elbestrecke! Aufgrund der durch die natürliche Retention in den ausgedehnten Überschwemmungsgebieten an der Mittelelbe resultierenden Wellenabflachung verteilt sich die im Nahbereich verpuffte Wirkung nahezu auf den gesamten Scheitelbereich, so dass die eingesetzten Maßnahmen auch im Fernbereich jetzt positiv, also scheitelwasserstandsreduzierend wirken. Das Optimum der Wirkung liegt in Wittenberge auch noch im ansteigenden Ast der Welle. Der Wasserstandsscheitel wird dennoch um ca. 23 cm abgesenkt. Hier sind auch noch die Wirkungen der Deichrückverlegungen in Sachsen-Anhalt unterhalb von Wittenberg mit enthalten. 11

16 Wasserstand am Pegel Wittenberg (Elbe-km 214.4) Wasserstand W [m+nhn] Wasserstandsdifferenz dw [m] (Ist-Soll, db. positive Werte bedeuten Wasserstandsminderung) /09/ :00 05/09/ :00 04/09/ :00 03/09/ :00 02/09/ :00 01/09/ :00 31/08/ :00 30/08/ :00 29/08/ :00 28/08/ :00 27/08/ :00 26/08/ :00 25/08/ :00 24/08/ :00 23/08/ :00 22/08/ :00 21/08/ :00 20/08/ :00 19/08/ :00 18/08/ :00 17/08/ :00 16/08/ :00 15/08/ :00 14/08/ :00 13/08/ :00 12/08/ :00 11/08/ :00 10/08/ :00 09/08/ :00 08/08/ :00 07/08/ :00 06/08/ :00 WITTENBERG IST WITTENBERG SOLL WITTENBERG DIFF Abbildung 10: Wirkung der Maßnahmen beim MHw DD100_02 auf den Wasserstand am Pegel Wittenberg Wasserstand am Pegel Wittenberge (Elbe-km 453.9) Wasserstand W [m+nhn] Wasserstandsdifferenz dw [m] (Ist-Soll, db. positive Werte bedeuten Wasserstandsminderung) /09/ :00 05/09/ :00 04/09/ :00 03/09/ :00 02/09/ :00 01/09/ :00 31/08/ :00 30/08/ :00 29/08/ :00 28/08/ :00 27/08/ :00 26/08/ :00 25/08/ :00 24/08/ :00 23/08/ :00 22/08/ :00 21/08/ :00 20/08/ :00 19/08/ :00 18/08/ :00 17/08/ :00 16/08/ :00 15/08/ :00 14/08/ :00 13/08/ :00 12/08/ :00 11/08/ :00 10/08/ :00 09/08/ :00 08/08/ :00 07/08/ :00 06/08/ :00 WITTENBERGE IST WITTENBERGE SOLL WITTENBERGE DIFF Abbildung 11: Wirkung der Maßnahmen beim MHw DD100_02 auf den Wasserstand am Pegel Wittenberge 12

17 Wasserstand am Pegel Wittenberg (Elbe-km 214.4) Wasserstand W [m+nhn] Wasserstandsdifferenz dw [m] (Ist-Soll, db. positive Werte bedeuten Wasserstandsminderung) /04/ :00 29/04/ :00 28/04/ :00 27/04/ :00 26/04/ :00 25/04/ :00 24/04/ :00 23/04/ :00 22/04/ :00 21/04/ :00 20/04/ :00 19/04/ :00 18/04/ :00 17/04/ :00 16/04/ :00 15/04/ :00 14/04/ :00 13/04/ :00 12/04/ :00 11/04/ :00 10/04/ :00 09/04/ :00 08/04/ :00 07/04/ :00 06/04/ :00 05/04/ :00 04/04/ :00 03/04/ :00 02/04/ :00 01/04/ :00 31/03/ :00 30/03/ :00 29/03/ :00 28/03/ :00 27/03/ :00 26/03/ :00 25/03/ :00 24/03/ :00 23/03/ :00 22/03/ :00 21/03/ :00 20/03/ :00 19/03/ :00 WITTENBERG SOLL WITTENBERG IST WITTENBERG DIFF Abbildung 12: Wirkung der Maßnahmen beim MHw DD100_06 auf den Wasserstand am Pegel Wittenberg Wasserstand am Pegel Wittenberge (Elbe-km 453.9) Wasserstand W [m+nhn] Wasserstandsdifferenz dw [m] (Ist-Soll, db. positive Werte bedeuten Wasserstandsminderung) /04/ :00 29/04/ :00 28/04/ :00 27/04/ :00 26/04/ :00 25/04/ :00 24/04/ :00 23/04/ :00 22/04/ :00 21/04/ :00 20/04/ :00 19/04/ :00 18/04/ :00 17/04/ :00 16/04/ :00 15/04/ :00 14/04/ :00 13/04/ :00 12/04/ :00 11/04/ :00 10/04/ :00 09/04/ :00 08/04/ :00 07/04/ :00 06/04/ :00 05/04/ :00 04/04/ :00 03/04/ :00 02/04/ :00 01/04/ :00 31/03/ :00 30/03/ :00 29/03/ :00 28/03/ :00 27/03/ :00 26/03/ :00 25/03/ :00 24/03/ :00 23/03/ :00 22/03/ :00 21/03/ :00 20/03/ :00 19/03/ :00 WITTENBERGE IST WITTENBERGE SOLL WITTENBERGE DIFF Abbildung 13: Wirkung der Maßnahmen beim MHw DD100_06 auf den Wasserstand am Pegel Wittenberge 13

18 5 Ergebnisse im Überblick Aus den in Abbildung 12 und Abbildung 13 dargestellten Ganglinien für die Pegel Wittenberg und Wittenberge sieht man bereits, dass die resultierenden Maßnahmenwirkungen wegen der für diese Untersuchungen festen Steuerung der Polder nicht immer optimal die Scheitel treffen. Oftmals wird der Welle zu früh vor dem Scheitel das Wasser entnommen. Im Anschluss ist das Retentionsvolumen schon weitestgehend aufgebraucht und bei Erreichen des Wellenscheitels kann dieser nicht mehr oder nur noch gering beeinflusst werden. Anhand der Abbildung 14 und der Abbildung 15 soll das durch die Maßnahmenkette erreichbare Potential an möglichen Wasserstandsminderungen verdeutlicht werden. Hierin sind die von allen 19 eingesetzten Rückhaltungen verursachten Wasserstandsabminderungen für alle 12 Modellhochwasser für die Pegel Torgau, Wittenberg, Magdeburg und Wittenberge bzgl. des Wellenscheitels und bzgl. des Zeitpunkts der maximalen Abminderung dargestellt. Die Ergebnisse für die Scheitelwasserstände (Abbildung 14) sprechen eine eindeutige Sprache. Scheitelwasserstände extremer Elbehochwasser (z.b. DD100_02), die wie das Ereignis August 2002 einen kurzen Wellenscheitel aufweisen, werden ausnahmslos stärker abgemindert als die Scheitelwasserstände von Hochwassern (z.b. DD100_06) mit langen Scheiteln (April 2006). Größte Abminderungen der Scheitelwasserstände (bis zu 47 cm) werden Abbildung 14 zu Folge immer am Pegel Wittenberg registriert, der sich nur wenig unterhalb des am weitesten stromab gelegenen aller 4 Polder befindet. Aber auch die Fernwirkungen der eingesetzten Maßnahmen bei kurzen Wellenscheiteln sind noch beträchtlich, die für die Pegel Magdeburg und Wittenberge zwischen 28 cm und 40 cm variieren. Für den Pegel Torgau werden kleinere Wasserstandsabsenkungen für die Scheitel ermittelt, da ein Teil der eingesetzten Polder unterhalb von Torgau liegen. Für Elbehochwasser mit lang andauernden Wellenscheiteln, wie im April 2006, werden wesentlich kleinere Scheitelreduzierungen mit dem Simulationsmodell berechnet. Es ist bemerkenswert, dass fast immer die Auswirkungen der Rückhaltungen auf Scheitelwasserstände im Fernbereich größer als im unmittelbaren Nahbereich sind. Grund hierfür sind die retentionsbedingten Wellenverformungen in der sich unterhalb der Maßnahmenstandorte anschließenden Elbestrecke. Wie Abbildung 14 zeigt, werden die größten Scheitelabminderungen bis maximal 27 cm am Pegel Wittenberg und 24 cm am Pegel Wittenberge erreicht. Am Pegel Torgau kann nur bei einem extremen Hochwasser der Elbe (AK200_06) eine Scheitelwasserstandsreduzierung erreicht werden Scheitel - Wasserstandsminderungen (19 Maßnahmen) Wasserstandsminderung [m] DD100_02 DD100_06 DD200_02 DD200_06 AK100_02 AK100_06 AK200_02 AK200_06 BA100_02 BA100_06 BA200_02 BA200_06 Pegel Torgau Pegel Wittenberg Pegel Magdeburg Pegel Wittenberge Abbildung 14: Scheitel-Wasserstandsminderung der MHw bei Einsatz aller 19 Maßnahmen 14

19 Abbildung 15 zeigt, welche maximalen Wasserstandsminderungen im ansteigenden oder abfallenden Ast im Wellenablauf an den untersuchten Pegeln möglich sind, wenn alle 19 Rückhaltungen zum Einsatz kommen. Maximale Wasserstandsabminderungen über 50 cm bei Wellen mit kurzen Wellenscheiteln können an den Pegeln Wittenberg und Wittenberge durchaus erreicht werden. Besonders große Werte werden im Wellenablauf sowohl für Wellen mit kurzen und langen Scheiteln erzielt, wenn die Entstehung dieser Elbhochwasser schon in Dresden abgeschlossen ist (siehe DD100_02, DD200_06) Maximale Wasserstandsminderungen, Vor, bzw. nach dem Scheitel (19 Maßnahmen) Wasserstandsminderung [m] DD100_02 DD100_06 DD200_02 DD200_06 AK100_02 AK100_06 AK200_02 AK200_06 BA100_02 BA100_06 BA200_02 BA200_06 Pegel Torgau Pegel Wittenberg Pegel Magdeburg Pegel Wittenberge Abbildung 15: Maximale Wasserstandsminderung der MHw bei Einsatz aller 19 Maßnahmen Die mit der Szenarienmodellierung simulierten Minderungswerte für die Wirksamkeit aller 19 Rückhaltemaßnahmen sind nachfolgend in der Tabelle 4 und der Tabelle 5 als Wasserstands- und Abflussminderung für die gewählten Pegel zusammengefasst. Für jedes Modellhochwasser ist der unbeeinflusste Scheitelwert und die Scheitelminderung, die sich aufgrund der Wirkung aller Maßnahmen ergibt, angegeben. Gleichzeitig ist die maximal erzielte Minderung, die vor oder nach dem Scheitel liegt, aufgeführt. 15

20 Tabelle 4: Berechnete Wasserstandsminderung W [cm] für Modellhochwasser Wasserstandsminderung in cm aufgrund der Wirkung aller 19 Maßnahmen Modell - Hochwasser Torgau Wittenberg Magdeburg Wittenberge Scheitelw ert Minderung Scheitelw ert Minderung Scheitelw ert Minderung Scheitelw ert Minderung HW-Ist [cm+pnp] Maximal Scheitel W [cm] W S [cm] HW-Ist [cm+pnp] Maximal Scheitel W [cm] W S [cm] HW-Ist [cm+pnp] Maximal Scheitel W [cm] W S [cm] HW-Ist [cm+pnp] Maximal Scheitel W [cm] W S [cm] DD100_ DD100_ DD200_ DD200_ AK100_ AK100_ AK200_ AK200_ BA100_ BA100_ BA200_ BA200_ Tabelle 5: Berechnete Abflussminderung Q [m 3 /s] für Modellhochwasser Abflussminderung in m 3 /s aufgrund der Wirkung aller 19 Maßnahmen Torgau Wittenberg Magdeburg Wittenberge Modell - Scheitelw ert Minderung Scheitelw ert Minderung Scheitelw ert Minderung Scheitelw ert Minderung Maximal Scheitel Maximal Scheitel Maximal Scheitel Maximal Scheitel Hochwasser HQ-Ist HQ-Ist HQ-Ist HQ-Ist Q Q [m 3 /s] S Q Q [m [m 3 /s] [m 3 /s] /s] S Q Q [m [m 3 /s] [m 3 /s] /s] S Q Q [m [m 3 /s] [m 3 /s] /s] S [m 3 /s] [m 3 /s] DD100_ DD100_ DD200_ DD200_ AK100_ AK100_ AK200_ AK200_ BA100_ BA100_ BA200_ BA200_ Zusammenfassung Mit dem in der Bundesanstalt für Gewässerkunde für die Wasserstandsvorhersage entwickelten WAVOS- Modell der Elbe, das auch als Simulationsmodell eingesetzt werden kann, wurde im Rahmen des ELLA-Projekts die prinzipielle Wirkung von zusätzlichen Rückhalteräumen auf den Hochwasserablauf der Elbe untersucht. Hierbei handelt es sich um nicht steuerbare Deichrückverlegungen ( ca ha) und steuerbare Flutpolder ( ca. 106 Mio. m 3 ) in Sachsen und Sachsen-Anhalt, die im Aktionsplan Hochwasserschutz Elbe der Internationalen Kommission zum Schutz der Elbe (2003) als Maßnahmen für einen nachhaltigen Hochwasserschutz enthalten sind. 16

21 In den Untersuchungen wurden hydrologische Messdaten der historischen Hochwasserereignisse von August 2002 und April 2006 verwendet, um Modellhochwasser zu generieren, die in ihren Scheiteln an den Pegeln Dresden, Aken und Barby jeweils Abflüsse mit statistischen Wiederkehrzeiten von 100 Jahren und 200 Jahren erreichen. Somit wurden für das Elbegebiet repräsentative Sommer- und Winterereignisse ausgewählt, die ihrer Genese gemäß entweder kurze Wellenscheitel (ca. 1Tag bei Sommerhochwasser) bzw. lange Wellenscheitelandauern (ca. 3 Tage bei Winterhochwasser) aufweisen. In den Szenarienberechnungen für den Zustand mit Rückhaltungen wurde für alle Polder von einer gleichen Steuerung hinsichtlich des Füllungsbeginn ausgegangen. Durch den Einsatz aller 19 Rückhaltungen wurden mit dem Simulationsmodell in Abhängigkeit von der Hochwassergenese unterschiedliche Wirkungen auf Wasserstände der Elbe ermittelt: Bei extremen Elbehochwassern mit kurzen Scheitelandauern, wie 2002, können maximale Wasserstandsminderungen im Scheitel von 28 cm am Pegel Torgau, 47 cm am Pegel Wittenberg- Lutherstadt, 28 cm am Pegel Magdeburg und 40 cm am Pegel Wittenberge erzielt werden. Mit der angenommenen Steuerung der Flutungsbauwerke stellen sich somit nahezu überall entlang der Elbe bedeutsame Wasserstandsminderungen ein. Im Fall von Elbehochwassern mit langandauernden Wellenscheiteln, wie 2006, reichen die zu schaffenden Rückhalteräume nicht aus, um die Wellenscheitel um das angestrebte Maß vollständig kappen zu können. Bei der weiteren Ergebnisbewertung muss zwischen Nah- und Fernwirkungen unterschieden werden. Im Nahbereich lassen sich durch die eingesetzten Maßnahmen keine oder nur geringe Scheitelwasserstandsabsenkungen erreichen. Durch die Wellenverformung und Abflachung aufgrund der natürlichen Retention im weiteren Wellenablauf der Mittelelbe, werden auch die zu kurz und zu früh greifenden Effekte zeitlich gestreckt. Als Folge verteilen sich die verfrühten Effekte auf den gesamten Scheitelbereich. Somit können im Fernbereich der Maßnahmen wasserstandsmindernde Wirkungen im Scheitel extremer Elbehochwasser mit langen Wellenscheiteln festgestellt werden. Als Fazit der Szenarienberechnungen kann festgehalten werden: Wenn alle vorgesehenen Rückhalteräume gemäß Aktionsplan Hochwasserschutz Elbe der IKSE realisiert werden, lassen sich die Scheitel extremer Hochwasser der Elbe mit einem Zeitablauf, wie 2002, nahezu überall deutlich wirksam abmindern. Im Falle von Elbehochwassern mit langen Wellenscheiteln, wie 2006, sind die erzielbaren Wirkungen auf Scheitelwasserstände fernab der zu schaffenden Rückhaltungen besser als im unmittelbaren Nahbereich der Maßnahmen. Hochwasserschutz ist als Daueraufgabe zu verstehen. Die vorgesehenen Maßnahmen der IKSE zur Schaffung von zusätzlichen Rückhalteräumen sollten umgesetzt und bei ihrer Realisierung eine länderübergreifende Abstimmung hinsichtlich der Steuerung der Maßnahmen angestrebt werden. 17

22 7 Literatur BfG Das Hochwasser der Elbe im Frühjahr 2006, 2006 BfG Dokumentation Nachrechnung Hochwasser Elbe Aug. 2002, unveröffentlicht, 2006 BfG Wasserstandsvorhersagesystem WAVOS, unveröffentlicht, 2006 BAW Gutachten zu eindimensionalen Wasserspiegelberechnungen der Elbe in Sachsen, 2004 IKSE Aktionsplan Hochwasserschutz Elbe, 2003 IKSE Schmid Dokumentation des Hochwassers vom August 2002 im Einzugsgebiet der Elbe, 2004 Bericht zu der Wasserspiegelfixierung auf der Elbe bei Hochwasser- Messungen vom bis , 2006 Landelijk bureau Ruimte voor de Rivier Projektflyer: Ruimte voor de Rivier,

23 KONTAKT / BEARBEITUNG Kontakt Sächsisches Staatsministerium des Innern Referat Europäische Raumordnung, Fachplanung Wilhelm-Buck-Str Dresden Telefon: Telefax: Fachplanung-EU@SMI.Sachsen.de INFRASTRUKTUR & UMWELT Professor Böhm und Partner Peter Heiland, Katharina Feiden, Uwe Seibel Julius-Reiber-Str Darmstadt Telefon.: +49.(0) Telefax: +49.(0) mail@iu-info.de Einband-Gestaltung: MEDIENGESTALTUNG Dittmar Apel Darmstadt Copyright: Diese Broschüre ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte zur Verwertung der Texte und Bilder, auch auszugsweise, und die Verarbeitung mit elektronischen Systemen sind dem Herausgeber vorbehalten. Ein Nachdruck, auch nur teilweise, ist nur nach vorheriger Zustimmung des Herausgebers zulässig. Die Broschüre wurde mit größtmöglicher Sorgfalt erstellt. Für deren Inhalt und die Richtigkeit kann keine Haftung übernommen werden! Verteilerhinweis: Diese Broschüre wird kostenlos abgegeben und ist nicht zum Verkauf bestimmt. Sie darf nicht zu Zwecken der Wahlwerbung verwendet werden. Sie darf auch ohne zeitlichen Bezug zu einer bevorstehenden Wahl nicht in einer Weise verwendet werden, die als Parteinahme des Herausgebers zu Gunsten einzelner politischer Gruppen verstanden werden könnte. Das Projekt wurde durch die EU teilfinanziert.

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