Bet n. Hochwasserschutz und zementgebundene Baustoffe. Hinweise für Planung und Ausführung

Transkript

1 Bet n Hochwasserschutz und zementgebundene Baustoffe Hinweise für Planung und Ausführung

2 Impressum Herausgeber: BetonMarketing Deutschland GmbH Steinhof 39, Erkrath Autoren: Prof. Dr.-Ing. Edwin Bayer Dr.-Ing. Diethelm Bosold Dipl.-Ing. Otmar Hersel und Gesamtproduktion: Verlag Bau+Technik GmbH Düsseldorf 2. Auflage/April 2009

3 Vorwort Zement und Beton Baustoffe mit Mehr- wert, auch beim Hochwasserschutz Diese Broschüre macht auf Risiken des Hochwassers aufmerksam und will diese in der gesellschaftlichen Diskussion präsent halten. Sie will verfügbares Wissen aus Bund, Ländern, Gemeinden, Verbänden und Fachinstitutionen sowie Wissenschaft und Praxis ergänzen und in verständlicher Form das technisch Mögliche und das wirtschaftlich Machbare präsentieren. Dabei zeigt sich, dass die Baustoffe Zement und Beton, d. h. alle zementgebundenen Baustoffe, Bauverfahren und Bauweisen, ihren Mehrwert auch beim Hochwasserschutz unter Beweis stellen können. Hierzu gehören Attribute wie massiv, schwergewichtig, dauerhaft, widerstandsfähig, erosionsstabil, wasserunempfindlich, umweltverträglich, usw. Das Zubetonieren ist dabei heute nicht mehr Stand der Technik. Offene Deckwerke, Dichtwände im Deich, naturnaher Gewässerausbau, versickerungsfähige Pflaster, Zisternen und Stauraumkanäle sind anerkannte Betonbauweisen, die durch Retention von Regenwasser bzw. durch den verzögerten Abfluss das Hochwasser mindert oder gänzlich davor schützt. Die Broschüre zeigt dies an ausgewählten Beispielen des Deichbaus, der Deichinfrastruktur (Wegenetz) und für Gebäude in Hochwasser gefährdeten Gebieten. Diese Beispielliste ließe sich noch beliebig erweitern. Den Anstoß für diese Broschüre gab das Sommerhochwasser an der Oder im Jahr 1997, das nach den Rheinhochwassern der Jahre 1988 und 1995 noch wesentlich dramatischere Schadensbilder hinterließ, mit Schäden im einstelligen Milliardenbereich, damals noch in DM. Unvergessen sind die Bilder zur Hilfe und Selbsthilfe in Deutschland und Polen. Im Stadium der Schlussredaktion der 1. Auflage ereignete sich im August 2002 das katastrophale Jahrhunderthochwasser an Elbe und Mulde, das in seinem Ausmaß vieles bisher Dagewesene in den Schatten stellte. Politische Diskussionen oder Pressemeldungen zum Thema Hochwasser gehen selten auf die komplexen Zusammenhänge zur Entstehung und zum Ablauf eines Hochwassers ein. Schnell und oberflächlich wird das Versiegeln oder Zubetonieren als Schadensursache ausgemacht. Seit einigen Jahren werden auch Klimaveränderungen als Ursache diskutiert. Unmittelbar nach den jeweiligen Katastrophen werden sinnvolle und machbare Abhilfen z. B. in Form des technischen Hochwasserschutzes jedoch zu schnell wieder zu den Akten gelegt bzw. auf Grund knapper öffentlicher Mittel nur verzögert umgesetzt. Die jetzt überarbeitete und ergänzte Broschüre soll helfen, wichtige Aufgaben unserer Gesellschaft zum Schutz vor Hochwasser und damit zum Schutz von Leben und zur Minimierung von Vermögensschäden volkswirtschaftlich und privat zu erkennen und fach- sowie zeitgerecht zu lösen. Sie richtet sich damit an alle vom Hochwasser Betroffenen: an Bund, Länder, Kommunen, an Fachbehörden und nicht zuletzt an die betroffenen Bürger. 3

4 Inhaltsverzeichnis Hochwasserschutz und zementgebundene Baustoffe Vorwort 3 1 Einführung 1.1 Naturereignis Hochwasser Hochwasser in der Geschichte Das Sommerhochwasser an der Oder Das Jahrhunderthochwasser an Elbe und Mulde Hochwasser Hochwasserschutzgesetz 8 2 Hochwasserschutz-Management 2.1 Allgemeines Anforderungen und Aufgaben Natürlicher Hochwasserschutz Technischer Hochwasserschutz Hochwasservorsorge 12 3 Technische Hochwasserschutzmaßnahmen 3.1 Flussdeiche Hochwasserschutzwände, Hochwasserschutzmauern 20 4 Infrastruktur zum Hochwasserschutz 4.1 Definition und Aufgabe von Deichwegen Anforderungen an Deichwege Art und Umfang des Verkehrs Entwurfsgrundlagen Wegebefestigungen und Bauwerke Standardbauweisen Ausführungsbeispiele 32 5 Gebäude in hochwassergefährdeten Gebieten 5.1 Allgemeines Gefährdungsbereiche und Schutzstrategien für hochwassergefährdete Gebäude Gebäudestandsicherheit Schutzstrategien zur Minimierung von Schäden an hochwassergefährdeten Gebäuden und Außenanlagen Instandsetzung von Flutschäden Hochwassergerechtes Bauen ein Beispiel 43 Literatur 44 Anhänge

5 Einführung 1.1 Naturereignis Hochwasser Hochwasser ist als Teil des natürlichen Wasserkreislaufs ein Naturereignis. Große Wassermassen laufen in kurzer Zeit in Bach- und Flusstälern ab. Wetter und Flussgebiet bestimmen das Ausmaß des Hochwassers. An großen Flüssen sind großräumig fallende, lang anhaltende Niederschläge (Sommer- und Winterhochwasser), Schneeschmelze, und heute in Deutschland seltener Abflussbehinderungen durch Eisdecke oder Eisversatz (Frühjahr) für Hochwasser verantwortlich. An kleineren Flüssen und Bächen entsteht Hochwasser durch örtliche Gewitter oder sintflutartigen Starkregen. Diesen kurzen und prägnanten Befund stellt die Länderarbeitsgemeinschaft Wasser ihrem Faltblatt Hochwasser-Gefahr vorbeugen Schäden vermeiden [1.1] voran. Verstärkt wird der Abfluss und damit das Hochwasser, wenn der Regen auf wassergesättigten oder gefrorenen Boden fällt, d. h. auf nicht wasseraufnahmefähige Flächen. Bild 1.1: Rheininsel Niederwerth [1.11] Die Natur kennt keine Hochwasserschäden. Hochwasser führt erst zu Schäden, wenn der Mensch betroffen ist. Je größer die Sachwerte im Überschwemmungsgebiet, desto größer sind die Schäden, wie historische Hochwasserereignisse und die noch gegenwärtigen Hochwasserkatastrophen in den Jahren 1997, 2002 und 2005 eindrucksvoll demonstrieren. 1.2 Hochwasser in der Geschichte Seit über tausend Jahren berichten Chroniken von Katastrophenhochwassern; in Stein geschlagene Hochwassermarken zeigen an alten Stadttoren und Gebäuden Wasserstand und Jahr ungewöhnlicher Hochwasserereignisse an. Erst vor knapp 200 Jahren begannen in Deutschland systematische Messungen und Aufzeichnungen der Wasserstände [1.2]. Die Auswertung dieser Messungen belegt, dass die Hochwasserstände sich gegenüber früher nicht verändert haben. Bild 1.2: Überflutungen in der Altstadt von Burghausen Foto: Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft 5

6 Gestiegen ist dagegen die Schadenshöhe durch die zunehmende Konzentration hochwertiger Güter in Überflutungsgebieten. Im Jahre 1342 wurde ganz Mitteleuropa besonders an großen Flüssen wie Elbe, Werra, Rhein, Mosel, Main und Donau von einem Sommerhochwasser heimgesucht, das als größtes Hochwasser des letzten Jahrtausends gilt und in den Chroniken von Köln, Mainz, Würzburg und Regensburg als Katastrophenhochwasser dokumentiert ist. Aber auch kleinere Flüsse und Bäche verursachen großräumige Überflutungen und führen zu großen Hochwasserschäden. Bild A 1.1 (siehe Anhang A 1) zeigt, dass Überflutungen durch Hochwasser auch am Oberlauf kleiner Nebenflüsse weit verbreitet auftreten. 1.3 Das Sommerhochwasser 1997 an der Oder Das Sommerhochwasser an der Oder 1997 traf viele Anrainer in Deutschland und Polen unvorbereitet. Während das Wasser im Flussbett über Tage stetig anstieg, waren zu Anfang die Bewohner im Überschwemmungsgebiet hinter dem Deich nicht behelligt und wähnten sich sicher. Als die Deiche bei anhaltend hohem Wasserstand durchströmt wurden und durchweichten, war die Standsicherheit auf hunderte Kilometer Länge gefährdet, Böschungen rutschten ab und Deiche brachen (Bild 1.3). In kürzester Zeit überflutete Flusswasser Siedlungen, Gewerbegebiete und Bauernhöfe, so dass vielerorts kaum genug Zeit zur Evakuierung der betroffenen Gebiete war. Der entstandene Sachschaden wurde nachträglich auf ca. 330 Mio. Euro geschätzt, der Ertüchtigungsbedarf für Straßen und Deiche auf mehr als 100 Mio. Euro. 1.4 Das Jahrhunderthochwasser 2002 an Elbe und Mulde Das Elbe-Mulde-Hochwasser im August 2002 also ebenfalls ein Sommerhochwasser wie 1997 an der Oder hatte seinen Ursprung in einer Großwetterlage, die vom Mittelmeerraum über die Alpen und Tschechien nach Sachsen zog. Die sich entwickelnde so genannte Fünf-b-Wetterlage (Vb) brachte mit Starkniederschlägen der Moldau, den linkselbischen Nebenflüssen aus dem Erzgebirge, der Mulde und der Elbe selbst die höchsten bisher bekannten Hochwasserstände. Allerdings ist diese Vb-Wetterlage seit über 100 Jahren bekannt für ihre extremen Sommer- Niederschläge, die schon 1890, 1897, 1926, 1954 und 1981 für große Hochwasserereignisse im Einzugsgebiet der Elbe sorgten. Dabei meldete die Messstation Zinnwald im Erzgebirge und damit aus dem Quellgebiet der zuvor angesprochenen Elbe-Nebenflüsse Gottleuba, Müglitz, Weißeritz und Freiberger Mulde den höchsten 24-Stunden-Wert mit 312 Liter je Quadratmeter am 12. August Da die Böden durch anhaltende Vorregen bereits wassergesättigt waren und deshalb kein Wasser mehr aufnehmen konnten, flossen vom 11. bis 13. August bis zu 50 % der Regenmengen unmittelbar oberflächig ab und führten zu den Blitzfluten in den Erzgebirgsbächen, die von 2 m auf Foto: Wasser & Boden 49 (1997) H. 9 Bild 1.3: Oder-Deichbruch bei Brieskow-Finkenheerd [1.3] 6

7 Bild 1.4: In Dresden ist am der Pegelhöchststand der Elbe mit 9,30 m erreicht: Der Zwinger steht unter Wasser, die Kellergeschosse der Semperoper laufen voll bis zu 100 m Breite anwuchsen und durch die Orte Glashütte, Weesenstein und Bad Gottleuba stürzten. Der aufgezeichnete Ablauf des Elbehochwassers lässt, wenn auch bruchstückhaft, die Wucht der Wassermassen und die Ohnmacht dagegen erahnen (siehe Anhang 1). In den folgenden zwölf Tagen brachen 18 Elbedeiche zwischen Meißen und Wittenberg, dazu 130 Deiche an der Mulde und zwei Deiche an der Schwarzen Elster. Die vorliegenden Berechnungen der Wiederkehr-Wahrscheinlichkeiten des Hochwassers ergaben (Stand Mai 2003) für die Moldau in Prag 500 Jahre, für den Elbeabschnitt oberhalb Dresden bis zur Staatsgrenze 200 und unterhalb Dresden bis Wittenberg 150 Jahre. Dabei wären auf der Strecke Dresden Wittenberg ohne die Deichbrüche in Torgau und Wittenberg Wahrscheinlichkeiten von 300 bis 400 Jahren erreicht worden, gleichbedeutend mit noch höheren Elbewasserständen. Für die linkselbischen Zuflüsse aus dem Erzgebirge, allen voran Müglitz und Weißeritz, wurden Jährlichkeiten von 500 bis über Jahre ermittelt. In Grimma erreichte die Mulde den höchsten Wasserstand seit Zwanzig Menschen starben. Die reinen Sachschäden durch das Elbe-/Muldehochwasser bei Anrainern in Deutschland wurden auf 9,2 Mrd. Euro geschätzt [ ]. Bild 1.6: Bahnbrücke mit Flutdurchlass Bild 1.5: Zerstörte Brücke über die Mulde bei Eilenburg Foto: Thomas Richter Foto: Christian Kuhlicke/UFZ Foto: dpa 7

8 1.5 Hochwasser 2005 Das Jahr 2005 brachte bei einsetzender Schneeschmelze moderate Frühjahrshochwasser, die u. a. auch wieder die Elbe betrafen. Die ungewöhnlich großen Schneehöhen im Erzgebirge und im gesamten Einzugsgebiet von Elbe und Moldau in Tschechien führten dank einer normalen Schneeschmelze also ohne Wärmeeinbruch und ohne zusätzliche Niederschläge zu Hochwasserständen, die von den Hochwasserschutzanlagen der Elbe bewältigt werden konnten. In Bayern und Österreich war die Lage an der Donau angespannt, in Südosten Polens standen tausende Hektar Land unter Wasser und es waren Todesopfer zu beklagen. 1.6 Hochwasserschutzgesetz Ein Jahr nach dem verheerenden Elbehochwasser 2002 hatte die Bundesregierung den Entwurf des Hochwasserschutzgesetzes vorgelegt und den Ländern, kommunalen Spitzenverbänden und beteiligten Fachkreisen zur Stellungnahme weitergereicht [1.8]. Am 3. Mai 2005 wurde das Gesetz zur Verbesserung des vorbeugenden Hochwasserschutzes vom Bundestag beschlossen und am 9. Mai in Kraft gesetzt [1.9]. Das Gesetz soll die verschiedenen hochwasserrelevanten Rechtsvorschriften des Bundes im Hinblick auf eine wirksame Hochwasservorsorge anpassen. Als Kernpunkte sind bundeseinheitlich für alle Länder verpflichtend: Es sind bis 2009 flussgebietsbezogene Hochwasserschutzpläne aufzustellen, Retentionsräume zu schaffen, Deiche zurück zu verlegen, Regenabflüsse zu drosseln, Auen zu erhalten oder wieder herzustellen, Ausbau und Neubau von/an Flüssen und Kanälen sind hochwasserneutral durchzuführen. Die zuständigen Behörden und die Öffentlichkeit sind über spezifische Hochwassergefahren zu informieren und vor Hochwasser zu warnen. Hochwasservorhersagen sollen präziser und früher Bürger und Hilfsdienste erreichen, um Vorkehrungen treffen zu können. Im August überschwemmten schwere, tagelang anhaltende Unwetter Städte und Landstriche in Bayern, Österreich und der Schweiz mit den bekannten Begleiterscheinungen: mit Notdämmen in den Städten Bern war besonders betroffen, mit Evakuierungen, Stromausfall, Deichbrüchen, Hangrutschungen und Murenabgängen in der Alpenregion; zahlreiche Straßen, Brücken und Bahnlinien waren gesperrt und wieder waren Todesopfer zu beklagen; Häuserteile wurden weggespült und wertvolle alte Bausubstanz wie das Benediktinerkloster Weltenburg an der Donau in Kelheim war von den Wassermassen bedroht und wieder war eine Vb-Wetterlage die Ursache. Als Überschwemmungsgebiete sind alle Flächen festzusetzen, in denen ein Hochwasserereignis statistisch einmal in 100 Jahren zu erwarten ist. Nach der Höhe dieses 100-jährlichen Hochwassers sind alle Schutzeinrichtungen (z. B. Deiche, Schutzwände) zu bemessen; Umsetzung spätestens bis 2012, bei vorhandenem hohem Risiko und Schadenspotential bis Als überschwemmungsgefährdete Gebiete sind Flächen definiert, die von öffentlichen Hochwasser-Schutzeinrichtungen geschützt sind, aber bei deren Versagen z. B. bei Deichbrüchen überflutet werden. In Überschwemmungsgebieten und in überschwemmungsgefährdeten Gebieten dürfen nur in Ausnahmen neue Bau- und Gewerbegebiete ausgewiesen werden. Der Umbau baulicher Anlagen ist nur im Einzelfall und unter detaillierten Auflagen erlaubt. 8