Dezentrale Retentionsmaßnahmen an Gewässern und in den Auen. Dr. rer.nat. Hans Ernstberger

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1 Dezentrale Retentionsmaßnahmen an Gewässern und in den Auen Dr. rer.nat. Hans Ernstberger

2 Gliederung 1 Prinzip dezentraler Maßnahmen am Gewässer und in den Auen 2 Dezentrale Maßnahmen am Gewässer 2.1 Potenziale 2.2 Hydrologische Wirkung 2.3 Kosten 2.4 Umsetzung 3 Dezentrale Maßnahmen in den Auen 3.1 Potenziale 3.2 Hydrologische Wirkung 3.3 Kosten 3.4 Umsetzung 4 Fazit

3 1 Prinzip dezentraler Maßnahmen Dezentrale Maßnahmen in Gewässern und Auen tragen dazu bei, dass Hochwasserwellen entlang ihres Fließweges zeitlich verzögert und idealerweise in ihrem Scheitelwert gemindert werden. Die prinzipielle Wirkung von dezentralen Maßnahmen und Revitalisierungen der Gewässer besteht in der Verringerung der Fließgeschwindigkeit. In den Auen wird bei ansteigendem Abfluss ein größeres Rückhaltevolumen aktiviert.

4 1 Prinzip dezentraler Maßnahmen Zu berücksichtigende Parameter in Abhängigkeit vom Hochwasserereignis (AUENMOD 2005) Gewässer Aue Bewertung

5 2 Dezentrale Maßnahmen am Gewässer Laufverlängerung Sohlanhebung Aufweitung des Gewässerbetts Gefälleänderung.

6 2 Dezentrale Maßnahmen am Gewässer Laufverlängerung Eine Abflussverzögerung und Wasserrückhaltung erfolgt im naturnah verlaufenden Gewässerbett stärker als in einem begradigten Gerinne. LUWG

7 2 Dezentrale Maßnahmen am Gewässer Sohlanhebung Je flacher das Gewässerprofil ist, desto eher wird das Wasser aus dem Gewässerbett auf die umgebende Auenfläche verteilt. Bei tiefem Profil tritt der Retentionseffekt bei kleinen Hochwassern nur im Gewässer selbst auf. Flaches Profil LUWG

8 2 Dezentrale Maßnahmen am Gewässer Gewässeraufweitung Je breiter das Gewässerprofil ist, desto besser wird das Wasser auf das Gewässerbett verteilt. Bei eingeengtem Profil kein Retentionseffekt bei Hochwasser. Natürliches Profil LUWG

9 2 Dezentrale Maßnahmen am Gewässer Gewässergefälle Je steiler ein Gewässer verläuft, desto geringer ist die Retentionswirkung und desto schneller ist der Wasserabfluss.

10 2.1 Potenziale von Maßnahmen am Gewässer Die Umsetzung von Entwicklungsmaßnahmen am Gewässer wird in der Realität durch eine Vielzahl konkurrierender Nutzungen eingeschränkt. Das Potenzial von Maßnahmen ist daher begrenzt. Gerade bei größeren Gewässern ist eine umfassende, auch hydrologisch wirksame, naturnahe Umgestaltung aufgrund des vorhandenen Nutzungsdruckes meist nicht möglich. Maßnahmen im Rahmen der Umsetzung der EG-WRRL sind auch für den dezentralen Hochwasserschutz möglich.

11 2.2 Hydrologische Wirkung Nachweis der Wirksamkeit über hydrologische oder hydraulische Verfahren. Berechnung des Effektes der Retention mit zweidimensionalen, hydraulischen Strömungsmodellen am wirklichkeitsgetreusten. Die 2d- Abflussmodellierung basiert auf einem flächendeckenden Berechnungsnetz für Gewässer, Ufer und Auen, in dem für jeden Netzknoten die Wassertiefe und die Fließgeschwindigkeit in zwei Richtungskomponenten berechnet werden. Strömungsprozesse werden realitätsnah nachvollzogen.

12 2.2 Hydrologische Wirkung Sohlanhebung, Laufverlängerung, Aufweitung Beispiel Bayerisches Landesamt für Umwelt (2005) Fiktives Modellgewässer: 20 km lang, Aue 620 m breit, 2 m tief, 2 m breit, Böschungsneigung 1:2, Sohlgefälle: von 0,5 auf 0,25 Aufweitung: von 12 m auf 24 m Laufverlängerung: von 20 km auf 32 km LFU

13 2.2 Hydrologische Wirkung Gefälle, Einzugsgebietsgröße Beispiel Lahn (BAUER 2004) Vorhandensein günstiger natürlicher Bedingungen Längsgefälle Einzugsgebietsgröße Gefälle < 10 Einzugsgebiet < 250 km² Nur 20% des Gewässernetzes im Lahngebiet günstig. BAUER

14 2.2 Hydrologische Wirkung Gewässeraufweitung Scheitelminderung in Abhängigkeit von der Größe des Scheitelabflusses und des Gefälles bei Aufweitung des Gewässers (LFU 2005): maximal bei kleinem Gefälle maximal bei kleinen Abflüssen. %-Abfluss gegenüber Referenzabfluss LFU

15 2.3 Kosten Kosten-Wirksamkeitssätze für Gewässerrenaturierungen (HILLENBRANDT & LIEBERT 2001) Günstig: Unterstützende und eigendynamische Entwicklung Generell: günstig bei geringem Gefälle. HILLENBRANDT & LIEBERT

16 2.4 Umsetzung Zur Umsetzung empfehlenswerter Einzelmaßnahmen und den Randbedingungen für deren Anwendung existieren in den jeweiligen Bundesländern umfangreiche Leitfäden oder Handlungsanweisungen. Insbesondere für die Umsetzung der EG- Wasserrahmenrichtlinie sind solche Leitfäden entstanden (LUWG 2004, HMULF 2002, LFU BW 2002). Für die Planung sind detaillierte Daten der Vor- Ort- Kartierung notwendig. In der freien Landschaft ist die Eigenentwicklung durch die natürliche Bettverlagerung zu ermöglichen und zu fördern.

17 3 Dezentrale Maßnahmen in Auen Flächen entlang von Fließgewässern, die einer natürlichen Auendynamik unterliegen, sorgen sowohl für eine oberirdische (Überflutung) als auch für eine unterirdische Hochwasserrückhaltung (Grundwasseraufhöhung) und verzögern den Hochwasserabfluss. Die gewässerabwärts liegenden Flussbereiche werden dadurch entlastet. Der Beitrag zur Retention ist umso größer, je naturnäher die Auen ausgebildet sind.

18 3 Dezentrale Maßnahmen in Auen Nutzungsänderungen Gewässerentwicklungsstreifen Reaktivierung der Auen Änderung des Höhenniveaus der Auenfläche erhöhte Talquerungen als dezentrale Rückhalte.

19 3 Dezentrale Maßnahmen in Auen Nutzungsänderungen sehr stark /stark rückhaltend: mäßig rückhaltend: gering rückhaltend: Wald, Gehölze Grünland Acker, Wasser, Bebauung LUWG

20 3 Dezentrale Maßnahmen in Auen Gewässerentwicklungsstreifen Je rauer dieser Entwicklungsstreifen ist, desto größer ist die Retention und desto günstiger ist die weitere Verteilung des Hochwassers auf die umliegende Auenfläche.

21 3 Dezentrale Maßnahmen in Auen Reaktivierung von Auenflächen Bisher bei Hochwasser nicht überschwemmte Auen werden mit Hilfe von Maßnahmen am Gewässer (Sohlanhebung) wieder überflutbar. Änderung des Höhenniveaus von Auenflächen Diese technischen Baumaßnahmen (Schaffung von Flutmulden, Altarmen, Abgrabung der Aufhöhungen entlang der Gewässer) führen dazu, dass die Aue besser angeströmt und durchströmt wird. Talquerungen Querende Verkehrswege lassen sich als Kleindämme für dezentrale Rückhalte ausbauen. Bei mehreren hintereinander liegenden Querungen können größere Rückhalteräume aktiviert werden.

22 3.1 Potenziale Die Potenziale von dezentralen Maßnahmen in der Aue kann man über eine Charakterisierung des Zustands der Auen quantifizieren. Für große Gewässer umfangreiche Datenzusammenstellung des BFN (2009). Studie in Rheinland-Pfalz (2005) mit dem Modell AUENMOD: ²/ 3 der Auen (ca. 900 km²) haben Retentionspotential. Ergebnisse aus dem Auenprogramm Bayern (LfU 2004) weisen ²/ 3 der Auen als deutlich bis sehr stark eingeschränkt hinsichtlich ihrer Funktionsfähigkeit aus. Gleichwohl ist durch den Nutzungsdruck in den Auen das Renaturierungspotential deutlich eingeschränkt. Maßnahmen im Rahmen der Umsetzung der EG-WRRL sind auch für den dezentralen Hochwasserschutz möglich.

23 3.1 Potenziale Flächenpotentiale in Rheinland-Pfalz (AUENMOD 2005)

24 3.2 Hydrologische Wirkung Maßnahmen in der Aue entfalten ihre Wirkung erst nach dem Ausufern der Gewässer bei mehr oder weniger großen Hochwasserereignissen. Die gegenüber dem Ist-Zustand erhöhte Retentionswirkung ist somit - mehr als bei den Maßnahmen im Gewässer- auf den eigentlichen Hochwasserabfluss konzentriert. Entsprechend ist auch bei Ereignissen mit selteneren Wiederholungszeitspannen noch mit einer scheitelmindernden Wirkung der Maßnahmen zu rechnen. Die Wirkung der Maßnahmen ist umso größer, je größer der Zugewinn an Retentionsvolumen ist.

25 3.2 Hydrologische Wirkung Deichrückverlegung, Bewaldung Scheitelreduzierungen zwischen 1% und 4 %. Abhängigkeit vom Längsgefälle weniger deutlich ausgeprägt als bei den Maßnahmen im Gewässer. Kombination von Deichrück- verlegung und Bewaldung bei geringem Gefälle am wirkungs- vollsten. Bauer

26 3.2 Hydrologische Wirkung Schlitzung der Deiche, Rückverlegung Erst nach dem Überschreiten des bordvollen Abflusses steigt das zusätzliche Retentionsvolumen an. Variante mit der Schlitzung der Deiche ist wirkungsvoller. Bei größeren Wasserständen auf den Auen: vorwiegend stehenden Retention. Reaktivierung von Auen auch bei größeren Hochwässern. Reduzierung der Volumen durch stehende Retention größer als bei fließender Retention. Speicherkennlinie Bauer

27 3.2 Hydrologische Wirkung Deichrückverlegung, Auwald Vollständige Rückverlegung der Deiche führt zu einem stetigen Zuwachs des Retentionsvolumens beim HQ 100 von etwa 20% des im Ist-Zustand gespeicherten Volumens. Zusätzliche Auwaldflächen verstärken diesen Effekt. Volumenzuwächse bis 30%. Bauer

28 3.3 Kosten Kosteneffiziente Maßnahmen zur EG- WRRL (Hillenbrand & Liebert 2001; UBA 2004): Umwandlung von Acker in Grünlandflächen Deichrückverlegungen Bereitstellung bzw. Ankauf von Flächen Anlage von Auwald (je nach Bestandsdichte) Entwicklung von Auenstrukturen Deichrückverlegungen in Rheinland -Pfalz ca. 500 /ha /lfm 1,0 4,0 /m² /ha /km 5-10 /m³

29 3.4 Umsetzung Dezentrale Maßnahmen im Bereich des Gewässers zusammen mit solchen im Ufer- und Auenbereich umsetzen. Quantifizierung der Rückhaltewirkung für die unterhalb gelegenen Gewässerabschnitte. Hydraulischen Berechnung der Veränderung der Wasserstands-Abflussbeziehungen. Auswirkungen auf die natürlichen Lebensräume und die Wasserstände im Umkreis von bebauten Flächen. Mögliche Veränderung der Druck- und Grundwasserverhältnisse. Nachweise über die Auswirkungen vor Ort.

30 4 Fazit Die Potenziale von dezentralen Maßnahmen in den Gewässern und den Auen sind insbesondere für kleine und mittlere Hochwässer vorhanden, und zwar dort, wo ein geringes Gefälle vorliegt. Maßnahmen im Rahmen der Umsetzung der EG-WRRL bieten win-win- Potentiale auch für den dezentralen Hochwasserschutz. Der Klimawandel mit den prognostizierten häufigeren Starkregen und daraus resultierenden Sturzfluten benötigt dezentrale Maßnahmen. Denn die semizentralen oder zentralen technischen Hochwasserrückhaltung liegen meist nicht dort, wo die Ereignisse auftreten. Durch dezentrale Maßnahmen entstandene wasserhaushaltlich intakte Auen und Gewässer können eine zentrale Rolle bei der Anpassung an den Klimawandel spielen. Sie sind als Bereiche für den Hochwasserschutz unverzichtbar und stellen das Gerüst für die Biotopvernetzung dar.

31 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit