Morsbach: Hochwasserschutz und Konzept zur naturnahen Entwicklung % Wie passt das zusammen? Marc Scheibel 14. FGMSymposium beim Wupperverband Gebietsforum Wupper der Bezirksregierung Düsseldorf
Zusammenhang Hochwasser%Ökologie Gewollte Überflutungen (Strukturbildung) WRRL Ökologie Störung der Biozönose Nicht gewollte Überflutungen (Schäden) Stadt% entwäs% serung Einleitungen HWRM Hochwasser Ausgleich der Wasserführung Abbildung in einem Modell/Konzept gegenseitige Effektabschätzung möglich/abstimmung der Zielsetzungen
Umsetzung WRRL und HWRM%RL: Pilotprojekt Morsbach 1. Grundlagendaten (Flächendaten, Kanalnetz) 2. Messkampagne (Gewässer und Kanalnetz) 3. Hydrologisches und hydraulisches Modell 4. Biologische Untersuchungen 5. Gütemesskampagnen 6. Potenzialabschätzung morphologische Entwicklung 7. Konzept zur naturnahen Entwicklung (KNEF) 8. Hochwasserschutzkonzept 9. Erstellung einer Prioritätenliste von kosteneffizienten Maßnahmen unter Berücksichtigung eines Strahlwirkungskonzepts und Gewässerprofilgestaltung und der Bewertung der real vorhandenen Retentionsmöglichkeiten (KNEF++)
Wofür KNEF++??? Ergänzend zu einem klassischen KNEF, werden beim Morsbach bei der Fragestellung Entwicklung der Morphologie folgende wasserwirtschaftlichen Randbedingungen untersucht: Wirkungen und Effekte der Maßnahmen auf Hydrologie und Hydraulik 1. Entwicklung eines gegliederten Profils (Hydraulik): Fließgeschwindigkeiten, Wasserstände, Schubspannungen 2. Schutz vorhandener Retentionsräume, (Rück)Gewinnung von Retentionsraum (Hydrologie): Retentionsvermögen bei Hochwasser für große und kleine Ereignisse ( Wirkung für Nachweis BWK M7) Bewertung und Priorisierung von kurz= und mittelfristig realistisch durchführbaren Maßnahmen (im Einklang mit den KNEF=Maßnahmen) nicht nur unter Berücksichtigung der vorhandenen Restriktionen, sondern auch im Hinblick auf deren potenziellen Effektivität
Arbeitsschritte KNEF ++ Identifikation der kurz= und mittelfristig umsetzbaren Maßnahmen Darstellung der Möglichkeiten hinsichtlich einer gegliederten Querprofilgestaltung (Gewässertypenspezifisch) Abschätzung der Effekte einer naturnahen Gestaltung auf die gesamten Gewässerabschnitte Identifikation von Retentionsflächen Nachweis der Wirkungen / Effekte bei Ausnutzung der ermittelten Retentionsräume und einer naturnahen Gestaltung der Gewässerabschnitte 1. Hydraulische Nachweise 2. Hydrologische Nachweise Prüfung der technischen Umsetzbarkeit, der ökologischen Verträglichkeit, der Grundstücksverfügbarkeit und der Genehmigungsfähigkeit Priorisierung der Schwerpunktbereiche Kostenabschätzung der als realisierbar eingestuften Retentionsmaßnahmen
Identifikation der kurz%und mittelfristig umsetzbaren Maßnahmen Abgleich mit KNEF und Strahlwirkung Potenzielle Maßnahmenbereiche im Gewässer (Entwicklung, naturnahe Gestaltung) Strahlwirkungsbereiche Maßnahmenbereiche lt. Büro Koenzen Eingrenzung der maßgeblichen KNEF=Maßnahmen im Hinblick auf die hydrologischen und hydraulischen Nachweise Bereiche, in denen die o.g. KNEF= Maßnahmen verstärkt auftreten Maßnahmenbereiche QP= Gestaltung lt. Büro Hydrotec
Identifikation von Retentionsflächen 1/2 Detaillierte Prüfung vorhandener bzw. potenzieller Retentionsflächen im Vorland Maßgebliche Unterscheidung: 1. Druckflächen, keine Anbindung 2. Pot. Flächen, die derzeit bis HQ100 nicht genutzt werden 3. Derzeit bereits (frühzeitig) genutzte Retentionsflächen Typ 1 Typ 3 Typ 2
Identifikation von Retentionsflächen 2/2 Insgesamt 56 potenzielle Retentionsbereiche
Einordnung der Retentionsflächen
Einordnung der Retentionsflächen
Einordnung der Retentionsflächen
Definition von Schwerpunktbereichen Zusammenführung der Analyseergebnisse Maßnahmenbereiche Gewässerentwicklung und naturnahe Querprofilgestaltung (8 (Koenzen), 15 (Hydrotec)) 18 Retentionsräume mit potenziell guter Wirkung Synthese 14 Schwerpunktbereiche für hydrologische und hydraulische Modellnachweise
Darstellung der Möglichkeiten hinsichtlich einer gegliederten Querprofilgestaltung Vorgabe: Bachtypen lt. Leitbilder Mittelgebirge NRW Büro Koenzen (7 Beispielprofilquerschnitte) Umsetzung der Profile in das hydraulische Modell
Abschätzung der Effekte einer naturnahen Gestaltung auf die Gewässerabschnitte Hydraulische Modellberechnungen Einbau der naturnahen Querprofile in die hydraulischen Modelle für die Schwerpunktbereiche Querprofilgeometrie Natürlicher Windungsgrad lt. LUA M14 Sohlgefälle Rauheiten und Bewuchs Entfernen von Sohlschwellen Anlegen von Nebengerinnen lt. KNEF Anbindung von Retentionsflächen im Vorland Naturnah gegliedertes Profil Anbindung Retentionsraum am Leyerbach
Längsschnittdarstellungen Ist%Zustand und Varianten WSP bei HQ100 und Schubspannungen bei HQ2 Aus M7=Untersuchung: Kritische Sohlschub= spannung bei HQ2: ca. 55 N/m² Beispiel Morsbach Schwerpunktbereich SB2_M
Ergebnisse hydraulische/hydrologische Effekte Wasserspiegellagensenkung wirkt pot. positiv auf Schadenspotential Retentionsraumgewinn durch Anbindung und Profilaufweitung: rund 13.000 m³ (daher Wirkung beschränkt)
Risikominderung der potenziell betroffenen Objekte Es sind 84 Objekte durch die Maßnahmen potenziell beeinflusst Davon haben 22 Objekte bei HQ100 potenziell einen Schaden Eine Schadensreduzierung liegt bei 9 Objekten vor Eine HQ=Verbesserung (z.b. HQ25 auf HQ50) liegt bei 6 Objekten vor (3 nun schadensfrei) Bei 34 Objekten werden die Wasserspiegellagen maßgeblich verringert höheres Freibord höhere Sicherheit. Aber auch: Verschlechterung bei 3 möglich!!!
Wirkung dezentraler Maßnahmen auf Hochwasser Bereich mit signifikantem Einfluss von dezentralen Maßnahmen Abflussreduktion Einzugsgebietsgröße Längsgefälle Enge des Tales Wiederkehrintervall Niederschlagsintensität (nach Steinmann 2008 modifiziert, von Herrn Johann EG/LV zur Verfügung gestellt)
Zusammenfassung der maßgeblichen Grundlagen für die Schwerpunktbereiche Schwerpunk= bereich Natürl. QP= Gestaltung Retentions= raum= anbindung Strahlwirkung M7= Verbesser= ungspotenzial notwendig Keine Restriktionen Kein Schutzgebiet Grundstücks= eigentümer Bemerkungen Nr. ja/nein ja/nein vorh/neu/nein ja/nein ja/nein ja/nsg/ffh Stadt/WV/NRW = 15% SB1_M ja ja neu nein ja NSG Schmaler Bereich, betr. Objekte im OW Stadt Beachten: 25% Restriktion liegt am Rand des Ret=raums, Anbindung von Ret=raum SB2_M ja ja neu nein NSG Energie/Wasser Stadt+NRW für kleine HQ, betr. Objekte im OW, Abgrabung untersucht 90% SB3_M nein ja nein nein ja NSG Initialmaßnahmen wurden durchgeführt, betr. Objekte im OW Stadt+Verband SB4_M ja nein neu nein = ja = Nur Gewässerentwicklung SB5_M ja ja neu nein Energie/Wasser quert SB6_M ja ja neu nein ja ja SB7_M ja ja neu nein Energie/Wasser und Gas quert ja 10% Stadt 15% Stadt ja 0% SB8_M ja ja nein nein ja ja 0% SB9_M nein ja neu ja ja ja SB10_G ja ja vorh nein ja NSG, FFH 100% Stadt 70% Stadt Anbindung von Ret=raum für kleine HQ Abgrabung untersucht, Restr. am Rand des Ret=raums beachten Restriktion quert den Ret=raum, große Fläche, frühzeitige Nutzung der Aue Betr. Objekte im OW, Kombination mit HWS=Bröcking sinnvoll, Abgrabung untersucht Kleine Fläche, Anbindung von Ret=raum für kleine HQ Anbindung von Ret=raum für kleine HQ SB11_L nein ja vorh nein Beachten: Bodendenkmal NSG 0% Große Fläche, Anbindung von Ret=raum für alle HQ SB12_KLA nein ja nein ja ja ja 0% Anbindung von Ret=raum für kleine HQ SB13_KLE ja ja nein ja ja ja 0% Betr. Objekte im UW SB14_SI ja nein nein ja ja ja 0% Frühzeitige Nutzung der Aue
Priorisierung aller Schwerpunktbereiche Schwerpunk= bereich Mittl. Fl= geschw. Mittelwasser Schub= spannung kleines HW Wassertiefe mittleres HW Wasser= volumen großes HW Abflussredu= zierung kleines HW Abflussredu= zierung mittleres HW Wirkung natürliche Profilgestaltung Abflussredu= zierung großes HW Schadens= red. Risiko= miderung Prio nat. Profile Anmerkungen hydraulische und hydrologische Priorisierung Wirkung Abgra= bung Sonstiges Nr. + / o / = + / o / = + / o / = + / o / = + / o / = + / o / = + / o / = + / o / = + / o / = ++ / + / o / % + / o / = + / o / = Vorauss. Grundstücks= verfügbarkeit SB1_M + + + + o o o + + + SB2_M + + + + o o o + + ++ SB3_M o + o o o o o o o o Hydraulische Verbesserungen, geringe Schadensreduzierung keine Var. = Hydraulische Verbesserungen, Schadensvermeidung bis HQ100, Abgrabung ohne maßg. Effekt. o = Initialmaßnahmen wurden bereits durchgeführt. Nur Schubspannungsreduzierung, geringe Grundstückskosten keine Var. + SB4_M + + + o o o o o + o Hydraulische Verbesserungen, keine Retentionsflächen keine Var. kein Ret. SB5_M + + + + (+) (+) (+) o o + Hydraulische und hydrologische Verbesserungen keine Var. = SB6_M + + + + o o o o + + SB7_M o + o o (+) o o + + ++ Hydraulische Verbesserungen, Abgrabung mit maßg. Effekt, sehr geringe Schadensreduzierung. + = Geringe hydraulische und hydrologische Verbesserungen, maßgebliche Schadensreduzierung keine Var. = SB8_M o + + o o o o o + + SB9_M o = + o o o o o o % Hydraulische Verbesserungen, Abgrabung mit maßg. Effekt. + = Nur Verminderung der Wassertiefen, geringe Verschlechterung Schubspannungen, geringe Grundstückskosten keine Var. + SB10_G o o + o o o o o o % Nur Verminderung der Wassertiefen, nat. Bereich keine Var. o SB11_L o + o + o o (+) o + + Hydraulische und hydrologische Verbesserungen keine Var. = SB12_KLA o o o o o o (+) o o o Geringe hydrologische Verbesserungen keine Var. = SB13_KLE + = o o o o o o o % Verschlechterung Schubspannungen keine Var. = SB14_SI + = + o (+) o o o = o Geringe hydrologische und hydraulische Verbesserungen, Verschlechterung Schubspannungen, geringe WSP=Erhöhung keine Var. =
KNEF%Steckbriefe der Schwerpunktbereiche Morsbach SB2, Berg, Prangerkotten, Priorisierung ++
Handlungskonzept: Informieren und Helfen
Hochwasserschutzkonzept Morsbach % Untersuchungskonzept, lt. WV%HWS%Konzept% Historische Recherchen, Prioritätenliste Gewässerbegehung Vereinfachte Berechnung von Gefahrenschwerpunkten Terrestrische Vermessung Hydraulische Modelle und Berechnungen Detaillierte Zeitreihenanalyse und hydrologische Modellierung Ermittlung des Schadenspotenzials Maßnahmen und Kosten=Nutzen=Analyse Betrieb wasserbaulicher Anlagen
Hochwasserschutzkonzept Morsbach % Vereinfachte Berechnung von Gefahrenschwerpunkten % Ermittlung aller potenziellen Durchlässe und Verrohrungen Ermittlung aller Objekte in Gewässernähe im gesamten Einzugsgebiet 890 Objekte Ermittlung von maximalen Ausuferungsflächen mit vereinfachtem 2=D=Modell Potenzielle Bereiche mit Schadenspotenzial 2D=Modell Potenziell betroffene Objekte
Hochwasserschutzkonzept Morsbach % Allgemeine Defizitanalyse % Hydraulische 1D= und 2D=Berechnungen für mehrere Jährlichkeiten Ermittlung potenzieller Gefahrenschwerpunkte Bestimmung der maßgeblich gefährdeten Objekte für die Ortsbegehung 69 Bereiche Erfassung von 290 Objekten (Pot. Vermögen, Einlaufhöhe, Keller etc.) Bsp.: Ermittlung der potenziellen Gefahrenschwerpunkte Lage der pot. Gefahrenschwerpunkte
Hochwasserschutzkonzept Morsbach % Ermittlung des Schadenspotenzials % Potenziell betroffenen Objekten werden Einlaufhöhen, Nutzungen und Vermögenswerte zugeordnet Schadenberechnung für verschiedene Hochwasserjährlichkeiten insgesamt rund 2,6 Mio. Euro Schaden bei HQ100 bei 79 Objekten Pot. Schadensgrößen je Objekt bei HQ100 Pot. Schadensgrößen je Gewässer und Jährlichkeit
Hochwasserschutzkonzept Morsbach % Konzeption von Maßnahmen % Festlegung von Zielen, Berücksichtigung der Erfahrungen der Ereignisse 8/07 Einbeziehung der Städte und der betroffenen Anlieger Planung, Bewertung von = technischen = HW=Schutzmaßnahmen (+ Kosten) Steckbriefe für die 69 pot. Schadensbereiche (Defizite und Maßnahmen) Beispiel eines Steckbriefs Defizite Potenzielle Maßnahmen
Potenzielle Maßnahmen Beispiel Müggenbach Schadensfrei bis ca. HQ10 Maßnahmenvarianten zum Schutz bis HQ100 Potenzielle HRB am Müggenbach erf. Volumen >> vorh. Volumen Seitliche Umflut über Straße durch Umsetzung Maßnahmenpaket Verwallung im Oberwasser des Durchlasses Neubau des Durchlasses Bau eines Entlastungskanals Lokaler Objektschutz
Analyse Verklausung Durchlässe
Fazit aus Hochwassersicht: Identifikation von 69 potenziellen Schadensbereichen Mit lokalen Objektschutzmaßnahmen kann der Hochwasserschutz verbessert werden, z.t. bis HQ 100 (inkl. Vergleich Kosten/Schäden) Steckbriefe Für maßgebliche Maßnahmenvarianten wurde die HWS=Wirkung durch Berechnungen optimiert und nachgewiesen Mögliche HRB=Standorte wurden untersucht und bewertet Die optimierten Einstellungen der Becken der Kanalisation für den M7=Nachweis haben keinen negativen Einfluss auf große Hochwasserereignisse im Morsbach Erstellung von Festsetzungskarten (ÜSG) Bezirksregierung Erstellung von HWGK und HWRK entsprechend den Anforderungen der HWRM=RL Bezirksregierung, Wupperverband & Kommunen
Fazit KNEF++ und Gesamtinstrument: Identifikation von 56 (potenziellen und vorhandenen) Retentionsbereichen KNEF=Maßnahmen für 14 Schwerpunktbereiche Steckbriefe Verbesserung der hydraulische Situation (insbes. Schubspannungen) Vernachlässigbare Wirkung auf den Scheitelabfluss und M7= Nachweis Verringerung des Schadenspotenzials und des HW=Risikos Abgrabungen verbessern die Ausuferungsfähigkeit, verringern jedoch nur gering die Abflussscheitel Mit den vorliegenden Untersuchungen liegt ein detailliertes Planungsinstrument vor (Gewässer/Stadtentwässerung) Es können Auswirkungen (positiv bzw. negativ) von Maßnahmen aufgezeigt werden Potenzielle Änderungen oder Ergänzungen der priorisierten Maßnahmen können berechnet und dargestellt werden
Wasserbilanzmodell Morsbach Detaillierte Abbildung hydraulischer und hydrologischer Prozesse im Einzugsgebiet Nachweis nach DWA=A 128 Nachweis nach BWK=M7 ( KNA) Ermittlung von Mittel= und Hochwasserabflüssen Berechnung von Überschwemmungsgebieten sehr gute Datengrundlage Kalibrierung am Pegel Beckeraue blau: Pegel rot: Modell Übersicht WBM=Teilgebiete: gelb: Trennsystem lila: Mischsystem grau: reines Schmutzsystem
Schaffung größerer Retentionsvolumina durch Abgrabung Zur Schaffung höherer Retentionsvolumina wurden für 3 geeignete Retentionsbereiche die Vorländer flächig ca. 1 m abgegraben. SB2_M SB6_M SB8_M 12.000 m³ 25.000 m³ 9.500 m³
Ergebnisse hydrologische Effekte Beispiel großes Hochwasser : Wirkung im Morsbach rund 2=3% (ca. 700 l/s) max. 6% (SB11_L: 14,613,7 m³/s = 900 l/s) Kappung HW=Spitze WSP=Senkung im Mittel 2=3 cm Volumengewinn max.: 20 Tm³ Wellenvolumen > Bordvoll: 600 Tm³
Wirkung auf Hochwasser 60 Wirkungstabelle der DWA=Arbeitsgruppe Abflussreduktion [%] 50 40 30 20 10 0 1 10 100 1.000 10.000 Einzugsgebietsgröße [km²]
Schwerpunktbereiche mit Priorisierung ++ Morsbach SB7, Platz, Clemenshammer Morsbach SB2, Berg, Prangerkotten
Synergien Stadtentwässerung (BWK M3/M7) Die vorhandenen und geplanten stadthydrologischen Becken im EG wurden für die KNA im Hinblick auf den M7=Nachweis im Morsbach optimiert Die Einstellungen haben keinen negativen Einfluss auf große Hochwasserereignisse im Morsbach Die Nutzung einer M7=Lamelle des HRB Leyerbach erhöht nicht die HW=Gefahr im Morsbach und verringert nicht die HW= Sicherheit des HRB Die KNEF++=Untersuchungen finden Eingang in die Umsetzbarkeit der KNA=Planung ( Var. Gewässerretention statt RRB) Var. 10: Die potenziellen KNEF=Maß= nahmen (Retentionsanbindung und Gewässerentwicklung) verbessern nicht den hydrologischen M7=Nachweis Var. 11: Die Nutzung des pot. HRB am Diepmannsbach verbessert die M7= Nachweise bis zur Mdg. Müggenbach