Wasserwirtschaft und allgemeiner Wasserbau · Hochwasser impliziert einen Zielkonflikt zwischen den...

Wasserwirtschaftund allgemeiner Wasserbau

LVA 816.110

HS EH01 Montag, 8:30 – 11:45

Bernhard PELIKAN

Department für Wasser – Atmosphäre – Umwelt; Institut für Wasserwirtschaft, Hydrologie und konstruktiven Wasserbau – IWHW.

Universität für Bodenkultur Wien. Muthgasse 18, A-1190 Wien.Tel: ++43 – 1 – 36006 – 5513 e-mail: bernhard.pelikan@boku.ac.at Web: http://iwhw.boku.ac.at/

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Inhalte und Gliederung Kapitel 3Hochwasserschutz

3.1 Allgemeines3.2 Maßnahmen des Hochwasserschutzes

3.2.1 Passiver Hochwasserschutz3.2.2 Aktiver Hochwasserschutz

3.2.2.1 Lineare Maßnahmen3.2.2.2 Hochwasserrückhaltebecken

3.2.2.2.1 Bemessung3.2.2.2.2 Konstruktion3.2.3.2.3 Gestaltung und Sicherung

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3.1 Allgemeines (1)

Hochwasser impliziert einen Zielkonflikt zwischen den Raumansprüchen

des Gewässers einerseits undder Menschen andererseits

Hochwasserschutz beschreibt die Sichtweise des Menschen in diesem Interessenskonflikt

Hochwasserschutz setzt Beschädigungspotential voraus.

Es gibt keinen absoluten sondern nur einen relativen Hochwasserschutz

Hochwasserschutz setzt Schutzwürdigkeit voraus

Hochwasserschutz setzt eine Optimierung voraus zwischenvermiedenem Schadeneingesetzten Kapital für Schutzbauten

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3.1 Allgemeines (2)

Hochwasser basiert immer auf einem Raumproblem

Hochwasserschutz wird technisch an die Wiederkehrsintervalle eines Hochwasserereignisses gebunden (HQ10, HQ100)

Der Grad des Hochwasserschutzes ist von dem zu schützenden Gut abhängig

Hochwasserschutz ist nicht nur gewässerbezogen sondern einzugsgebietsbezogen

Hochwasserschutz verkleinert oder verringert die schädlichen Auswirkungen eines HochwasserereignissesDieser Gedanke eröffnet zwei Strategien:

Verringerung der SchadensursacheVerringerung des Beschädigungspotentials

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3.1 Allgemeines (3)

Möglichkeiten des Hochwasserschutzes

Hochwasser- Vorgang Beispiel für schutzziel Maßnahmen

Fracht Abfluß Fracht AbflußHochwasser- Schadlose Objektsschutzverträgliche Abfuhr Bauverbot

Nutzung des HW Grünland, WaldSpeicherung Bodenspeicher

Verhinderung des des Wald, Versickerungs-Entstehens von Niederschlags anlagenHochwässern Speicherung in Seen

Hochwasser- Talsperrenrückhaltebecken

Ausbau desBeeinflussung des gerinnes

Abfluß- Abdämmunggeschenes fließende oder

stehendeRetention

<

<<

Kanalisierung

Abflußdämpfung

= ≥ = ≥

≤ < ≤

≤ << <<

< < < <

= = = =

Auswirkungen Auswirkungen Wasser Feststoffe

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3.1 Allgemeines (4)

Einteilung in drei Kategorien des Hochwasserschutzes

Maßnahmen zur Herabsetzung der Empfindlichkeit des Überschwemmungsgebietes

Maßnahmen zur Erhöhung der Abflußkapazität der Fließgewässer längs des Überschwemmungsgebietes

Maßnahmen zur Dämpfung der Abflüsse durch Rückhalt

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3.1 Allgemeines (4)

Parameter einer Hochwasserwelle

Abflußscheitel und Abflußfülle

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3.1 Allgemeines (5)

Abflußverschärfungdurch Flurbereinigung

SiedlungserweiterungVerkehrsflächenNutzungsänderungen

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3.2 Maßnahmen des Hochwasserschutzes (1)

3.2.1 Passiver Hochwasserschutz

3.2.2 Aktiver Hochwasserschutz

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3.2.1 Passiver Hochwasserschutz (1)

Maßnahmen am Gewässer

Nutzung gewässernaher Überflutungsräume entsprechend möglicher Folgen von HQ

Umsiedlung gefährdeter Nutzungen in weniger gefährdete GebieteAblöse häufig gefährdeter Grundstücke und Objekte

Hintanhaltung neu hinzu kommender Nutzungsansprüche (Bauverbote, Nutzungseinschränkungen)

Erhaltung bestehender Retentionsräume

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3.2.1 Passiver Hochwasserschutz (2)

Maßnahmen im Einzugsgebiet

AufforstungenGehölzbestand an ZubringerbächenPufferzonen durch Hecken und GrünstreifenUmwandlung von Acker in DauergrünlandAbflußbremsende Bodenbearbeitung (Pflügung quer zum Hang)Erhaltung des natürlichen Bodenwasserhaushaltes

Passiver Hochwasserschutz geht weit über den Einflußbereich des Wasserbaues hinaus. (Raumordnung, Flächenwidmung, Privatrecht)

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3.2.2 Aktiver Hochwasserschutz (1)

Maßnahmen

Bauliche MaßnahmenLineare MaßnahmenPunktuelle Maßnahmen

Andere (u.a. nichtbauliche) MaßnahmenErhöhung der Widerstandsfähigkeit von Gebäuden und anderen Einrichtungen gegenüber HochwasserNutzungsänderungen gefährdeter FlächenInformation der BevölkerungAufbau eines Versicherungsprogrammes

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3.2.2 Aktiver Hochwasserschutz (2)

Lineare Maßnahmen

Teilweiser AusbauAbflußertüchtigungGewässeraufweitungHochwasserentlastungFlutmuldeEntlastungsgerinneDurchstichFlußdeiche

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3.2.2.1 Lineare Maßnahmen (1)

Teilweiser AusbauLokale Begrenzung auf kritische Stellen (z.B. Brücken, Straßen, Leitungsquerungen, andere Bauwerke

Erster Versuch der Problembehebung sollte immer eine lokale Maßnahme sein

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3.2.2.1 Lineare Maßnahmen (2)

AbflußertüchtigungMaßnahmen im bestehenden Gewässerprofil zur Steigerung der Abflußkapazität

Entfernung von künstlichen oder natürlichen AbflußhindernissenAuf-den-Stock-setzen von UferbewuchsRäumung von Anlandungen in der Sohle und den BöschungenÖrtliche AustiefungenBegrenzte UferaufhöhungenAusrundung von scharfen Krümmungen

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3.2.2.1 Lineare Maßnahmen (3)

Gewässeraufweitungeinseitigalternierend oderbeidseitig

eher behutsame Maßnahmebietet Potential für morphologische VerbesserungenGesamteindruck bleibt im wesentlichen erhaltenzusätzliche Flächen erforderlich

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3.2.2.1 Lineare Maßnahmen (4)

HochwasserentlastungMuß ein Gewässer in seiner Lage und in seinem Zustand absolut erhalten bleiben, kann die Hochwasserableitung nur außerhalb des Gewässerbettes erfolgen.

Hydraulisch gesehen wirkt eine derartige Hochwasserentlastung wie ein Streichwehr. Das darüber abgeworfene Wasser wird über ein eigenes Hochwassergerinne abgeführt.

Eine bestimmte Uferstrecke wird überströmbar ausgeführt.

Im Hauptgerinne kann es zu verstärkter Sedimentation kommen.

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3.2.2.1 Lineare Maßnahmen (5)

FlutmuldeEs handelt sich um eine künstliche, flache Geländevertiefung zur fallweisen Ableitung von Hochwässern.

Eine Bewirtschaftung als Dauergrünland ist möglich.

Bei Bewuchs mit Bäumen und Sträuchern ist eine Kompensation der verlorenen Querschnittsflächen einzukalkulieren.

Im Hauptgerinne kann es zu verstärkter Sedimentation kommen.

Am Beginn und am Ende einer Flutmulde sind Sicherungsmaßnahmen zu setzen

Pflege ist zur Erhaltung des Abflußquerschnittes erforderlich.

Platzbedarf ist erheblich

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3.2.2.1 Lineare Maßnahmen (6)

Flutmulde

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3.2.2.1 Lineare Maßnahmen (7)

EntlastungsgerinneSo ähnlich wie Flutmulde

Ausführung bei stärkerer Beanspruchung, d.h. bei häufigerer Überströmung

Ausstattung und Sicherung so wie dauernd wasserführendesGewässer

In verbautem Gebiet und bei Platzmangel ist auch eine gedeckte Bauweise eines Rechteckquerschnittes denkbar

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3.2.2.1 Lineare Maßnahmen (8)

DurchstichBegradigung von Flußschlingen, Streckung des Flußlaufes

Einfach und früher gern gewählte Maßnahme bei stark mäandrierenden Gewässerstrecken

Der abgeschnittene Gewässerabschnitt wird zum Altarm (früher zumeist verfüllt und dem landwirtschaftlich genutzten Gebiet zugeschlagen). Eventuell künstliche Dotation des Altarmes

Heutige Anwendung nur mehr in Zwangssituationen

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3.2.2.1 Lineare Maßnahmen (9)

Flußdeiche

Schutzdämme gegen Überflutung parallel zum Gewässerlauf.In Österreich ist der Begriff Hochwasser-schutzdamm häufig.

Flußdeiche sind vorwiegend in Trockenbauweise hergestellte, verdichtete Schüttungen von Erdbaustoffen.

Sie haben den Druck des gestauten Wassers aufzunehmen und in denUntergrund abzuleiten.

Flußdeiche müssen nicht unbedingt absolut dicht sein, jedoch darf die Durchsickerung die Standsicherheit nicht gefährden.

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3.2.2.1 Lineare Maßnahmen (10)

Flußdeiche

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3.2.2.1 Lineare Maßnahmen (11)

Flußdeiche - Querschnitt

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3.2.2.1 Lineare Maßnahmen (12)

Flußdeiche

Überströmbare Deicheflache BöschungenLuftseite 1:5 u. flacherWasserseite 1:3Kronenbreite 1 – 3mFreibord 0,3 – 0,5m

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3.2.2.1 Lineare Maßnahmen (13)

Bauwerke

DeichrampenWegführung über einen Deichaußendeichs stromab

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3.2.2.1 Lineare Maßnahmen (14)

Bauwerke

Deichschartenbei stärkerem Verkehrbei HQ verschlossen

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3.2.2.2 Hochwasserrückhaltebecken (1)

HochwasserrückhaltebeckenDurch HWRB wird ein Teil der Hochwasserfracht zurück gehalten (retendiert). Dadurch wird die Abflußspitze im flußab liegenden Gewässerabschnitt verringert.Andere wasserwirtschaftliche Zielsetzungen bei HWRB:

NiedrigwasseraufhöhungGrundwasseranreicherungLandschaftsgestaltungNaturschutzErholungFischerei

Oft ist eine Kombination mit linearen Maßnahmen sinnvoll

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3.2.2.2 Hochwasserrückhaltebecken (2)

Vorgang des Hochwasserrückhaltes

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3.2.2.2 Hochwasserrückhaltebecken (3)

Einteilung von HW-RückhaltebeckenNach der Beckengröße (kleine, mittlere, große)Nach dem Rückhaltevolumen

(Rückhaltevolumen ist <,= oder > als Abflußfülle)Nach der Lage zum Gewässer

(direkt durchflossen oder seitlich angeordnet)Nach der Betriebsform

(gesteuert oder ungesteuert in der Zuströmung und der Abströmung)

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3.2.2.2 Hochwasserrückhaltebecken (4)

Beckenraum und Stauhöhen

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3.2.2.2 Hochwasserrückhaltebecken (5)

BemessungSpezifischer Speicherraum (m³/km²) ist eine Maßzahl der Wirksamkeit eines Rückhaltebeckens. Bei zunehmendem E nimmt der spez. Speicherraum bei gleichem Sicherheitsgrad ab.

Grundlagen:Der Scheitelabfluß oder der höchste Wasserstand(Verformung der Hochwasserwelle ist nachzuweisen)Die Abflußfülle = das Wasservolumen einer Hochwasserwelle(dient der Ermittlung des Rückhalteraumes)

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3.2.2.2 Hochwasserrückhaltebecken (6)

BemessungWiederkehrsintervalle bestimmen das Maß der Sicherheit.

Klasse Unterlieger Tn in aI Kerngebiete, Industrieanlagen 100II übrige bebaute Gebiete, Verkehrsanlagen 50 – 100III Einzelbauten, zeitweise bewohnte Siedlungen 25 – 50IV landwirtschaftliche Intensivkulturen 10 – 25V Ackerflächen 5 – 10

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3.2.2.2 Hochwasserrückhaltebecken (7)

BemessungRückhalteraumDer Beckenraum wird aus einer topografischen Karte als Beckeninhaltslinie aus der Flächeninhaltslinie ermittelt.

Schätzwerte liefert die folgende Tabelle:

Flaches Becken S = h.105 (m³)Becken mit Dauerstau S = (0,5h)1,7.105 (m³)Becken ohne Dauerstau S = (0,4h)2,2.105 (m³)

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3.2.2.2 Hochwasserrückhaltebecken (8)

Bemessung

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3.2.2.2 Hochwasserrückhaltebecken (9)

Bemessung

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3.2.2.2 Hochwasserrückhaltebecken (10)

KonstruktionAbschlußbauwerk (üblicherweise ein Erddamm, sowohl bindige als auch rollige Materialien)

Homogener Damm

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3.2.2.2 Hochwasserrückhaltebecken (11)

KonstruktionZonendamm

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3.2.2.2 Hochwasserrückhaltebecken (12)

KonstruktionMaterialwahl

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3.2.2.2 Hochwasserrückhaltebecken (13)

KonstruktionEinbindung in die Landschaft

Bei außenliegender Dichtung ist diese mit einer Erdschicht abzudeckenDer Böschungsfuß sollte ausgerundet werdenIn den Flankenbereichen sollte eine kontinuierliche Anbindung an das umgebende Gelände geschaffen werdenDie errechneten Parameter (Böschungsneigungen, Höhen, Kronenbreiten) sollten als Minimalwerte verstanden werden, derenÜberschreitung im Sinne der Variabilität zulässig ist.

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3.2.2.2 Hochwasserrückhaltebecken (14)

KonstruktionAuslaß

Nicht steuerbare Auslässebei mittleren und großen Becken: Durchmesser oder Höhe mindestens 1,2mbei kleinen Becken: Durchmesser 0,8m (bekriechbar)

Steuerbare AuslässeNur für mittlere und große Becken

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3.2.2.2 Hochwasserrückhaltebecken (16)

KonstruktionHochwasserentlastungsanlagen(dienen dem Schutz des Bauwerkes)Entweder als kombiniertes Bauwerk (gemeinsam mit dem Grundablaß)oder getrennt.

feste Überfallschwellenbewegliche Verschlüsse

Entlastungsgerinne: Schußrinne, Absturztreppe, RauhgerinneSonderform: Heber

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3.2.2.2 Hochwasserrückhaltebecken (17)

Gestaltung und SicherungVerbesserung des LebensraumangebotesFlexibilisierung/Verlängerung der Uferlinien (Buchten, Halbinseln, Inseln)Abwechslungsreiche und naturnahe Gestaltung der Böschungen (Flachwasserbereiche, Steilufer, vegetationslose Flächen)

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3.2.2.2 Hochwasserrückhaltebecken (18)

Gestaltung und SicherungFlachwasserbereich