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Kooperation zwischen FGG Elbe und BfG
„Neue Hochwasserstatistik als Grundlage für modellbasierte Wasserspiegellagenberechnungen“
Ergebnisse des Projekts „Homogenisierung der langen HQ-Reihen (1890 – 2013) für deutsche Elbepegel“
Projektbearbeitung:Marcus Hatz, Jörg-Uwe Belz, Norbert Busch, Maria Larina-Pooth (alle BfG), Pavel Balvín (T.G. Masaryk Water Research Institute), Jakub Krejčí (Aqualogic Consulting)
Projektbegleitung:Deutsch-tschechische Expertengruppe der IKSE unter der Leitung von Jörg-Uwe Belz
„3. Dialog zum Hochwasserschutz Elbe“ am 15.08.2019 in Lüneburg
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Hochwasserscheitelreduktionen durch Talsperren in Tschechien und ThüringenH
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„3. Dialog zum Hochwasserschutz Elbe“ am 15.08.2019 in Lüneburg
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Entwicklung des Hochwasserrückhalteraums in Talsperren im Elbegebiet
ab 1932: Saaletalsperren
ab 1960: Moldaukaskade / Nechranice B
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„3. Dialog zum Hochwasserschutz Elbe“ am 15.08.2019 in Lüneburg
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Physikalische Inhomogenität der langen HQ-Reihen (1890 – 2013) für Elbepegel
Pegel Barby (OD)
Die statistischen Testverfahren belegen jedoch für alle HQ-Reihen und alle Pegel Trendfreiheit, Fehlen von Bruchpunkten und statistische Homogenität!
„3. Dialog zum Hochwasserschutz Elbe“ am 15.08.2019 in Lüneburg
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Exkurs: Homogenisierung der Pegelstatistik im Rheingebiet
Arbeiten der Hochwasserstudienkommission (HSK, 1978) und der Internationalen Kommission zum Schutz des Rheins (u.a- IKSR / BfG, 1999)
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„3. Dialog zum Hochwasserschutz Elbe“ am 15.08.2019 in Lüneburg
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Modellsysteme für die deutsche Elbe, die Saale und das tschechische Elbeeinzugsgebiet
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1D-SOBEK-Elbe (BfG)
1D-SOBEK-Saale (BfG)
WTM-Saale (BfG)
Aqualog-Modell (Aqualogic Consulting)
inkl. zweier Modelle für die Moldau: historischer Zustand (ohne Talsperren) und im heutigen Zustand (mit Talsperren)
1
2
3
4
Talsperren:1: Bleilochtalsperre und Hohenwarte (Saale) 2: Lipno (Moldau)3: Orlík (Moldau)4: Nechranice (Eger)
„3. Dialog zum Hochwasserschutz Elbe“ am 15.08.2019 in Lüneburg
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Simulationsergebnisse für das Hochwasser 2013 (Pegel Barby)
MQ
HQ2
HQ5
HQ10
HQ50
HQ100
0
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2000
3000
4000
5000
6000A
bfl
uss
[m
³/s]
Ohne Talsperren (Zustand 1890) mit Saaletalsperren
mit Saaletalsperren und TS Lipno mit Saaletalsperren und Moldaukaskade
alle Talsperren (Ist-Zustand) ohne Talsperren (Zustand 2013)
Ganglinien des Hochwassers 06/2013 für sechs verschiedene modellierte Zustände (ohne Deichbrüche)
„3. Dialog zum Hochwasserschutz Elbe“ am 15.08.2019 in Lüneburg
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Eigenschaften der zur Homogenisierung ermittelten Transformationsfunktionen
oS-oLi-oOr-oNe(1890) mS-mLi-mOr-mNe(2013)
mS-oLi-oOr-oNemS-mLi-mOr-mNe
mS-mLi-oOr-oNemS-mLi-mOr-mNe
mS-mLi-mOr-oNemS-mLi-mOr-mNe
mS-mLi-mOr-mNe(MOD) mS-mLi-mOr-mNe(2013)
Winkelhalbierende
Zust
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13
Zustand 1890 (ohne Talsperren) bzw. Zwischenzustände
Pegel Wittenberge
Sommer-ereignisse
Winter-ereignisse
*Nomenklatur der einzelnen umzurechnenden Zustände entsprechend BfG-Bericht 1938.
„3. Dialog zum Hochwasserschutz Elbe“ am 15.08.2019 in Lüneburg
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Ergebnis: Homogene HQ-Reihe im Zustand „2013“ (mit Wirkung der Talsperren)
HW 1920
Zustand 1890 (ohne Talsperrenwirkung) Z. 2013
Pegel Wittenberge (OD)
Zwischenzustände (zunehmende Talsperrenwirkung)
„3. Dialog zum Hochwasserschutz Elbe“ am 15.08.2019 in Lüneburg
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Ergebnis: Homogene HQ-Reihe im Zustand „1890“ (ohne Wirkung der Talsperren)
-3500
-3000
-2500
-2000
-1500
-1000
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17
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23
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50
19
53
19
56
19
59
19
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19
65
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Jahr
Homogene Reihen Zustand 1890 HQ-WQE Inhomogene Reihe HQ-WQE DELTA-HQ-Werte
HW 2006
Pegel Dresden (OD)
Zustand 2013 (mit Talsperrenwirkung) Z. 2013Zwischenzustände (zunehmende Talsperrenwirkung)
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Relative Wirkung der Talsperren für neun Pegel entlang der Elbe
Vergleich der HQT-Werte der homogenen Extremwertstatistiken „1890“ und „2013“
Daten: Extremwertstatistiken basierend auf Projektdaten „WQ-Elbe 1890“
relative Werte: in % von HQT-Wert ohne Talsperren (Zustand 1890)
Obere Elbe
Untere Mittelelbe
Die Talsperren entfalten ihre größte relative Wirkung bei Hochwasserereignissen um HQ5-20. Sie nimmt entlang der Elbe von Dresden (> 14% bei HQ10) nach Neu Darchau (> 8% bei HQ10) ab.
Maximalwert
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Ergebnisse der statistischen Berechnungen am Beispiel des HQ100-Abfluss
Homogene Reihe Zustand 1890 – „OD“ Inhomogene Reihe – „OD“ Homogene Reihe Zustand 2013 – „OD“
ohne TalsperrenWittenberge:
4970 m³/s
inhomogenWittenberge:
4750 m³/s
mit TalsperrenWittenberge:
4560 m³/s-230 m³/s -190 m³/s
BfG-Projekt „W-Q-Elbe 1890“
Ziel: …die Konsolidierung eines soliden Datenfundaments für hydrologisches Arbeiten und darauf aufbauendes Verwaltungshandeln an der deutschen Elbe.
Output: verbesserte, aber weiterhin inhomogene HQ-Reihen!
Bild: Jährliche Verän-derung der tQ(max)-Werte [in %] (ohne Retentionsbereinigung durch Talsperren)
„3. Dialog zum Hochwasserschutz Elbe“ am 15.08.2019 in Lüneburg
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Ergebnisse der statistischen Berechnungen am Beispiel des HQ100-Abfluss
Homogene Reihe Zustand 1890 – „OD“ Inhomogene Reihe – „OD“ Homogene Reihe Zustand 2013 – „OD“
Homogene Reihe Zustand 1890 – „WQE“ Inhomogene Reihe – „WQE“ Homogene Reihe Zustand 2013 – „WQE“
ohne TalsperrenWittenberge:
4700 m³/s
inhomogenWittenberge:
4540 m³/s
mit TalsperrenWittenberge:
4290 m³/s
-270 m
³/s
-210 m
³/s
-270 m
³/s
-230 m³/s -190 m³/s
-240 m³/s -250 m³/s
ohne TalsperrenWittenberge:
4970 m³/s
inhomogenWittenberge:
4750 m³/s
mit TalsperrenWittenberge:
4560 m³/s
„3. Dialog zum Hochwasserschutz Elbe“ am 15.08.2019 in Lüneburg
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Und nun? Fragen zum Umgang mit den Ergebnissen
Expertengespräch „Bemessungsgrundlagen für den Hochwasserschutz an der Elbe“ (14./15.3.2018 in Magdeburg)
Verwendung „offizieller Daten“ oder der Projekt-daten „WQ-Elbe 1890“?
Neufestlegung der BHQ-Werte notwendig?
Trennung von hydrologischen Grundlagen und wasserwirtschaftlichen Festlegungen?
Erkenntnisse aus dem Homogenisierungsprojekt für die zukünftige Bemessungspraxis?
Abstimmung im internationalen Elbeeinzugsgebiet?
Neuberechnung der ÜSG für Hochwasserrisiko-management-Richtlinie?
Ermittelte Talsperrenwirkung als fachlich-hydrologisch begründeten Klimazuschlag nutzen?
Auf Grundlage des Expertengesprächs erfolgte bis Ende 2018 in der FGG Elbe die Erarbeitung von Beschlussvorschlägen für den Elberat!
„3. Dialog zum Hochwasserschutz Elbe“ am 15.08.2019 in Lüneburg
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Festlegungen zum Umgang mit den Ergebnissen des Projekts
10 Beschlüsse des Elberats (31. Sitzung, 02.11.2018), u.a.:
Pegel HQ2 HQ5 HQ10 HQ20 HQ50 HQ100 HQ200 BHQ
Abfluss [m³/s]Zustand 1890
(Zustand ohne Wirkung der Talsperren auf Grundlage der Datenbasis „WQE“)Orientierungswert der
Länder bei Schutzziel HQ100
Dresden 1610 2180 2600 3100 3800 4360 4950 4370
Torgau 1570 2140 2560 3060 3740 4280 4840 4280
Barby 2240 2970 3450 3960 4590 5050 5480 4920
Magdeburg 2210 2940 3400 3890 4460 4850 5230 4870
Tangermünde 2220 2950 3420 3900 4470 4860 5230 4770
Wittenberge 2190 2860 3300 3760 4310 4700 5060 4545
Neu Darchau 2140 2730 3130 3560 4100 4480 4860 4450
Grundsätze zur regelmäßigen Überprüfung der Extremwertstatistik
Grundsätze für den Umgang bei Abweichung von Werten und grenzüberschreitender Betroffenheit
Grundsätze zur Berücksichtigung von Hochwasserschutzmaßnahmen in der Statistik
Weiteres Vorgehen zur Berechnung von Wasserspiegellagen für BHQ und HQT
„3. Dialog zum Hochwasserschutz Elbe“ am 15.08.2019 in Lüneburg
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Festlegungen zur zukünftigen Vorgehensweise
„3. Dialog zum Hochwasserschutz Elbe“ am 15.08.2019 in Lüneburg
Grundsätze zur regelmäßigen Überprüfung der Extremwertstatistik
Überprüfung der Extremwertstatistik, wenn für ein hydrologisches Ereignis an drei von insgesamt
neun hydrologischen Pegeln HQ50 erreicht oder überschritten wird, ansonsten alle 6 Jahre im Rahmen der vorläufigen Bewertung des Hochwasserrisikos
Grundsätze für den Umgang bei Abweichung von Werten und grenzüberschreitender Betroffenheit
Ein Abweichen vom BHQ mit geringeren Jährlichkeiten bei der Bemessung bleibt jedem Land unbenommen. Bei grenzüberschreitender Betroffenheit ist eine Abstimmung vorzunehmen.
Ein Abweichen vom BHQ nach oben setzt eine Abstimmung innerhalb der FGG Elbe voraus.
Grundsätze zur Berücksichtigung von Hochwasserschutzmaßnahmen in der Statistik
Realisierte Maßnahmen zur Verbesserung des Hochwasserschutzes werden bei der Neuberechnung der Wasserspiegellagen berücksichtigt. Ausnahmen bilden gesteuerte Flutpolder. Letztere dienen als „Klimareserve“, d.h. der Vorsorge vor den nicht quantifizierbaren Veränderungen in der Niederschlags-Abflussintensität.
Weiteres Vorgehen zur Berechnung von Wasserspiegellagen für BHQ und HQT
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Wasserspiegellagenberechnungen für HQT-Werte durch die BfG
„3. Dialog zum Hochwasserschutz Elbe“ am 15.08.2019 in Lüneburg
1D-SOBEK-Modell der Elbe
WSP-Berechnung als einheitliche, länderübergreifende Orientierung für die Bemessung der HWS-Anlagen.
2D-DelftFM-Modell im Projekt „Tangermünde – Geesthacht“
WSP-Berechnung mit höher aufgelöstem Modell in Kooperation mit den Bundesländern an der Unteren Mittelelbe
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Marcus Hatz
BfG, Referat M2
Telefon: +49 261/1306-5574
E-Mail: [email protected]
Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit.
Bild: Bleilochtalsperre an der Saale (24.07.2014)
BfG-Bericht 1938 verfügbar unter: http://doi.bafg.de/BfG/2018/BfG-1938.pdf
„3. Dialog zum Hochwasserschutz Elbe“ am 15.08.2019 in Lüneburg
http://doi.bafg.de/BfG/2018/BfG-1938.pdf