ELBE-LABE spatial planning flood management strategy
Modellgestützter Nachweis der Auswirkungen von geplanten Rückhaltemaßnahmen in Sachsen und Sachsen-Anhalt auf Hochwasser der Elbe
ELBE -LABE Vorsorgende Hochwasserschutzmaßnahmen durch transnationale Raumordnung (ELLA)
IMPRESSUM
ELBE-LABE spatial planning flood management strategy
Lead Partner:
Sächsisches Staatsministerium des Innern Abteilung Landesentwicklung, Vermessungswesen, Verfassungsschutz Wilhelm-Buck-Straße 2, 01097 Dresden als Lead Partner des INTERREG IIIB-Projektes ELLA „Vorsorgende Hochwasserschutzmaßnahmen durch transnationale Raumordnung” Verantwortlich: Dr. Edgar Trawnicek
Projektpartner: Sächsisches Staatsministerium des Innern Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz Ministerium für Landesentwicklung und Verkehr des Landes Sachsen-Anhalt Sächsisches Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Zusammenarbeit mit: Gemeinsame Landesplanungsabteilung Institut für Raumentwicklung der Tschechischen Republik Berlin-Brandenburg Regionaler Planungsverband Oberes Elbtal/Osterzgebirge Landkreis Stendal Regionaler Planungsverband Chemnitz/Erzgebirge Bundesanstalt für Gewässerkunde Thüringer Ministerium für Bau und Verkehr Deutscher Verband für Wohnungswesen, Thüringer Ministerium für Landwirtschaft, Städtebau und Raumordnung e.V. Naturschutz und Umwelt Ministerium für Regionalentwicklung Internationale Kommission zum Schutz der Elbe Umweltministerium (Arbeitsgruppe Hochwasserschutz) Bezirk Aussig Bezirk Südböhmen Bezirk Pilsen Koordination Bezirk Königgrätz und fachliche Gesamtsteuerung: Bezirk Zentralböhmen Bezirk Reichenberg INFRASTRUKTUR & UMWELT Professor Böhm und Partner Bezirk Pardubitz Darmstadt und Potsdam Wasserverband Elbe Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt Das Projekt wurde durch die EU teilfinanziert. und Wasserwirtschaft Regionale Entwicklungsagentur Breslau Wasserbehörde Mittlere Theiß
- Bericht-
Modellgestützter Nachweis der Auswirkungen von geplanten Rückhaltemaßnahmen in Sachsen und Sachsen-Anhalt auf Hochwasser der Elbe
Bearbeiter: Dipl.-Met. N. Busch Dipl.-Ing. M. Hammer
Fachliche Begleitung: Dipl.-Ing. E. Bielitz, Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen
Dipl.-Ing. I. Runge, Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-Anhalt
Koblenz, den 24. November 2006
ELLA, WP3.13 – SZENARIENMODELLIERUNG ELBE
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG UND AUFGABENSTELLUNG ...... 1
2 ALLGEMEINE WIRKUNG VON RETENTIONSMAßNAHMEN...... 1
3 WERKZEUGE ZUR ERMITTLUNG DER AUSWIRKUNG...... 3 3.1 DAS WAVOS- MODELL DER ELBE ...... 3 3.2 MODELLLAYOUT WAVOS-ELBE ...... 4 3.3 MODELLHOCHWASSER ...... 5 3.4 BERÜCKSICHTIGTE MAßNAHMEN ...... 8 4 WIRKUNG DER HOCHWASSERRÜCKHALTEMAßNAHMEN ...... 9 4.1 WIRKUNG EINER MAßNAHME VOR ORT...... 9 4.2 WIRKUNG DER MAßNAHMEN IM NAH- UND FERNBEREICH...... 11 5 ERGEBNISSE IM ÜBERBLICK ...... 14
6 ZUSAMMENFASSUNG...... 16
7 LITERATUR ...... 18
Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Wasserstandsmindernde Maßnahmen am Gerinne (aus: Ruimte voor de Rivier)...... 1 Abbildung 2: Prinzipielle Wirkung einer Deichrückverlegung und eines Flutpolders vor Ort...... 2 Abbildung 3: Gegliederte Querschnitte...... 3 Abbildung 4: Polder in WAVOS ...... 3 Abbildung 5: WAVOS Elbe, Modelllayout und Lage der berücksichtigten Maßnahmen ...... 4 Abbildung 6: MHw Genese 2002 am Pegel Aken ...... 6 Abbildung 7: MHw Genese 2006 am Pegel Aken ...... 6 Abbildung 8: Vergleich der Wasserstandsganglinie ohne/mit Berücksichtigung der Maßnahme: Flutpolder Dautzschen für das MHw DD100_02...... 10 Abbildung 9: Vergleich der Wasserstandsganglinie ohne/mit Berücksichtigung der Maßnahme: Flutpolder Dautzschen für das MHw DD100_06...... 10 Abbildung 10: Wirkung der Maßnahmen beim MHw DD100_02 auf den Wasserstand am Pegel Wittenberg ... 12 Abbildung 11: Wirkung der Maßnahmen beim MHw DD100_02 auf den Wasserstand am Pegel Wittenberge.. 12 Abbildung 12: Wirkung der Maßnahmen beim MHw DD100_06 auf den Wasserstand am Pegel Wittenberg ... 13 Abbildung 13: Wirkung der Maßnahmen beim MHw DD100_06 auf den Wasserstand am Pegel Wittenberge.. 13 Abbildung 14: Scheitel-Wasserstandsminderung der MHw bei Einsatz aller 19 Maßnahmen...... 14 Abbildung 15: Maximale Wasserstandsminderung der MHw bei Einsatz aller 19 Maßnahmen...... 15
Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Faktoren und Abflussscheitelwerte der generierten Modellhochwasser ...... 7 Tabelle 2: Berücksichtigte Maßnahmen im Simulationsmodell...... 8 Tabelle 3: Maßgebliche Wasserstände zur Steuerung der Ein- und Auslaufbauwerke an den Flutpoldern...... 9 Tabelle 4: Berechnete Wasserstandsminderung ∆ W [cm] für Modellhochwasser...... 16 Tabelle 5: Berechnete Abflussminderung ∆Q [m3/s] für Modellhochwasser...... 16
II
ELLA, WP3.13 – SZENARIENMODELLIERUNG ELBE
1 Einleitung und Aufgabenstellung Im vorliegenden Bericht werden die Untersuchungen der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) im Rahmen des ELLA-Projektes, Arbeitspaket 3.13 “Wirkungsanalyse alternativer Strategien“ kurz zusammengefasst. Aufgabenstellung war die Szenarienmodellierung für eine Einschätzung der Wirkung von im Aktionsplan Hochwasserschutz Elbe der Internationalen Kommission zum Schutz der Elbe enthaltenen Maßnahmen zur Schaffung zusätzlicher Retentionsräume auf den Wellenablauf in der Elbe. Für die mathematisch-hydraulische Modellierung wurde das in der BfG entwickelte eindimensionale hydrodynamische numerische Wasserstandsvorhersagemodell (WAVOS) der Elbe für die Aufgabenstellung angepasst und als Simulationsmodell verwendet. Um die Wirkung der berücksichtigten Maßnahmen aussagekräftig darzustellen, wurden 12 Modellhochwasserereignisse generiert. Die Genese der Modellereignisse beruht auf den historischen Hochwassern von August 2002 und April 2006. Für den Wirkungsnachweis wurden die Simulationen des IST- Zustands (2001) mit denen des die Maßnahmen enthaltenen Soll- Zustands verglichen. Alle Untersuchungen wurden in enger Abstimmung mit den Wasserwirtschaftsverwaltungen Sachsens und Sachsen-Anhalts durchgeführt, die auch die benötigten Daten zu den modellierten Rückhaltemaßnahmen lieferten.
2 Allgemeine Wirkung von Retentionsmaßnahmen Es existieren vielfältige Möglichkeiten den Wasserstand innerhalb eines Gewässersystems zu verringern. Abbildung 1 zeigt mögliche Methoden zur Wasserstandsminderung.
Abbildung 1: Wasserstandsmindernde Maßnahmen am Gerinne (aus: Ruimte voor de Rivier)
Im ELLA-Projekt wurden die Maßnahmenarten: • Deichrückverlegung und • gesteuerte Flutpolder vertieft untersucht.
Durch die als Flutpolder bezeichneten Maßnahmen können durch eine Steuerung flexibel einsetzbare zusätzliche Retentionsräume zur Verfügung gestellt werden. Die Füllung bzw. Entleerung der Polder wird über Ein- und Auslassbauwerke geregelt. 1
ELLA, WP3.13 – SZENARIENMODELLIERUNG ELBE
Deichrückverlegungen sind nicht steuerbare Maßnahmen, bei denen vorhandene Deichlinien geändert, teilweise sogar komplett entfernt werden. Hierdurch können vielfältige Wirkungen auf Abflüsse und Wasserstände erzielt werden, die nicht nur von der Größe der bereitgestellten Räume abhängen, sondern auch von der Lage der zusätzlich geschaffenen Räume innerhalb des Durchflussprofils. Deichrückverlegungen führen somit auch zu einer Verbesserung der lokalen Durchflussverhältnisse. Im Rahmen der vorgenommenen Untersuchung wurde davon ausgegangen, dass die vorhandenen Deiche im Bereich der Maßnahmen komplett rückgebaut werden. Entsprechend der vorgenommenen Steuerung von Flutpoldern und der nicht steuerbaren Deichrückverlegungen stellen sich unterschiedliche Wirkungen in Abhängigkeit vom Hochwasserablauf ein. Während man bei einer steuerbaren Maßnahme gezielt Volumen aus der Hochwasserwelle entnehmen und temporär zwischenspeichern kann, wirkt eine Deichrückverlegung erst ab dem Ausuferungswasserstand.
Mit einer steuerbaren Maßnahme kann eine optimale Wirkung erreicht werden, wenn der Scheitel der Welle vollständig, wie in Abbildung 2 dargestellt, gekappt werden kann. Bei Kenntnis des Verlaufs der Welle kann man die Steuerung entsprechend anpassen und den optimalen Zeitpunkt zum Öffnen der Einlaufbauwerke ermitteln. Eine solche Optimierung der Steuerung zu ermitteln, war jedoch nicht Gegenstand dieser Untersuchung. Eine Deichrückverlegung wirkt abhängig von der Instationarität des Ereignisses. Die Wirkung beginnt immer bei Erreichen des Ausuferungswasserstands und liegt zeitlich somit bei Extremereignissen weit vor dem Hochwasserscheitel. In einem solchen Fall hat die Maßnahme, wenn überhaupt, nur einen sehr geringen Einfluss auf den Wellenscheitel vor Ort (vergleiche Abbildung 2). Es kann allerdings eine zeitliche Verzögerung im Wellenablauf erreicht werden.
Abbildung 2: Prinzipielle Wirkung einer Deichrückverlegung und eines Flutpolders vor Ort Bei gleichem eingesetztem Retentionsvolumen kann eine steuerbare im Vergleich zu einer nicht steuerbaren Maßnahme zielgerichtet und damit optimal eingesetzt werden und somit eine bessere Wirkung auf den Hochwasserablauf erzielen. Allerdings bleibt zu bedenken, dass die Infrastruktur einer gesteuerten Maßnahme, bspw. durch die Wartung der Ein- und Auslaufbauwerke eines nicht unerheblichen Investitions- und Unterhaltungsaufwandes bedarf.
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ELLA, WP3.13 – SZENARIENMODELLIERUNG ELBE
3 Werkzeuge zur Ermittlung der Auswirkung
3.1 Das WAVOS- Modell der Elbe
WAVOS ist ein in der BfG entwickeltes eindimensionales hydrodynamisches Wellenablaufmodell, das die Saint-Venant-Gleichungen numerisch mittels der Linienmethode löst. Zu jedem Rechenzeitschritt werden sämtliche Diskretisierungspunkte berechnet.
Kontinuitätsgleichung: Bewegungsgleichung:
Geometrische Grundlage stellen Querprofile dar, die im WAVOS-Modell als gegliederte Querschnitte (siehe Abbildung 3) berücksichtigt werden. Damit ist es möglich, die unterschiedlichen Fließbereiche wie Hauptgerinne, Vorland, Retentions- und Buhnenfläche jeweils mit differierenden Rauheiten zu belegen und getrennt zu berechnen.
Alinks AFluss Arechts Aret A B Abbildung 3: Gegliederte Querschnitte Das WAVOS-Modell der Elbe wird voraussichtlich Ende 2007 als Wasserstandsvorhersagemodell im operationellen Betrieb eingesetzt. Bei den hier vorgenommenen Szenarienberechnungen zur Wirkungsabschätzung von Hochwasserrückhaltemaßnahmen (vergleiche Kap. 1) stehen Wasserstands- und Abflussdifferenzen im Vordergrund und weniger die erzielten Absolutwerte. Validierungsberechnungen zeigen aber, dass das vorliegende Modell als Simulationsmodell einsetzbar ist.
Polder werden im WAVOS-Modell (siehe Abbildung 4) mit den Parametern Fläche und Sohlhöhe verwendet. Der Zu- und Abfluss wird über sog. Bauwerke nach einer Wehrüberfallformel nach Poleni berechnet. Hierbei werden Angaben zu den Parametern Breite, Schwellenhöhe, und ein Faktor für die Wehrform benötigt. Der Rückstaueffekt wird nach Schmidt (Schmidt, 2006) berechnet.
Abbildung 4: Polder in WAVOS
3
ELLA, WP3.13 – SZENARIENMODELLIERUNG ELBE
3.2 Modelllayout WAVOS-Elbe Entsprechend der Abbildung 5 werden im Layout des WAVOS-Modells alle bedeutenden Zuflüsse der Elbe im Streckenabschnitt zwischen Usti nad Labem und Wittenberge berücksichtigt.
453.9 Wittenberge
425.7 Havel
396.2 Storkau
388.2 Tangermünde
350.7 Rogätz
326.6 Magdeburg Stb
294.9 Barby
290.7 Saale
274.7 Aken
259.6 Mulde
257.8 Rosslau
214.4 Wittenberg
198.5 Schwarze Elster
Axien (180-189; ~38 Mio.m3) 184.5 Pretsch-Mauken Dautzschen (160-165; ~32 Mio.m3)
154.2 Torgau
128.0 Mühlberg Aussig (123-126; ~17 Mio.m3)
109.5 Döllnitz
Nünchritz (101-109; 108.4 Riesa ~15 Mio.m3)
107.5 Jahna
89.0 Ketzerbach
82.2 Meißen
82.1 Triebisch
72.7 Wilde Sau
61.46 (Modell. 64.3) Weißeritz
55.6 Dresden
44.7 Lockwitzbach
39.2 Müglitz
37.5 Wesenitz
35.4 Gottleuba
34.7 Pirna 598.3 Elbe - km 17.2 Biela Pegel
12.0 Lachsbach Nebenfluss Polder(Elbekm; Retentionsvolumen) Flutpolder 2.1 Schöna Deichrückverlegung -13.8 Decin (unmaßstäblich)
-38.7 Usti Abbildung 5: WAVOS Elbe, Modelllayout und Lage der berücksichtigten Maßnahmen
4
ELLA, WP3.13 – SZENARIENMODELLIERUNG ELBE
Als obere Randbedingung wird in dem Wellenablaufmodell eine Abflussganglinie für den Pegel Usti nad Labem (Elbe-km -38.7) benötigt. Als untere Randbedingung wird eine Wasserstands- Abflussbeziehung im Bereich Geesthacht vorgegeben. Insgesamt werden 15 Nebenflüsse der Elbe als laterale Zuflüsse berücksichtigt Die Nebenflüsse Lachsbach, Biela, Gottleuba, Wesenitz, Müglitz, Lockwitzbach, Weißeritz, Wilde Sau, Triebisch, Ketzerbach, Jahna, Döllnitz und Schwarze Elster werden punktuell im Mündungsbereich zugegeben. Dabei werden die Abflüsse der mündungsnächsten Pegel unter Berücksichtigung von Fließweg und –zeit bis zur Mündung des Nebenflusses in die Elbe mit entsprechenden Faktoren entsprechend angepasst. Die Mulde wird ab dem Pegel Bad Düben (~ 68km) mit einem Translation-Diffusions Modell simuliert, wobei der Rückstaueffekt aufgrund der hydrologischen Simulation nur stark eingeschränkt ermittelt werden kann. Die Saale wird ab dem Pegel Calbe UP (~ 20km) hydrodynamisch modelliert. Das Modell wurde anhand historischer Hochwasserereignisse kalibriert. Die Effekte der in den Simulationsberechnungen zu berücksichtigenden Maßnahmen bei Sandau und die der ereignisabhängigen Steuerung (Havelpolderflutung) der Havel, sind aufgrund ihrer geographischen Nähe zueinander nicht eindeutig zu differenzieren. Aus diesem Grund wird die Havel nicht hydrodynamisch im Modell abgebildet, sondern bei Neuwerchau als punktueller Zu- /Abfluss berücksichtigt. Damit wird der Wirkungsnachweis auch für die beiden Maßnahmen bei Sandau möglich.
3.3 Modellhochwasser Hochwasser an der Elbe können aufgrund ihrer Genese in Winter- und Frühjahrshochwasser sowie Sommerhochwasser unterschieden werden. Winter- und Frühjahrshochwasser entstehen durch Schneeschmelze (nival geprägtes Regime) in Verbindung mit regenreichen Witterungsperioden. Bedeutsame Sommerhochwasser an der Elbe entstehen, wie das Augusthochwassser 2002, durch lang anhaltenden, großflächigen Regen (z. B. Vb- Wetterlagen) im Einzugsgebiet. Hochwasser mit großem Abflussvolumen entstehen im südlichen Einzugsgebiet der Elbe, das größtenteils in die Moldau entwässert. Im nördlichen Teil des Einzugsgebiets, unterhalb der Saalemündung, haben die Hochwasserwellen der Zuflüsse geringere Abflussvolumen. Zudem werden die Elbehochwasser durch den Betrieb von Talsperren im Einzugsgebiet beeinflusst und das erhebliche Retentionsvermögen der mittleren Elbe führt im Längsverlauf zu einer Streckung der Hochwasserwelle mit einhergehender Verflachung.
Für eine Untersuchung der Wirkung von Hochwasserschutzmaßnahmen ist es wichtig, nicht nur ein einziges Hochwasser, sondern mehrere repräsentative Hochwassertypen zu simulieren. Nur so können die Ergebnisse allgemeingültig bewertet werden. Aussagekräftige Untersuchungen sollten daher mit a) typischen Hochwassergenesen im Elbe-Einzugsgebiet (zeitlich - räumliche Entstehungsgeschichte; meteorologisch und hydrologisch) und b) generierten Modellhochwassern mit extremwertstatistisch erstellten Scheitelabflüssen (HQ100, HQ200) durchgeführt werden.
Für das ELLA-Projekt wurden Modellhochwasser (MHw) auf Grundlage des Sommerereignisses von August 2002 (IKSE, 2004) und des Frühjahrereignisses von April 2006 (BfG, 2006) generiert. Das verwendete Ereignis 2002 beruht auf einer Rekonstruktion der Hochwasserwelle 2002 für den Fall, dass kein Deichversagen aufgetreten wäre. Die Zielwerte (Abflussscheitelwerte) HQ100 und HQ200 zur Generierung der Modellwasser wurden für die 3 ausgewählten Zielpegel Dresden, Aken und Barby bestimmt. Auf diese Weise wurden insgesamt 12 MHw erstellt. Die MHw wurden somit aus historischen Ganglinien erzeugt, indem die Ganglinien der Zuflüsse bis zum Zielpegel mit einem Faktor beaufschlagt werden, bis der Zielwert am jeweiligen Zielpegel erreicht ist. Zur Sicherstellung von hydrologisch sinnvoll erzeugten MHw wurde darauf geachtet, dass die Scheitel der Zuflusswellen, deren Abflüsse größer als HQ50 sind, nicht im Mündungsbereich mit dem Scheiteldurchgang der Elbe zusammentreffen. Die Vergrößerung einer Zuflussganglinie zum Erreichen des Zielwertes findet in diesem Verfahren nur oberhalb einer Grundlast statt, um unrealistische Wellenfüllen auszuschließen. 5
ELLA, WP3.13 – SZENARIENMODELLIERUNG ELBE
Nachfolgende Abbildung 6 und Abbildung 7 zeigen beispielhaft die generierten MHw- Abflussganglinien am Pegel Aken, der zwischen Mulde- und Saalemündung liegt. Man erkennt die relativ kurze Verweildauer des Scheitels (ca. 1 Tag) bei den Modellhochwassern, die aus der Genese des Hochwassers 2002 hervorgegangen sind (Abbildung 6). Langandauernde Scheitelwasserstände (ca. 3 Tage) ergeben sich im Fall der künstlich erzeugten Wellen am Pegel Aken, die auf der Genese des Elbehochwassers vom April 2006 basieren (Abbildung 7). Die jeweils historische Ganglinie ist mit der Farbe blau gekennzeichnet, während die MHw entsprechend den Faktoren, bzw. Jährlichkeiten farbig dargestellt sind. Die Vielfalt der MHw wird anhand unterschiedlicher Wellenform, Wellenfülle, Wellenscheitelwert und Zeitspanne der Ereignisse dargestellt. Auch ist am Verlauf der generierten Ganglinien zu erkennen, dass nur oberhalb der Grundlast die Abflüsse der Elbe vergrößert wurden.
Modellhochwasserwellen 2002 am Pegel Aken 5000
Aken Historisch HW2002 4500
4000 DD200 (1.101)
3500 DD100 (0.966)
3000 /s] 3 AK200 (1.043) [m
Q 2500 s s u l
f AK100 (0.97)
Ab 2000
BA200 (1.083) 1500
1000 BA100 (1.042)
500
0 02/ 03/ 04/ 05/ 06/ 07/ 08/ 09/ 10/ 11/ 12/ 13/ 14/ 15/ 16/ 17/ 18/ 19/ 20/ 21/ 22/ 23/ 24/ 25/ 26/ 27/ 28/ 29/ 30/ 31/ 01/ 02/ 03/ 04/ 05/ 06/ 07/ 08/ 09/ 10/ 11/ 12/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 08/ 09/ 09/ 09/ 09/ 09/ 09/ 09/ 09/ 09/ 09/ 09/ 09/ 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 2 00: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
Abbildung 6: MHw Genese 2002 am Pegel Aken
Modellhochwasserwellen 2006 am Pegel Aken 5500
Aken Historisch HW2006 5000
DD200 (1.892) 4500
DD100 (1.669) 4000
AK200 (1.519) 3500 /s] 3 AK100 (1.415) m
[ 3000
ss Q BA200 (1.263) u
l 2500 f b A 2000 BA100 (1.232)
1500
1000
500
0 19/ 20/ 21/ 22/ 23/ 24/ 25/ 26/ 27/ 28/ 29/ 30/ 31/ 01/ 02/ 03/ 04/ 05/ 06/ 07/ 08/ 09/ 10/ 11/ 12/ 13/ 14/ 15/ 16/ 17/ 18/ 19/ 20/ 21/ 22/ 23/ 24/ 25/ 26/ 27/ 28/ 29/ 30/ 03/ 03/ 03/ 03/ 03/ 03/ 03/ 03/ 03/ 03/ 03/ 03/ 03/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 04/ 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 6 00: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
Abbildung 7: MHw Genese 2006 am Pegel Aken
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Um eine gewisse Übersichtlichkeit zu gewährleisten, wurden die einzelnen Modellhochwasser mit Abkürzungen für Zielpegel, Jährlichkeit und Genese gekennzeichnet.
Modellhochwasser - Bezeichnung: 1. Zielpegel: DD (=Dresden), AK (=Aken), BA (=Barby) 2. Hochwasserjährlichkeit: 200 (=HQ200), 100 (=HQ100) 3. Hochwassergenese: 02 (=HW 08/2002), 06 (=HW 04/2006)
Beispiel: Ein Modellhochwasser bei dem der Pegel Dresden mit einer Jährlichkeit von 200 Jahren mit der Genese des HW-Ereignisses 08/2002 beaufschlagt wird, hat also die Bezeichnung: DD200_02
In Tabelle 1 sind die ermittelten Faktoren zur Vergrößerung der historischen Hochwasser und die Abflussscheitelwerte an den Zielpegeln aufgeführt. Zur Orientierung enthält Tabelle 1 auch Angaben zu den Extremabflüssen für die 3 Zielpegel. Beispielsweise wird deutlich, dass ein 200- jährliches Ereignis bemessen auf den Pegel Barby am Pegel Dresden nur eine Jährlichkeit kleiner 50 aufweisen kann (BA200_06). Mit einer solchen Vielfalt von hydrologisch sinnvoll erzeugten MHw ist es möglich, Wirkungen von Maßnahmen auf unterschiedlichste Hochwasserereignisse abzuschätzen. Im Fall des Modellhochwassers DD200_06 wurde ein Vergrößerungsfaktor von 1.892 ermittelt. Demzufolge ergibt sich zwar der Zielabfluss am Pegel Dresden, gleichzeitig entstehen aber extreme theoretische Abflüsse an den Pegeln Barby und Wittenberge, die dort deutlich HQ200 überschreiten und nicht vom Deichsystem beherrschbar sind. Im Modell wurde entsprechend der Aufgabenstellung von unendlich hohen Deichen ausgegangen. Tabelle 1: Faktoren und Abflussscheitelwerte der generierten Modellhochwasser
Scheitelabflüsse der Dresden Aken Barby Wittenberge Faktor 3 3 3 3 Modellhochwasser Q [m /s] Q [m /s] Q [m /s] Q [m /s]
HQ50 3820 3740 4250
HQ100 4370 4060 4500
HQ200 4930 4360 4700 DD100_02 0.966 4382 4255 4374 4111 DD200_02 1.101 4931 4717 4829 4545 AK100_02 0.970 4398 4084 4209 3951 AK200_02 1.043 4696 4391 4505 4230 BA100_02 1.042 4692 4387 4533 4267 BA200_02 1.083 4858 4557 4733 4455 DD100_06 1.669 4369 4533 4949 5030 DD200_06 1.892 4928 5080 5490 5566 AK100_06 1.415 3723 4060 4488 4572 AK200_06 1.519 3990 4360 4785 4867 BA100_06 1.232 3249 3532 4499 4621 BA200_06 1.263 3331 3621 4697 4819
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3.4 Berücksichtigte Maßnahmen Auf der für die Szenarienmodellierung untersuchten Flussstrecke zwischen Pegel Usti nad Labem (Elbe-km -38.7) und Pegel Wittenberge (Elbe-km 453.92) wurden insgesamt 19 Maßnahmen berücksichtigt. Konkrete Angaben zu diesen Rückhaltungen stammen von den Wasserwirtschaftsverwaltungen Sachsens und Sachsen- Anhalts. Die Maßnahmen unterteilen sich in 4 Flutpolder und 15 Deichrückverlegungen (siehe Tabelle 2). In Abbildung 5 ist die Lage der Maßnahmen am Elblauf schematisch dargestellt. Diese Maßnahmen sind im Aktionsplan Hochwasserschutz der Elbe der Internationalen Kommission zum Schutz der Elbe enthalten (IKSE, 2003). Insgesamt werden der Elbe im untersuchten Bereich ~ 6400 ha zusätzliche Fläche für Überschwemmungen zur Verfügung gestellt. Für die steuerbaren Maßnahmen (4 Flutpolder) entspricht die Fläche von 3700 ha etwa einem Rückhaltevolumen von 106 Mio. m3. Für die nicht steuerbaren Deichrückverlegungen wird auf eine Volumenangabe verzichtet. Tabelle 2: Berücksichtigte Maßnahmen im Simulationsmodell Fläche Volumen Elbe-Km Bundesland Maßnahme/Standort [ha] [Mio. m3] 100.5 - 108.5 Polder Nünchritz 600 15 123 – 126 Polder Aussig 500 17 131 – 138 Deichrückverlegung zwischen Dröschkau und Ammelgosswitz 420 142 – 146,5 Deichrückverlegung zwischen Döbeltitz und Kranichau 380 142 – 145 Deichrückverlegung Köllitsch 60 145,5 – 148,5 Deichrückverlegung zwischen Pülswerda und Kamitz 60 Sachsen 147,5 - 148,5 Deichrückverlegung zwischen Weßnig und Schiffmühlenhaus 30 149.5 Deichrückverlegung nördlich Pülswerda 10 156 - 158 Deichrückverlegung zwischen Lünette Zwethau und Zwethau 120 160 – 165 Polder Dautzschen 900 32 168 - 171 Deichrückverlegung Polbitz 100 173 - 176,5 Deichrückverlegung zwischen Grenzbach und Proschwitz 90 180,5 - 188,5 Polder Axien 1700 42 246,5 -249 Deichrückverlegung Vockerode (Gatzer Bergdeich) 220 253,5 - 256,7 Deichrückverlegung Oberluch bei Rosslau 140 278,3 - 284 Sachsen- Deichrückverlegung Lödderitzer Forst Anhalt 580 378 – 381,2 Deichrückverlegung Klietznick 220 412,6 - 416 Deichrückverlegung Sandau Süd 180 417,2 - 420,2 Deichrückverlegung Sandau Nord 100
Um die beabsichtigte Vergleichbarkeit hinsichtlich der Wirkungen der Rückhaltungen zu gewährleisten, wurde folgende Steuerung für die Polderflutung einheitlich für alle Modellhochwasser festgelegt: Flutungsbeginn jeweils 20 cm unterhalb des Scheitelwasserstands vor Ort bei dem Modellhochwasser DD100_02. In nachfolgender Tabelle 3 sind die jeweiligen Wasserstandshöhen für die Öffnung der Ein- und Auslaufbauwerke zu entnehmen.
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ELLA, WP3.13 – SZENARIENMODELLIERUNG ELBE
Tabelle 3: Maßgebliche Wasserstände zur Steuerung der Ein- und Auslaufbauwerke an den Flutpoldern Maßnahme Öffnung des Öffnung des Einlaufbauwerks Auslaufbauwerks Ort des Ein/Auslaufbauwerks Wasserstand vor Ort Wasserstand vor Ort [m+NHN] [m+NHN] Nünchritz (Elbe-km 104/108) > 98.62 < 97.40 Aussig (Elbe-km 123/126) > 92.86 < 88.00 Dautzschen (Elbe-km 160/165) > 82.10 < 77.60 Axien (Elbe-km 183/189) > 76.88 < 75.35
Mit dem oben beschriebenen Ansatz zur Steuerung der Bauwerke wird dem Anliegen der Aufgabenstellung im ELLA-Projekt in vollem Umfang Rechnung getragen. Die in diesem Zusammenhang mögliche Optimierung der Poldersteuerung war demnach nicht Gegenstand der hier vorgenommenen Berechnungen. Die Nah- und Fernwirkung einer Maßnahme in gleichem Maße im Wellenablauf zu optimieren ist unmöglich. Wenn wie im vorliegenden Fall eine Kette, d.h. mehrere längs eines Gewässers liegende HW-Rückhaltemaßnahmen gesteuert/ungesteuert realisiert werden soll, muss die gegenseitige Beeinflussung der Maßnahmen untereinander und der Einfluss auf die Hochwasserwelle berücksichtigt werden.
4 Wirkung der Hochwasserrückhaltemaßnahmen Zur Ermittlung der Wirkungen aufgrund des Einsatzes von Rückhaltemaßnahmen auf den Elbehochwasser wurden auf der Grundlage der generierten, zwölf Modellhochwasser Simulationsberechnungen ohne und mit den Maßnahmen an der Elbe vorgenommen. Effekte von etwaigen Rückhaltungen im Einzugsgebiet auf Hochwasser der Zuflüsse wurden nicht berücksichtigt. Entsprechend wurden in den Szenarienberechnungen für beide Zustände für den Startpegel an der Elbe (Usti n. Labem) sowie für alle verwendeten Nebenflüsse identische Zuflusswellen verwendet.
4.1 Wirkung einer Maßnahme vor Ort
Die Problematik um Maßnahmensteuerung und erzielbare Wirkungen lässt sich zunächst beschränkt auf nur eine Maßnahme anhand der unterschiedlichen Wasserstandsabsenkungen in den Hochwassergenesen 2002 und 2006 verdeutlichen. In Abbildung 8 und Abbildung 9 sind die erzielten Wasserstandsminderungen bei den Hochwasserwellen, die am Pegel Dresden einen 100- jährlichen Abflussscheitel aufweisen, durch Flutung des Polders Dautzschen vor Ort zu erkennen. Während das Hochwasserereignis 2002 eine eher kurze und steile Welle war, beinhaltet das Ereignis 2006 eine wesentlich größere Wellenfülle, auch aufgrund des wesentlich längeren Zeitraums hoher Wasserstände. Bei dem MHw 2002 (Abb. 8) ist das verfügbare Poldervolumen zum Kappen des gesamten Scheitelbereichs ausreichend. Hingegen sind beim MHw 2006 (Abb. 9) die verfügbaren Retentionsvolumina nicht mehr ausreichend, da der Scheitelbereich wesentlich flacher und über eine längere Zeit ausgeprägt ist. Somit ist der Polder schon vor Beendigung des Scheitelsdurchgangs aufgefüllt und die Minderung des Scheitels entfällt größtenteils. Im Sinne einer Optimierung der Poldersteuerung könnte möglicherweise vor Ort ein günstigerer Effekt erzielt werden. Bewusst wurde auf solche Optimierungsberechnungen im ELLA-Projekt verzichtet.
Das zwischengespeicherte Volumen ist für beide Modellhochwasser gleich. Beim Hochwasser DD100_02 kann man einen nahezu optimalen Einsatz des Polders Dautzschen feststellen. Beim Hochwasser DD100_06 wird in gleicher Weise gesteuert, um den Wasserspiegel unterhalb von 82 m+NHN zu halten. Allerdings ist das Volumen des Polders nach 48 Stunden restlos gefüllt und es kann sich keine weitere positive Wirkung mehr einstellen. Somit wird nur eine Kalotte im ansteigenden Ast der Welle ausgeschnitten. Der erst 24 Stunden später eintreffende Scheitel konnte bei diesem Hochwassertyp mit der angenommenen Steuerung somit nicht gemindert werden.
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Wasserstand am Polder Dautzschen
83 0.50
0.40
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0.30 l ,
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Polder Dautzschen IST Polder Dautzschen SOLL Polder Dautzschen DIFF Abbildung 8: Vergleich der Wasserstandsganglinie ohne/mit Berücksichtigung der Maßnahme: Flutpolder Dautzschen für das MHw DD100_02
Wasserstand am Polder Dautzschen
83 0.50
0.40 (
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Polder Dautzschen IST Polder Dautzschen SOLL Polder Dautzschen DIFF Abbildung 9: Vergleich der Wasserstandsganglinie ohne/mit Berücksichtigung der Maßnahme: Flutpolder Dautzschen für das MHw DD100_06
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ELLA, WP3.13 – SZENARIENMODELLIERUNG ELBE
4.2 Wirkung der Maßnahmen im Nah- und Fernbereich
Am Beispiel der berechneten Wasserstandsganglinien für die Pegel Wittenberg-Lutherstadt (Elbe- km 214.4) und Wittenberge (Elbe-km 453.9) lassen sich die unterschiedlichen erzielbaren Wirkungen der eingesetzten Rückhaltemaßnahmen auf die Wasserstände der Elbe im Nah- und im Fernbereich in Abhängigkeit von der Hochwasserentstehung sehr gut vermitteln. Als Referenzpegel für den Nahbereich der Wirkungen wurde der Pegel Wittenberg-Lutherstadt gewählt, der Pegel Wittenberge als Referenzpegel für den Fernbereich. Die Abbildung 10 und Abbildung 11 zeigen die Wirksamkeit der Maßnahmen bei einem gemäß der Hochwassergenese August 2002 generierten Modellhochwasser, das am Pegel Dresden einen 100-jährlichen Scheitelabfluss erreicht. Bei dieser steilen Welle mit kurzer Scheiteldauer wirken im Scheitelbereich der Hochwasserwelle die eingesetzten Maßnahmen nahezu optimal an beiden Pegeln, d.h. sowohl im Nah- und im Fernbereich. Reduzierungen der Scheitelwasserstände um bis zu 37/35 cm können maximal an beiden Pegeln erreicht werden, wie aus dem Vergleich der dargestellten Wasserstandsganglinien aus Abbildung 10 und Abbildung 11 zu ersehen ist.
Ein deutlich anderes Verhalten bzgl. der Auswirkungen von modellierten Rückhaltungen auf extreme Elbehochwasser ist festzustellen, wenn Modellhochwasser, wie im Fall des Hochwassers vom April 2006, eine mehrtägige Beharrung der Scheitelwasserstände aufweisen. Ergebnisse von Simulationsberechnungen bei Verwendung dieses Hochwassertyps sind wiederum für die Pegel Wittenberg und Wittenberge in Abbildung 12 und Abbildung 13 dargestellt. Am Verlauf der berechneten Ganglinien am Pegel Wittenberg, ca.25 km unterhalb des Polders Axien gelegen, erkennt man jetzt, dass die Wirkung der Füllung aller zusätzlich geschaffener Rückhalteräume bereits vor dem Durchgang des Wellenscheitels endet. D.h., im Nahbereich der geplanten Maßnahmen verpufft die erzielte Wirkung auf große Elbehochwasser größtenteils schon im anlaufenden Ast vor dem lang gezogenen Wellenscheitel. Dieser ungünstige Effekt gilt jedoch nur für den Nahbereich und nicht für die ganze unterhalb von Wittenberg gelegene Elbestrecke! Aufgrund der durch die natürliche Retention in den ausgedehnten Überschwemmungsgebieten an der Mittelelbe resultierenden Wellenabflachung verteilt sich die im Nahbereich verpuffte Wirkung nahezu auf den gesamten Scheitelbereich, so dass die eingesetzten Maßnahmen auch im Fernbereich jetzt positiv, also scheitelwasserstandsreduzierend wirken. Das Optimum der Wirkung liegt in Wittenberge auch noch im ansteigenden Ast der Welle. Der Wasserstandsscheitel wird dennoch um ca. 23 cm abgesenkt. Hier sind auch noch die Wirkungen der Deichrückverlegungen in Sachsen-Anhalt unterhalb von Wittenberg mit enthalten.
11
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Wasserstand am Pegel Wittenberg (Elbe-km 214.4)
70 0.70
0.60 ( I s
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WITTENBERG IST WITTENBERG SOLL WITTENBERG DIFF
Abbildung 10: Wirkung der Maßnahmen beim MHw DD100_02 auf den Wasserstand am Pegel Wittenberg
Wasserstand am Pegel Wittenberge (Elbe-km 453.9)
27 0.70
0.60 (
26 I s
0.50 t - S o l l ,
25 0.40 d b .
p
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WITTENBERGE IST WITTENBERGE SOLL WITTENBERGE DIFF
Abbildung 11: Wirkung der Maßnahmen beim MHw DD100_02 auf den Wasserstand am Pegel Wittenberge
12
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Wasserstand am Pegel Wittenberg (Elbe-km 214.4)
70 0.70
0.60 ( I s t
0.50 - S
69 o l l ,
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WITTENBERG SOLL WITTENBERG IST WITTENBERG DIFF
Abbildung 12: Wirkung der Maßnahmen beim MHw DD100_06 auf den Wasserstand am Pegel Wittenberg
Wasserstand am Pegel Wittenberge (Elbe-km 453.9)
27 0.70
0.60 (
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25 0.40 d b .
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20 -0.40 d e run
-0.50 g ) 19 -0.60
18 -0.70 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 /03 /03 /03 /03 /03 /03 /03 /03 /03 /03 /03 /03 /03 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 /04 / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 06 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00 :00
WITTENBERGE IST WITTENBERGE SOLL WITTENBERGE DIFF
Abbildung 13: Wirkung der Maßnahmen beim MHw DD100_06 auf den Wasserstand am Pegel Wittenberge
13
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5 Ergebnisse im Überblick Aus den in Abbildung 12 und Abbildung 13 dargestellten Ganglinien für die Pegel Wittenberg und Wittenberge sieht man bereits, dass die resultierenden Maßnahmenwirkungen wegen der für diese Untersuchungen festen Steuerung der Polder nicht immer optimal die Scheitel treffen. Oftmals wird der Welle zu früh vor dem Scheitel das Wasser entnommen. Im Anschluss ist das Retentionsvolumen schon weitestgehend aufgebraucht und bei Erreichen des Wellenscheitels kann dieser nicht mehr oder nur noch gering beeinflusst werden. Anhand der Abbildung 14 und der Abbildung 15 soll das durch die Maßnahmenkette erreichbare Potential an möglichen Wasserstandsminderungen verdeutlicht werden. Hierin sind die von allen 19 eingesetzten Rückhaltungen verursachten Wasserstandsabminderungen für alle 12 Modellhochwasser für die Pegel Torgau, Wittenberg, Magdeburg und Wittenberge bzgl. des Wellenscheitels und bzgl. des Zeitpunkts der maximalen Abminderung dargestellt.
Die Ergebnisse für die Scheitelwasserstände (Abbildung 14) sprechen eine eindeutige Sprache. Scheitelwasserstände extremer Elbehochwasser (z.B. DD100_02), die wie das Ereignis August 2002 einen kurzen Wellenscheitel aufweisen, werden ausnahmslos stärker abgemindert als die Scheitelwasserstände von Hochwassern (z.B. DD100_06) mit langen Scheiteln (April 2006). Größte Abminderungen der Scheitelwasserstände (bis zu 47 cm) werden Abbildung 14 zu Folge immer am Pegel Wittenberg registriert, der sich nur wenig unterhalb des am weitesten stromab gelegenen aller 4 Polder befindet. Aber auch die Fernwirkungen der eingesetzten Maßnahmen bei kurzen Wellenscheiteln sind noch beträchtlich, die für die Pegel Magdeburg und Wittenberge zwischen 28 cm und 40 cm variieren. Für den Pegel Torgau werden kleinere Wasserstandsabsenkungen für die Scheitel ermittelt, da ein Teil der eingesetzten Polder unterhalb von Torgau liegen.
Für Elbehochwasser mit lang andauernden Wellenscheiteln, wie im April 2006, werden wesentlich kleinere Scheitelreduzierungen mit dem Simulationsmodell berechnet. Es ist bemerkenswert, dass fast immer die Auswirkungen der Rückhaltungen auf Scheitelwasserstände im Fernbereich größer als im unmittelbaren Nahbereich sind. Grund hierfür sind die retentionsbedingten Wellenverformungen in der sich unterhalb der Maßnahmenstandorte anschließenden Elbestrecke. Wie Abbildung 14 zeigt, werden die größten Scheitelabminderungen bis maximal 27 cm am Pegel Wittenberg und 24 cm am Pegel Wittenberge erreicht. Am Pegel Torgau kann nur bei einem extremen Hochwasser der Elbe (AK200_06) eine Scheitelwasserstandsreduzierung erreicht werden.
Scheitel - Wasserstandsminderungen (19 Maßnahmen) 0.55
0.50
0.45
0.40 [m]
g 0.35 n u r e
nd 0.30 i m s 0.25 and t 0.20
Wassers 0.15
0.10
0.05
0.00 DD100_02 DD100_06 DD200_02 DD200_06 AK100_02 AK100_06 AK200_02 AK200_06 BA100_02 BA100_06 BA200_02 BA200_06
Pegel Torgau Pegel Wittenberg Pegel Magdeburg Pegel Wittenberge
Abbildung 14: Scheitel-Wasserstandsminderung der MHw bei Einsatz aller 19 Maßnahmen
14
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Abbildung 15 zeigt, welche maximalen Wasserstandsminderungen im ansteigenden oder abfallenden Ast im Wellenablauf an den untersuchten Pegeln möglich sind, wenn alle 19 Rückhaltungen zum Einsatz kommen. Maximale Wasserstandsabminderungen über 50 cm bei Wellen mit kurzen Wellenscheiteln können an den Pegeln Wittenberg und Wittenberge durchaus erreicht werden. Besonders große Werte werden im Wellenablauf sowohl für Wellen mit kurzen und langen Scheiteln erzielt, wenn die Entstehung dieser Elbhochwasser schon in Dresden abgeschlossen ist (siehe DD100_02, DD200_06).
Maximale Wasserstandsminderungen, Vor, bzw. nach dem Scheitel (19 Maßnahmen) 0.55
0.50
0.45
0.40 [m] g
n 0.35 u r e 0.30 mind s 0.25
0.20
Wasserstand 0.15
0.10
0.05
0.00 DD100_02 DD100_06 DD200_02 DD200_06 AK100_02 AK100_06 AK200_02 AK200_06 BA100_02 BA100_06 BA200_02 BA200_06
Pegel Torgau Pegel Wittenberg Pegel Magdeburg Pegel Wittenberge
Abbildung 15: Maximale Wasserstandsminderung der MHw bei Einsatz aller 19 Maßnahmen
Die mit der Szenarienmodellierung simulierten Minderungswerte für die Wirksamkeit aller 19 Rückhaltemaßnahmen sind nachfolgend in der Tabelle 4 und der Tabelle 5 als Wasserstands- und Abflussminderung für die gewählten Pegel zusammengefasst. Für jedes Modellhochwasser ist der unbeeinflusste Scheitelwert und die Scheitelminderung, die sich aufgrund der Wirkung aller Maßnahmen ergibt, angegeben. Gleichzeitig ist die maximal erzielte Minderung, die vor oder nach dem Scheitel liegt, aufgeführt.
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Tabelle 4: Berechnete Wasserstandsminderung ∆ W [cm] für Modellhochwasser
Wasserstandsminderung in cm aufgrund der Wirkung aller 19 Maßnahmen Torgau Wittenberg Magdeburg Wittenberge Modell - Scheitelw ert Minderung Scheitelw ert Minderung Scheitelw ert Minderung Scheitelw ert Minderung Hochw a sse r HW-Is t Max imal Scheitel HW-Is t Max imal Scheitel HW-Is t Max imal Scheitel HW-Is t Max imal Scheitel
[c m+PNP] ∆W [cm] ∆WS [cm] [c m+PNP] ∆W [cm] ∆WS [cm] [cm+PNP] ∆W [cm] ∆WS [cm] [c m+PNP] ∆W [cm] ∆WS [cm] DD100_02 944 22 21 714 39 37 700 28 25 801 41 35 DD100_06 953 33 0 727 33 7 737 25 17 884 40 23 DD200_02 980 37 24 742 53 42 725 34 28 843 52 40 DD200_06 990 31 0 757 44 2 775 33 11 930 53 17 AK100_02 944 22 21 713 39 37 692 28 27 787 41 35 AK100_06 905 11 0 693 10 1 710 20 4 844 27 8 AK200_02 965 35 27 730 48 47 708 33 27 813 48 40 AK200_06 926 13 8 709 29 27 726 21 17 871 29 24 BA100_02 964 35 28 730 48 47 709 33 28 817 48 37 BA100_06 863 9 0 664 8 1 711 17 5 849 23 8 BA200_02 975 37 27 739 52 45 719 35 27 834 51 38 BA200_06 870 9 0 669 8 1 721 16 4 866 23 8
Tabelle 5: Berechnete Abflussminderung ∆Q [m3/s] für Modellhochwasser
Abflussminderung in m3/s aufgrund der Wirkung aller 19 Maßnahmen Torgau Wittenberg Magdeburg Wittenberge Modell - Scheitelw ert Minderung Scheitelw ert Minderung Scheitelw ert Minderung Scheitelw ert Minderung Max imal Scheitel Max imal Scheitel Max imal Scheitel Max imal Scheitel Hochwasser HQ-Is t HQ-Is t HQ-Is t HQ-Is t ∆Q ∆Q ∆Q ∆Q ∆Q ∆Q ∆Q ∆Q [m3/s] S [m3/s] S [m3/s] S [m3/s] S [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s] DD100_02 4205 304 303 4157 711 684 2194 173 154 4111 433 372 DD100_06 4333 323 16 4360 587 57 2425 154 100 5022 446 235 DD200_02 4733 401 162 4681 1003 744 2349 221 163 4575 572 432 DD200_06 4889 326 5 4915 816 16 2724 212 77 5563 585 169 AK100_02 4209 304 301 4157 719 708 2148 176 162 3968 426 357 AK100_06 3705 70 5 3766 134 10 2248 101 19 4572 266 69 AK200_02 4501 379 217 4455 907 887 2242 209 169 4249 514 413 AK200_06 3969 79 0 4039 527 424 2341 107 99 4870 286 262 BA100_02 4497 382 205 4452 905 873 2250 209 168 4284 511 400 BA100_06 3235 55 6 3282 106 10 2251 94 24 4621 228 78 BA200_02 4658 400 193 4616 985 799 2308 220 153 4473 552 409 BA200_06 3315 57 5 3365 110 9 2309 92 22 4819 233 79
6 Zusammenfassung Mit dem in der Bundesanstalt für Gewässerkunde für die Wasserstandsvorhersage entwickelten WAVOS- Modell der Elbe, das auch als Simulationsmodell eingesetzt werden kann, wurde im Rahmen des ELLA-Projekts die prinzipielle Wirkung von zusätzlichen Rückhalteräumen auf den Hochwasserablauf der Elbe untersucht. Hierbei handelt es sich um nicht steuerbare Deichrückverlegungen ( ca. 2700 ha) und steuerbare Flutpolder ( ca. 106 Mio. m3) in Sachsen und Sachsen-Anhalt, die im Aktionsplan Hochwasserschutz Elbe der Internationalen Kommission zum Schutz der Elbe (2003) als Maßnahmen für einen nachhaltigen Hochwasserschutz enthalten sind. 16
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In den Untersuchungen wurden hydrologische Messdaten der historischen Hochwasserereignisse von August 2002 und April 2006 verwendet, um Modellhochwasser zu generieren, die in ihren Scheiteln an den Pegeln Dresden, Aken und Barby jeweils Abflüsse mit statistischen Wiederkehrzeiten von 100 Jahren und 200 Jahren erreichen. Somit wurden für das Elbegebiet repräsentative Sommer- und Winterereignisse ausgewählt, die ihrer Genese gemäß entweder kurze Wellenscheitel (ca. 1Tag bei Sommerhochwasser) bzw. lange Wellenscheitelandauern (ca. 3 Tage bei Winterhochwasser) aufweisen.
In den Szenarienberechnungen für den Zustand mit Rückhaltungen wurde für alle Polder von einer gleichen Steuerung hinsichtlich des Füllungsbeginn ausgegangen. Durch den Einsatz aller 19 Rückhaltungen wurden mit dem Simulationsmodell in Abhängigkeit von der Hochwassergenese unterschiedliche Wirkungen auf Wasserstände der Elbe ermittelt: Bei extremen Elbehochwassern mit kurzen Scheitelandauern, wie 2002, können maximale Wasserstandsminderungen im Scheitel von 28 cm am Pegel Torgau, 47 cm am Pegel Wittenberg- Lutherstadt, 28 cm am Pegel Magdeburg und 40 cm am Pegel Wittenberge erzielt werden. Mit der angenommenen Steuerung der Flutungsbauwerke stellen sich somit nahezu überall entlang der Elbe bedeutsame Wasserstandsminderungen ein. Im Fall von Elbehochwassern mit langandauernden Wellenscheiteln, wie 2006, reichen die zu schaffenden Rückhalteräume nicht aus, um die Wellenscheitel um das angestrebte Maß vollständig kappen zu können. Bei der weiteren Ergebnisbewertung muss zwischen Nah- und Fernwirkungen unterschieden werden. Im Nahbereich lassen sich durch die eingesetzten Maßnahmen keine oder nur geringe Scheitelwasserstandsabsenkungen erreichen. Durch die Wellenverformung und Abflachung aufgrund der natürlichen Retention im weiteren Wellenablauf der Mittelelbe, werden auch die zu kurz und zu früh greifenden Effekte zeitlich gestreckt. Als Folge verteilen sich die verfrühten Effekte auf den gesamten Scheitelbereich. Somit können im Fernbereich der Maßnahmen wasserstandsmindernde Wirkungen im Scheitel extremer Elbehochwasser mit langen Wellenscheiteln festgestellt werden.
Als Fazit der Szenarienberechnungen kann festgehalten werden: Wenn alle vorgesehenen Rückhalteräume gemäß Aktionsplan Hochwasserschutz Elbe der IKSE realisiert werden, lassen sich die Scheitel extremer Hochwasser der Elbe mit einem Zeitablauf, wie 2002, nahezu überall deutlich wirksam abmindern. Im Falle von Elbehochwassern mit langen Wellenscheiteln, wie 2006, sind die erzielbaren Wirkungen auf Scheitelwasserstände fernab der zu schaffenden Rückhaltungen besser als im unmittelbaren Nahbereich der Maßnahmen.
Hochwasserschutz ist als Daueraufgabe zu verstehen. Die vorgesehenen Maßnahmen der IKSE zur Schaffung von zusätzlichen Rückhalteräumen sollten umgesetzt und bei ihrer Realisierung eine länderübergreifende Abstimmung hinsichtlich der Steuerung der Maßnahmen angestrebt werden.
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7 Literatur
BfG Das Hochwasser der Elbe im Frühjahr 2006, 2006
BfG Dokumentation Nachrechnung Hochwasser Elbe Aug. 2002, unveröffentlicht, 2006
BfG Wasserstandsvorhersagesystem WAVOS, unveröffentlicht, 2006
BAW Gutachten zu eindimensionalen Wasserspiegelberechnungen der Elbe in Sachsen, 2004
IKSE Aktionsplan Hochwasserschutz Elbe, 2003
IKSE Dokumentation des Hochwassers vom August 2002 im Einzugsgebiet der Elbe, 2004
Schmid Bericht zu der Wasserspiegelfixierung auf der Elbe bei Hochwasser- Messungen vom 02.04.2006 bis 10.04.2006, 2006
Landelijk bureau ’Ruimte voor de Rivier’ Projektflyer: ’Ruimte voor de Rivier’, 2005
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