BUNDESANSTALT FÜR GEWÄSSERKUNDE ERGEBNISSE DER WASSERSPIEGELLAGENBERECHNUNGEN AN DER SAAR,BERICHT BFG-1433 Neufestlegung der gesetzlichen Überschwemmungsgrenzen an der Saar Teil I: Ergebnisse der Wasserspiegellagenberechnungen und gewässerkundliche Grundlagen an der Saar BfG-1433 Auftraggeber: Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes Wasser- und Schifffahrtsdirektion Südwest Auftrag vom: 27. August 1993 BfG-JAP-Nr.: 1569 und 2204 Seitenzahl: 63 Zahl der Anhänge: 3 Bearbeiter: Dipl.-Met. N. Busch Dipl.-Ing. (FH) M. Mürlebach Techn. Ang. W. Rost Dipl.-Ing. D. Meißner Koblenz, 02. Februar 2005 BUNDESANSTALT FÜR GEWÄSSERKUNDE ERGEBNISSE DER WASSERSPIEGELLAGENBERECHNUNGEN AN DER SAAR,BERICHT BFG-1433 BUNDESANSTALT FÜR GEWÄSSERKUNDE ERGEBNISSE DER WASSERSPIEGELLAGENBERECHNUNGEN AN DER SAAR,BERICHT BFG-1433 Inhaltsverzeichnis Verzeichnis der Abbildungen I Verzeichnis der Tabellen III Verzeichnis der Abkürzungen IV Verzeichnis der Anhänge V 1 Veranlassung und Einleitung 1 2 Gebietsgrößen und hydrologische Grundlagen der Saar 4 3 Wasserstandsverhältnisse der Saar nach Ausbau 11 4 Hochwasserverhältnisse/Hochwasserschutz an der Saar nach Ausbau 19 5 Wasserspiegellagenberechnungen 26 5.1 Verfahren zur Berechnung von Wasserspiegellagen 26 5.2 Verwendete Datengrundlage 28 5.2.1 Lagepläne 29 5.2.2 Wasserspiegelfixierungen 29 5.2.3 Querprofile 31 5.2.4 Abflusskurven und Pegelbezugskurven 34 5.3 Erstellung und Kalibrierung des Modells zur Berechnung von Wasserspiegellagen an der Saar 38 5.4 Festlegung von Ausgangsgrößen für Wasserspiegellagenberechnungen 42 5.4.1 Ausgewählte Abflüsse der Saar 42 5.4.2 Ausgangswasserstände an der Saarmündung 45 5.5 Ergebnisse der Wasserspiegellagenberechnungen für ausgewählte Abflüsse der Saar 46 5.6 Ergebnisse im Überblick 55 6 Zusammfassung und Ausblick 60 7 Literatur 62 Anhänge I-III 65 BUNDESANSTALT FÜR GEWÄSSERKUNDE ERGEBNISSE DER WASSERSPIEGELLAGENBERECHNUNGEN AN DER SAAR,BERICHT BFG-1433 Verzeichnis der Abbildungen Abbildung 1: Streckenausbau Dillingen; Photo: Wasser- und Schifffahrtsamt Saarbrücken 1 Abbildung 2: Karte des Einzugsgebietes der Saar 5 Abbildung 3: Entwicklung des oberirdischen Einzugsgebietes der Saar unterhalb Saarbrücken 6 Abbildung 4: Mittlere monatliche Abflussganglinien (MQ, MHQ) und monatliche Höchstabflüsse (HQ) an den Pegeln St. Arnual und Fremersdorf/Saar 7 Abbildung 5: Jährliche Höchstabflüsse am Pegel Fremersdorf/Saar (Zeitraum 1953 – 2002) 9 Abbildung 6: Entwicklung ausgewählter Haupt- und Extremwerte des Saarab- Flusses zwischen Saarbrücken und der Saarmündung 10 Abbildung 7: Mittlere monatliche Gebietsniederschlagshöhe (MhN) des Saar-Einzugs- gebietes im Zeitraum 1961 – 1990 und mittlere monatliche Abfluss- höhe (MhA) an der Saarmündung im Zeitraum 1953 – 1993 12 Abbildung 8: Talweg (nach Ausbau) und Höhe der Flusssohle bzw. Geländes in Schifffahrsachse (vor Ausbau) 13 Abbildung 9: Veränderungen der Wasserspiegellagen bei Mittelwasser und Hochwasser in Folge des Saarausbaus 14 Abbildung 10:Wasserstands-Abflussbeziehungen im OW Mettlach gemäß ASR sowie für UW Mettlach, UW Rehlingen und gültige Abflusskurve für den Pegel Fremersdorf 16 Abbildung 11:Hydraulisch berechnete mittlere Dauerlinien für Saar-Pegel im UW der Wehre 18 Abbildung 12:Hochwasserschutz Saarburg im Verlauf des Saarhochwassers von Dez. 1993; Photo: WSA Saarbrücken 20 Abbildung 13:Querprofil für Saar-km 11.5 (Stadt Saarburg) 20 Abbildung 14:Überschwemmungsgebiet des Hochwassers vom Mai 1970 und Hochwasserschutz Pachten 21 Abbildung 15a/b: Ergebnisse der Hochwasserablaufberechnungen für die Hoch- wasser April 1983 und 1993/94, vor und nach Ausbau der Saar 23 Abbildung 16:Überschwemmungsgebiet an der Saar für HQ100 und Hochwasserschutz- anlagen im Bereich der Ortslagen Besseringen und Schwemlingen 24 I BUNDESANSTALT FÜR GEWÄSSERKUNDE ERGEBNISSE DER WASSERSPIEGELLAGENBERECHNUNGEN AN DER SAAR,BERICHT BFG-1433 Abbildung 17:Eigenschaften des Programms KWERT der BfG 27 Abbildung 18:Vorliegende Wasserspiegelfixierungen an der Saar 30 Abbildung 19:Gemessene Wasserspiegellagen aus Wasserspiegelfixierungen an der Saar (Bereich Serrig) 31 Abbildung 20:Aus dem DGM-W der Stauhaltung Lisdorf abgeleitetes Quer- profil für Saar-km 79.200 34 Abbildung 21:Aktuell gültige, extrapolierte Abflusskurven für die Pegel St. Arnual, Fremersdorf und Schoden-SKA 36 Abbildung 22a/b: Zusammenhang der monatlichen höchsten Wasserstände an den Pegeln Mettlach UP ~ Fremersdorf bzw. Serrig UP ~ Fremersdorf 37 Abbildung 23:Statistisch ermittelte W/Q-Beziehungen für Pegel Mettlach UP und Serrig UP 38 Abbildung 24:Einteilung der Saaraue in Fließzonen im Streckenabschnitt Luisenthal 40 Abbildung 25:Ergebnisse der K-WERT-Rückrechnung im Bereich der Stauhaltung Serrig 41 Abbildung 26:Schematisierter Übersichtsplan der Saar zwischen Saarbrücken und der Saarmündung für Modellberechnungen 47 Abbildung 27:W/Q-Beziehungen im Unterwasser und Oberwasser der Stau- anlage Serrig sowie UW Mettlach und Saar-km 25.0 49 Abbildung 28:Rückgerechnete kSt-Werte und kSt/Q-Beziehungen (Ausgleichs- geraden) für Wasserspiegellagenberechnungen im Abschnitt von Saar-km 22.000 bis 23.000 50 Abbildung 29:Berechnete W/Q-Beziehung, reusltierende Steigung und statistisch erzeugte W/Q-Beziehung für Serrig UP 51 Abbildung 30:Berechnete Wasserspiegellagen für Haupt- und Extremwerte in der Stauhaltung Serrig 53 Abbildung 31:Berechnete Wasserspiegellagen für ausgewählte Saarabflüsse im Bereich der Saarstrecke zwischen Güdingen und der Saarmündung 56 Abbildung 32:Fließzeiten in der Saar für Hauptwerte des Abflusses und HQ100 58 Abbildung 33:Berechnete Speicherkurven für Gewässerabschnitte der Saar 59 II BUNDESANSTALT FÜR GEWÄSSERKUNDE ERGEBNISSE DER WASSERSPIEGELLAGENBERECHNUNGEN AN DER SAAR,BERICHT BFG-1433 Verzeichnis der Tabellen Tabelle 1: Hydrologische Kenngrößen für den Pegel Fremersdorf/Saar, Photo: W. Rost/BfG 8 Tabelle 2: Kennzeichnende Angaben zu Stauanlagen und Stauhaltungen an der Saar 15 Tabelle 3: Stammdaten ausgewählter Pegel an der Saar 17 Tabelle 4: Verzeichnis und Kenndaten der bekannten Hochwasserschutzan- Lagen an der Saar zwischen Saarbrücken und der Mündung 25 Tabelle 5: Festlegung gleichwertiger Abflüsse der Saar für Wasserspiegel- lagenberechnungen 44 Tabelle 6: W/Q-Beziehung an der Saarmündung 46 Tabelle 7: Berechnete Wasserspiegellagen in der Stauhaltung Serrig (Auszug) 54 III BUNDESANSTALT FÜR GEWÄSSERKUNDE ERGEBNISSE DER WASSERSPIEGELLAGENBERECHNUNGEN AN DER SAAR,BERICHT BFG-1433 Verzeichnis der Abkürzungen a.P. Am Pegel AEo Oberirdisches Einzugsgebiet AK Abflusskurve ASR Abfluss- und Stauziel-Regelung (hier: Ergänzende Regelungen) BfG Bundesanstalt für Gewässerkunde BWStr. Bundeswasserstraße DGK5 Deutsche Grundkarte 1 : 5000 DGM Digitales Gelände-Modell DGM-W Digitales Gelände-Modell des Wasserlaufs GIS Geographisches Informations-System GK-Koord. Gauss-Krüger-Koordinaten ha Hektar HQn Extremwerte des Abflusses HSQ Höchster Schiffbarer Abfluss HSW Höchster Schiffbarer Wasserstand IKSMS Internationale Kommissionen zum Schutz der Mosel und der Saar kSt Rauheitsparameter nach Manning-Strickler LfU Landesamt für Umweltschutz, Saarland MhA Mittlere monatliche Gebietsabflusshöhe MhN Mittlere monatliche Gebietsniederschlagshöhe MHQ Mittlerer Hochwasserabfluss einer Zeitreihe MNQ Mittlerer Niedrigwasserabfluss einer Zeitreihe MQ Mittlerer Abfluss einer Zeitreihe n Wiederkehrintervall OW Oberwasser Q Abfluss SB Saarbrücken SKA Seilkrananlage TK Topographische Karte Ud Untersuchungsdauer in Tagen UP Unterwasserpegel ÜSG Überschwemmungsgebiet UW Unterwasser W Wasserstand WSA Wasser- und Schifffahrtsamt WSD Wasser- und Schifffahrtsdirektion Wspl Wasserspiegellagen WSV Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes IV BUNDESANSTALT FÜR GEWÄSSERKUNDE ERGEBNISSE DER WASSERSPIEGELLAGENBERECHNUNGEN AN DER SAAR,BERICHT BFG-1433 Verzeichnis der Anhänge I. Programm KWERT der Bundesanstalt für Gewässerkunde für Wasserspiegellagenbe- rechnungen und Abflusstabellen für Saarpegel Fremersdorf und St. Arnual; 7 Seiten II. Graphische Darstellungen, Tabellen mit Berechnungsergebnissen und verwendete Unterlagen für 1. Mündungsstrecke; 10 Seiten 2. Wiltinger Bogen; 12 Seiten 3. Stauhaltung Schoden/Kanzem; 12 Seiten 4. Stauhaltung Serrig; 12 Seiten 5. Stauhaltung Mettlach; 15 Seiten 6. Stauhaltung Rehlingen; 12 Seiten 7. Stauhaltung Lisdorf; 14 Seiten 8. Stauhaltung Saarbrücken; 12 Seiten III. Bereitgestellte Unterlagen und Software auf der Berichts-CD; 4 Seiten V BUNDESANSTALT FÜR GEWÄSSERKUNDE ERGEBNISSE DER WASSERSPIEGELLAGENBERECHNUNGEN AN DER SAAR,BERICHT BFG-1433 1 Veranlassung und Einleitung Die Saar wurde in ihrem mittleren und unteren Lauf zwischen Saarbrücken und der Mündung in Konz von 1973 bis 2000 zu einer Großschifffahrtssstraße ausgebaut. Sechs Wehre und zu- gehörige Schleusen ermöglichen heute eine nahezu ganzjährige Schifffahrt auf der ca. 91 km langen, staugeregelten Wasserstraße. Durch den Ausbau der Saar mit Staustufen und den be- gleitenden Maßnahmen in den Stauhaltungen wurde streckenweise der Charakter des Gewäs- sers von Grund auf geändert. Waren – mit Ausnahme der Bereiche um Mettlach, Völklingen und Saarbrücken – vormals freifließende Abflussverhältnisse in der Saar vorherrschend, so sind heute die sich einstellenden Wasserstände für nahezu alle Saarabflüsse mehr oder weni- ger stark durch den Staubetrieb und Dauerstaue beeinflusst. Der Ausbau betraf nicht nur das Gewässerbett. Auch die benachbarte Flusslandschaft veränderte durch vorgenommene Durch- stiche, Begradigungen sowie Verbreiterungen und Kurvenaufweitungen durch Uferabgrabun- gen usw. ihr