Simon P. Seibert Karl Auerswald Hochwasserminderung im ländlichen Raum Ein Handbuch zur quantitativen Planung Hochwasserminderung im ländlichen Raum Simon P. Seibert Karl Auerswald Hochwasser­ minderung im ländlichen Raum Ein Handbuch zur quantitativen Planung Simon P. Seibert Karl Auerswald TU München Wissenschaftszentrum Weihenstephan Jetzt: Bayerisches Landesamt für Umwelt TU München Augsburg, Deutschland Freising, Deutschland ISBN 978-3-662-61032-9 ISBN 978-3-662-61033-6 (eBook) https://doi.org/10.1007/978-3-662-61033-6 Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografe; detaillierte bibliografsche Daten sind im Internet über 7 http://dnb.d-nb.de abrufbar. © Der/die Herausgeber bzw. der/die Autor(en) 2020. Dieses Buch ist eine Open-Access-Publikation. Open Access Dieses Buch wird unter der Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz (7 http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.de) veröffentlicht, welche die Nutzung, Verviel- fältigung, Bearbeitung, Verbreitung und Wiedergabe in jeglichem Medium und Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle ordnungsgemäß nennen, einen Link zur Creative Commons Lizenz beifügen und angeben, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die in diesem Buch enthaltenen Bilder und sonstiges Drittmaterial unterliegen ebenfalls der genannten Creative Commons Lizenz, sofern sich aus der Abbildungslegende nichts anderes ergibt. Sofern das betreffende Material nicht unter der genannten Creative Commons Lizenz steht und die betreffende Handlung nicht nach gesetzlichen Vorschriften erlaubt ist, ist für die oben aufgeführten Weiterverwendungen des Materials die Einwilligung des jeweiligen Rechteinhabers einzuholen. Die Wiedergabe von allgemein beschreibenden Bezeichnungen, Marken, Unternehmensnamen etc. in diesem Werk bedeutet nicht, dass diese frei durch jedermann benutzt werden dürfen. Die Berechtigung zur Benutzung unterliegt, auch ohne gesonderten Hinweis hierzu, den Regeln des Markenrechts. Die Rechte des jeweiligen Zeicheninhabers sind zu beachten. Der Verlag, die Autoren und die Herausgeber gehen davon aus, dass die Angaben und Informationen in diesem Werk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollständig und korrekt sind. Weder der Verlag, noch die Autoren oder die Herausgeber übernehmen, ausdrücklich oder implizit, Gewähr für den Inhalt des Werkes, etwaige Fehler oder Äußerungen. Der Verlag bleibt im Hinblick auf geografsche Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen in veröffentlichten Karten und Institutionsadressen neutral. Planung/Lektorat: Sebastian Müller Springer Spektrum ist ein Imprint der eingetragenen Gesellschaft Springer-Verlag GmbH, DE und ist ein Teil von Springer Nature. Die Anschrift der Gesellschaft ist: Heidelberger Platz 3, 14197 Berlin, Germany V Danksagung Die Erstellung dieses Buches wurde in weiten Teilen durch die Bayerische Verwaltung für Ländliche Entwicklung im Rahmen der Initiative boden:ständig (7 www.boden- staendig.eu) fnanziell gefördert. Eine Reihe von Behördenvertreten, insbesondere aus dem Bereich Zentrale Aufgaben (BZA), und von Landschafsplanungsbüros, die an dieser Initiative langjährig mitwirken, haben die Entstehung des Buchs kritisch begleitet und gefördert. Hervorzuheben und stellvertretend für alle zu nennen sind Norbert Bäuml (BZA), Anton Lenz (Ingenieurbüro Lenz, Ringelai), Felix Schmitt (H&S Ingenieure, Freising), Robert Brandhuber (Bayerische Landesanstalt für Landwirt- schaf), Wolfgang Rieger (Bayerisches Landesamt für Umwelt) sowie Wolfgang Bauer (Agrolufbild). Austausch bestand weiterhin mit Jürgen Ihringer (Karlsruher Institut für Technologie), Peter Fiener (Universität Augsburg), Tomas Machl (Technische Universität München), Wolfgang Ewald (Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaf und Forsten), Tanja Winterrath (Deutscher Wetterdienst) und Franziska Fischer (Bayerisches Landesamt für Umwelt). Dem Springer Verlag gilt unser herzlicher Dank für die Gestaltung, den Vertrieb und die technische Aufereitung des Manuskriptes. Stellvertretend seien hier Sebastian Müller und Janina Krieger genannt. Die Publikation wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaf (DFG) und der Technischen Universität München (TUM) im Rahmen des Programms Open-Access- Publizieren fnanziell unterstützt. Ihnen allen sei an dieser Stelle herzlich gedankt. Verzeichnis wichtiger Abbildungen und Tabellen mit Faustzahlen und Formeln Abbildungsinhalt Abbildungsnummer Seite Begrife und Symbole: Darstellung von Anstiegszeit, Ablaufzeit, Scheitelhöhe und Abb. 3.1 34 Wellenvolumen bei Abfusswellen Konzeptionelle Darstellung des Dreiecksganglinienverfahrens Abb. 3.5 38 Schematische Darstellung des Fließpfadmusters aus Schicht- Abb. 3.6 43 abfuss, Abfuss in Rillen und Rinnen, Hangmuldenabfuss und Abfuss in Gräben Darstellung von dimensionsloser Einheitsganglinie und Abb. 3.8 47 Dreiecksganglinie Regeneigenschaften: Karten der Starkniederschlagshöhen einer Jährlichkeit von 30 Abb. 4.7 78 Jahren für die Dauerstufen 1 und 4 h in Deutschland und Abb. 8.8 196 Abfussmenge: Anpassung des für mittlere Feuchteverhältnisse gültigen Abb. 4.1 66 CNII-Wertes an abweichende Feuchteverhältnisse Einfuss der Bodenbedeckung auf die CN-Werte unterschied- Abb. 4.2 66 licher Ackerkulturen Jahresgang der CN-Werte von konventionell und in Abb. 4.6 72 Mulchdirektsaat angebautem Mais Abfussgeschwindigkeit: Typische Formen des Abfusses in aufeinanderfolgenden Abb. 5.7 106 Fließabschnitten und zugehörige hydraulische Radien Typische Längen des schichtförmigen Fließens bei unter- Abb. 8.1 179 schiedlichen Oberfächen Hydraulische Radien von rechteckigen Rinnen und Rillen und Abb. 8.3 181 von Hangmulden in Abhängigkeit von Fließtiefe und Wasser- spiegelbreite Formeln zur Bestimmung von durchfossener Querschnitts- Abb. 8.4 182 fäche, benetztem Umfang und hydraulischem Radius Dimensionierung von Schutzmaßnahmen: Schematischer Querschnitt durch ein Kleinstrückhaltebecken Abb. 6.11 131 Regelquerschnitt eines Wegs mit Wegseitengraben mit einer Abb. 6.21 148 auf 1 m verbreiterten Sohle VII Verzeichnis wichtiger Abbildungen und Tabellen mit Faustzahlen … Abbildungsinhalt Abbildungsnummer Seite Schematische Darstellung des Wasserdurchlasses unter Abb. 8.18 214 Wegen von der Berg- auf die Talseite durch Rohre oder Planumsickerschichten in eine talseitige Abfussmulde Tabelleninhalt Tabellennummer Seite Begrife und Symbole: Wortverbindungen zur Beschreibung von Wasserhaushaltsgrößen Tab. 2.1 14 und deren Bedeutung Verwendete Fachbegriffe, Formelzeichen und übliche Einheiten Tab. 2.2 16 Regeneigenschaften: Starkniederschlagshöhen für unterschiedliche Wiederkehrinter- Tab. 3.1 41 valle und Niederschlagsdauerstufen Maximalniederschlag in Abhängigkeit von Dauerstufe und Tab. 4.3 75 Wiederkehrintervall Jahresgang typischer Niederschlagsmengen (in mm) Tab. 4.4 79 Kritische Regenintensitäten in Abhängigkeit von Dauerstufe und Tab. 8.6 186 Wiederkehrintervall Zeitliche Niederschlagsverteilung von Bemessungsnieder- Tab. 8.8 193 schlägen Abfussmenge: CN-Werte (Curve Number) bei mittlere Entleerung des Boden- Tab. 4.1 65 wasserspeichers (CNII) für verschiedene Bodennutzungen und hydrologische Bodengruppen Monatliche CN-Werte von Ackerkulturen, Grünland, Wald, Tab. 4.2 68 Siedlungs- und Verkehrsfächen für die hydrologische Boden- gruppe C Hydrologische Bodengruppe in Abhängigkeit vom Tongehalt im Tab. 8.16 210 obersten Meter und dem medianen Korndurchmesser im Ober- boden Hydrologische Bodengruppen für die Ackerbeschriebe der Boden- Tab. 8.17 211 schätzung Hydrologische Bodengruppen für die Grünlandbeschriebe der Tab. 8.18 211 Bodenschätzung Mittlere Abfussbeiwerte für unterschiedliche Wegoberfächen Tab. 6.10 152 Maximale Abfussbeiwerte des Lutz-Verfahrens für unterschied- Tab. 8.12 204 liche hydrologische Bodengruppen und Landnutzungen Anfangsverluste des Lutz-Verfahrens für unterschiedliche hydro- Tab. 8.13 206 logische Bodengruppen und Landnutzungen Wochenzahlen des Lutz-Verfahrens für die Monate des Jahres Tab. 8.14 207 VIII Verzeichnis wichtiger Abbildungen und Tabellen mit Faustzahlen … Tabelleninhalt Tabellennummer Seite Abfussgeschwindigkeit: Rauheitsbeiwerte für linearen oder fächenhaften Abfuss mit Tab. 5.1 108 Fließtiefen > 5 cm Rauheitsbeiwerte für Schichtabfuss und konzentrierten Abfuss Tab. 8.2 178 mit Fließtiefen 3 cm ≤ Formeln zur überschlägigen Bestimmung der Fließgeschwindigkeit Tab. 8.3 180 in Rinnen und Rillen für verschiedene Oberfächen Formfaktor F zur Bestimmung der Ablaufzeit einer Dreiecksgang- Tab. 3.2 42 linie Verhältniszahlen zur überschlägigen Bestimmung des Scheitel- Tab. 8.5 185 abfusses Zeit- und Abfusswerte der dimensionslosen Einheitsgangline Tab. 3.6 50 Dimensionierung von Schutzmaßnahmen: Kritische Hanglängen bei höhenlinienparalleler Bewirtschaftung Tab. 6.1 119 für unterschiedliche Hangneigungen Faustzahlen zur Breite von begrünten Abfussmulden Tab. 6.4 127 IX Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung ..................................................................... 1 1.1 Anlass und Problemstellung ..................................................... 2 1.2 Zielgruppe und Bestimmungszweck ............................................. 5 Literatur ........................................................................ 7 2 Grundlagen der Abflussentstehung, Sturzfluten und dezentralen Hochwasserschutzmaßnahmen ............................................. 11 2.1 Begrife und Defnitionen des Landschaftswasserhaushalts ...................... 12 2.1.1 Komponenten und Bilanzgleichung des Wasserhaushalts .........................