zwischen hochwasserschutz und wrrl: instrumente und...
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Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe, Leipzig 8.-9. November 2005
Zwischen Hochwasserschutz und WRRL:Zwischen Hochwasserschutz und WRRL:Instrumente und HandlungsempfehlungenInstrumente und Handlungsempfehlungen
der Hydromorphologieder Hydromorphologie
Bruno Büchele, Franz Nestmann
Kontakt: [email protected]
Universität Karlsruhe (TH)Institut für Wasser und Gewässerentwicklung
Bereich Wasserwirtschaft und Kulturtechnik
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
In Richtung EG-WRRL (schrittweise sich konkretisierend seit 2000)
„Signifikante Abflussregulierungen“
- abflussregulierende Speicher (relevant für Elbe: Talsperren mit Einzugsgebiet > 60 km²)
- weitere Stauanlagen (z.B. Wehre)
„Signifikante morphologische Veränderungen“
- Ausbau der Gewässer, Begradigung, Vertiefung, Querschnittsänderungen, Eingriffe
in den Feststoffhaushalt, Verrohrungen, Querbauwerke, Verbau von Ufer und Sohle
In Richtung Hochwasserschutz (besonders seit dem Extremereignis 2002)
„Hochwasserwirksame Abflussveränderungen“
- Einfluss großer Talsperren im Einzugsgebiet auf die Hochwasserabflüsse
- Schaffung / Entzug von Retentionsflächen am Flusslauf
„Hochwasserwirksame morphologische Veränderungen“
- Verengung / Aufweitung des Hochwasserprofils (z.B. Auflandung, Deichrückverlegung)
- Veränderung der Rauheitsstrukturen (z.B. Vorlandbewuchs)
Fragen zur Hydromorphologie (bezogen auf den Flusslauf Elbe)
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
BMBF-Verbundprojekt „Morphodynamik der Elbe“ (1996 - 2001)
„Gesamtschau dt. Binnenelbe“ Ist-Zustand abiotischer Parameter & Prozesse Grundlagen zur Bewertung zukünftiger Entwicklungen
Integrierter Ansatz: Hydrologie - Hydraulik - Morphologie - Grundwasser „Schnittstelle Abiotik-Biotik“
Vorland, Aue Hauptgerinne (Fluss) Vorland, Aue
Überflutungsbereich (Oberflächenwassermodelle)
Grundwassermodelle
HW
MWWechselwirkungGW - Vorflut GWGrundwasserleiter
(GW)
HW-Deich
Wechselwirkung Strömung - Geometrie/Morphologie
NW
Änderung Bettgeometrie
Grafik: Nestmann, Büchele (2001)
alle folgenden Darstellungen sind gemäß Jahresangabe Ergebnissedieses Projekts (Schlussbericht siehe: http://elise.bafg.de/?3804)
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
... an den Pegelstellen
- Konsistenz- und Stationaritätsanalyse
- Definition „Ist-Zustand“ ...
> Repräsentative Teilzeiträume des 20. Jhdt.
- Zeitreihenanalyse, u.a.:
> Gew. Hauptwerte MNQ, MQ, MHQ
> Dauerlinien (Abflussjahr, Vegetationszeit)
> Extremwertstatistik HQ-T für T = 2, 3, 5, ..., 100 Jahre
> HQ(X)-T für kontinuierliche Überschreitungsdauern X = 5, 10, 20, 30, 50 Tage
... im Längsschnitt der Elbe
- Regionalisierung der Abflusskennwerte
> Längsschnitte der Hochwasserstatistiken des 20. Jahrhunderts ...
- Simulation von Abflussprozessen entlang der Elbe
> Wirksamkeit von Retentionsmaßnahmen auf Hochwasserabflüsse ...
Gaussnetz
Jährl. Maxima HQ(X) [m³/s]1000 2000 3000 4000 5000
95.0
50.0
20.0
5.0
2.01.00.5
2
5
10
20
50100200
Übe
rsch
reitu
ngsw
ahrs
chei
nlic
hkei
t [%
]
Jähr
lichk
eit T
n [a
]
101
Überschreitungsdauer X [d]
2050
0
99.0
Hydrologische Analyse
Grafik: eigene Darstellung
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
Frage der Definition des Ist-Zustands
1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000
1936-1995
1904-1954
1904-1995
1853-1904
1853-1995
1964-1995
ausklingende Kleine Eiszeit
Retentionsflächenentzug
Talsperrenbau
Einfluss auf das Abflussverhalten
Untersuchte Zeiträume
Bedeutende Einflüsse und untersuchte Zeiträume Spezifische Probleme imAbflussprozess der Elbe:- Inkonsistenz- Fehlende historische Reihen- Instationarität- Komplexität der Prozesse
Schrittweise Entwicklungerfasst Abflussprozesszunehmend- verlässlich- repräsentativ- umfassend- fundiert- weiter in die Vergangenheit- gezielt
Grafik: eigene Darstellung
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
Schrittweise Entwicklung einer regionalisierten Hochwasserstatistik
1850 1900 1950 2000
1904/95 1936/951964/95
19. Jahrhundert
Jahr
essc
heite
labf
lüss
e (m
³/s)
AbflusssituationEnde 20. Jhdt.
Variable HW-Situationim 20. Jahrhundert
Langfristvariabilität(seltene Extremereignisse)
1853-1995 1904/95 1936/95 1964/95 .
Anz. Abflusspegel: bisher 1 3 7 8
räumliche Dichte: - (+) + ++
Datenkonsistenz: ? (+?) + (?) ++
Grafik: eigene Darstellung
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
0500
100015002000250030003500400045005000
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550E l b e - k m
Q
( m 3 /
s )
Längsschnitte 1964-1995 Pegelwerte 1936-1995H Q - 2 H Q - 2H Q - 5 H Q - 5H Q - 2 0 H Q - 2 0H Q - 1 0 0 H Q - 1 0 0
Dresden Torgau
Wittenberg Aken
Barby
Magdeburg
Tangermünde
Havel-Mündung- oberstrom- unterstrom
Wittenberge
Karthane- Mündung
Neu Darchau
Hochwasserstatistiken HQ-T des 20. Jahrhunderts
Helms, Ihringer, Nestmann (2001)
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
Repräsentativität der Hochwasserstatistik 1936-1995 für das20. Jahrhundert (Überprüfung nach dem Hochwasser 2002)
HQ Aug. 2002
99.50
99.00
95.00
90.00
80.00
70.00
60.00
50.00
40.00
30.00
20.00
10.00
5.00
2.00
1.00
0.50
Übe
rsch
reitu
ngsw
ahrs
chei
nlic
hkei
t [%
]
2
5
10
20
50
100
200
Jähr
lichk
eit
Tn [
a]
10 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 2 3 4 5 6 7 8 9 10 4
Abfluss Q [ m³/s ]
Nov 1903 - Okt 2003; 100 Werte
PLOTTING POSGUMBEL MLH
(c) IWK, Abt. HydrologieUniversität Karlsruhe (TH)Stand: Okt. 2003
Log-Gaussnetz
ELBE / PEGEL DRESDEN - HQ TerminwerteVergleich 1903-2003 (mit Jan'02 statt Aug'02) vs. 1936-1995
Nov 1935 - Okt 1995; 60 Werte
PLOTTING POSGUMBEL MLH
HQ Aug. 2002
Nestmann, Büchele, Helms (2004)
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
Hydraulisch-numerische Modellierung im Längsschnitt
Datengrundlagen:- Fluss: Peilungen der WSÄ- Vorland: Querprofile, TK 10, u.a.
Digitale Geländemodelle (GIS) Querprofile (1D-Berechnung)
Im Projekt: Querprofilergänzung Vorland ~160 km, Modellerstellung ~220 km
Otte-Witte et al. (2001)
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
Wasserspiegellagen und SohlhöhenElbe-km 0-25,84 (Bereich Sächsische Schweiz)
106
108
110
112
114
116
118
120
122
124
126
128
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
Elbe-km
Höhe [m+NN]
Wasserspiegellagenfür Q =3423 m³/s
2706 m³/s
2204 m³/s
1695 m³/s
1311 m³/s
672 m³/s
336 m³/s
120 m³/s
Sohlhöhen bez. auf:115 m Breitehöchster Punkt
mittl. Sohlhöhe
tiefster Punkt (Talweg)
Mod
ellg
renz
e
Wasserspiegellagen und SohlhöhenElbe-km 25,84-52,05 (Bereich Pirna - Dresden)
100
102
104
106
108
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114
116
118
120
122
25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53
Elbe-km
Höhe [m+NN]
Wasserspiegellagenfür Q =3423 m³/s
2706 m³/s
2204 m³/s
1695 m³/s
1311 m³/s
672 m³/s
336 m³/s
120 m³/s
Sohlhöhen bez. auf:115 m Breitehöchster Punkt
mittl. Sohlhöhe
tiefster Punkt (Talweg)
Wasserspiegellagen und SohlhöhenElbe-km 52,05-78,97 (Bereich Dresden)
92
94
96
98
100
102
104
106
108
110
112
114
52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78
Elbe-km
Höhe [m+NN]
Wasserspiegellagenfür Q =3423 m³/s
2706 m³/s
2204 m³/s
1695 m³/s
1311 m³/s
672 m³/s
336 m³/s
120 m³/s
Sohlhöhen bez. auf:115 m Breitehöchster Punkt
mittl. Sohlhöhe
tiefster Punkt (Talweg)
Pegel Dresden (km 55,6)
Wasserspiegellagen und SohlhöhenElbe-km 78,97-108,4 (Bereich Meissen - Riesa)
86
88
90
92
94
96
98
100
102
104
106
108
78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 102 104 106 108
Elbe-km
Höhe [m+NN]
Wasserspiegellagenfür Q =3423 m³/s
2706 m³/s
2204 m³/s
1695 m³/s
1311 m³/s
672 m³/s
336 m³/s
120 m³/s
Sohlhöhen bez. auf:125 m Breitehöchster Punkt
mittl. Sohlhöhe
tiefster Punkt (Talweg)
Mod
ellg
renz
e
Wasserspiegellagen und SohlhöhenElbe-km 121-145 (Bereich Mühlberg - Belgern)
72
74
76
78
80
82
84
86
88
90
92
94
121 123 125 127 129 131 133 135 137 139 141 143 145
Elbe-km
Höhe [m+NN]
Wasserspiegellagenfür Q =3496 m³/s
2241 m³/s
1738 m³/s
1294 m³/s
698 m³/s
349 m³/s
121 m³/s
Sohlhöhen bez. auf:100 m Breitehöchster Punkt
mittl. Sohlhöhe
tiefster Punkt (Talweg)
Mod
ellg
renz
e
Wasserspiegellagen und SohlhöhenElbe-km 145-171 (Bereich Torgau)
66
68
70
72
74
76
78
80
82
84
86
88
145 147 149 151 153 155 157 159 161 163 165 167 169 171
Elbe-km
Höhe [m+NN]
Wasserspiegellagenfür Q =3496 m³/s
2241 m³/s
1738 m³/s
1294 m³/s
698 m³/s
349 m³/s
121 m³/s
Sohlhöhen bez. auf:100 m Breitehöchster Punkt
mittl. Sohlhöhe
tiefster Punkt (Talweg)
Pegel Torgau (km 154.6)
Wasserspiegellagen und SohlhöhenElbe-km 171-198,6 (Bereich Prettin - Klöden)
60
62
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
171 173 175 177 179 181 183 185 187 189 191 193 195 197 199
Elbe-km
Höhe [m+NN]
Wasserspiegellagenfür Q =3496 m³/s
2241 m³/s
1738 m³/s
1294 m³/s
698 m³/s
349 m³/s
121 m³/s
Sohlhöhen bez. auf:100 m Breitehöchster Punkt
mittl. Sohlhöhe
tiefster Punkt (Talweg)
ZuflussSchwarze Elster Wasserspiegellagen und Sohlhöhen
Elbe-km 198,6-226 (Bereich Wittenberg)
54
56
58
60
62
64
66
68
70
72
74
76
198 200 202 204 206 208 210 212 214 216 218 220 222 224 226
Elbe-km
Höhe [m+NN]
Wasserspiegellagenfür Q =3723 m³/s
2417 m³/s
1883 m³/s
1385 m³/s
778 m³/s
389 m³/s
132 m³/s
Sohlhöhen bez. auf:110 m Breitehöchster Punkt
mittl. Sohlhöhe
tiefster Punkt (Talweg)
Pegel Wittenberg (km 214.1)Zufluss Schwarze Elster
Wasserspiegellagen und SohlhöhenElbe-km 226-250,4 (Bereich Coswig - Vockerode)
52
54
56
58
60
62
64
66
68
226 228 230 232 234 236 238 240 242 244 246 248 250
Elbe-km
Höhe [m+NN]
Wasserspiegellagenfür Q =3723 m³/s
2417 m³/s
1883 m³/s
1385 m³/s
778 m³/s
389 m³/s
132 m³/s
Sohlhöhen bez. auf:110 m / 120 m Breitehöchster Punkt
mittl. Sohlhöhe
tiefster Punkt (Talweg)
Mod
ellg
renz
e
Wasserspiegellagen und SohlhöhenElbe-km 252-271,7 (Bereich Dessau)
46
48
50
52
54
56
58
60
62
252 254 256 258 260 262 264 266 268 270 272
Elbe-km
Höhe [m+NN]
Wasserspiegellagenfür Q =3151 m³/s
2617 m³/s
2049 m³/s
1460 m³/s
874 m³/s
394 m³/s / 437 m³/s
133 m³/s / 167 m³/s
Sohlhöhen bez. auf:120 m / 140 m Breitehöchster Punkt
mittl. Sohlhöhe
tiefster Punkt (Talweg)
Mod
ellg
renz
e
Mod
ellg
renz
e
ZuflussMulde
Wasserspiegellagen und SohlhöhenElbe-km 271,7-299,2 (Bereich Biosphärenreservat - Saalemündung)
42
44
46
48
50
52
54
56
58
271 273 275 277 279 281 283 285 287 289 291 293 295 297 299
Elbe-km
Höhe [m+NN]
Wasserspiegellagenfür Q =3151 m³/s / 3836 m³/s
2617 m³/s / 3204 m³/s
2049 m³/s / 2478 m³/s
1496 m³/s / 1846 m³/s
874 m³/s / 1154 m³/s
437 m³/s / 577 m³/s
167 m³/s / 214 m³/s
Sohlhöhen bez. auf:140 m / 170 m Breitehöchster Punkt
mittl. Sohlhöhe
tiefster Punkt (Talweg)
Pegel Barby (km 295.5)Pegel Aken (km 274.7)
Mod
ellg
renz
e
Mod
ellg
renz
e
Mod
ellg
renz
e
ZuflussSaale
Wasserspiegellagen und SohlhöhenElbe-km 331,9-354 (Bereich Hohenwarthe - Rogätz)
30
32
34
36
38
40
42
44
46
331 333 335 337 339 341 343 345 347 349 351 353
Elbe-km
Höhe [m+NN]
Wasserspiegellagenfür Q =3866 m³/s / 3884 m³/s
3168 m³/s / 3149 m³/s
2395 m³/s / 2350 m³/s
1796 m³/s / 1768 m³/s
1158 m³/s / 1164 m³/s
579 m³/s / 582 m³/s
226 m³/s
Sohlhöhen bez. auf:170 m Breitehöchster Punkt
mittl. Sohlhöhe
tiefster Punkt (Talweg)
Mod
ellg
renz
e
Mod
ellg
renz
e
Wasserspiegellagen und SohlhöhenElbe-km 354-374 (Bereich Blumenthal - Parey)
26
28
30
32
34
36
38
40
42
354 356 358 360 362 364 366 368 370 372 374
Elbe-km
Höhe [m+NN]
Wasserspiegellagenfür Q =3884 m³/s
3149 m³/s
2350 m³/s
1768 m³/s
1164 m³/s
582 m³/s
226 m³/s
Sohlhöhen bez. auf:170 m Breitehöchster Punkt
mittl. Sohlhöhe
tiefster Punkt (Talweg)
Mod
ellg
renz
e
Wasserspiegellagen und SohlhöhenElbe-km 374-400 (Bereich Tangermünde)
22
24
26
28
30
32
34
36
38
374 376 378 380 382 384 386 388 390 392 394 396 398 400
Elbe-km
Höhe [m+NN]
Wasserspiegellagenfür Q =3894 m³/s / 3904 m³/s
3139 m³/s / 3125 m³/s
2328 m³/s / 2298 m³/s
1755 m³/s / 1736 m³/s
1168 m³/s / 1166 m³/s
584 m³/s / 583 m³/s
226 m³/s / 231 m³/s
Sohlhöhen bez. auf:170 m Breitehöchster Punkt
mittl. Sohlhöhe
tiefster Punkt (Talweg)
Pegel Tangermünde (km 388.2)
Mod
ellg
renz
e
Mod
ellg
renz
e
Wasserspiegellagen und SohlhöhenElbe-km 400-425,7 (Bereich Sandau-Havelberg)
18
20
22
24
26
28
30
32
34
400 402 404 406 408 410 412 414 416 418 420 422 424 426
Elbe-km
Höhe [m+NN]
Wasserspiegellagenfür Q =3904 m³/s
3125 m³/s / 3126 m³/s
2298 m³/s / 2299 m³/s
1736 m³/s / 1737 m³/s
1166 m³/s
583 m³/s
231 m³/s
Sohlhöhen bez. auf:170 m Breitehöchster Punkt
mittl. Sohlhöhe
tiefster Punkt (Talweg)
Mod
ellg
renz
e
Mod
ellg
renz
e
Wasserspiegellagen und SohlhöhenElbe-km 438-464 (Bereich Gnevsdorf - Wittenberge)
12
14
16
18
20
22
24
26
28
438 440 442 444 446 448 450 452 454 456 458 460 462 464
Elbe-km
Höhe [m+NN]
Wasserspiegellagenfür Q =3949 m³/s
3233 m³/s
2437 m³/s
1822 m³/s
1411 m³/s
706 m³/s
288 m³/s
Sohlhöhen bez. auf:196 m Breitehöchster Punkt
mittl. Sohlhöhe
tiefster Punkt (Talweg)
Pegel Wittenberge (km 454.6)
Mod
ellg
renz
e
ZuflussHavel
Wasserspiegellagen und SohlhöhenElbe-km 464-490,5 (Bereich Wahrenberg - Lenzen)
8
10
12
14
16
18
20
22
24
464 466 468 470 472 474 476 478 480 482 484 486 488 490
Elbe-km
Höhe [m+NN]
Wasserspiegellagenfür Q =3949 m³/s
3233 m³/s
2437 m³/s
1822 m³/s
1411 m³/s
706 m³/s
288 m³/s
Sohlhöhen bez. auf:196 m / 203 m Breitehöchster Punkt
mittl. Sohlhöhe
tiefster Punkt (Talweg)
Mod
ellg
renz
e
Wasserspiegellagen und SohlhöhenElbe-km 490,5-509 (Bereich Gorleben - Dömitz)
4
6
8
10
12
14
16
18
20
490 492 494 496 498 500 502 504 506 508
Elbe-km
Höhe [m+NN]
Wasserspiegellagenfür Q =3959 m³/s
3196 m³/s
2426 m³/s
1803 m³/s
1460 m³/s
730 m³/s
282 m³/s
Sohlhöhen bez. auf:203 m / 207 m Breitehöchster Punkt
mittl. Sohlhöhe
tiefster Punkt (Talweg)
Mod
ellg
renz
e
Wasserspiegellagen und SohlhöhenElbe-km 509-528 (Bereich Hitzacker)
2
4
6
8
10
12
14
16
18
509 511 513 515 517 519 521 523 525 527
Elbe-km
Höhe [m+NN]
Wasserspiegellagenfür Q =3959 m³/s
3196 m³/s
2426 m³/s
1803 m³/s
1460 m³/s
730 m³/s
282 m³/s
Sohlhöhen bez. auf:207 m / 211 m Breitehöchster Punkt
mittl. Sohlhöhe
tiefster Punkt (Talweg)
Wasserspiegellagen und SohlhöhenElbe-km 528-548 (Bereich Neu Darchau - Bleckede)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
528 530 532 534 536 538 540 542 544 546 548
Elbe-km
Höhe [m+NN]
Wasserspiegellagenfür Q =3959 m³/s
3196 m³/s
2426 m³/s
1803 m³/s
1460 m³/s
730 m³/s
282 m³/s
Sohlhöhen bez. auf:211 m Breitehöchster Punkt
mittl. Sohlhöhe
tiefster Punkt (Talweg)
Pegel Neu Darchau (km 536.5)
Wasserspiegellagen und SohlhöhenElbe-km 548-568,86 (Bereich Bleckede - Hohnsdorf)
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
548 550 552 554 556 558 560 562 564 566 568
Elbe-km
Höhe [m+NN]
Wasserspiegellagenfür Q =3959 m³/s
3196 m³/s
2426 m³/s
1803 m³/s
1460 m³/s
730 m³/s
282 m³/s
Sohlhöhen bez. auf:211 m / 215 m Breitehöchster Punkt
mittl. Sohlhöhe
tiefster Punkt (Talweg)
Mod
ellg
renz
e
Digitale Ergebnisse für ca. 507 km auf Daten-CD (Schlussbericht)
Gesamtlängsschnitt Hydraulik nach hydrologischen Vorgaben
Einzelgrafiken: Otte-Witte et. al. (2001)
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
Parameter ökologische Relevanz
- Wasserspiegelbreite B = f(Q) Breitenvarianz
- mittlere/maximale Fließtiefen h = f(Q) Tiefenvarianz
- Breite-Tiefe-Verhältnis B/h = f(Q) Profilform
- Breite der Ufer „MQ-MNQ“ ∆ b „Wasserwechselzone“
- Uferneigung β „Prall-, Gleitufer“
- Querschnittsanteil Buhnen Abuhnen „Strömungsberuhigte Zone“
- Ausuferungshöhen bzw. -häufigkeiten
- u.a.
MQ
MNQ
Höhe [m]
Breite [m]
Uferpunkte
β
Böschungsneigung
Talwegshöhe
∆ h
∆ b
hmax
mittl. Sohlhöhe
Buhne
Beispiele weiterer hydromorphologischer Datensätze
Büchele et al. (2001)
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
0.1 1.0 10.0Verhältnis Q / MQ (= Abfluss Q bezogen auf Mittelwasser der Teilstrecke)
ln (B/h)(Werte logarithmiert)
B/h
20
304050
100
200
300400500
1000
Breite/Tiefe-Verhältnis (Profilform)
Obere ElbeMittelgebirgstal
km 34 - 96
km 3 - 34km 155 - 198
Erosionsstrecke
Obere Mittelelbe Auental
km 271 - 288
Untere Mittelelbe Niederungstal
km 521 - 555
Bereich: Niedrigwasserbett Mittelwasserbett Hochwasserbett
Profilform in ausgewählten Elbestrecken
Grafik: eigene Darstellung
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
Bewertungsansatz
Parameter für große natürliche Fließgewässer:
- Profilform (Breite-Tiefe-Verhältnis) B/h = f(Q)
- Änderung vom Oberlauf zum Unterlauf
Grafik: eigene Darstellung
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
Bewertungsansatz(große natürl. Fließgewässer)
Leitbild (pot. nat. Zustand) ?
- hydromorphologische
Referenzbedingungen ???
Entwicklungsziele
- „guter ökologischer
Zustand (vorh. Potential)“
- wirtschaftliche, sichere
Nutzung (Fluss, Aue)
Ist-Zustand ?
Auswirkungen (Änderung B/h)
- Aufweitung, Rückbau- Verengung, Sohlerosion
Grafik: eigene Darstellung
0.1 1.0 10.0
Leitbild
Ist-Zustand
Profilform ln(B/h)
Sohle Ufer rezente Aue
Abfluss Q / MQ
Quantitative Leitbilddefinition ?Ansatz: „B/h flussabschnittsweise“- im historischen Zustand (wann) ?- getrennt nach Sohle / Ufer / Aue?- im heutigen pot. nat. Zustand mit irreversiblen Veränderungen ?
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
„Generalkarte von Lütkenwische bis Dömitz“ (1724)(Quelle: Niedersächs. Hauptstaatsarchiv Hannover)444 x 133 cm, Elbe-km 471-505, Maßstab: ~ 1:6250
Ableitung hydraulisch-morphologischer Referenzbedingungen
Torgau
Magdeburg
Dresden
Wittenberge
GeeshachtHamburg
Berlin
CR
...
Büchele, Träbing (2001)
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
Durchgängige Deichlinien (etwaheutiger Verlauf)
GewässerstrukturenInseln, Breitenvarianz,
Seitengewässer, ehem. Deichbrüche etc.
Einzelne Einbauten(Ufer-, Deichschutz)
Besonderheit: WassertiefenprofileTalweg und 17 Querschnitte
Detailausschnitt - Karte 1724
Karte: Nieders. Hauptstaatsarchiv
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
0.10 1.00 10.00Q / MQ
ln(B/h)
MittelwertIst-Zustand
St.abweichung
MittelwertHistorischerZustand
St.abweichung
Parameter: Profilform (B/h)
Niedrig- Mittel- Hochwasserbereich
Vergleich historischer - heutiger Zustand (Bereich MNQ-MQ)
Büchele, Träbing (2001)
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
Daraus ableitbar (qualitative / quantitative Änderungen von Habitateigenschaften):- historisch höhere Wasserspiegel in Fluss und Grundwasser (Aue), häufigere Ausuferung- historisch geringere mittlere Sohlschubspannung- biologische Bedeutung: Arteninventar im historischen Zustand ???
hist
act
act
histacthist B
BAA
3
3
λλ =
hist
act
act
hist
hist
actacthist B
BAAvv
λλ
⋅= ca. 0.4 - 0.6 m/s 0.7 - 0.9 m/s
Widerstandsbeiwert (Darcy-Weisbach)
Strömungsgeschwindigkeit
ca. 0.05 - 0.12 0.037 - 0.046
Vergleich historischer - heutiger Zustand (Bereich MNQ-MQ)
Wasserspiegelbreite (B) ca. 425 m 190 - 260 m (zw. Buhnen)Mittelwertca. 80 - 115 m 11 - 30 mSt.abw.
Historisch Heute (MNQ-MQ)
ca. 250 87 - 90
Parameter
Profilform (B/h) Mittelwert
ca. 1.7 m 2.1 - 3.0 mFließtiefe (h = A/B) Mittelwert
Büchele, Träbing (2001)
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
Überflutungsflächen (GIS-basierte Ermittlung)
Flächensumme entlang der Mittleren Elbe
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
Elbe-km
Summe F [ha]
Potential Ü-flächen (Ist-Zustand +Pot. Deichrückverlegungen)Modellierte Flächen (DRV-Untersuchung)Überflutungsflächen Ist-Zustand(Vorland + Fluss)Vorland links
Vorland rechts
Flussschlauch
Vorland linksVorland rechts
Flussschlauch
Ist-Zustand(Fluss + Vorland)
Gesamtpotential allerDeichrückverlegungen
ModelluntersuchungDeichrückverlegungen
Büchele et al. (2001)
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
time
waterlevel h
time
Dike shifting (natural retention)
∆h reduction of peak water level storage
volume S(filling)
storagevolume S(emptying)
Polder (controlled retention) waterlevel h
∆h reduction of peak water level
storagevolume S(filling)
storagevolume S(emptying)
additionalstorage volume
(former dike)
newdike
S
opening orremoval
additionalstorage volume
existing dike
second dike
S
flooding byinlet system
Wirksamkeit von potentiellen Deichrückverlegungen/Poldern
Grafik: eigene Darstellung
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
Hochwasserstatistik und Scheitelabflüsse 2002 im Längsschnitt
Helms, Büchele, Ihringer, Nestmann (2004)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550E l b e - k m
peak
flow
[m³/s
] (H
Q-T
with
T [a
] and
HQ
200
2)
Longitudinal sections 1964-1995 Gauge values 1936-1995 Specific Event August 2002H Q - 2 H Q - 2 HQ observed at gauges (rating curves)H Q - 5 H Q - 5 HQ reconstructed (flood-routing model*)H Q - 2 0 H Q - 2 0 HQ without dike failures (fictive)H Q - 1 0 0 H Q - 1 0 0 HQ without retention measure (fictive)
Dresden Torgau Wittenberg AkenBarby
Magdeburg Wittenberge Neu Darchau
dike failures
retention measureat Havel mouth
Mulde tributarySaale tributary
Tangermünde
* input data: observed hydrograph Dresden with addition of observed tributary hydrographs, the latter with uncertainties due to backwater effects
Vockerode
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
Hydrologische Studie 2003 im Auftrag des LHW Sachsen-AnhaltMögliche Polderstandorte zur Notentlastung bei Extremereignissen (> BHQ)
Ihringer, Büchele, Mikovec, Friedrich (2004)
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
Habitatmodellierung in Abhängigkeit der langfristigen Fluss-Grundwasser-Dynamik
Beispiel: Vegetationstyp Flutrasen
Kooperation 2005 von ehemaligen Elbe-Ökologie-Beteiligten
Büchele, Burek, Baufeld, Leyer (2005)
Vortrag Büchele / Nestmann Integriertes Flussgebietsmanagement - Beispiel Elbe Leipzig 09.11.2005
SchlussbemerkungenBMBF-Verbundprojekt im Rahmen der Elbe-Ökologie-Forschung
- integrierter Ansatz von Ökologie bis HW-Schutz im Flusslängsschnitt
- Schaffung umfangreicher Grundlagen (Datenbasis, Modelle) nach kohärentem Prinzip
(Abschluss vor Konkretisierung der Anforderungen der WRRL und vor Hochwasser 2002)
- Konstruktive Zusammenarbeit mit Behörden und parallelen Forschungsprojekten
(Informationsaustausch über Fach-, Länder-, Zuständigkeits- und Projektgrenzen hinweg)
Ergebnisverwertung
- Schlussbericht mit Daten-CD (vielfache Nutzung im Elberaum)
- Weitergabe von Modellen an BfG & BAW (u.a. für Elbe-DSS)
- Grundlagen für Aktionsplan HW-Schutz Elbe (IKSE 2003)
- Grundsatzstudie zu möglichen Notpoldern im Land Sachsen-Anhalt (2003)
- Ansatzpunkte für Hochwasserforschung: BMBF-Förderaktivität RIMAX (seit 2005)
Besonderes Lob und Dank für Kooperation + Koordination
- Elbe-Ökologie-Koordination und Projekte
- Fachlicher Austausch und Zusammenarbeit mit IKSE, BfG, BAW, Landesämter
- BMBF / Projektträger für die langjährige Unterstützung