Bezirksregierung Detmold
Hydrologie
Hydraulik
Landnutzung
Für Studien und Planungen zum Hochwasserschutz werden seit über 20 Jahren hydrologische Computermodelle, auch als Niederschlag-Abfluss-Modelle (N-A-Modelle) oder Flussgebietsmodelle bezeichnet, eingesetzt. Mit diesen Modellen wird das Niederschlag-Abflussgeschehen in einem Untersuchungsgebiet nachgebildet. Gelingt die Nachbildung von gemessenen Ereignissen für den gegenwärtigen Zustand (Kalibrierung des Modells), kann das Modell unter anderem für die Simulation von Planungsvarianten verwendet werden. Hierbei werden als Belastung historische oder statistische Niederschläge verwendet. Das Modell liefert dann an beliebigen vorgegebenen Stellen (Knoten) des Untersuchungsgebiets Abflusswellen, welche mit hydraulischen Simulationsmodellen in Wasserstände umgerechnet werden. Anhand dieser Wasserstände wird die Wirksamkeit von geplanten Maßnahmen im gesamten Untersuchungsgebiet nachgewiesen.
Das N-A-Modell der Emmer wurde 1987 vom StUA Minden aufgestellt. Mit den Niederschlagsdaten und Abflussmessungen mehrerer Hochwasserereignisse wurde das Modell verifiziert. Mit dem N-A-Modell wurden für jeden Gewässerknotenpunkt die Abflüsse der Häufigkeiten HQ5 (fünfjährliche Wiederkehr) bis HQ5000 (Katastrophenereignis) berechnet.
Für die vorliegende Arbeit wurden die Modelldaten WSPLWA vom StUA Minden übernommen, mit den überarbeiteten Strecken Wöbbel und Oeynhausen ergänzt, im nieder-sächsischen Abschnitt aktualisiert und mit den Abflüssen der Berechnungsergebnisse aus dem N-A-Modell versehen. Die Datenerhebung für das Hydraulikmodell Emmer erfolgte in den Jahren 1986 bis 1988. Die außergewöhnlichen Hochwasser (12/86, 12/88) erlaubten eine gute Eichung des Modells. Mit dem kalibrierten Niederschlag-Abfluss-Modell (kurz N-A-Modell) wurden auf der Basis von Bemessungsniederschlägen Scheitelwerte für die Jährlichkeiten 2, 5, 10, 20, 50, 100 und 200 berechnet. Die Bemessungsabflüsse sind Eingangsgrößen für ereignisspezifische Berechnungen von Hochwasserbelastungen im Rahmen der Hochwasserschadensuntersuchungen.
Das Berechnungsverfahren simuliert das Abfluss-Wasserstand-Verhalten in einem Gerinne, das aus den Talquerprofilen und deren Abständen gebildet wird. Seine Rauheiten werden durch den "Strickler-Parameter" kSt dargestellt. Die jeweiligen Profile sind in der Regel ungleich und der Abfluss von Profil zu Profil ändert sich über die Zeit nicht. Der Abfluss ist somit stationär ungleichförmig. Die Strömungsrichtung ist eindimensional.
Grundlagendaten für das Hydraulikmodell des untersuchten Gewässersystems Emmer sind:
Das Hydraulikmodell Emmer wurde mit Hilfe von Abflussmessungen, Hochwassermarken und Pegelkurven verifiziert. Insbesondere die Abflussmessungen und Pegelstatistiken des Katastrophenhochwassers vom Oktober 1998 wurden berücksichtigt.
Mit diesen Grundlagen werden die Wasserspiegellagen und Abflüsse für vorgegebene statistische Hochwasserereignisse (HQ5 - HQ5000) berechnet und in hydraulischen Längsschnitten dargestellt.
Die Wasserspiegellagenberechnung endet unterhalb Merlsheim. Eine weitergehende Modellierung würde einen hohen Aufwand erfordern. Durch das große Gefälle bedingt herrscht überwiegend schießender Abfluss, aus dem Wasserstände bei den gegebenen stark wechselnden Gerinneformen nur mit einer großen Anzahl von Profilen und auch dann nur annähernd berechnet werden könnten. Da in diesem natürlichen Bereich des Oberlaufes bis zur Quelle die Abflussverhältnisse auch im Hochwasserfall ohnehin keine Gefährdung bedeuten, wurde auf eine Modellierung verzichtet.
Für jeden Pegel wurde eine Abflusskurve erstellt. Der Vergleich zeigt eine gute Übereinstimmung zwischen dem Hydraulikmodell und den Abflussmessungen.
Des weiteren werden Modellrechnungen durchgeführt. Grundlage dafür war zum Einen die Überlegung, wie sich die Abflussverhältnisse bei potentiell naturrauhem Zustand der Aue ändern und zum Anderen die Frage, wie sich das Abflussgeschehen nach der Realisierung vorgeschlagener Maßnahmen ändert.
Das digitale Geländemodell der Landesvermessung (DGM5) und die mit dem Hydraulikmodell errechneten Wasserspiegellinien werden digital verschnitten. Daraus ergeben sich wassertiefenabhängige Überschwemmungsflächen.
Durch die Geländestruktur, künstliche Barrieren und sonstige Bedingungen kann die Verschneidung zu unrealistischen Ergebnissen führen. Deshalb wird die Verschneidung auf ganzer Länge überprüft und nachgebessert. Zur detaillierteren Abgleichung der Grenzen werden Kanaldaten (Schachtdeckelhöhen) sowie Höhenkarten herangezogen.
Die ermittelten Überschwemmungsflächen werden für das gesamte Aktionsplangebiet in Lageplänen 1:5.000 dargestellt.
In den Hydraulikprogrammen wird im allgemeinen mit einem Wasserspiegel auf die ganze Profilweite gerechnet. Der Wasserspiegel kann aber in Randbereichen und Stillwasserzonen aufgrund der fehlenden Geschwindigkeitshöhe höher liegen als der gemittelte. Für die Emmer mit ihren hohen Fließgeschwindigkeiten heißt dies, dass der Wasserspiegel in Stillwasser- und Anströmbereichen, bis zur Geschwindigkeitshöhe hv = v²/(2*g) höher sein kann als im Flussschlauch. Bei einer Fließgeschwindigkeit von bis zu 2,5 m/s sind dies immerhin > 0,3 m.
Zu einer umfassenden Betrachtung der Hochwassersituation und -gefährdung ist es notwendig, auch die ökonomischen Auswirkungen eines Hochwasserereignisses zu kennen. Hierzu dient die Abschätzung des Schadenspotenzials von hochwassergefährdeten Bereichen. Die Kenntnis des Schadenspotenzials ist die Grundlage zur Diskussion über nachhaltige Hochwasserschutzmaßnahmen.
Um das Schadenspotential abschätzen zu können, bedarf es umfassender Informationen über die
Aus der Hydrologie und der Hydraulik lassen sich mit Hilfe der Geländehöheninformationen durch hydraulische Modellberechnungen die sog. Belastungsgrößen an von Überflutungen betroffenen Objekten (Gebäude oder Anlagen) berechnen. Unter Belastungsgrößen versteht man hierbei die Überflutungshöhe und -fläche an einem Objekt bei Hochwasser. Kennt man diese Größen, so kann über Schadensfunktionen ein Hochwasserschaden für das Objekt berechnet werden. Schadensfunktionen beschreiben den Zusammenhang zwischen den schadensverursachenden Parametern Überflutungshöhe und -fläche (oder auch -dauer) und daraus resultierende monetären Schäden. Diese Funktionen ergeben sich vor allem aus der Analyse von dokumentierten Hochwasserschäden. Seit 1985 werden solche Hochwasserschäden in Deutschland gesammelt, systematisch untersucht und in einer zentralen Datenbank verwaltet. Aus diesen Daten wurden in wissenschaftlichen Untersuchungen gemittelte Funktionsverläufe der Hochwasserschäden für unterschiedliche Objektnutzungen (Wohnen, Produktion, Handel und Dienstleistung) ermittelt. Diese Schadensfunktionen können nutzungsspezifisch abgeändert werden, um die vorhandene Situation besser abzubilden.
Auf der Basis von
können monetäre Hochwasserschäden berechnet werden (siehe nachstehende Abbildung). Damit ist für jedes betrachtete Hochwasserereignis, für jede Landnutzungseinheit der monetäre Hochwasserschaden bekannt.
Um Schäden an Objekten abschätzen zu können, müssen diese in verarbeitbarer Form vorliegen, so dass eine Verschneidung mit den ermittelten digitalen schadensverursachenden Hochwasserbelastungen (z.B. Einstauhöhe, Einstaufläche) möglich ist.
Die Bestimmung der Nutzung der Objekte geschah in einem ersten Schritt auf Basis des Verschnitts des Objekts mit den zur Verfügung stehenden ATKIS-Objekten und deren Zugehörigkeit zu einem Wirtschaftszweig. Um diese Zuordnung zu verfeinern wurde eine Bereisung des Untersuchungsgebiets durchgeführt. Bei der Bereisung wurde neben der Nutzung der Objekte das Vorhandensein von Kellern und deren Nutzung ("minderwertig" = Vorratskeller, "hochwertig" = vollwertiger Wohnraum mit zusätzlichem Hausrat) bei Wohngebäuden sowie das Höhenniveau der Erdgeschossfußböden im Vergleich zum Geländeniveau (ausgedrückt in Anzahl der Stufen bis zum Eingang) aufgenommen. Diese Eigenschaften (Kellernutzung/Höhe über Geländeniveau) haben Einfluss auf die Art und den Verlauf der Schadensfunktion.
Zusätzlich wurde bei Objekten aus den Wirtschaftszweigen "Staat" (ST) sowie "Energie- und Wasserversorgung" (EW) die Grundfläche der Objekte aus der Karte digitalisiert, so dass diesen Objekten eine Flächegröße zugewiesen werden kann. Für die Wirtschaftszweige "Landwirtschaft" (LW) sowie "Verarbeitendes/produzierendes Gewerbe und Baugewerbe" (VB) wurden dagegen die Grundstücksflächen bzw. bei landwirtschaftlichen Betrieben die Hofflächen aus der DGK 5 digitalisiert, da bei Betrieben dieser Wirtschaftszweige anzunehmen ist, dass die gesamte Grundfläche zur Erwirtschaftung des Kapitals und Vermögens genutzt wird (beispielsweise werden Freiflächen als Außenlager genutzt). Ausnahme bilden hier einzeln stehende landwirtschaftliche Scheunen, bei denen lediglich die Gebäudegrundfläche digitalisiert wurde. Bei Betrieben des Wirtschaftszweiges "Handel und Dienstleistung" (HD) wurde in Innenstadtbereichen (oder bei Betrieben, bei denen aufgrund des Gewerbes nicht mit hochwasserempfindlichem Vermögen auf den Freiflächen des Grundstücks zu rechnen ist) die Gebäudegrundfläche digitalisiert. Außerhalb von Stadtbereichen (und bei Betrieben, bei denen aufgrund der Art des Gewerbes mit hochwasserempfindlichem Vermögen auf den Freiflächen gerechnet werden kann, beispielsweise bei Auslieferungslagern) wurden wie bei VB- und LW-Betrieben die Grundstücksflächen aus der DGK 5 digitalisiert. Diese Flächen sind notwendig, um die maximal hochwassergefährdeten Vermögen auf diesen Flächen zu ermitteln.
Zur Definition der landwirtschaftlichen Flächen wurden die zur Verfügung stehenden ATKIS-Objekte der Objektarten 4101 (= "Ackerland") und 4102 (= "Grünland") verwendet. Da bei der Erstellung von ATKIS-Daten kleinflächige andersartige Nutzungen (Beispiel: Grundstück eines Bauernhofs in einem Weidegebiet) nicht berücksichtigt werden, wurden solche Nutzungen (deren Umrisse aus den verfügbaren Kartenmaterialien erkennbar waren) aus den oben genannten ATKIS-Flächen ausgestanzt.
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