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unilogo Universität Stuttgart
Institute of Hydraulic Engineering

Research: Hydraulic Laboratory

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Entwicklung eines integrativen Bewirtschaftungskonzepts für Trockenbecken und Polder zur Hochwasserrückhaltung
Project manager:Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Westrich
Research assistants:Dr.-Ing. Sven Wurms
Dipl.-Geoökol. Thomas Jancke
Dipl.-Geogr. Steffen Schönau
Duration:15.6.2005 - 14.6.2008
Funding:externer Link Federal Ministry of Education and Research (BMBF)
Project Partners:
Comments:Das Projekt wird vom BMBF im Rahmen der Förderaktivität externer Link RIMAX finanziert.

Projektträger ist das Forschungszentrum Karlsruhe, Bereich Wassertechnologie und Entsorgung externer Link (PTKA)

externer Link rimax-hochwasser

This project is part of the research area:
Hydromorphology

Poster:Poster (PDF)

Abstract:

Logos der Beteiligten Partner

Der moderne Hochwasserschutz umfasst ein komplexes System mit den Bereichen Hochwasserflächenmanagement, Technischer Umweltschutz und Hochwasservorsorge (Drei-Säulenstrategie). Die bestehenden Hochwasserschutzkonzepte beschränken sich bislang allerdings auf wassermengenbezogene Aspekte zur Minderung von Schadenspotenzialen, während die Frage der stofflichen Mobilisierung, der stofflichen Belastungen und daraus resultierende Konsequenzen für die Nutzungen in natürlichen und baulichen Überflutungsräumen ausgeblendet wird. Insofern bleiben heute viele Fragen bei wasserwirtschaftlichen Entscheidungen unberücksichtigt, z.B.:
  • Auf welche Weise können Hochwasserrückhaltebecken zur gezielten Retention von stofflichen Belastungen genutzt werden?
  • Können durch Steuerungsstrategien stoffliche Belastungen auf ökologischen Vorranggebieten minimiert werden?
  • Welche nachhaltige Landnutzung ist in Trockenbecken und Poldern auf Dauer sinnvoll?
  • Wie ist das im geplanten Hochwasserschutzgesetz vorgesehene Umbruchverbot in erosionsgefährdeten Vorlandbereichen mit Blick auf Trockenbecken und Polder zu bewerten?
Skizze Sedimentationsdynamik Landnutzungsbeeinträchtigung

Das Ziel des Vorhabens ist es, ein praktikables, innovatives Handlungsinstrumentarium zur Ausarbeitung von integrativen Bewirtschaftungskonzepten für Trockenbecken und Polder in Form eines Leitfadens zu erstellen. Hierin sollen die wesentlichen Arbeitsschritte - wasserwirtschaftliche Systemanalyse (Bestandsaufnahme) zur Bewirtschaftungszielfindung, modellgestützte Szenarienanalyse und Bewirtschaftungskonzeption - im Detail erläutert und dem späteren Nutzer geeignete Hilfsmittel (z.B. Standardformulare, Checklisten, etc.) zur Verfügung gestellt werden.
Auf der Basis der grundlegenden Untersuchungsergebnisse sollen die erarbeiteten Methoden, getesteten Modelle und Bewertungskriterien auf zwei unterschiedlich geartete Einzugsgebiete praxisorientiert angewandt werden.
  • Fallstudie Rems: Das Remstal ist stark besiedelt, es besitzt wichtige Industriestandorte und weist eine intensive Landnutzung (insbesondere Weinbau) auf. Hier kann ein Beitrag zum regionalen Hochwasserschutzkonzept und der künftigen Landnutzung im Einzugsgebiet und in den überflutungsgefährdeten Gebieten erwartet werden.

  • Fallstudie Erft: Bei dem zu untersuchenden Teileinzugsgebiet der Erft steht zum einen die Frage nach Möglichkeiten einer gezielten Rückhaltung partikulärer Schwermetalle aus ehemaliger Erzgewinnungsstätten und ackerbaulich genutzten Abraumhalden durch den Bau und Betrieb von Retentionsanlagen im Vordergrund. Zum anderen ist die Frage der Landnutzung in natürlichen Retentionsräumen und Hochwasserrückhaltebecken in einem Beckenverbundsystem zu beantworten.
Inhalte der Teilprojekte:

Die Erstellung des integrativen Bewirtschaftungskonzeptes erfordert inhaltlich aufeinander abgestimmte Teilprojekte mit festgelegtem Datenaustausch.

Schema der Teilprojekte

Im Rahmen des Teilprojektes "Sedimentations- und Stoffdynamik in Retentionsräumen und Überschwemmungsgebieten" (Institut für Wasserbau der Universität Stuttgart, Versuchsanstalt für Wasserbau) sollen mit einem 2-dimensionalen Strömungs- und Transportmodell (TELEMAC CTM-SUBIEF-2D) die bei extremen Hochwasserereignissen in Retentionsräumen und Überflutungsflächen auftretenden Sedimentationsprozesse als Grundlage für eine stofforientierte Bewirtschaftung quantitativ beschrieben werden. Hierbei wird der gesamte von der Hochwasserschutzmaßnahme betroffene Wirkungsraum, d.h. der Retentionsraum selbst sowie der Unterwasserbereich, erfasst und eine ereignisbezogene Sediment- und Schadstoffbilanz erstellt. Auf der Basis der numerischen Modelle werden Kriterien zur Gestaltung von Retentionsräumen und für adaptive Betriebsreglements zur kontrollierten und effektiven Schadstoffrückhaltung erarbeitet. Des Weiteren soll ein Beitrag geleistet werden zu allgemeinen Nutzen-Kostenbetrachtungen, wobei im Rahmen dieses Teilprojektes die Verringerung des Schadensrisikos durch Hochwasserschutzmaßnahmen der Beeinträchtigung der Flächennutzung gegenübergestellt werden soll.

Das Teilprojekt "Flächendetaillierte Modellierung von Abfluss, Erosion und Stoffaustrag aus Einzugsgebieten" (Universität Stuttgart, Institut für Wasserbau, Lehrstuhl für Hydrologie und Geohydrologie) untersucht modellbasiert das hydrologische und stoffliche Verhalten der beiden Einzugsgebiete. Dabei werden mit einem geeigneten Modell (WEPP, AGNPS, EUROSEM, EROSION-3D) Stoffabtrag durch Abfluss und Niederschlagsaufprall, -ablagerung und -austrag von Hochwasser auslösenden Einzelereignissen beschrieben sowie deren Beeinflussung durch die Variation von Niederschlag (Intensität, Menge, Verteilung) und Landnutzung (Nutzungsart, Bearbeitung etc.) analysiert. Die so ermittelten Abfluss- und Stoffkonzentrationsganglinien werden an den Rückhaltebecken an das Teilprojekt "Sedimentations- und Stoffdynamik in Retentionsräumen und Überschwemmungs-gebieten" als Eingangsdaten für die hydrodynamische Stofftransportmodellierung übergeben.

Die Sofftransportmodellierung liefert ihrerseits die Daten für das Teilprojekt "Angepasste Landnutzung in Retentionsräumen und in deren Einzugsgebiet zur Minimierung von Umweltschäden und Ertragseinbußen in der Landwirtschaft" (Institut für Bodenkunde und Standortslehre der Universität Hohenheim), in welchem die stoffliche Beeinträchtigung der Bodenqualität und Landnutzung untersucht wird.

Im Teilprojekt "Entwicklung eines integrativen Bewirtschaftungskonzepts für Trockenbecken und Polder zur Hochwasserrückhaltung mit besonderer Würdigung der stofflichen Aspekte" externer Link (Erftverband) wird aus praktischen Anforderungen und Erfahrungen heraus ein Konzept für die wasserwirtschaftliche Systemanalyse als Grundlage für die integrative Hochwasserbewirtschaftung entwickelt. Unter der Federführung des Erftverbandes werden die Forschungsergebnisse mit den Fallstudien Rems und Erft in Form eines Leitfadens für eine integrative Bewirtschaftung von Retentionsanlagen und Überschwemmungsgebieten zusammenfassend dargestellt.