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Dezentrale und naturnahe Retentionsmaßnahmen als Beitrag zum Hochwasserschutz in mesoskaligen Einzugsgebieten der Mittelgebirge

Distributed and natural retention measures as a contribution of flood protection in mesoscaled catchment areas of low mountains

  • Die Arbeit befasst sich mit der quantifizierenden Wirkungsabschätzung folgender Hochwasserschutzmaßnahmen: Auwaldaufforstung, Kleinrückhalte, Tieflockerung und Wegebaumaßnahmen. Neben der Betrachtung der hochwassermindernden Wirkung der einzelnen Maßnahmen werden auch die Grenzen der eingesetzten Simulationsmodelle aufgezeigt, diskutiert und Impulse für die Weiterentwicklung der Modellsysteme geben. Für die Auwaldaufforstung wurde ein zweidimensional instationäres Strömungsmodell auf der Basis des Rauhigkeitsansatzes nach Manning-Strickler auf einen rund 7,0 km langen Abschnitt eines Auetalgewässers angewendet. Bezüglich der hochwassermindernden Wirkung der Maßnahme Auwaldaufforstung konnte festgestellt werden, dass sich die Wirkung nahe der modelltechnischen Nachweisbarkeitsgrenze bewegt. Als Referenzereignisse dienten ein ca. 5-10 jährliches sowie ein ca. 50-80 jährliches Hochwasserereignis. In allen untersuchten Fällen blieb die relative Scheitelabminderung deutlich unter 1 %. Der Maßnahmentyp Kleinrückhalte wurde zunächst anhand von zwei Einzugsgebieten der Mesoskale (Obere Blies, AE ca. 8,5 km-² und Thalfanger Bach, AE ca.17 km-²) sowie anhand von mehreren hieraus abgeleiteten Fiktivsystemen mit Hilfe eines konzeptionellen Flussgebietsmodells untersucht. Die Untersuchung von Fiktivsystemen diente der Identifikation derjenigen Modellparameter, die den Effekt " also die hochwassermindernde Wirkung der Maßnahme " im Wesentlichen bewirken. Anschließend erfolgte eine Betrachtung des Maßnahmentyps Kleinrückhalte in den Flussgebieten von Prims (AE ca. 730 km-²) und Blies (AE ca. 1.890 km-²). Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die Retentionswirkung von Kleinrückhalten entscheidend vom Volumen der jeweiligen Standorte und vom Volumen des betrachteten Hochwassers abhängt. In Abhängigkeit des Volumens wurden Scheitelabminderungen " je nach Ereignis " von < 1 % bis über 60 % simuliert. Entscheidend ist die Summe des Volumens der Einzelstandorte. Liegt das Gesamtvolumen unter einem Wert von 2,0 mm Gebietsrückhalt, so kann davon ausgegangen werden, dass die Maßnahmen nicht signifikant zur Hochwasserminderung beitragen können. Das Retentionspotenzial der Kleinrückhalte kann entscheidend gesteigert werden, wenn die Drosselöffnungen der Kleinrückhalte entsprechend optimiert werden. Die Arbeit stellt ein einfach handhabbares Regionalisierungsverfahren zur Abschätzung des Retentionspotenzials in mesoskaligen Einzugsgebieten (bis 20 km-²) vor. In den Einzugsgebieten von Blies und Prims würden jeweils 104 bzw. 79 Standorte mit einem Gesamtvolumen von 1,9 bzw. 2,5 mm zu Scheitelabminderungen am Gebietsauslass von 2-4 % bzw. 3-5 % bei interessanten, schadbringenden Hochwasserereignissen führen. Die Maßnahmentypen Tieflockerung und Wegebaumaßnahmen wurden mit Hilfe eines Wasserhaushaltsmodells im Einzugsgebiet der Oberen Blies untersucht. Für dieses Gebiet liegen die simulierten Scheitelabminderungen bezogen auf das zugrunde liegende Hochwasserereignis vom Dezember 1993 (ca. HQ10) bei jeweils < 5 % für die beiden untersuchten Maßnahmentypen Tieflockerung und Wegebaumaßnahmen. Generell sind die Möglichkeiten der Tieflockerung und der wegebaulichen Maßnahmen als Hochwasserschutzmaßnahmen begrenzt auf kleinere, 1-5 jährliche Ereignisse. Große, schadbringende Ereignisse können nicht signifikant abgemindert werden.
  • This dissertation deals with the quantifying assessment of the following measures of flood control: afforestation of floodplain forest, small retention basins, deep loosening and measures on roads and paths. Beside of the examination of flood decreasing effect of each measure, the limits of the used simulation models are pointed out and discussed. From this, impulses for enhancements of the models are derived. For the evaluation of floodplain forest, a two-dimensional unsteady hydraulic model based on the approach of Manning-Strickler was applied to a river section which is 7.0 km in lengths. Regarding the flood deceasing effects of that measure it could be shown that the effects are close to the detection limit of the used model. As reference flood, both, a flood event that statistically occurs all 5-10 years as well as an event with a return period of 50-80 years was used. For all investigated scenarios, flood decreasing was less than 1%. At first, the measure type of small retention basins was investigated by using a conceptual rivershed storm runoff model in two mesoscaled catchments (Upper Blies, approx. 8.5 km-² and Thalfanger Bach, approx. 17 km-²) as well as on the basis of several fictive systems which was derived from both real systems. The investigation of fictive systems served the identification of such parameters that cause mainly the flood decreasing effect. Afterwards, small retention basins were investigated in two larger catchments of Prims River (approx. 730 km-²) and Blies River (approx. 1,890 km-²). The simulation results show, that the flood decreasing effect of small retention basins depends mainly on the volume of the basins as well as on the volume of the based flood event. Depending on the volume of small retention basins, decreasing of flood peak flow of less than 1 % up to more than 60 % was simulated. Most significant is the sum of volume of all small retention basins. If that overall volume is less than 2.0 mm one can assume that the measures can"t contribute to flood decreasing significantly. The flood decreasing effect of small retention basins can be increased importantly, if throttles of measures are optimized. This dissertation shows an easy to use approach of regionalization by which the flood decreasing potential of small retention basins of mesoscaled catchments (up to max. 20 km-²) can be estimated. In the catchments of Blies River and Prims River 104 respectively 79 sites with an overall volume of 1.9 respectively 2.5 mm would lead to flood peak reductions of 2-4 % respectively 3-5 % regarding large, damaging flood events. Both measure types deep loosening and measures on roads and paths was investigated in the catchment of the Upper Blies River by using a hydrological water balance model. For that Upper Blies catchment, flood peak reductions of less than 5 % was simulated for both measure types, regarding a 10-year flood event. It can be said that these measures have a flood decreasing effect on small flood events with return periods of 1-5 years. Large, damaging events can not be decreased significantly.

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Metadaten
Author:Thomas Kreiter
URN:urn:nbn:de:hbz:385-4063
Advisor:Markus Casper
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of completion:2007/03/14
Publishing institution:Universität Trier
Granting institution:Universität Trier, Fachbereich 6
Date of final exam:2006/11/24
Release Date:2007/03/14
Tag:N-A-Modelle; NAM-NKF; Simulation; WaReLa; WaSiM-ETH
deep loosening; flood control; small retention basins
GND Keyword:Auwald; Hochwasserschutz; Hydraulik; Hydrologie; Kleinrückhalte; Modellierung; Tieflockerung; Wasserbau; Wasserwirtschaft; Wegebaumaßnahmen
Institutes:Fachbereich 6 / Geographie und Geowissenschaften
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 55 Geowissenschaften, Geologie / 550 Geowissenschaften

$Rev: 13581 $