Projekt 06431/01

Auenhydrologie: Untersuchung der Auswirkung von Überstau auf Ökologie, Bodenfeuchte und Flurabstände der Vorläufer

Projektdurchführung

HYDROTEC Ing.-Ges. für Wasser und Umwelt mbH
Bachstr. 62 - 64
52066 Aachen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Der wichtigste Konflikt bei der Konzeption und der Umsetzung von Auenkonzepten bzw. der Rückgewinnung von Auen besteht in der landwirtschaftlichen Flächennutzung. Aber auch andere Nutzungen sind von der Auenrückgewinnung betroffen. Wichtige Fragestellungen hierbei sind immer, wie sich konkret der Wasserhaushalt, die Grundwasserstände, die Häufigkeit, Höhe und Dauer der Auenüberflutung einstellen werden. Auch die Entwicklungsbedingungen der Flora und Fauna in der Aue sowie z. B. die zeitgemäße Hochwasserschutzplanung erfordern detaillierte Kenntnisse zum Wasserhaushalt der Oberflächengewässer und des Grundwassers. Dezentrale und naturnahe Hochwasserschutzkonzepte unter Beachtung der Rückhaltewirkung in den Auenlandschaften werden häufig wegen der aufwendigen Planungsverfahren ohne nähere Untersuchung verworfen. Die Entwicklung effektiver Instrumente zum Alternativenvergleich verbessert die Realisierungschancen dezentraler Konzepte.
Die standardmäßige Einbeziehung von Bewertungskriterien, die heute nur in aufwendigen Pilotuntersuchungen berücksichtigt werden können, erlaubt die Berücksichtigung der Belange des Hochwasserschutzes, des Naturschutzes und der Landwirtschaft bei Alternativenvergleichen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAusgehend von mehreren Fallbeispielen zur Hydrologie der Auen wurden im Hinblick auf die Beurteilung von Entwicklungszielen der Gewässer-Auen-Landschaft Fragestellungen an modelltechnische Untersu-chungen zusammengestellt. Betrachtungen zu Machbarkeit und Defiziten führten zu Anforderungen an die Weiterentwicklung der Bewertungsverfahren durch
· Konkretisierung von Kennwerten zur Bewertung von Szenarien,
· Verbesserung der Werkzeuge zur Prognose der Eingriffsfolgen,
· Sammlung und Bereitstellung von Anwendungswissen für modelltechnische Werkzeuge, erforderliche Daten und Bewertungsverfahren.
Entwickelte Verfahren wurden im Hinblick auf praktische Nutzbarkeit anhand der Fallbeispiele evaluiert.
Die Modelltechnik soll die Generierung von Kennwerten zur Hochwasser-Bewertung, von Einstauhöhenhäufigkeit und -dauer der Teilsysteme, der Abflusscharakteristik, der GW-Neubildung aus Niederschlagswasser in der Aue, der Versickerung von retendierten Hochwasserabfluss und der Wasserbilanz für Teilsysteme ermöglichen. Das beantragte Vorhaben beinhaltet 3 Fallbeispiele. Sie greifen Projekte mit aktuellen Zielsetzungen auf. Erarbeitet wurde ein Instrumentarium, das unmittelbar eingesetzt werden kann. Bestandteile sind klassifizierte Leitbilder, standardisierte Bewertungskriterien, Anforderungen an die Modelltechnik, Arbeitsempfehlungen für den Einsatz der Modelltechnik sowie eine Pilotanwendung.


Ergebnisse und Diskussion

Aufgrund der planerischen und modelltechnischen Ausgangssituation wurden folgende Rahmenbedingungen gesetzt:
· Die wesentlichen Fragestellungen der aktuellen Auenprogramme wurden aufgegriffen. Diese beziehen sich zum einen auf die Betrachtung extremer Hochwassersituationen, zum anderen auf die Be-schreibung von Feuchte- und Ausuferungsproblemen für häufig wiederkehrende, kleinere Hochwäs-ser.
· Die im Projekt erstellten hydrologischen/hydraulischen Modellierungen beschreiben die tatsächlichen Probleme in Ort und Zeit hinreichend genau. Dazu zählt die Betrachtung von ausreichend langen Zeiträumen (Langzeitsimulation), die Abbildung der kompletten Wasserbilanz inkl. Bodenwasserhaushalt, mögliche GW-Beeinflussungen und Gewässer-Vorland-Interaktionen, detaillierte Beschreibung von Oberflächenabfluss und Retentionseffekten in Landschaft und Fliessgewässern.
· Die Verfahrensweisen müssen örtlich exakt, die Bearbeitung effizient und die Berechnung transparent und nachvollziehbar sein. Aus diesem Grund war eine GIS-basierte Bearbeitung selbstverständlich.
Mit den entwickelten Methoden ist die Betrachtung sowohl der häufigen Hochwässer mit Wiederkehrzeiten zwischen 0,5 und 5 Jahren als auch der seltenen Extremhochwasser möglich. Für den ersten Arbeitsbereich (kleine Hochwasser) konzentrierten sich die Entwicklungsarbeiten daher auf die Erarbeitung von Funktionalitäten zur Beschreibung der renaturierten Systeme. Dabei ist mit dem entwickelten Instrumentarium die Abbildung von z. B. Rückbau von Entwässerungsstrukturen, u. a. Drainagen, und Maßnahmen der Renaturierung der Gewässer mit Ufer- und Vorlandbereichen explizit möglich. Bewertungsmaßstäbe basieren auf kategorischen Klassifizierungen - der im Antrag formulierte Vorsatz, Kenngrößen zur Habitatbewertung aus der wasserwirtschaftlichen Modelltechnik zu entwickeln, wurde von der Praxis nicht unterstützt und nicht gefordert. Die NA-Modelltechnik wurde um die Betrachtung der Prozesse Bodenwasser und Grundwasser im Vorland erweitert. Bilanztreue Flüsse (Wiederversickerung in der Aue, Grundwasser-Fließgewässer-Interaktion und detaillierte Retention in der Aue) wurden jeweils implementiert. Dazu wurde das NA-Modell umstrukturiert, um die grundlegende Zeit-Raum-Abhängigkeiten zwischen den separierten Wasserkörpern abbilden zu können. Das Verfahren steht als inhouse-Version zur Verfügung. Etwa Mitte 2000 sollen die Version NASIM3 den Nutzern zur Verfügung stehen.
Der zweite Arbeitsbereich - extreme Hochwasser, Einschätzung, Ausweisung und Rückgewinnung der Überschwemmungsgebiete - hat aus Sicht der Wasserwirtschaftsverwaltung prioritäre Bedeutung. Für diese Szenarienbetrachtungen sind verlässliche hydrologische Grundlagen und abgestimmte statistische Analysen zwingend erforderlich. Extremwert-Statistiken müssen die Einordnung sehr seltener Ereignisse und ein nachvollziehbares Lückenmanagement erlauben. Die entwickelten Simulationsbausteine Time-View und Kludon tragen dem Rechnung. Nachhol- und Ergänzungsbedarf wurde bei der Verwendung digitaler Geländemodelle, die inzwischen weitestgehend zur Verfügung stehen, festgestellt. Häufig fehlen die bzgl. Hochwasserabfluss und Ausuferungen wichtigen topografischen Elemente wie Bruchkanten, Deiche, Bahndämme usw. Mit den erarbeiteten GIS-Werkzeugen, sogenannten ArcView-Erweiterungen, können diese Bearbeitungsmängel behoben werden.
Als Ergebnis des Vorhabens stehen zur Verfügung:
· Das NA-Modell (NASIM) und WSP-Modell (JABRON) verfügen über benutzungsfreundliche objekt-orientierte GUI, GIS-Integration für Parameteraufbereitung und Präsentation und erfüllen Anforderungen aktueller technischer Regelwerke des DVWK und BWK.
· Das NA-Modell wurde erweitert um Simulationsbausteine zur Beschreibung der Wechselwirkung Gewässerüberflutetes Vorland und Bodenwasser bzw. Grundwasser im Vorland/Auebereich.
· Die ZR-Analyse gestattet die Fokussierung sowohl auf häufig wiederkehrende wie seltene bis extrem-seltene Hochwässer.
· Die GIS-Präsentation legt entsprechend den Anforderungen der Praxis einen Schwerpunkt auf Kartendarstellung mit überfluteten Bereichen, Überflutungstiefen und Überflutungsdauern.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Rothe, B. und Werner, H.: Auenhydrologie - Untersuchung der Auswirkungen von Überstau auf Ökolo-gie, Bodenfeuchte und Flurabstände in Talauen von Flachland- und Mittelgebirgsgewässern; Erfurter Geografische Studien, Bd. 7, 1998
Workshop NASIM, Aachen, 1.10.1998 und Workshop JABRON, Aachen, 6.6.1999


Fazit

Im Rahmen des Projekts ist es gelungen, Standard-Werkzeuge der wasserwirtschaftlichen Modelltechnik für Fragestellungen zu Überstau und Ökologie der Auen praxisgerecht weiterzuentwickeln. Den Nutzern stehen mit den Instrumenten JABRON , TimeView und NASIM in Verbindung mit dem GIS-ArcView viele Möglichkeiten zur Betrachtung flächenhafter Ausuferungen, Retentionen und Feuchte-Interaktionen mit Langzeitsimulation für renaturierte Fließgewässer-Aue-Systeme zur Verfügung.