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CHARAKTERISIERUNG DER HOCHWASSERINDUZIERTEN
VERLETZBARKEIT VON FLIESSGEWÄSSERN
M.Sc. Stephan Garack und Dr.-Ing. Reinhard Schinke
Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung, Dresden
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EINFÜHRUNG
Die Hochwasserereignisse der letzten Dekaden zeigten, dass die Gesellschaft neben den
immensen Aufwendungen zur Wiederherstellung von Gebäuden und Verkehrsinfrastruktur
auch mit hohen Kosten zur Schadensbeseitigung an den Fließgewässern selbst konfrontiert
wird (z.B. LFUG, 2004; GDV, 2011; BMI, 2013; TLUG, 2013; LFULG, 2015; LfU, 2016; BBSR,
2018). Ohne die zielgerichtete Umsetzung geeigneter Anpassungsmaßnahmen ist mit
einem weiteren Anstieg der Schadenssummen zu rechnen, da durch den Klimawandel eine
Häufigkeits- und Intensitätszunahme von Hochwasserereignissen erwartet wird (DAS, 2008;
FRANKE, 2016; IPCC, 2018). Um die Folgen von klimatischen Entwicklungen und
Naturgefahren abschätzen zu können, wurde in der Vergangenheit besonders die
hochwasserinduzierte Verletzbarkeit von Gebäuden und Verkehrsinfrastrukturen betrachtet
(u. a. SCHINKE et al
.,
2013; NEUBERT et al., 2016; GOLZ et al
.
, 2017). Offen blieb bislang
jedoch, inwieweit sich auch die Verletzbarkeit baulich veränderter Fließgewässer
abschätzen lässt. Wir haben hierzu einen wirkungsanalytischen Ansatz erarbeitet, der
insbesondere auf kleine und mittelgroße Fließgewässer abzielt. Auf dessen Basis lassen
sich für Fließgewässer (abschnittsweise) die Verletzbarkeit bestimmen, Schwachpunkte
identifizieren und zukünftige Anpassungsmaßnahmen lagekonkret zuordnen.
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WIRKUNGSANALYTISCHER ANSATZ
Grundlage für diese wirkungsanalytische Betrachtung bildete die Charakterisierung von
Ursache-Wirkungs-Beziehungen; mit Blick auf die hydraulischen Einwirkungen und
Abschätzung der Widerstandsfähigkeit des befestigten Abflussprofils. Hierbei identifizierte
Parameter eigneten sich zur Bewertung der Widerstandsfähigkeit verschiedener
Wasserbauweisen in Abhängigkeit maßgebender hydraulischer Einwirkungen.
Rückschlüsse hierzu ließen sich beispielsweise auch aus den Untersuchungen von

2
MAGILLIGAN (1992), BECK (2006), JULIAN & TORRES (2006), KHATUA et al. (2007), REQUENA
(2008) und GOHARROKHI (2015) gewinnen.
Unter Berücksichtigung dieser Ansätze war es möglich, die
Fließgeschwindigkeit
, die
Anströmdauer
, die
Schleppspannung
und die
Strömungsrichtung
als wesentliche
hydraulische
Einwirkungsparameter
herauszustellen.
Die
Klassifizierung
der
Widerstandsfähigkeit
basiert letztlich auf einer Typisierung von Bauweisen, die eine
Differenzierung hinsichtlich (i) der Beständigkeit gegenüber den genannten hydraulischen
Einwirkungsparameter und (ii) Bauweisen-spezifischer Parameter ermöglicht. Maßgebende
Bauweisen-spezifische Parameter wurden insbesondere aus den Erkenntnissen von DRL
(1979), GERSTGRASER (2000a und 2000b), SCHILLINGER, (2001), DEUßFELD (2009) und
HANNIG (2010) abgeleitet und für die Formulierung der
Oberflächenrauheit
und
Anprallbeständigkeit
genutzt.
Für einen Überblick vorhandener Bauweisentypen im Sinne von Sohl- und
Uferbefestigungen lag es nahe, die Differenzierung der Bauweisen anhand vorhandener
Datenbanken und Datensätze vorzunehmen. Diese stützt sich auf die Methodik der aktuell
vorliegenden „
Kartieranleitung der Gewässerstrukturgüte für die kleinen bis großen
Fließgewässer“
(LANUV NRW, 2012). Die Einzelparameter „EP 3.3 Sohlverbau“ und „EP 5.2
Uferverbau“ liefern hier anhand ihres Lagebezugs und ihrer Ausprägungen Aussagen zum
räumlichen Vorkommen und Bauweisentyp. Gleichzeitig wurde durch die Verwendung
dieser Datengrundlage der Maßgabe einer einfachen Anwendung und Übertragbarkeit der
Methodik entsprochen. Über eine fünfstufige Klassifizierung der kritischen Wertebereiche
der Wirkungsparameter konnte die Widerstandsfähigkeit von Sohl- und Uferbefestigungen
bestimmt werden. Durch eine Unterteilung in 100-Meter-Abschnitte (für kleine bis
mittelgroße Fließgewässer) besteht somit die Möglichkeit, die Widerstandsfähigkeit für
jeden Gewässerabschnitt separat auszuwerten und darzustellen. In bisherigen Studien
wurden überwiegend unbeschädigte und einwandfreie Bauwerke oder Bauweisen als
Untersuchungsgegenstand herangezogen, wobei Hinweise zur potenziellen Herabsetzung
der Widerstandsfähigkeit durch Vorschädigungen oder einen mangelhaften
Unterhaltungszustand nur wenig Beachtung fanden (vgl. MÜLLER, 2010; BMLFUW, 2013; FAN,
2015; STÖHR, 2015). Daher wurden in der vorliegenden Studie bauliche Zustandsmerkmale,
die mit einer Herabsetzung der Widerstandsfähigkeit der Bauweisen gegenüber
hydraulischen Einwirkungen einhergehen, durch Minderungsfaktoren methodisch
berücksichtigt. Um deren Einfluss abschätzen zu können, flossen Kenntnisse über

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Schadensmechanismen und Schadensausbreitungen an Wasserbauten in die
Zustandsbewertung ein (z. B. STÖHR, 2015). Daraus entwickelten wir fünf Zustandsklassen,
die zu einer Minderung der Widerstandsfähigkeit von Bauweisen führen können und letztlich
der Zusammenführung von
Widerstandsfähigkeit
und
baulichem Zustand
hin zur
Verletzbarkeit von Bauweisen
dienen (vgl. Tabelle 1). Die Verletzbarkeit von Bauweisen
wurde im Gerinne für die Bereiche „Sohle“, „Ufer rechts“ und „Ufer links“ getrennt betrachtet
und kann anhand einer dreibändrigen Darstellung, ähnlich der Gewässerstrukturgüte,
visualisiert werden.
Tabelle 1 Ermittlung der Verletzbarkeit von Bauweisen anhand von Widerstandsfähigkeit und
Zustandsklasse
Verletzbarkeit
von
Bauweisen
Zustandsklasse
Bauweise
1
2
3
4
5
Widerstandsfähigkeit
Bauweise
5
1
2
3
4
5
4
2
3
4
5
5
3
3
4
5
5
5
2
4
5
5
5
5
1
5
5
5
5
5
Insbesondere durch Auswertung von Ereignisanalysen wurde ergaben sich durch die
vielfältige Ausprägung von Fließgewässerabschnitten Faktoren, die im Überflutungsfall
zusätzlich Schäden an den Bauweisen induzieren und die Verletzbarkeit potenziell
beeinflussen. Diese wurden unter dem Begriff „
Schadensrelevante Randbedingungen
zusammengefasst, in punktuelle, lineare bzw. flächige Randbedingungen gegliedert und in
die Bewertung der
Verletzbarkeit von Gewässerabschnitten
einbezogen. Dabei erfolgte
eine Zuordnung der Randbedingungen zu den Wirkungsbereichen im Abflussprofil. Als
Datengrundlagen wurden weitere Einzelparameter der Gewässerstrukturgüte auf ableitbare
Aussagen zur Schadensrelevanz im Gewässerabschnitt hin geprüft und mögliche
zusätzliche Informationsgrundlagen herausgearbeitet (Tabelle 2). Die
Verletzbarkeit von
Gewässerabschnitten
bestimmte sich demnach aus der Weiterverarbeitung und
Zusammenfassung von Daten aus
Verletzbarkeit von Bauweisen
unter Berücksichtigung
der
schadensrelevanten Randbedingungen
.

 
4
Tabelle 2 Schadensrelevante Randbedingungen mit Datenquellen und Wirkungsbereichen
(„Ufer“: linkes und rechtes Ufer; „Jeweilige Ufer“: entweder linkes oder rechtes Ufer;
ALKIS: Amtliches Liegenschaftskatasterinformationssystem, DOP: Digitale
Orthophotos, EP: Einzelparameter, GSGK: Gewässerstrukturgütekartierung)
Randbedingung
(
P: punktuell, L: linear, F: flächig) Datenquelle
Wirkungsbereich
P1 – Quer- und Kreuzungsbauwerke
GSGK: EP 2.1, 2.2, 4.5
Sohle, Ufer
P2 – Mündung von Nebengewässern
Gewässernetz
Jeweilige Ufer
L1 – Lage im Gewässer
Gewässernetz, DOP
Jeweilige Ufer
L2 – Gerinnegeometrie
GSGK: EP 4.1
Ufer
L3 – Geometrieübergänge
GSGK: Foto, DOP
Sohle, Ufer
L4 – Bauweisenwechsel
GSGK: EP 3.3, 5.2
Sohle, Jeweilige Ufer
L5 – Rückstaubereiche
GSGK: EP 2.3
Sohle
L6 – Anlagen, Ablagerungen im Uferbereich
GSGK: EP 5.01, DOP
Jeweilige Ufer
L7 – Gewässerunterhaltung
UWB, Vor-Ort
Sohle, Ufer
F1 – Angrenzende Flächennutzung
GSGK, EP 6.1; ALKIS
Jeweilige Ufer
F2 – Bauliche Anlagen und Umfeldstrukturen
GSGK, EP 6.3; ALKIS
Jeweilige Ufer
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ZUSAMMENFASSUNG
Die entwickelte Methodik (Bild 1) zeigt eine Möglichkeit, die Verletzbarkeit von
Fließgewässern mit Hilfe leicht verfügbarer Informationen einzuschätzen. Auf deren
Grundlage können besonders kritische Bereiche identifiziert und somit differenzierte und
lagekonkrete Anpassungsmaßnahmen zur Hochwasserschadensvorsoge formuliert
werden. Die Gewässerstrukturgütekartierung stellt dabei eine wesentliche Grundlage für die
Bewertung dar, die den Bedarf zusätzlicher Datenerhebungen begrenzt. Die Bewertung der
hochwasserinduzierten Verletzbarkeit von Fließgewässern stützt sich dabei insbesondere
auf Merkmale
der Bauweise
Widerstandsfähigkeit (Typ/Material)
baulicher Zustand
der schadensrelevanten Randbedingungen
punktuell
linear
flächig

image
 
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Bild 1 Schematische Darstellung zur Ermittlung der Verletzbarkeit von Fließgewässern als
Grundlage für vergleichende Betrachtungen; die Verletzbarkeit des Gewässerabschnittes
ergibt sich aus dem Mittelwert der Verletzbarkeiten für linkes Ufer, rechtes Ufer und Sohle
unter der Berücksichtigung zusätzlich schadensrelevanter Randbedingungen: F = flächig,
L = linear, P = punktuell (siehe exemplarischer Querschnitt), eigene Darstellung.
4
DANKSAGUNG
Die hier vorgestellte Methodik entstand im Rahmen des EU-geförderten
Forschungsprojektes STRIMA II (Förderprogramm „Ahoj sousede. Hallo Nachbar.“ Interreg
V A / 2014 – 2020). Wir danken dem Fördermittelgeber und dem Sächsischen Landesamt
für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG) als Leadpartner für die vielfältige
Unterstützung der Arbeiten.
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