Veränderung und Management der Risiken extremer Hochwasserereignisse in großen Flussgebieten - am Beispiel der Elbe:
Gespeichert in:
| Weitere beteiligte Personen: | , , , |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Stuttgart
Schweizerbart
2015
|
| Schriftenreihe: | Konzepte für die nachhaltige Entwicklung einer Flusslandschaft
Band 12 |
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| Beschreibung: | Literaturangaben |
| Umfang: | 401 Seiten Illustrationen, Diagramme, Karten |
| ISBN: | 9783510653263 |
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|---|---|
| adam_text | Titel: Veränderung und Management der Risiken extremer Hochwasserereignisse in großen Flussgebieten
Autor: Schanze, Jochen
Jahr: 2015
Vorwort der Herausgeber des vorliegenden Bandes......................................................... 5
Autorenverzeichnis........................................................................................ 7
Teil I: Wissenschaftliche Ziele - Methodischer Gesamtansatz - Untersuchungsraum .. 17
Koordination: Jochen Schanze, Robert Schwarze, Hans-Burkhard Horfacher, Clemens Deilmann
1 Einleitung .......................................................................................... 19
Jochen Schanze
2 Ziele des Verbundvorhabens VERIS-Elbe ........................................................... 23
Jochen Schanze
3 Grundbegriffe des Hochwasserrisikomanagements ................................................ 25
Jochen Schanze
4 Methodischer Gesamtansatz - Konzept, Methoden und Modelle ................................... 29
Jochen Schanze, Robert Schwarze, Hans-Burkhard Horlacher, Clemens Deilmann
4.1 Konzeptioneller Rahmen ...................................................................... 29
4.2 Hochwasserrisikosystem und gekoppelte Modellierung ........................................ 29
4.3 Zukünfte, Bewertung und Umsetzungsinstrumente ............................................ 32
4.4 Zusammenhang der Projektkomponenten ..................................................... 33
4.5 Beteiligung.................................................................................... 35
5 Untersuchungsraum Elbe-Einzugsgebiet mit Flussaue des deutschen Elbelaufe......................................37
Axel Sauer, Jochen Luther, Marco Neubert, Jochen Schanze
5.1 Einordnung und Koordination des Flussgebiets ................................................................................................37
5.2 Klimatische Verhältnisse....................................................................... 39
5.3 Einzugsgebiet und Hydrographie .............................................................. 39
5.4 Nutzung der Aue ............................................................................................................................................................40
5.5 Vorhandener Hochwasserschutz ..............................................................................................................................41
Teil II: Entstehung und Ausbreitung von Hochwasserwellen................................ 43
Koordination: Robert Schwarze, Dirk Carstensen
6 Aufgabe des Teilthemas ............................................................................ 45
Robert Schwarze
6.1 Überblick über die Modelle .................................................................... 46
6.2 Das hydrologische Einzugsgebiet der Elbe ..................................................... 47
7 Niederschlag-Abfluss-Modellierung fur das Elbe-Einzugsgebiet mit LISFLOOD.................... 49
Michael Wagner
7.1 Fragestellung .................................................................................
7.2 Modellkonzept und Datengrundlagen.......................................................... 49
7.2.1 Struktur des Modells LISFLOOD .............................
7.2.2 Datengrundlagen zur Parametrisierung von LISFLOOD ................................. 50
7.2.3 Klimaszenariodaten.................................................................... 50
7.3 Ergebnisse für das Klima des 20. Jahrhunderts ................................................. ^*2
7.3.1 Durchflüsse aus dem STAR-Basisszenario 1951-2003 ................................... 52
7.3.2 Durchflüsse aus dem Reanalysezeitraum von REMO 1950-2000......................... 53
8 Hydrodynamisch-numerische Modellierung der Elbe mit WAVOS 57
Peter Burek, Silke Rademacher
8.1 Fragestellung ................................................................................. 57
8.2 Modellerstellung ...................................................................—....... 57
8.2.1 Hydrodynamischer Modellansatz ....................................................... 57
8.2.2 Aufbau des hydrodynamischen Modells WAVOS Elbe.................................... 59
8.2.3 Randbedingungen ..................................................................... 61
8.2.4 Erstellung von Querprofilen aus digitalen Geländemodellen ............................ 61
8.2.5 Elbespeziftsche Modellgrundlagen ..................................................... 62
8.2.6 Kalibrierung und Validierung........................................................... 64
8.3 Methodik der Berechnung ..................................................................... 66
8.3.1 Methode der instationären Berechnung ................................................ 66
8.3.2 Methode der stationären Berechnung .................................................. 66
9 Hydrodynamisch-numerische Modellierung ausgewählter Abschnitte der Elbe mit SMS........... 69
Dirk Carstensert/ Thomas Kopp
9.1 Ziele .......................................................................................... 69
9.2 Grundlagen ................................................................................... 69
9.2.1 Datengrundlage ....................................................................... 69
9.2.2 Anwendungsgebiet des Strömungsmodells............................................. 70
9.2.3 Voruntersuchungen zur numerischen Modellierung seitlicher Ausleitungsbauwerke..... 71
9.3 Grundsätze der Modellerstellung .............................................................. 74
9.3.1 Berechnungsnetz ...................................................................... 74
9.3.2 Geländemodell ........................................................................ 74
9.3.3 Rauheit und Viskosität ................................................................. 75
9.3.4 Randbedingungen ..................................................................... 75
9.3.5 Kalibrierung und Validierung........................................................... 77
9.4 Numerische Modelle ausgewählter potenzieller Flutpolder ..................................... 78
9.4.1 Nünchritz (nahe Riesa) ................................................................. 78
9.4.2 Aussig (nahe Mühlberg) ................................................................ 79
9.4.3 Dautzschen (nahe Torgau) ............................................................ 80
9.4.4 Axien (nahe Pretzsch) .............................................................. 81
9.4.5 Lödderitz (nahe Aken) .......................................................... 81
9.4.6 Burg (nahe Parchau) ..............................................................................................................82
10 Kopplung der hydrologischen und hydrodynamisch-numerischen Modelle
LISFLOOD. WAVOS und SMS .............................................................................85
Peter Burek, Dirk Carstensen, Thomas Kopp, Silke Rademacher, Carsten Schmidt, Robert Schwarze,
Michael Wagner
10.1 Fragestellung .....................................................................g
10.2 Kopplung LISFLOOD-WAVOS ...............
............................................... 86
10.2.1 Methodik .............................................................................. 86
10.2.2 Ergebnisse............................................................................. 87
10.3 Kopplung WAVOS-SMS......................................................................... 88
10.3.1 Methodik .............................................................................. 88
10.3.2 Ergebnisse............................................................................. 88
11 Bewertung der Hochwasser-Auftretenswahrscheinlichkeit mittels statistischer Verfahren ....... 95
Carsten Schmidt, Robert Schwarze, Michael Wagner
11.1 Fragestellung ................................................................................. 95
11.2 Überblick zu Methoden und Datengrundlagen ................................................. 96
11.3 Monokriterielle statistische Verfahren ........................................................100
11.3.1 Ex-Post-Bewertung beobachteter Hochwasser im Längsschnitt ........................ 100
11.3.2 Schwellenwertstatistik zur Auswahl der größten Hochwasserereignisse ................ 102
11.3.3 Ex-Post-Bewertung simulierter Hochwasser im Längsschnitt........................... 103
11.3.4 Statistische Bewertung von Retentionsmaßnahmen im Längsschnitt .................. 105
11.4 Multikriterielles Verfahren der gekoppelten Niederschlag-Abfluss-Statistik.................... 108
11.4.1 Bereitstellung verschiedener Niederschlags-Eingangsdaten ........................... 108
11.4.2 Analyse am Beispiel eines Hochwasserentstehungsgebietes der Elbe .................. 109
11.4.3 Nutzungsmöglichkeiten............................................................... 110
Teil III: Gelandemodell - Überschwemmungsgebiete - Reteirtionspotenziale .......... 117
Koordination: Hans-Burkhard Hortacher, Gotthard Meinet, Nguyen Xuan Thinh
12 Aufgabe des Teilthemas ........................................................................... 119
Dirk Carstensen, Hans-Burkhard Hortacher
13 Simulationsfähiges digitales Geländemodell für das Überschwemmungsgebiet des
deutschen Elbelaufs..............................................................................................................................................................121
Tobias Krüger, Gotthard Meinet
13.1 Fragestellung ................................................................................................................................................................121
13.2 Abgestuftes digitales Geländemodell (DGM) vom Deichvorland bis zum
Überschwemmungsgebiet ........................................................................................................................................121
13.2.1 Aufnahmeverfahren zur Digitalen Geländemodellierung............................... 121
13.2.2 DGM im Verbundvorhaben VERIS-Elbe................................................. 124
13.2.3 Festlegung des Untersuchungsgebietes ..............................................................................................126
13.3 Simulation von Deichverlegungen ........................................................................................................................128
13.3.1 Digitales Deichmodell..................................................................................................................................128
13.3.2 Deichdetektion ....................................................................... 129
13.3.3 Deichextraktion....................................................................... 131
13.3.4 Deichintegration ......................................................................132
13.3.5 Genauigkeitsbetrachtung ............................................................. 133
13.4 Überschwemmungsflächen ................................................................... 134
13.4.1 Wassertiefenmodellierung im Flussschlauch .......................................... 135
13.4.2 Wasserstandsmodellierung im potenziellen Überflutungsgebiet....................... 137
14 Hultikriterielle Bewertung der Retentionspotenziale der deutschen Elbaue ..................... 141
Rico Voget, Nguyen Xuan Thinh
14.1 Fragestellung ................................................................................ 141
14.2 Überblick über die Methodik.................................................................. 142
14.3 Indikatorgestützte Ermittlung von Raumwiderständen............................
14 31 Wirkungsanalyse zur Entwicklung eines Indikatorensystems ...............
14.3.2 Geodatenprozessierung zur Erstellung von Basis- und Indikatordatensatzen
14.3.3 Ermittlung von Indikatorgewichten .......................................
14.3.4 Ermittlung von Raumwiderständen .......................................
14.4 Vergleich potenzieller Retentionsflächen .......
15 Grobkonzeption von Flutpoldern.......................................................
Dirk Carstensen, Thomas Kopp
15.1 Ziele .............................................................................
15.2 Allgemeine Festlegungen..........................................................
15.2.1 Wahl des Bemessungsereignisses ..........................................
15.2.2 Einlaufbauwerke ..........................................................
15.2.3 Deiche.....................................................................
15.2.4 Auslaufbauwerke ..........................................................
15.2.5 Geländemodellierungen ...................................................
15.2.6 Binnenentwässerung.......................................................
15.2.7 Grobkostenschätzung......................................................
15.3 Wasserbauliche Grobkonzeptionen ................................................
15.3.1 Nünthritz..................................................................
15.3.2 Aussig .....................................................................
15.3.3 Dautzschen ................................................................
15.3.4 Axien ......................................................................
15.3.5 Lödderitz ..................................................................
15.3.6 Burg.......................................................................
Teil IV: Hochwasserschaden an Gebäuden» Anlagen und Infrastruktur................... 185
Koordination: Thomas Nournann, Clemens Deilmann
16 Übersicht über das Teilthema ..................................................................... 187
Thomas Naumann, Clemens Deilmann
17 Typologie von Bauobjekten und Hochwasserschäden für das Untersuchungsgebiet.............. 191
Thomas Naumann, Johannes Nikolowski, Sebastian Golz
17.1 Fragestellung ................................................................................ 191
17.2 Gebäudetypologie und Schadensprognose.................................................... 193
17.2.1 Baukonstruktiv begründete Abgrenzung von Gebäudetypen........................... 193
17.2.2 Hochwasserbedingte Schadensbilder an Gebäuden.................................... 198
17.3 Synthetische Wasserstand-Schaden-Beziehungen (Schadensfunktionen) ...................... 200
17.3.1 Methodische Entwicklung synthetischer Schadensfunktionen.......................... 200
17.3.2 Gebäudetypenspezifische Untersuchungsergebnisse .................................. 205
18 Raumstrukturelle Gliederungen und ökonomische Grundlagen zur Schadenswertabschatzung .. 215
Karin Gruhler, Jörg Nennersdorf, Walter Pfügner
18.1 Fragestellung ................................................................................ 215
18.2 Raumstrukturelle Gliederungen .............................................................. 215
18.2.1 Methodische Grundlagen - Typenbildung und raumstrukturelle Gliederungsansätze ... 216
18.2.2 Vorgehensweise im Rahmen der raumstruktureilen Gliederung des
definierten Untersuchungsgebietes ................................................... 219
143
143
147
150
151
154
161
161
161
163
164
165
169
170
170
171
173
173
174
176
178
180
182
18.2.3 Ergebnisse der raumstrukturellen Gliederung des Untersuchungsgebietes.............224
18.3 Ökonomische Grundlagen und Beiträge zur Abschätzung von Hochwasserschäden ............ 233
18.3.1 Ökonomische Grundlagen der Abschätzung von Hochwasserschäden und
Praxisdefizite ......................................................................... 233
18.3.2 Entwicklungen im Verbundvorhaben VERIS-Elbe, Erfahrungen und Ergebnisse .........235
19 Raum-zeitlich hochauflösende Simulation von Hochwasserschäden mit HOWAD .................245
Marco Neubert
19.1 Fragestellung ................................................................................245
19.2 Modellgrundlagen und Datenaufbereitung.................................................... 245
19.3 Berechnung der Schäden für einzelne Nutzungskategorien ...................................247
19.3.1 Schäden an Wohngebäuden...........................................................247
19.3.2 Schäden an Gewerbegebäuden, Sport- und Freizeitgebäuden sowie öffentlichen
Gebäuden ............................................................................ 248
19.3.3 Schäden an weiteren Landnutzungsflächen ...........................................248
19.4 Ergebnisse und Unsicherheiten ...............................................................249
19.4.1 HOWAD-Modell und Berechnungsergebnisse .......................................... 249
19.4.2 Unsicherheiten und Evaluierung ...................................................... 251
19.4.3 Fazit .................................................................................. 252
Teil V: Alternative Zukünfte fur das Hochwasserrisikosystem 4er Elbe .................255
Koordination: Jochen Schanze
20 Übersicht über das Teilthema .....................................................................257
Jochen Schanze
21 Abbildung des Hochwasserrisikosystems .........................................................259
Jochen Schanze, Jochen Luther
21.1 Fragestellung ................................................................................259
21.2 Systemkonzept eines Hochwasserrisikosystems ...............................................260
21.2.1 Hintergrund und Forschungsstand zur systemisch-integrierten Beschreibung von
Hochwasserrisiken ....................................................................260
21.2.2 Beschreibungeines Hochwasserrisikosystems .........................................262
21.2.3 Beschreibung der Kategorien des SPRC-Konzeptes ....................................265
21.3 Veränderungspotenziale und Steuerbarkeit des Hochwasserrisikosystems der Elbe............ 268
21.3.1 Identifizierung von veränderlichen bzw. steuerbaren Faktoren(gruppen) ...............269
21.3.2 Veränderung von Faktoren(gruppen) .................................................. 272
21.3.3 Steuerung von Faktoren(gruppen) ....................................................273
21.3.4 Berücksichtigung von Veränderung und Steuerung für das Elbe-Einzugsgebiet ........273
22 Konzeption von Zukünften für das Hochwasserrisikosystem der Elbe 277
Jochen Luther, Jochen Schanze, Michael Wagner, Reinhard Schinke
22.1 Fragestellung ................................................................................277
22.2 Konzeption der Szenarios als alternative Zukünfte ............................................ 278
22.2.1 Grundlagen ...........................................................................278
22.2.2 Konzeption und Begriffe ..............................................................
22.2.3 Storylines fur die regionalen Ausprägungen externer Entwicklungsrahmen ............282
22.2.4 Leitprinzipien für die Zusammenstellung von Handlungsalternativen .................. 288
22.2.5 Sonstige Annahmen für zufallsabhängige Randbedingungen ..........................291
22.3 Projizierte Einflüsse des KUmawandets auf hochwasserrelevante Wetterereignisse ............292
22.3.1 Die IPCC-Szenarios ....................................................................
22.3.2 Downscaling-Methoden und Klimaszenarios im Verbundvorhaben VERIS-Elbe..........293
22.3.3 Entwicklung hochwasserrelevanter Wetterereignisse ..................................294
22.4 Dynamik gesellschaftlicher Triebkräfte im Elbegebiet .........................................297
22.4.1 AnnahmenzurEntwicklungderBevölkerungimElbegebiet ...........................297
299
22.4.2 Wirtschaftlich-technische Entwicklung ..................................
22.4.3 Landnutzungswandel in der deutschen Elbaue ........................................301
22.5 Handlungsoptionen im Bereich Wasserbau und Wasserwirtschaft .............................304
22.6 Handlungsoptionen zur Verringerung der Vulnerabilität
von Gebäuden................................................................................ 304
22.6.1 Grundsätzliches zur Bauvorsorge...................................................... 304
22.6.2 Exemplarische Analyse von Elementen der nassen Bauvorsorge ....................... 307
22.6.3 AuswirkungderBauvorsorgeaufdie Wasserstand-Schaden-Beziehung ................309
22.6.4 Ergebnisse, Schlussfolgerungen und offene Fragen.......................-............312
22.7 Komposition von Zukünften .................................................................. 313
22.7.1 Zusammenstellung der Entwicklungsrahmen aus Wandelszenarios ....................314
22.7.2 Zusammenstellung der Handlungsalternativen aus Handlungsoptionen ...............314
22.7.3 Komposition verschiedener Typen alternativer Zukünfte...............................315
Teil VI: Analyse und Bewertung der Zukunfte ................................................325
Koordination: Jochen Schanze, Robert Schwarze, Hans-Burkhard Horlacher, Clemens Deilmann
23 Übersicht Ober das Teilthema ..................................................................... 327
Jochen Schanze, Robert Schwarze, Hans-Burkhard Horlacher, Clemens Deiimann
24 Veränderungen des Hochwasserregimes durch die Zukunfte......................................329
Michael Wagner, Robert Schwarze, Carsten Schmidt, Thomas Kopp, Dirk Carstensen, Peter Burek
24.3 Fragestellung ................................................................................ 329
24.2 Veränderung innerhalb des Szenariozeitraumes............................................... 329
24.3 Hochwasserlängsschnitte des Baselineszenarios .............................................. 332
24.4 Flutpolder-eine der möglichen Handlungsoptionen ......................................... 335
24.5 Kernaussagen ................................................................................ 337
25 Veränderung der Hochwasserschäden und -risiken................................................ 339
Marco Neubert jochen Luther, Axel Sauer, Jochen Schanze
25.1 Fragestellung ................................................................................ 339
25.2 Risiken für die Referenzszenarios ............................................................. 339
25.3 Risiken unter dem Einfluss des Klimawandeis und des gesellschaftlichen Wandels ............340
25.4 Risiken mit Wirkungen der strategischen Handlungsalternativen..............................341
25.4.1 Wirkungen der strategischen Handlungsalternativen ..................................341
25.4.2 Robustheit ausgewählter strategischer Handlungsalternativen ........................342
25.5 Gegenüberstellung von Entwicklungsrahmen und Handlungsalternativen .................. 343
25.6 Diskussion ............................................................................................................344
26 Bewertung der Zukünfte ......................................................................................345
Jochen Schanze, jochen Luther
26.1 Übersicht relevanter Bewertungskonzepte ................................................345
26.2 Robustheit der Handlungsalternativen für den deutschen Elbelauf............346
Teil VII: Verwertbarkeit der Ergebnisse .......................................................349
Koordination: Jochen Schanze, Robert Schwarze, Hans-Burkhard Horlacher, Clemens Deilmann
27 Verfügbarkeit ausgewählter Ergebnisse in einem webbasierten
Entscheidungsunterstützungswerkzeug ..........................................................351
Melanie Petroschka, Jochen Schanze, Jochen Luther, Ulrich Walz, Rico Vogel
27.1 Zielstellung ..................................................................................351
27.2 Inhaltliche und funktionale Konzeption .......................................................351
27.3 Methodische und technische Umsetzung .....................................................352
27.4 Die interaktive Benutzeroberfläche ........................................................... 354
28 Rechtliche und planerische Umsetzungsinstrumente .............................................361
Gerold Janssen, Stefan Greiving
28.1 Fragestellung ................................................................................ 361
28.2 Spezifische Rechtsfragen bei Extremereignissen ..............................................361
28.2.1 Enteignungsgleicher Eingriff.......................................................... 362
28.2.2 Enteignender Eingriff .................................................................362
28.2.3 Enteignung ........................................................................... 362
28.2.4 Inhalts- und Schrankenbestimmungen ................................................ 363
28.2.5 Einfachgesetzlicher Billigkeitsausgleich ............................................... 364
28.2.6 Bauleitplanungsschäden .............................................................. 364
28.2.7 Zulässige Restriktionen in Raumordnungsgebieten .................................... 366
28.2.8 Fazit .................................................................................. 367
28.3 Einsatzmöglichkeiten von Zielvereinbarungen ................................................ 368
28.3.1 Zielvereinbarungen als Modell einer outputorientierten Steuerung .................... 368
28.3.2 Ergebnisse............................................................................370
28.3.3 Diskussion ............................................................................370
29 Empfehlungen fur Politik und Fachbehörden ..................................................... 375
Jochen Schanze, Robert Schwarze, Hans-Burkhard Horlacher, Clemens Deilmann
29.1 Handlungsfeld Wasserwirtschaft.............................................................. 376
29.2 Handlungsfeld Siedlungs- und Regionalentwicklung .......................................... 377
29.3 Weiterte Aufgaben für mittel- bis langfristige Risikovorsorge ................................. 377
30 Interpretation der Gesamtergebnisse ..........................................................................................................................379
Jochen Schanze, Robert Schwarze, Hans-Burkhard Horlacher, Clemens Deilmann
30.1 Einordnung der Ergebnisse ...................................................................379
30.2 Beantwortung der Forschungsfragen .........................................................380
30.3 Forschungsbedarf ........................................................................................................................................................381
Anhang
385
Abbildungsverzeichnis...................................................................................
391
Tabellenverzeichnis......................................................................................
393
Abkürzungsverzeichnis...................................................................................
...........................401
Glossar........................................................................
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