Hans-Peter Nachtnebel für die umfassende und hervorragende Betreuungsarbeit, die es mir ermöglicht hat, mich effektiv und mit großem Lernerfolg mit dem Thema auseinanderzusetzen. Peter Tschernutter vom Institut für Wasserbau und Ingenieurhydrologie der TU Wien für die Bereitstellung des Themas sowie aller dafür erforderlichen Daten und relevanten Hintergrundinformationen, die diese Arbeit überhaupt erst ermöglicht haben. In diesem Zusammenhang möchte ich mich auch beim Land Kärnten dafür bedanken, dass es mir die Nutzung wichtiger Geodaten für diese Arbeit ermöglicht hat.
Anton Plankel sowie allen Mitarbeitern der 3P-Geotechnik ZT GmbH in Bregenz für die großzügige Bereitstellung des firmeneigenen Labors zur Durchführung bodenphysikalischer Laboruntersuchungen. Ich möchte mich auch für die Möglichkeit bedanken, mein Wissen in verschiedenen Praktika durch den Erfahrungsschatz des Unternehmens erweitern zu können.
Furthermore, soil samples were taken in the catchment areas to estimate infiltration and storage capacity. The aim of this thesis is to assess the hazard potential of particular flood events in the project area.
Einleitung
Zielsetzung und Problemstellung
Datenbasis
Vorhandene Daten
- Geometrische Daten
- Hydrologische Daten
- Hochwasserkennwerte
Die Konzentrationszeit tc im Einzugsgebiet des Sees wurde von der Kärntner Landesregierung empirisch wie folgt ermittelt.
Gebietscharakteristika
- Übersicht
- Der Klopeiner See
- Der Kleinsee
- Die Seeabflüsse
- Der Abfluss des Klopeiner Sees
- Der Abfluss des Kleinsees
- Der Klopeiner Bach
- Ablagerungen im Gerinne und in den Durchlässen
- Seespiegelschwankungen
- Kleinsee
- Klopeiner See
- Niederschlagsdaten
- Bodenproben
- Bevölkerung
- Tourismus
- Siedlungsstrukturen und Widmungen
- Ufer des Klopeiner Sees und des Kleinsees
- Im Bereich der Seeabflüsse
Auch die Ortschaft Unterburg östlich des Klopeiner Sees ist aufgrund des sehr flachen Ufers bei einem Anstieg des Sees gefährdet. Der Auslass des Sees liegt am Nordostufer und trifft nach einer Fließstrecke von 390 m auf den Auslass des Klopeiner Sees. Die getrennten Zuflüsse des Klopeiner Sees und des Kleinsees vereinen sich nach wenigen hundert Metern zum Klopeiner Bach.
70 m von einer Fußgängerbrücke überquert, kurz bevor er auf den Abfluss des Klopeiner Sees trifft, wird er erneut über eine Länge von 13 m geführt. Der Abfluss des Kleinsees ist deutlich weniger verstopft und verengt als der Abfluss des Klopeiner Sees. Der ökologische Zustand des Klopeiner Bachs wird bis zur Ortschaft Brenndorf (Fluss-km 0,170) als „gut“ beschrieben.
Aufgrund seiner großen touristischen Bedeutung weisen die Ufer des Klopeiner Sees eine sehr hohe Siedlungsdichte auf. Der Ursprung des Kleinsee-Abflusses ist unbewohnt. Nach einer kurzen Fließstrecke führt der teilweise unterirdisch verrohrte Kanal durch Sportanlagen und vorbei an dünn besiedelten Grünflächen, bis er in der Ortschaft Klopein in den Abfluss des Klopeinmeers mündet.
Methodik
Niederschlag- Abfluss- Modell
- Der Bemessungsniederschlag
- Das CLARK- Verfahren
- Das HORTON- Verfahren
- Ermittlung der Zuflusswelle
- Allgemeines
- Theorie der 1-D- Strömungsberechnung mit stationärem Abfluss
- Modellierung der Seeabflüsse
- Allgemeines
- Rauhigkeitsbeiwerte nach MANNING- STRICKLER
- Modellierung von Brücken und Durchlässen
- Modellierung von Deichen und Seitenarmen
- Abflusswerte
Die Berechnung der kritischen Fließzeit erfolgt nach der in Abschnitt 3.1.2.1.1 genannten empirischen Formel des Hydrographischen Dienstes Kärntens. Probenahmen und physikalische Analysen des Bodens an verschiedenen Stellen im Einzugsgebiet sollen Daten für die Verwendung der drei relevanten spezifischen Bodenparameter für die HORTON-Methode liefern. In Kombination mit dem Laserscanning-Modell liefert die Bewertung die Daten zur Erstellung eines Gefahrenzonenplans für 30 bzw
Zu diesem Zweck wurde die vom Army Corps of Engineers des US-Verteidigungsministeriums entwickelte Software HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center – River Analysis System), Version 4.1.0, verwendet. Das Softwarepaket ist im Internet frei verfügbar, die damit mögliche eindimensionale Strömungsberechnung mit stationärem Abfluss reicht zur Lösung der Aufgabe aus. Zur Verwendung von Geometriedaten in HEC-RAS aus dem mit AutoCAD 2012 erstellten Lageplan
Hierzu wird der Strömungsgeschwindigkeitsverteilungskoeffizient α, bestehend aus der hydraulischen Kapazität und der Fläche der einzelnen Abschnitte, zur Berechnung des jeweiligen Geschwindigkeitsniveaus im Abschnitt verwendet. Mit dem von Autodesk kostenlos zur Verfügung gestellten Zusatzsoftwarepaket „Project River Analysis 2012“ konnte aus der Karte eine HEC-RAS-Geometriedatei erstellt werden. Da diese Taucher im HW-Fall Engpässe darstellen, ist ihre Modellierung für die Berechnung und Darstellung des Abflussverhaltens von entscheidender Bedeutung.
Die folgende Beschreibung der Theorie zur Modellierung von Durchlässen ist dem HEC-RAS-Handbuch entnommen und zusammengefasst. Die Durchflussberechnung für Durchlässe erfolgt in HEC-RAS nach 2 Ansätzen (Berechnung über den Zulauf oder den Ablauf). Der zweite Ansatz, als Durchflussberechnung über den Auslass, basiert auf der Annahme, dass die Abflusskapazität des Dükers vom Düker selbst bzw. abhängig ist
HEC-RAS berechnet die Oberwasser-Energiehöhe, die die Strömungsbedingungen im Durchlass in Abhängigkeit von Ein- und Auslassverlusten, Reibungsverlusten und stromabwärtigen Bedingungen bestimmt. Der Energiegehalt im Hauptwasser wird für die beiden Berechnungsmethoden (Zulauf, Ablauf) mit unterschiedlichen Methoden ermittelt. HEC-RAS verwendet je nach Durchlasstyp beide Gleichungen für die Freifallberechnung.
Das Energieniveau in der Abgasstromberechnung wird mit der eindimensionalen Energiegleichung BERNOULLI analog zu Gl. berechnet. Für die Berechnung der Abflusskapazität des Tauchers wird zwischen den beiden Strömungszuständen Vollfüllung und Teilfüllung unterschieden.
HW- Schutz
- Ermittlung von HW- Anschlagslinien
- Hochwasserschutzstrategien
- Passiver Hochwasserschutz
- Aktiver Hochwasserschutz
Da für die jeweiligen Abflüsse keine Daten zum Wasserstand vorliegen, wird die kritische Tiefe als Randbedingung für den Startwert der iterativen Berechnung der Wasserstandslage herangezogen. Der doppelt schraffierte Bereich zeigt das Überschwemmungsgebiet HQ 30, der einfach schraffierte Bereich HQ 100. Dies wurde vor allem durch den Bau linearer Maßnahmen in Form von Hochwasserschutzdeichen und -mauern erreicht.
Die Verengung des Gewässers von seinen natürlichen Rückhalteräumen und die zunehmende Oberflächenversiegelung führten dadurch zu einer Beschleunigung und Zunahme von Hochwasserwellen. Das zunehmende Scheitern teurer technischer Maßnahmen verursachte mitunter enorme Schäden und erforderte ein Umdenken bei der konzeptionellen Gestaltung des Hochwasserschutzes48. Aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse über die oft negativen Folgen aktiver, technischer Maßnahmen rückte der passive Hochwasserschutz in den Vordergrund.
Das grundsätzliche Ziel des passiven Hochwasserschutzes ist die Erhaltung der natürlich vorhandenen Rückhalte- und Entwässerungsflächen des Gewässers, was im Raumordnungsplan durch eine Begrenzung der schädlichen Nutzung von Flächen in den Rückhalteflächen verwirklicht werden kann. Es ist möglich, die Begrünung, die Anlage von Heckenstreifen zu verbessern und darüber hinaus bei landwirtschaftlich genutzten Flächen durch die Bewirtschaftungsrichtung (Pflügen am Hang) den Abfluss zu verzögern und so die Hochwasserwelle zu reduzieren.
Ziel ist es, das geschaffene Rückhaltevolumen zu nutzen, um im Falle eines Hochwasserereignisses die ankommende Welle abzumildern und so deren schädliche Auswirkungen zu reduzieren. Die Aufrechterhaltung des VR-Retentionsvolumens führt zu einer Reduzierung und Zeitverzögerung der QA-Ausflusswelle. In bestimmten Flussabschnitten ist der Bau zusätzlicher Deiche erforderlich, insbesondere in sehr flachem Gelände mit hoher Bevölkerungsdichte.
Anwendung und Ergebnisse
Hydrologie
- Translation im Einzugsgebiet
- Ergebnisse der bodenphysikalischen Laboruntersuchungen und Interpretation
- Zuflusswelle beim Kleinsee
- Seespiegelerhöhung
Aufgrund der Annahme von 3 verschiedenen bodenspezifischen Parametern im HORTON-Modell gibt es auch 3 Zuflusswellen (siehe Abschnitt 5.1.2). Mit den aus der Vorberechnung nach der CLARK-Methode ermittelten Wasserlasten im Projektbeispiel (Tabelle 5-4) beträgt die maximal mögliche Erhöhung (im Sollzustand) knapp 449,5 m. Der maximale Durchfluss des Sees (2,9 m³/s) kann aufgrund der kurzen Dauer des Niederschlagsereignisses und dem damit verbundenen schnellen Anstieg des Wasserspiegels vernachlässigt werden.
Seit 1975 gibt es am Ostufer des Klopeiner Sees nahe der Ortschaft Unterburg einen Pegel. Dabei wird von der gleichen Bemessungsniederschlagsmenge wie für den Kleinsee ausgegangen, die Bodenversickerungsrate im Einzugsgebiet wird pauschal berücksichtigt und entspricht einem Durchschnitt der Bodeneigenschaften im Einzugsgebiet des Kleinsees.
Ausweisung gefährdeter Flächen und Objekte
Hochwasserschutzkonzept
- Allgemeines
- Schadensfreie Abflussfracht durch Hochwasserrückhalt
- Maximal mögliche Seeretention
- Absperrbauwerke für Hochwasserrückhalt
- Linearmaßnahmen
- Abflussertüchtigung
- Hochwasserschutzdeiche
- Wirksamkeitsanalyse
- Tolerierbare Überflutungen
- Vorsorgemaßnahmen
- Instandhaltung
- Raumplanerische Maßnahmen
- Gefährdungen durch HW- Ereignisse größer als HQ 100
Der Dichtungskern muss tief genug in die darunter liegende Bodenschicht eingebettet werden, um ein Unterlaufen des Damms zu verhindern. Aufgrund der jährlichen Pegelschwankungen von 30–40 cm und der schwierigen Beurteilung der Versickerungseigenschaften des Bodens im Einzugsgebiet kann die Höhe des HQ 100-Wasserspiegels nicht genau berechnet werden. Die detaillierte Berechnung der Geometrie des Abflussbauwerks und der hydraulischen Kapazität des Bestandsbauwerks ist in Anlage 9.2 zu sehen.
Gerade im sehr flachen Bereich, unmittelbar angrenzend an die Seen, ist es notwendig, auch bei einer Abflussmenge von HQ 5 zusätzliche linienförmige Maßnahmen zu organisieren, um eine schadenfreie Ableitung des Hochwassers zu gewährleisten. Die Erweiterung des Abflussquerschnitts wird dadurch erreicht, dass zunächst die Kanäle und Rohre von Sedimentablagerungen befreit werden (siehe Abbildung 3-7). Kanzian (Blende 9, vgl. Anlage 9.3) kann zu Verstopfungen führen, an dieser Stelle sollte eine dicke Blende eingebaut werden.
Die Innenpfähle müssen tief genug in den vorhandenen Untergrund gerammt werden, um ein Versickern des Dammuntergrunds zu verhindern. An den Eintrittspunkten der Kanäle wurden Querprofile befestigt und ein eindimensionaler, stationärer Abfluss auf der Höhe von HQ 5 simuliert (Tabelle 5-6). In der Krone wurden „Ebenen“ platziert, der Bereich dahinter wurde als „ineffektiver Strömungsbereich“ identifiziert (siehe Abschnitt 4.2.3.4).
Bis zur Einmündung in den Kleinsee-Auslass am Auslass von Klopinjsko jezera mit einer Wassermenge von HQ 5 gibt es keine Überschwemmungen. Sedimentablagerungen in den Durchlässen müssen gereinigt und der Sohlenboden auf das ursprüngliche Niveau vertieft werden. Im Falle des Sees dürfen in den in Anlage 9.3 dargestellten Isohypsen von 449,5 m keine Bauarbeiten durchgeführt werden, da dieser Bereich als Rückhalteraum genutzt und bei Hochwasser aufgestaut wird.
Die Überlaufbauwerke an den beiden Seeausläufen sind für die Ableitung eines solchen Ereignisses ausgelegt (siehe Abschnitt 5.3.2.2). Die Höhe eines HQ 1000 HW-Ereignisses wird aus den vom Land Kärnten bereitgestellten Daten (Abbildungen 3-1 und 3-2) entnommen und mit der Kapazität der Abflussbauwerke in Abhängigkeit von der Dammhöhe verglichen (vgl. Anlage 9.2). Die Flächen der Ausbuchtungen stimmen weitgehend mit den HQ-100-Flächen aus dem aktuellen Zustand überein (vgl. Abschnitt 4.2.3).
Diskussion
Zusammenfassung
Verzeichnisse
Literaturverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Anhang
Bodenphysikalische Laboruntersuchungen
Hydraulische Berechnungen der HW- Schutzmaßnahmen
Plan 01 Lageplan
Plan 02 Längenschnitt
