Wasserwirtschaft, Hydrologie und Flussgebietsmanagement
816.102 – Übungen
Ao.Univ.-Prof. Dipl.Ing. Dr. Hubert Holzmann
Institut für Wasserwirtschaft, Hydrologieund Konstruktiven Wasserbau
Universität für Bodenkultur Wien
Schadensanalyse
Nutzenwirkungen von Schutzmaßnahmen bei Hochwässern
Ausgangslage
Hochwasserereignisse verursachen häufig Schäden an
- Personen, - Gebäuden, - Landwirtschaft und - Infrastruktureinrichtungen. Sie sind bedingt durch die physische Beschädigung von Objekten aber auch durch Sedimentation und Mobilisierung gefährlicher Stoffe. Die Höhe des Schadens ist abhängig von der Größe der überfluteten Fläche und dem Wert der darauf befindlichen Objekte.
Durch Hochwasserschutzmaßnahmen wird die Schadenserwartung herabgesetzt. Die Schutzwirkung der Maßnahmen beruht auf folgenden Prinzipien
(1) Reduktion der HochwasserscheitelwerteÄnderung der Hochwasserhäufigkeit durch Hochwasserrückhaltebecken
(2) Erhöhung der AbflusskapazitätLineare Schutzmaßnahmen (Uferschutzdämme) erhöhen den abflusswirksamen Gerinnequerschnitt und reduzieren die Überflutungshäufigkeit.
Quelle: http://www.pflegekonzept-zaya.at/zayamorgen_hochwasserschutz2.htm
Phase 1:Bei Nieder- und Mittelwasserabflüssen fließt das Wasser ungehindert durch den Retentionsraum und wird nicht gestaut:Ablauf = Zulauf
Phase 2:Steigt der Zufluss über den festgelegten Drosselabfluss, füllt sich das Rückhaltebecken kontinuierlich. Das Volumen des Beckens ist so bemessen, dass bei Auftreten eines 100-jährlichen Hochwassers das Bemessungsstauziel nicht überschritten wird: Ablauf < Zulauf
Phase 3:Bei Abklingen der Hochwasserwelle fällt der Zufluss unter den Drosselabfluss und das Retentionsbecken entleert sich:Ablauf > Zulauf
Wirkungsweise eines Hochwasserrückhaltebeckens
Jan 51 Oct 59 Jul 68 Apr 77 Jan 86 Oct 94
010
020
030
040
0
Enns 1951 - 1994 Monatswerte
Abf
luss
(m
3/s)
Retentionswirkung eines Rückhaltebeckens
Hochwasserüberflutungohne Schutzmaßnahmen
Hochwasserüberflutungmit linearen Schutzmaßnahmen
•Schutzmassnahmen:Aktiv:
- Schutzdämme - Mobiler Hochwasserschutz
- (steuerbare) Rückhaltebecken - Sandsäcke
Passiv: - Evakuierung von Mensch und Tier
Hochwasserprävention
Optimierungsziele einer gesamtheitlichen Hochwasserschutzplanung:
- Möglichst hoher Hochwasserschutzgrad
- Wirtschaftlichkeit (Kosten-Nutzen-Vergleich)
- Minimierung nachteiliger Auswirkungen auf Oberlieger und Unterlieger
- Ökologische Eingriffsminimierung
Dabei sind alle "Bausteine" des modernen gesamtschaulichen Hochwasserschutzes nach dem 3-Säulen-Modell zu prüfen und bei Eignung einzusetzen.
Ermittlung des Schadenspotentials - Ablaufschema
Wirkungsmatrix
MethodikDas Schadensausmaß ist zumeist eine Funktion der Hochwassergröße. Für eine Vorabschätzung der zu erwartenden Schäden wird zum einen die statistische Verteilung der Hochwässer herangezogen (Dichtefunktion). Zum anderen werden die spezifischen Schäden in Abhängigkeit zur Abflussgröße verwendet (Schadenfunktion).
Das Produkt aus Hochwasserwahrscheinlichkeit und spezifischen Schäden ergibt den Schadenserwartungswert. Durch Integration über den möglichen Hochwasserabflussbereich ergibt sich eine geschlossene Lösung der Gesamtschadenserwartung.
Berechnungsprozedur zur Hochwasserschadenserwartung (aus SCHMIDTKE, 1984).
Dichtefunktion beiRückhaltebecken (h‘)
A=0.031 ~ 3%
Abfluss
Un
ters
chre
itun
gsw
ah
rsch
ein
lich
keit
0 2 4 6 8 10
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
HaeufigkeitsverteilungDichteverteilungHaeufigkeitsverteilungDichteverteilung
Lognormalverteilung
Wahrscheinlichkeitspapier für Gumbel-Verteilung
0
20
40
60
80
100
-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7
reduzierte Variable yT
X
1.001 1.01 1.1 1.2 31.5 2 4 5 10 25 50 100 200 300 400 500 1000Wiederkehrintervall
0.1 1 50 75 80 90 96 98 99 99.8 99.9Unterschreitungswahrscheinlichkeit [%]
Mod
us
Mitt
el
Abfluss(m3/s)
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
XA
91.7
XB
98.4
P(X|XA<X<XB) = 98.4 - 91.7 = 6.7%
PU
T
PUE = 1/TPUNT = 1-1/T
Schadenserwartung
Der Erwartungswert des jährlichen Gesamtschadens wird folgendermaßen berechnet:
(Glg.1)
wobei SG ... jährliche Gesamtschadenserwartung
QA ... Ausbaudurchfluss (Abflusskapazität)
HHQ ... Höchstes Hochwasser
S ... Schadensfunktion
h ... Dichtefunktion der Hochwasserabflüsse (ohne Maßnahme)
HHQ
Q
G
A
dQQhQsS )()(
Bei Hochwasserschutzmaßnahmen durch Rückhaltebecken ändert sich die Häufigkeitsverteilung der jährlichen Hochwässer von h nach h’. Der verbleibende jährliche Restschaden errechnet sich demnach aus Gleichung (1) durch Verwendung von h’ anstelle von h. Die Hochwasserschadensminderung infolge der Schutzmaßnahme wird folgendermaßen berechnet:
(Glg. 2)
wobei SM ... Schadensminderung infolge Maßnahme
h’ ... Dichtefunktion der Hochwasserabflüsse (mit Maßnahme)
Bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Schutzmaßnahmen wird die erwartete Schadensminderung als Nutzenkomponente den Kosten der Anlage gegenübergestellt.
HHQ
Q
HHQ
Q
M
AA
dQQhQsdQQhQsS )()()()(
Spezifischer Schaden: Schaden, der in Abhängigkeit vom Hochwasserscheitelabfluss festgelegt wird. Wird oft auch synonym zum Begriff Schadensfunktion verwendet.
Abflusskapazität des Flussabschnitts: Darunter wird der, im Gerinneabschnitt schadlos abführbare Durchfluss verstanden. Bei flussgeregelten Abschnitten spricht man auch von Ausbaudurchfluss.
Ausbaukosten: Die Kosten, die für die Herstellung und den Betrieb von Hochwasserschutzmaßnahmen angesetzt werden müssen. Sie steigen mit der Dimensionierungsgröße des Bauvorhabens.
Verhinderte Schäden: Durch Hochwasserschutzmaßnahmen werden Schäden vermindert, die als Nutzen in die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung eingehen. Zu den Schäden zählen Ernteschäden, Viehschäden, Sachschäden, Unfallfolgekosten, etc.
Nutzenwirkungen: Neben den verminderten Schäden werden Bodenwertsteigerung, Kostenersparnisse und induzierte Einkommenswirkungen als weitere Nutzenwirkungen bezeichnet.
Begriffserläuterungen
4. ProgrammbeispielHochwässer einer gegebenen Jährlichkeit verursachen Überflutungen mit zugehörigem
Schadensausmaß. Durch die Errichtung eines Rückhaltespeichers erfolgt eine Dämpfung der Hochwasserscheitelwerte. Dadurch ändert sich die Häufigkeitsverteilung der Hochwasserspitzen.
Folgende Fragen sind zu beantworten:
1. Wie hoch ist der durchschnittlich zu erwartende Gesamtschaden ohne Speicher?
2. Wie hoch ist der durchschnittliche, jährliche Restschaden nach der Errichtung des Speichers?
3. Wie müsste der Ausbaudurchfluss bei einer linearen Hochwasserschutzmaßnahme gewählt werden, um eine Schadenshalbierung gegenüber dem Ist-Zustand zu erzielen?
Jährlichkeit Hochwasserabfluss in m3/s überschwemmte Schaden a ohne mit Speicher Fläche (ha) € / ha
0.5 50 4 0 0 1 72 11 600 100 2 102 22 1460 110 5 140 40 2600 140 10 179 56 2870 170 20 225 80 3140 240 30 252 94 3300 300 50 288 110 3500 520 100 337 131 3700 1200 200 375 155 3850 1450 500 430 185 3950 1550
1000 445 190 4000 1600
Schadenserwartung
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
0 100 200 300 400 500
Spez.Schaden
Akkum. Schaden
Schadensreduktion um 50%
Literatur zu Beispiel 4 SCHMIDTKE, R.F. (1984): Kompendium Nutzen-Kosten Untersuchungen in der
Wasserwirtschaft. Eigenverlag des Institutes für Wasserbau, Technische Hochschule Darmstadt, Ausgabe Oktober 1984
DVWK (1985): Ökonomische Bewertung von Hochwasserschutzwirkungen. Mitteilungen Nr.10.
DVWK (1989): Wahl des Bemessungshochwassers, Merkblätter zur Wasserwirtschaft, Heft 209, Parey Hamburg.
Lecher K., Lühr H.P., Zanke U. (2001): Taschenbuch der Wasserwirtschaft, Parey Berlin.
Muth W. (1996): Hochwasserrückhaltebecken. Planung, Bau und Betrieb. Expert Verlag.
