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.