Thirdpage

Geschiebeabschätzungen und –berechnungen bilden eine wichtige Grundlage für Hochwasserschutzkonzepte und wasserbauliche Fragestellungen sowie für die Risikobeurteilung. Mit der Quantifizierung des Geschiebetransportes können die Relevanz einzelner Geschiebeherde, Erosions- und Ablagerungsstrecken bezeichnet und die daraus folgenden Konsequenzen etwa für die folgenden Fragestellungen abgeleitet werden:

· An welcher Stelle ist ein Geschiebeablagerungsplatz zu planen und welche Kapazität muss er aufweisen?

Die Feststofffracht von Ereignissen verschiedener Grössenordnungen (z. B. 30-, 100- und 300-jährliche Eriegnisse) hängt von verschiedenen Einflussgrössen ab, welche aufgrund von Szenarien bis zu einem bestimmten Genauigkeitsgrad quantifiziert werden können. Die Ergebnisse können durch die verschiedenen Annahmen und je nach angewendeter Methode variieren. Die Berechnung verschiedener möglicher Szenarien weist den Vorteil auf, dass die Qualität der Aussage durch die verschiedenen Ergebnisse besser beurteilt werden kann.

Die Analyse des Feststofftransportes wird nach dem am Geographischen Institut der Universität Bern und dem damaligen Bundesamt für Wasser und Geologie (heute BAFU) erarbeiteten Verfahren durchgeführt. Dieses Verfahren wurde mehrfach publiziert (z. B. Lehmann 1993, GHO 1996) und seit damals weiterentwickelt und modifiziert.

Für bestimmte Fragestellungen des Geschiebehaushaltes ist auch die jährliche Geschiebefrscht zu bestimmen. Dies ist vor allem für ökologische Fragestelungen oder für die Elektrizitätswirtschaft von Bedeutung. Die dafür angewendete Methode istin der Anleitung "Abschätzung der mittleren jährlichen Geschiebelieferung in Vorfluter. Praxishilfe im Auftrag es Bundesamtes für Umwelt" beschrieben und wurde von Lehmann Hydrologie-Wasserbau mitentwickelt.

Mess- und Beobachtungensnetze sind eine wesentliche Grundlage für die Erfassung von Abflüssen. Allerdings sind Messstationen teuer und müssen über lange Zeiträume betrieben werden, um brauchbare Ergebnisse liefern zu können. Obwohl beispielsweise seit über 100 Jahren Abflussmessungen durchgeführt werden, sind daraus abgeleitete Schätzmethoden für Hochwasserabflüsse nur unter speziellen Bedingungen und mit Einschränkungen brauchbar.

Für die Hochwasserabschätzungen in ungemessenen Gebieten verwenden wir deshalb verschiedene Ansätze:

Der Einbezug früherer Ereignisse sowie historischer Daten und Aufzeichnungen wird bei ungemessenen Einzugsgebieten versucht, die Kenntnis über abgelaufene Hochwasserabflüsse und allfälliger Ueberschwemmungen auszuweiten. In Einzugsgebieten, welche über eine Abflussmessreihe verfügen, kann diese in die historische Dimension zu verlängert werden. Hier findet sich ein Beispiel aus der Analyse historischer Ereignisse an der Lütschine. Ferner wird anhand der historischen Betrachtung die Häufigkeit von Bachausbrüchen für einen bestimmten Zeitraum abgeschätzt und mit berücksichtigt. Zusammen mit den Schätzverfahren und den geomorphologisch-hydraulischen Betrachtungen wird versucht, die Abflüsse für die einzelnen Szenarien möglichst genau zu bestimmen.

Für die geomorphologische–hydraulische Betrachtung wird davon ausgegangen, dass das Aussehen eines Gewässers seine Aktivität in der jüngeren Geschichte (d.h. in den letzten paar hundert Jahren) widerspiegelt, sofern nicht grössere bauliche Veränderungen stattgefunden haben. Bis etwa 30-jährliche Hochwasser verändern ein Gerinne in vielen Fällen nicht oder nur geringfügig und Ausbrüche der Fliessgewässer sind in der Regel nur an bestimmten Schwachstellen zu erwarten. Mittels einfachen hydraulischen Berechnungen kann die Wassermenge, welche gerade nicht zum Ausbruch führt, abgeschätzt werden. Ein 300-jährliches Ereignis hingegen kann den Charakter eines Baches beeinträchtigen, wobei oft starke Erosionen und Wasserausbrüche Zeugen von hohen Abflüssen sind.

Beim angewendeten Abflussmodell wird das Gebiet in einzelne homogene Flächen aufgeteilt. Jede Abflussfläche erzeugt im Rahmen des Niederschlagsereignisses eine eigene Abflussganglinie. Ferner ist jede Abflussfläche eine bestimmte Strecke vom Vorfluter entfernt und weist zusätzlich im Gerinne eine gewisse Distanz zum jeweiligen Berechnungspunkt auf. Die „Fliessdauer“ des Wassers ist aus jeder Fläche unterschiedlich lang, bis das Wasser den Vorfluter und schliesslich den Berechnungspunkt erreicht. Die Ganglinie jeder einzelnen Fläche wird nun beim Beobachtungspunkt superponiert. Auf diese Weise entsteht für jedes Szenarium eine Ganglinie. (Beispiel Birse bei Reconvilier, 50-jährliches Hochwasser).

Das Modell ermöglicht es, den Effekt verschiedener Niederschläge, auch verschiedener Niederschlagszeitpunkte sowie unterschiedliche Jährlichkeiten zu prüfen. Ferner eignet sich das Modell, Veränderungen im Einzugsgebiet wie z. B. der Bau oder die Vergrösserung einer Siedlungsfläche auf ihren Einfluss auf das Hochwassergeschehen zu überprüfen.

Die Analyse von Niederschlagsmessreihen bildet eine wichtige Grundlage für die Erstellung von Abflussmodellen und als Basis für die Bestimmung von Dimensionierungshochwassern. Dabei wird die Datengüte beurteilt sowie auch die Homogenität der Datenreihe.

Die Daten der Regenmessstationen der Meteoschweiz werden noch vielerorts täglich erhoben. Für die Hochwasser kleiner Einzugsgebiete ist jedoch eine Niederschlagsauflösung von 24 h zu weitmaschig, da kleine Bäche in der Regel kurze Reaktionszeiten haben und innerhalb von Stunden oder kürzer reagieren. Ebenso braucht es für detaillierte Untersuchungen hochauflösende Niederschlagsdaten, die anhand zusätzlicher Messstationen, räumlich aber leider auch nur sehr weitmaschig, bestehen. (z. B. kantonale Stationen, IMIS, usw.). Dennoch können dort, wo Abflussmessungen bestehen, anhand der Abflussganglinie zeitlich etwas höher auflösende Niederschlagsereignisse rekonstruiert werden, wie auch anhand von hochauflösenden Regendaten ein Abflussereignis rekonstuiert werden kann, sowiet es die Daten erlauben.

Hochwasserschutzmassnahmen werden auf seltene Hochwasser dimensioniert. Der Schutz wird üblicherweise in Siedlungsgebietenauf ein 100jährliches Hochwasser ausgelegt. Zusätzlich werden Vorkehrungen getroffen, die anfallenden Wassermassen bei noch grösseren Ereignissen, möglichst kontrolliert ableiten zu können (Überlastfall).

Abflussanalysen sind eine wichtige Grundlage, anhand vorhandener Messreihen und Kenntnissen, Hochwasserabflüsse mit definierten Jährlichkeiten zu ermitteln. Den statistischen Auswertungen liegt jedoch die Annahme einer zufälligen Verteilung der extremen Hochwasser zugrunde, und dass sich dazu deren Häufigkeit über längere Perioden nicht verändert. In der Definition tritt ein hundertjährliches Hochwasser im Mittel alle 100 Jahre einmal auftritt. Es kann zufällig verteilt, kann aber über eine längere Periode, z.B. in 500 Jahren 5 Mal erwartet werden.

Bis vor kurzem wurde diese Annahme praktisch nicht in Frage gestellt. Seit einigen Jahren wird nun aber in verschiedenen Einzugsgebieten eine Häufung von Hochwassern beobachtet. Dies wirft Fragen auf wie z. B:

Vor der eigentlichen Auswertug der Daten ist deren Qualität zu überprüfen. Die Erfahrung mit der Auswertung von Niederschlags- und Abflussmessreihen und deren Interpretation, unter Berücksichtigung der aufgetretenen Häufung grösserer Hochwasser, konnte Lehmann Hydrologie-Wasserbau in vielfältige Projekte einbringen.

An Standorten ohne Abflussmessung können extreme Wasserstände anhand von Ablesungen nahegelegener Pegel und Hochwasserspuren rekonstiuiert werden. Ein Beipsiel dafür finden sie hier.

Die Realisierung von Hochwasserschutzprojekten verlangt eine weitest gehende Rücksichtnahme auf den natürlichen Charakter eines Gewässers. Deshalb werden Hochwasserschutzmassnahmen und Revitalisierugsmassnahmen oft zusammen geplant. Dabei sind neben biologischen und zoologischen Kenntnissen auch die Erarbeitung eines naturnahen Geschiebehaushaltes gefragt. Im Rahmen von Revitalisierungsarbeiten an Fliessgewässern erarbeiten wir zusammen mit den entsprechenden Fachkräften in Anlehnung an die historischen Gegebenheiten Konzepte für die Durchlässigkeit von Geschiebe und Lebewesen. Dabei werden folgende Fragestellungen berücksichtigt:

Dabei können einmalige Messungen als auch Messkampagnen, welche sich über mehrere Jahre erstrecken (z. B. als Ersatz einer Messstation, Erstellung von Wasserstands - Abflussbeziehungen), durchgeführt werden.
Messungen mit Flügeln eignen sich mehrheitlich für grössere Gewässer und Kanäle. Mit Flügeln können fallweise auch überduchschnittliche Abflüsse gemessen werden.
Messungen mittels Salzverdünnung eignen sich für kleinere und turbulente Abflüsse, beispielsweise in Wildbächen. Die Abflussmengen, welche mittels dieser Methode gemessen werden können, sind auf höchstens wenige Kubikmeter in der Sekunde beschränkt.

Aufgrund der speziellen Fachkenntnisse in Hydrologie, Geschiebeproblematik und Gewässermorphologie wird Lehmann-Hydrologie-Wasserbau für Beratungen für wasserbauliche Fragestellungen (Dimensionierungen, Bauwerksempfehlungen usw.) angefragt. Dies kann von kurzen Einsätzen bis zur Ausarbeitung von komplexen Hochwasserschutzkonzepten führen. Letztere werden nach Bedarf auch in einem Team mit zusätzlichen Fachspezialisten angeboten, meistens in Zusammenarbeit mit einem lokalen Ingenieurbüro.

Mit Objektschutzmassnahmen bezweckt man, eine Fläche oder ein Objekt von einem schädlichen Prozess freizuhalten und zu schützen. Im Gegensatz zu traditionellen Hochwasserschutz-massnahmen (Retentionsbecken, Kanalaufweitungen), welche oft fernab vom Schutzobjekt erstellt werden, zielt die Objektschutzmassnahme direkt vor Ort auf eine Unterbindung der Wirkung eines Prozesse hin. Vorteil ist dabei, dass direkt auf die Bedürfnisse des Schutzobjektes eingegangen werden kann. Für eine optimale Planung der Massnahmen sind jedoch kleinräumig betrachtet deutlich detailliertere Kenntnisse über das Verhalten der Prozesse notwendig als gemeinhin im traditionellen Hochwasserschutz vorausgesetzt werden. Dieser zusätzliche Kenntnisstand ist, wie oben bereits dargelegt, meistens nicht oder nur rudimentär vorhanden und durch die gängigen Instrumente (Gefahrenkarte, Ereigniskataster) nicht genügend abgedeckt.

Objektschutz kann als permanente oder als temporäre Massnahme eingeplant werden. Permanente Objektschutzmassnahmen sind in der Regel Bestandteil der Konstruktion (z. B. Ablenkmauer) und sollten für das erwartete Ereignis genügen, ohne weitere Massnahmen treffen zu müssen. Temporäre Massnahmen werden bei Bedarf aufgestellt und setzen dafür eine gewisse Vorwarnzeit voraus. Objektschutz kann gegen Hochwasser als auch gegen andere Naturgefahren eingesetzt werden.

Objektschutz ist eine relativ günstige Massnahme zur Schadensbegrenzung. Sie wirkt aber nur auf ein bestimmtes Objekt und beeinflusst lediglich die Wirkung eines Prozesses auf einer definierten Fläche. Wird auf einer Fläche infolge Objektschutzes kein Wasser abgelagert und durch die Massnahme abgelenkt, kann der Prozess im ungünstigen Fall auf eine andere Parzelle abgelenkt werden und dort den negativen Effekt verstärken.

Objektschutzmassnahmen müssen daher wie traditionelle Hochwasserschutzmassnahmen neben ihrer Wirkung bezüglich der fraglichen Parzelle auch auf allfällige Negativwirkungen auf die Nachbargebiete geprüft werden. Dies setzt allerdings die Kenntnis des Prozesses und seiner Intensitäten, sowie der Grösse (z. B. Menge Wasser) voraus. Objektschutzmassnahmen können sich aber auch dort lohnen, wo in naher Zukunft Verbauungen geplant werden, aber bis zur Verwirklichung noch Jahre vergehen werden (z. B. Etappierung von Schutzmassnahmen aufgrund finanzieller Zwänge).

Dank der grossen Erfahrung auf dem Gebiet des Feststofftransportes bietet die Ausarbeitung und Mitarbeit bei der Erstellung von Praxishilfen und methodischen Anleitungen die Möglichkeit, die in der praktischen Tätigkeit gewonnenen Erkenntnisse zusammenzufassen und an interessierte Kreise weiter zu geben.

Hochwasser und Murgänge verursachen regelmässig Schäden an Siedlung und Infrastruktur. Obwohl Massnahmen gegen Unwetterereignisse getroffen werden, ist es nicht möglich diese vollständig einzudämmen. Technische und ökonomische Limiten sind neben grundsätzlichen Wissenslücken bezüglich Entstehung, dem Ablauf und den Auswirkungen der verschiedenen Prozesse als Hauptgründe zu nennen.

Ein wichtiges Mittel für ein besseres Prozessverständnis ist dabei die Dokumentation des abgalaufenen Ereigbnisses.

Neben zahlreichen Ereignisanalysen hat C. Lehmann auch die Mitteilung Nr. 5 der Arbeitsgruppe für operationelle Hydrologie (GHO) bei der damaligen Landeshydrologie und -geologie (LHG; heute Abt. Hydrologie im Bundesamt für Umwelt).

Die Erstellung von Gefahrenkarten setzt eine umfassende Gefahrenbeurteilung voraus, bei der versucht wird, die Entstehung und der Ablauf von Prozessen, ihre räumliche Wirkung, die Eintretenswahrscheinlichkeiten und die Intensitäten zu bestimmen.. Die Beurteilungen erfolgen grösstenteils aufgrund bereits abgelaufener Ereignisse, den Ergebnissen von Geländebegehungen und, wo möglich und sinnvoll, mittels Computer-Simulationen. Lokale Erfahrungswerte spielen eine entscheidende Rolle.

Gefahrenkarten zeigen auf, welche Siedlungsräume durch Hochwasser, Lawinen, Rutschungen oder Felsstürze bedroht sind. Aus ihnen lässt sich ablesen, welche Flächen beim nächsten Unwetter überschwemmt werden könnten, wo Lawinen herunterkommen oder welcher Hang ins Rutschen geraten könnte.