Extreme Hochwasser im Elbeeinzugsgebiet - CHR-KHR
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Internationaler Workshop / Expertengespräch<br />
<strong>Extreme</strong> <strong>Hochwasser</strong><br />
18. und 19. April 2005 in Bregenz, Österreich<br />
<strong>Extreme</strong> <strong>Hochwasser</strong> <strong>im</strong><br />
<strong>Elbeeinzugsgebiet</strong><br />
Uwe Grünewald<br />
Lehrstuhl Hydrologie und Wasserwirtschaft<br />
Brandenburgische Technische Universität Cottbus
1. Zum Einzugsgebiet und zu den<br />
Bildungsbedingungen von <strong>Hochwasser</strong> <strong>im</strong><br />
Elbegebiet<br />
2. Zur „<strong>Hochwasser</strong>chronologie“ der Elbe<br />
3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ <strong>im</strong><br />
Elbegebiet charakterisieren ?
„Elbe und angrenzende Flüsse“<br />
1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 3
„ Topografische Übersicht des <strong>Elbeeinzugsgebiet</strong>es“<br />
• A E = 148 268 km²<br />
• viertgrößtes<br />
Einzugsgebiet<br />
Mitteleuropas<br />
(zum Vergleich:<br />
Donau: A E = 817 000 km²<br />
Weichsel: A E = 194 112 km²<br />
Rhein: A E = 184 800 km²)<br />
• Länge Elbe: 1094 km<br />
• 50,5 % der Fläche niedriger<br />
als 200 mNN<br />
• 29 % der Fläche höher als<br />
400 mNN<br />
1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 4
„Ausgewählte mittlere Jahresniederschlagshöhen und<br />
höchste gemessene Tagesniederschläge “<br />
Ort<br />
Niederschlag<br />
[mm]<br />
Brocken (Harz) 1800<br />
Kammlagen<br />
Isergebirge/Riesengebirge<br />
1700<br />
Böhmerwald 1150<br />
Thüringer Wald 1250<br />
Ort<br />
Datum<br />
Nova Luka<br />
(Isergebirge)<br />
29.07.1897<br />
Zinnwald-Georgenfeld<br />
(Osterzgbirge)<br />
12.08.2002<br />
Niederschlag<br />
[mm]<br />
345<br />
312<br />
Quelle: IKSE, 2004<br />
Quelle: IKSE, 2004<br />
1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 5
„ Abflussreg<strong>im</strong>e“<br />
• „Regen-Schneetyp“<br />
• Über 60% des Jahresabflusses <strong>im</strong><br />
Winterhalbjahr<br />
• größere bzw. extreme Winter- und<br />
Frühjahrshochwasser entstehen infolge<br />
intensiver Schneeschmelzen,<br />
verbunden mit großflächigen<br />
ergiebigen Regen<br />
(z.B. 31.03.1845: QS MAX = 5700 m³/s,<br />
WS = 8,77 m in DD)<br />
• Schneeschmelze allein liefert keine<br />
größeren <strong>Hochwasser</strong>ereignisse<br />
(z.B. 20.03.2005 WS = 5,96 m in DD)<br />
1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 6
„ Schneeschmelze allein liefert keine größeren <strong>Hochwasser</strong>ereignisse“<br />
... lieferten 5,96 m<br />
Scheitelhöhe in DD ...<br />
Quelle: SZ, 28.03.2005<br />
Quelle: SZ, 15.03.2005<br />
... 215 Liter/ m² <strong>im</strong> EZG der<br />
Mulde und<br />
ca. 150 Liter/m² <strong>im</strong><br />
Osterzgebirge...<br />
1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 7
„Niederschlagsverteilung bei Oderhochwasser Juli 1997 und<br />
Weichselhochwasser Juli 2001 “<br />
A E = 119 000 km²<br />
(davon nur 5% in D)<br />
Quelle: DWD, 1997<br />
A E = 194 112 km²<br />
Quelle: DWD, 2001<br />
1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 8
„Elbehochwasser August 2002 – Zugbahn Tief „Ilse“ “<br />
1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 9
Katalog der Großwetterlagen<br />
Europas<br />
(1881 – 1998)<br />
Nach Paul Hess und Helmuth<br />
Brezowsky<br />
5., verbesserte und ergänzte Auflage<br />
F.-W. Gerstengarbe und P. C. Werner<br />
unter Mitarbeit von U. Rüge<br />
Potsdam, Offenbach a. M., 1999<br />
„Großwetterlagen Europas“<br />
...Großwetterlage bezeichnet „die<br />
mittlere Luftdruckverteilung<br />
eines Großraumes, mindestens<br />
von der Größe Europas während<br />
eines mehrtägigen Zeitraumes,<br />
in welchem gewisse Züge<br />
aufeinanderfolgender Wetterlagen<br />
gleich bleiben, eben jene Züge,<br />
welche die Witterung in den<br />
einzelnen Teilgebieten des<br />
Großraums bedingen.“<br />
1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 10
„ Trog Mitteleuropa (TRM)“<br />
Ein Trog über Nord- und<br />
Mitteleuropa wird flankiert von<br />
höherem Luftdruck über dem<br />
östlichen Nordatlantik und<br />
Westrussland. In einer von<br />
Nordwest über Nordfrankreich<br />
und das südliche Mitteleuropa<br />
verlaufenden und von dort nach<br />
Nordost umbiegenden<br />
Frontalzone ziehen<br />
Einzelstörungen (Vb – Lage).<br />
Diese gewinnen nach<br />
vorübergehender Abschwächung<br />
über dem Mittelmeer wieder an<br />
Intensität und wirken sich<br />
dadurch stärker über dem<br />
östlichen Mitteleuropa aus.<br />
1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 11
„Zusammenfassung Großwetterlagen nach Baur“<br />
Gruppe Bezeichnung Abkürzung Großwetterlagen<br />
1 Mitteleuropäische<br />
Hochdrucklage<br />
2 Allgemeine<br />
antizyklonale Lage<br />
3 Mitteleuropäische<br />
Tiefdrucklage<br />
4 Allgemeine zyklonale<br />
Lage<br />
H HM, BM, NEA, SA,<br />
SWA, SEA, HFA,<br />
HNFA<br />
A H+NA, NWA, HNA,<br />
HB, WA<br />
T TM, TRM, HNZ,<br />
HNFZ, HFZ, NEZ, SEZ<br />
Z T+WZ, WS, WW,<br />
SWZ, NWZ, SZ, TRW,<br />
TB<br />
Quelle: Gerstengarbe u.a., 1999<br />
1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 12
R e la tive H ä u f ig k e it [ % ]<br />
„ Relative Häufigkeiten ausgewählter Großwetterlagen in Europa<br />
(Zeitraum 1881-1997)“<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
Tief Mitteleuropa (TM)<br />
Trog Mitteleuropa (TRM)<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12<br />
Monate<br />
Quelle: Gerstengarbe u.a., 1999<br />
1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 13
„ Sommerliche Starkniederschlagsereignisse mit katastrophalen<br />
Auswirkungen <strong>im</strong> 20. Jahrhundert in Sachsen“<br />
(Quelle: SMUL,05/ 2002)<br />
1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 14
„„Pirnaer Anzeiger“ vom 20. Juli 1927“<br />
„Bergießhübel Juli 1927 – Eingestürzte Häuser“<br />
Quelle: Marschner, 1927<br />
1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 15
„Exakt dreißigjähriges Auftreten extremer Julihochwasser<br />
<strong>im</strong> Osterzgebirge“<br />
Datum<br />
29./30. Juli 1897<br />
08./09. Juli 1927<br />
22./23. Juli 1957<br />
Niederschlagsgeschehen<br />
140 mm in 24 h in<br />
Kammlagen des<br />
Erzgebirges<br />
in wenigen Stunden<br />
200 mm; <strong>im</strong><br />
Zentrum von 44<br />
km² in 25 min rund<br />
100 mm<br />
Starkniederschläge<br />
mit Zentrum Obere<br />
Gottleuba, > 150<br />
mm in 24 h<br />
materielle Schäden Tote<br />
zerstörte<br />
Eisenbahnstrecken und<br />
Ortschaften in den Tälern<br />
der Gottleuba, Müglitz<br />
und Roten Weißeritz, aber<br />
auch <strong>im</strong> Muldetal und in<br />
der Chemnitz<br />
110 Brücken zerstört, 160<br />
Brücken beschädigt, 188<br />
Gebäude zerstört<br />
70 Mio. Reichsmark<br />
Schaden<br />
direkte Sachschäden: 67<br />
Mio. Mark<br />
Gesamtschäden: 100 Mio.<br />
Mark<br />
mind. 8<br />
152<br />
1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 16<br />
0
„ <strong>Hochwasser</strong>scheiteldurchflüsse in Prag und Decin“<br />
Quelle: IKSE, 2004<br />
Quelle: IKSE, 2004<br />
Rangfolgen Prag<br />
• QS1 : 2002<br />
• QS2 : 1845<br />
• QS3 : 1890<br />
• QS4 : 1862<br />
Rangfolgen Decin<br />
• QS1 : 1845<br />
• QS2 : 1862<br />
• QS3 : 2002<br />
• QS4 : 1890<br />
1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 17
(Jahres-)HQ (in m ³/s)<br />
5000<br />
4000<br />
3000<br />
2000<br />
1000<br />
0<br />
„<strong>Hochwasser</strong>scheiteldurchflüsse in Dresden und Neu-Darchau“<br />
1501 169 8 1821<br />
153 1 178 4 18 2 4<br />
16 51 178 5 18 2 7<br />
16 55 179 9 18 3 0<br />
1682 1814 1845<br />
6000<br />
März 1851<br />
Februar 1856<br />
Januar 1861<br />
Februar 1866<br />
HQ ab dem Abflussjahr 1851 kontinuierlich, ergänzt um einige historische <strong>Hochwasser</strong><br />
März 1871<br />
Februar 1876<br />
März 1881<br />
März 1886<br />
März 1891<br />
Mai 1896<br />
März 1901<br />
März 1906<br />
Quelle: IKSE, 2004<br />
Dresden<br />
März 1911<br />
Februar 1916<br />
Januar 1921<br />
Juni 1926<br />
März 1931<br />
Juni 1936<br />
Zeit<br />
April 1941<br />
Neu-Darchau<br />
Februar 1946<br />
Mai 1951<br />
März 1956<br />
Februar 1961<br />
Februar 1966<br />
Juli 1971<br />
Januar 1976<br />
Juli 1981<br />
Juni 1986<br />
August 1991<br />
Mai 1996<br />
März 2001<br />
Winter<br />
Sommer<br />
Rangfolgen Dresden<br />
• QS1 : 1845<br />
• QS2 : 1784<br />
• QS3 : 1501<br />
• QS4 : 1655<br />
• QS5 : 2002<br />
• QS6 : 1890<br />
• „Sehr große HW in DD<br />
sind mit großen HW in<br />
der Moldau verknüpft !“<br />
• „Nur drei sehr große<br />
HW aus der Moldau<br />
(1920, 1940, 2002)<br />
finden sich auch in der<br />
Unteren Elbe / Neu-<br />
Darchau wieder !“<br />
1. Zum Einzugsgebiet und zu den Bildungsbedingungen ... 18
„Chronologische Geschichte der großen Wasserfluten des Elbstroms<br />
seit tausend und mehr Jahren“<br />
Christian Gottlieb Pötsch, 1732 - 1805<br />
2. Zur „<strong>Hochwasser</strong>chronologie“ der Elbe 19
(Jahres-)HQ (in m ³/s)<br />
6000<br />
5000<br />
4000<br />
3000<br />
2000<br />
1000<br />
0<br />
„<strong>Hochwasser</strong>scheiteldurchflüsse in Dresden von 1501-2002“<br />
1501 1698 1821<br />
1531 1784 1824<br />
1651 1785 1827<br />
1655 179 9 18 30<br />
1682 1814 1845<br />
März 1851<br />
Februar 1856<br />
Januar 1861<br />
HQ ab dem Abflussjahr 1851 kontinuierlich, ergänzt um einige historische <strong>Hochwasser</strong><br />
Februar 1866<br />
März 1871<br />
Februar 1876<br />
März 1881<br />
März 1886<br />
März 1891<br />
Mai 1896<br />
März 1901<br />
März 1906<br />
März 1911<br />
Februar 1916<br />
Januar 1921<br />
Zeit<br />
Juni 1926<br />
März 1931<br />
Juni 1936<br />
2. Zur „<strong>Hochwasser</strong>chronologie“ der Elbe 20<br />
A pril 1941<br />
Februar 1946<br />
Mai 1951<br />
März 1956<br />
Februar 1961<br />
Februar 1966<br />
Juli 1971<br />
Januar 1976<br />
Juli 1981<br />
Juni 1986<br />
August 1991<br />
Mai 1996<br />
März 2001<br />
Winter<br />
Sommer
Pegel [ cm ]<br />
950<br />
900<br />
850<br />
800<br />
750<br />
700<br />
650<br />
600<br />
550<br />
„ Ausgewählte <strong>Hochwasser</strong>stände am Pegel Dresden“<br />
840<br />
24.August 1275<br />
824<br />
12. August 1342<br />
830<br />
Juli 1432<br />
857<br />
16. August 1501<br />
838<br />
7. Februar 1655<br />
1300 1400 1500 1600<br />
Jahr<br />
1700 1800 1900 2000<br />
Quelle: LfUG, 2002<br />
2. Zur „<strong>Hochwasser</strong>chronologie“ der Elbe 21<br />
857<br />
1.März 1784<br />
824<br />
24.Februar 1799<br />
877<br />
31.März 1845<br />
824<br />
3. Februar 1862<br />
837<br />
Juni/Juli 1890<br />
670<br />
10.Oktober 1915<br />
674<br />
12.Juli 1954<br />
940<br />
17.August 2002
„Große <strong>Hochwasser</strong> in Sachsen nichts außergewöhnliches !“<br />
2. Zur „<strong>Hochwasser</strong>chronologie“ der Elbe 22
„Jahreszeitliche Verteilung der Elbehochwasser innerhalb<br />
der letzten 1000 Jahre “<br />
Anzahl der HW in %<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
1000-<br />
1299<br />
1300-<br />
1399<br />
1400-<br />
1499<br />
1500-<br />
1599<br />
1600-<br />
1699<br />
1700-<br />
1799<br />
Zeitraum<br />
1800-<br />
1849<br />
1850-<br />
1899<br />
1900-<br />
1949<br />
1950-<br />
1994<br />
Sommer<br />
Winter<br />
Quelle: Fügner, 1995<br />
2. Zur „<strong>Hochwasser</strong>chronologie“ der Elbe 23
„Temperaturverlauf der letzten 1000 Jahre in Mitteleuropa“<br />
gleitendes 31-jähriges Mittel<br />
Quelle: Glaser, 2001<br />
2. Zur „<strong>Hochwasser</strong>chronologie“ der Elbe 24
„Klassifizierung der HW in drei Gruppen (I)“<br />
2001<br />
„ <strong>Hochwasser</strong> an der Pegnitz in Nürnberg 1300 – 2000:<br />
Glaser,<br />
Deutlich erkennbar ist die starke Zunahme der <strong>Hochwasser</strong> während der<br />
kleinen Eiszeit (1525 – 1700)“ Quelle:<br />
3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 25
Winter<br />
„Klassifizierung der HW in drei Gruppen (II)“<br />
Sommer<br />
3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 26
„Vereisungsverhalten der Elbe <strong>im</strong> Raum Wittenberge 1901 -2003“<br />
Quelle: Landkreis Prignitz, FB Umwelt<br />
3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 27
„Vereisungsverhalten deutscher Flüsse“<br />
• Elbe <strong>im</strong> Winter 1929<br />
• Kältester Winter des 20. Jhd. in<br />
Deutschland<br />
• -27,4 ºC in Dresden<br />
Quelle: SZ vom 12. Feb. 2004<br />
3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 28
„Klassifizierung nach den höchsten Monatswasserständen<br />
in Dresden 1808 - 1879“<br />
Quelle: Dienstarchiv WSA Dresden, Plankammer<br />
3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 29
„Klassifizierung nach Scheitelwasserständen in Dresden ...!? “<br />
Quelle: IKSE, 2004<br />
3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 30
Durchfluss [m³/s]<br />
5000<br />
4500<br />
4000<br />
3500<br />
3000<br />
2500<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
1490<br />
1480<br />
1450<br />
1380<br />
1310<br />
1370<br />
1650<br />
1950<br />
2210<br />
2550<br />
2570<br />
2480<br />
2370<br />
2360<br />
2440<br />
2660<br />
Foto: Grünewald 2003<br />
„Wasserstand Elbepegel Dresden/Augustusbrücke<br />
9,40 m überschreitet alles bisher da gewesene“<br />
Spekulationen über Scheitelabflusswerte<br />
um 7000 m³/s<br />
Pegel Dresden/Elbe Durchfluss [m³/s] vom 11.08.02 - 7.00 Uhr bis 22.08.02 - 7.00 Uhr<br />
(Datenquelle: Internetangaben LfUG Sachsen)<br />
3010<br />
3619<br />
4020<br />
4404<br />
4792<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
4758<br />
4298<br />
3722<br />
keine Angaben vorhanden<br />
3290<br />
2970<br />
2690<br />
2430<br />
2170<br />
1940<br />
1760<br />
1550<br />
1410<br />
1290<br />
1200<br />
1130<br />
1070<br />
955<br />
11.08. 12.08. 13.08. 14.08. 15.08. 16.08. 17.08. 18.08. 19.08. 20.08. 21.08. 22.08.<br />
Angaben der BfG<br />
3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 31
Scheiteldurchfluss in m³/s<br />
7000<br />
6000<br />
5000<br />
4000<br />
3000<br />
2000<br />
1000<br />
„Gemessener Durchfluss von 4580 m³/s<br />
– keineswegs nie da gewesen“<br />
Scheiteldurchfluss am 17.08.2002<br />
100 - jährliches Ereignis<br />
Pegelhöhe in cm<br />
1000<br />
900<br />
800<br />
700<br />
100 - jährliches Ereignis<br />
2000 3000 4000 5000<br />
Durchfluss in m³/s<br />
HQ (150 ...200 a)<br />
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000<br />
Jährlichkeit in Jahren<br />
Quelle: Umweltatlas DD 2002<br />
3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 32
„Vermindertes <strong>Hochwasser</strong>abführungspotential <strong>im</strong> Stadtgebiet von<br />
Dresden durch Auflandung, Vegetation, Bebauung ...“<br />
Quelle: Wasser- und Schifffahrtsamt Dresden, 2002<br />
Foto: Grünewald, 2003<br />
Foto: Grünewald 2003<br />
• „...führte zu<br />
Wasserstandsaufhöhung<br />
!“<br />
Quelle: DLR, 2002<br />
• Flutrinnen werden<br />
endlich saniert<br />
(SZ vom 5.April 2005)<br />
Quelle: IKSE, 2004<br />
1. Informationsvorsorge … 33
„Verbreitung des <strong>Hochwasser</strong>s von 1845 in Dresden <strong>im</strong> Vergleich zu<br />
2002“<br />
Quelle: IKSE, 2004<br />
Karte: Dienstarchiv WSA Dresden, Plankammer<br />
3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 34
„Einordnung nach der Häufigkeit <strong>im</strong> Zusammenhang mit äquivalenten<br />
Vorsorgemaßnahmen ...“<br />
Häufige Überschwemmungen<br />
(T < 10 Jahre)<br />
Seltene Überschwemmungen<br />
(T = 10 – 200 Jahre)<br />
Sehr seltene<br />
Überschwemmungen<br />
(T > 200 Jahre)<br />
“weiche“, strukturelle Maßnahmen<br />
• Renaturierung<br />
• Verbesserte Infiltration, Entsieglung<br />
• Dezentraler Rückhalt<br />
• Deichrückverlegung, Querschnittsaufweitung<br />
• Deiche<br />
Technische Maßnahmen<br />
• Rückhaltebecken, -flächen<br />
• Deiche<br />
• Polder<br />
• Deichrückverlegung, Querschnittsaufweitung<br />
Organisatorische Maßnahmen<br />
• Notentlastungen<br />
• Katastrophenbewältigung<br />
• Finanzielle Vorsorge<br />
Quelle: (DKKV, 2003)<br />
3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 35
„Klassifizierung nach dem Prozentsatz des<br />
Bruttoinlandsprodukts (BIP) an der Elbe 2002“<br />
in Deutschland : 0.023 % des BIP<br />
in Sachsen : ca. 0,3 % des BIP<br />
in Sachsen-Anhalt : ca. 0.3 % des BIP<br />
(Gesamter <strong>Hochwasser</strong>schaden in Europa <strong>im</strong> August 2002: 18,5 Mrd. € )<br />
Quelle: Münchner Rück, Bericht 2003<br />
3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 36
„Klassifizierung nach dem Prozentsatz des<br />
Bruttoinlandsprodukts (BIP) am Beispiel der Schweiz“<br />
Quelle: Pfister(Hrsg.), 2002<br />
3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 37
„Schlussfolgerungen“<br />
• „Vieles spricht dafür“, dass es in der Vergangenheit <strong>im</strong> Elbegebiet<br />
größere <strong>Hochwasser</strong> gegeben hat als jenes vom August 2002 mit seinem<br />
extremen Wasserstand in DD<br />
• Klassifizierung von HW-Ereignissen hinsichtlich ihres „Extremverhaltens“<br />
erfordert Berücksichtigung unterschiedlicher Kriterien (neben Wasserstand<br />
und Durchfluss z.B auch (normierte) Schäden)<br />
• Sorgfältige Ereignisanalysen von „extremen <strong>Hochwasser</strong>n“ erfordern deren<br />
Einbindung in die „(kleinere und größere) räumliche und zeitliche<br />
Umgebung“<br />
• Weitere Objektivierung der „<strong>Hochwasser</strong>chronologien“ ist von großer<br />
• Praxisrelevanz (z.B. ...Verbesserung HW-Risikomanagement, HW-<br />
Bemessungspraxis ...) und stellt<br />
• wissenschaftliche Herausforderung dar (z.B ...Interdisziplinarität von<br />
Historikern, Hydrologen, Hydraulikern ..., methodische Verknüpfung von<br />
deterministischen und stochastischen (Extrem-) Szenarioanalysen)<br />
3. Wie lassen sich „extreme <strong>Hochwasser</strong>“ ... 38