Weichholzauenprojekt

Abiotik

Eine zuverlässige Abschätzung der Fließwiderstände und Abflusskapazitäten ist die Voraussetzung für ein optimales Fluss- und Auenmanagement. Innerhalb natürlicher Überflutungs- und Auenflächen wachsen typischerweise Gräser, Sträucher und Bäume. Diese Vegetation erhöht nachweislich den Fließwiderstand und bewirkt somit einen Aufstau des Oberwassers. Zudem wird der Transport von Geschiebe und Schwebstoffen beeinflusst und es kann zur Entstehung von Uferrehnen und Sedimentation auf den Vorländern kommen.
Der Anteil vegetativer Widerstände am Gesamtfließwiderstand hängt vor allem von der unterschiedlichen Gattungszusammensetzung innerhalb einer Aue ab. Das Widerstandsverhalten ist dabei hydraulisch gesehen gekennzeichnet durch formflexible, strukturdiverse Kollektivanordnungen der Bewuchselemente. Ziel ist die Bestimmung der Fließwiderstände innerhalb einer sich durch Sukzession entwickelnden Aue. Dafür werden Berechnungsansätze durch halbtechnische Modellversuche derart erweitert, dass die Anwendung auf weichholzauentypische Bewuchsbestände möglich wird.

Laboruntersuchungen

Umfangreiche wasserbauliche Modellversuche dienen zur Ermittlung des hydraulischen Vegetationswiderstandes unterschiedlicher Gehölzarten bei unterschiedlichen Randbedingungen (Fließtiefe, Fließgeschwindigkeit, Besatzdichte). Die hierbei erarbeiteten Ergebnisse liefern zum einen belastbare Widerstandsbeiwerte von Weichholzanordnungen; diese Beiwerte stellen für die hydrodynamisch-numerische Strömungsberechnung notwendige Parameter dar. Zum anderen dienen die Ergebnisse zur Validierung und Weiterentwicklung bisher existenter Berechnungsansätze aus der Fachliteratur.

Tabelle 1: Gegenüberstellung der Daten beider Versuchseinrichtungen

 

Große Versuchsrinne

Kipprinne

Länge

60,0 m

20,0 m

Breite

2,5 m

0,6 m

Höhe

0,8 m

0,7 m

Sohlneigung

0 %

bis 3%

Durchfluss

200 l/s
400 l/s
600 l/s
800 l/s

40 l/s
60 l/s
80 l/s
100 l/s
120 l/s

Länge des Messfeldes

12,0 m

5,0 m


Hierzu werden die Laboruntersuchungen in zwei Rinnen mit unterschiedlicher Breite und Sohlneigung durchgeführt. In Tabelle 1 sind die Eigenschaften beider Versuchseinrichtungen gegenübergestellt, Abbildung 1 zeigt einen Längsschnitt der großen Rinne mit Pflanzen.

Abb. 1: Längsschnitt der großen Untersuchungsrinne mit Versuchsfeld und eingebauten Pflanzen


Abb. 2: Eingebaute Jungweiden mit geringem Verästelungsgrad und mittlerer Anordnungsdichte im unbelaubten Zustand bei einem Abfluss von 600 l/s

Vegetationsparameter bestimmen

Eingangsparameter für die HN-Berechungsverfahren sind neben den hydraulischen Parametern des Gewässers zusätzliche vegetationsbeschreibende Parameter, wie der Ast- bzw. Stammdurchmesser der Vegetation (dveg), der Abstand der Vegetationselemente voneinander in und senkrecht zur Fließrichtung (ax, ay) bzw. die Anzahl der Pflanzen je Probefläche. Da die exakte Erhebung dieser Vegetationsparameter für großräumige Untersuchungsbereiche nicht praktikabel ist, besteht Bedarf an einer neuen Methode zur Ermittlung der hydraulisch relevanten Vegetationsparameter.
Ziel ist die Erarbeitung und Anwendung einer Methodik zur computergestützten Ableitung der hydraulisch relevanten Vegetationsparameter. Die im Feld bei speziellen Hintergrundbedingungen aufgenommenen Fotos werden mit Hilfe einer entwickelten Rasterbildanalyse ausgewertet. Daraus können die sog. "Verwachsungsgrade" und die "Besatzdichten" abgeleitet werden.

Abb. 3: Aufnahme von Weiden vor dem Rasterrahmen

Zweidimensionale hydrodynamisch-numerische Strömungsberechnung

Die Beurteilung der Hochwasserauswirkungen potentieller Weichholzauenstandorte erfolgt unter Verwendung eines zweidimensionalen hydrodynamisch-numerischen Modells. Die topographische Datengrundlage liefert das von der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) zur Verfügung gestellte digitale Geländemodell. Die Kalibrierung der im Modell verwendeten hydraulischen Widerstandsbeiwerte für den Ist-Zustand erfolgte anhand von Wasserstandspeilungen, die im Auftrag der BAW durchgeführt wurden. Verwendet werden Datensätze für unterschiedliche Mittel- und Hochwasser-Abflusszustände der letzten acht Jahre.
Das Habitatprognosemodell benötigt eine Berechnung der Wasserspiegellagen bei Mittelwasserabfluss. Den Berechnungsszenarien zur Beurteilung der Hochwasserneutralität potentieller Auenstandorte liegt das Bemessungshochwasser HQ100 unter Einhaltung des Freibords zu Grunde.
In Abbildung 4 sind die Berechnung der Fließgeschwindigkeiten mit den entsprechenden Fließrichtungen im Bereich des Bälower Bogens, Elbeflusskilometer 438 bis 452, dargestellt.

Abb. 4: Fließgeschwindigkeitsverteilung für HQ100 im Bereich Bälower Bogen