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Artikel

Autor(en): Karl Hagen
Redaktion: BFW, Österreich
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Bemessungshilfen für Hochwasserabflüsse in Wildbächen

Bei Planungen im Bereich von Wildbächen steht der Praktiker vor der Frage, ob und wie stark Objekte durch Hochwässer gefährdet sind oder wie Querprofile (wie z.B. Rohrdurchlässe oder Brücken von Forststraßen) richtig zu dimensionieren sind. Ihm stehen sowohl ein­fache empirische Formeln als auch komplexe Modell­ansätze zur Verfügung, jetzt wurde eine Entscheidungshilfe für die Auswahl der Berechnungsmethode erarbeitet.

Folgende Fragen sind vorher zu klären:

  • Sind Personen gefährdet? Wie groß ist der Wert des zu schützenden Gutes? Wie wirkt sich ein Funktions­ausfall des Gutes aus? Danach hat sich der Auf­wand zu richten, mit dem die Bemessungsereignisse ermittelt werden. Bei Objekten mit geringerem Wert, deren Ausfall das Wirtschaftsgeschehen nicht wesentlich beeinträchtigen (etwa Nebenstraßen), ist es vertretbar, zu Bemessungszwecken nur einfache Faustformeln heranzuziehen. Sind Menschenleben oder hohe zu schützende Werte gefährdet, müssen aufwendigere Methoden zur Anwendung kommen.
  • Welcher Art ist die Gefährdung? Im Wildbachbereich wird das Abflussgeschehen durch den Geschiebetrieb oft entscheidend beeinflusst. Die vor­gestellten Berechnungsverfahren geben aber nur die Abflussspitzen von (relativ) ungestörten Abflüssen nach extremen Niederschlägen wider. Daher eignen sich Hochwasserformeln nicht zur Abschätzung stark geschiebebelasteter, murartiger Ereignisse.

Ob ein Ansatz geeignet ist, hängt davon ab, auf welcher Datenbasis er entwickelt wurde. So sind An­sätze, die in Flusseinzugsgebieten erarbeitet wurden, für die meist kleinen, steilen Einzugsgebiete von Wildbächen nur sehr beschränkt verwendbar. Entscheidend ist, ob die benötigten Gebietsinformationen in aus­reichender Qualität zu Verfügung stehen – eine Voraussetzung für den Einsatz anspruchsvollerer Ansätze.

Ansätze ohne Adaptierungskoeffizienten

Abflussformel nach Wundt

Einfache Ansätze, die auf Hüllkurven über den Wertepaaren Abflussspitze (m3/s) und Einzugsgebietsfläche beobachteter Ereignisse basieren, werden seit langem angewandt (z.B. Wundt, 1953). Die Jährlichkeit der so ermittelten Spitzenabflüsse ist häufig nicht definiert. Ansätze ohne Anpassungsmöglichkeiten für Gebiets­eigenschaften (z.B. über Gebietsparameter, Zu- und Abschläge) sind zwar sehr einfach anzuwenden, können aber kaum genaue Ergebnisse liefern. Die in den Tabellen angeführte Robustheit ist ein Maß für die Reaktion der Ansätze (Ergebnisqualität) gegenüber Unschärfen in der Parameterabschätzung.

Ansätze mit Adaptierungskoeffizienten

Einzelne Ansätze erreichen trotz diffuser Definition der Adaptierungskoeffizienten und teilweise fragwürdiger Rückschlüsse von Gebietseigenschaften auf deren Abflussverhalten vergleichsweise gute Rechenergebnisse (z.B. Wund modifiziert nach Länger). Die Anpassungsmöglichkeiten an Gebietseigenschaften sind noch gering. Die Anwendung ist einfach und mit geringem Aufwand verbunden, verlangt aber zumindest Grundkenntnisse über Wirkungszusammenhänge und Gebietseigenschaften. Die Formeln reagieren nur gering auf Änderungen der Eingangsgrößen.

Abflussformel nach Hofbauer Modifizierung von Wundt nach Länger

Ansätze mit Adaptierungskoeffizienten und Niederschlagskennwerten

Viele neue Ansätze erfordern Angaben zum Niederschlagsinput im Ereignisfall. Sie wurden oft in be­stimmten Regionen entwickelt, ohne dass diese hin­reichend genau beschrieben sind, um detaillierte Rückschlüsse auf den Einsatzbereich zu ermöglichen. Die Abschätzung des maßgeblichen Niederschlags­ereignisses erfolgte entsprechend dem Diktat der zur Zeit der Entwicklung verfügbaren Datengrundlagen oft auf wenig geeignete Art.

Abflusssformel nach Iszkowski Abflussformel nach Hampel

Die Anwendung dieser Ansätze ist noch immer recht einfach, die verfügbaren Werte zum maximalen Niederschlagsinput sollten aber insbesondere für kürzere Zeiträume (<= 1 Tag) nicht unkritisch übernommen werden (zum Beispiel Kontrolle Nachbarstationen, Erfahrungen). Die Ansätze reagieren überwiegend eher robust gegenüber unterschiedlichen Einschätzungen der Rahmenbedingungen.

Laufzeitverfahren

Fließzeitverfahren nach Zeller

Laufzeitverfahren messen dem Niederschlagsge­schehen hohe Bedeutung zu. Sie versuchen, das maßgebliche Niederschlagsereignis hinsichtlich Dauer und Intensität über Konzentrationszeiten (tC) abzu­schätzen. Die Modellannahmen (gleich verteilter Blockregen der Dauer tC) stellen einen nachvollziehbaren Zusammenhang zwischen Niederschlagsintensität und Dauer in Abhängigkeit der Flächengröße dar. Tat­sächlich entspricht dieser bei kleinräumigen Extrem­ereignissen (wie Gewittern) aber selten der Realität. Zudem ist die Ermittlung der Konzentrationszeit stark abhängig vom gewählten Verfahren, die darauf basierenden Angaben für die Niederschlagsereignisse sind entsprechend unsicher. Die notwendigen Niederschlags-Intensitäts­angaben standen in Österreich bis­her kaum zur Verfügung, eine Annäherung liefert die Abschätzungshilfe für Stark­niederschlagsereignisse kurzer Dauer nach Lorenz/ Skoda (Auskunft dazu bei den hydrologischen Landes­dienststellen). Überwiegend sind die Modellparameter klar definiert, ihre Werte jedoch zum Teil stark von der Qualität der Gebietsinformationen abhängig.

Der Aufwand für den Einsatz dieser Verfahren ist unterschiedlich, meist aber bereits deutlich höher als bei den zuvor genannten Ansätzen. Fachspezifisches Grundwissen ist Voraussetzung.

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