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Über dieses Buch

Diese Open-Access-Publikation ist ein anwendungsorientiertes Lehr- und Handbuch zur Abflussminderung im ländlichen Raum. Meteorologische Extreme wie Dürren, Starkregen und Überschwemmungen häufen sich wegen des Klimawandels. Gleichzeitig steigt der Druck auf unsere Landschaft kontinuierlich, indem sie immer intensiver genutzt und effizienter erschlossen wird. Durch diese Entwicklungen ergeben sich dringende Herausforderungen für den ländlichen Hochwasserschutz und den Erhalt unserer natürlichen Ressourcen Wasser und Boden.

Das Buch beschreibt Methoden für die Planung von Maßnahmen zur Abflussminderung. Es ist speziell für kleine Einzugsgebiete (< 25 km²) konzipiert, da gerade dort viele Gemeinden durch die genannten Entwicklungen zunehmend mit Sturzfluten und Überflutungen konfrontiert sind. Gleichzeitig können dezentrale Ansätze zur Abflussminderung hier am meisten bewirken. Das Handbuch richtet sich vornehmlich an Ingenieure, Planer und Berater von Landwirtschaft, Kommunen und Ländlicher Entwicklung, soll aber auch Studenten und Wissenschaftlern der relevanten Fachgebiete als Informationsquelle und Nachschlagewerk dienen.

Die Autoren:

Dr. Simon P. Seibert ist Ingenieurökologe und hat über die Entstehung und Modellierung von Hochwasser in München und Karlsruhe promoviert. Seit Mitte 2019 leitet er der Arbeitsgruppe Gebietshydrologie am Bayerischen Landesamt für Umwelt.

Prof. Dr. Karl Auerswald lehrt am Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt der TU München. Seine Forschungsschwerpunkte der vergangenen 40 Jahre sind agrarökologische Prozesse, insbesondere der Wasserhaushalt von Landschaften, Böden, Pflanzen und Tieren.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Open Access

Kapitel 1. Einleitung

Zusammenfassung
Steigende Hochwasserschäden durch Klimaänderungen und Landnutzungsänderungen erfordern, den Wasser- und Stoffrückhalt in der Landschaft zu verbessern. Dazu muss man die Wasserflüsse in der Landschaft und die vielfältigen Einflüsse des Menschen kennen, und vor allem muss man sie quantitativ beschreiben können. Erstes Ziel dieses Handbuchs besteht daher darin, Methoden zur Quantifizierung von Wasserflüssen für die Flur- und Landschaftsgestaltung und die Beratung der Landnutzer aufzubereiten. Zweites Ziel ist die Beschreibung und Quantifizierung von Maßnahmen, die den Abflussscheitel dämpfen. Dies schließt die Lücke zwischen den klassischen, in der Wasserwirtschaft etablierten Bemessungsansätzen und den Maßnahmen des dezentralen Wasserrückhalts, die in der bestehenden Literatur fast ausschließlich qualitativ beschrieben werden, damit in der Wirkung ungewiss erscheinen und sich einer Kosten-Nutzen-Analyse entziehen. Das Handbuch richtet sich an Planer und Ingenieure und weitere in der Flur tätigen Akteure wie Wasser- und Anbauberater, Pflege- und Zweckverbände, Hochschulangehörige, Fachinstitute und Entscheidungsträger an Behörden.
Simon P. Seibert, Karl Auerswald

Open Access

Kapitel 2. Grundlagen der Abflussentstehung, Sturzfluten und dezentralen Hochwasserschutzmaßnahmen

Zusammenfassung
Dieses Kapitel beschreibt den Landschaftswasserhaushalt und wesentliche Begriffe, Komponenten und Prozesse, die beim Niederschlag-Abfluss-Prozess von Bedeutung sind. Dabei werden insbesondere die drei wesentlichen Vorgänge erläutert, nämlich i) die Abflussbildung auf der Fläche (Entstehung von Oberflächenabfluss), ii) die Bündelung des Abflusses in der Fläche (Abflusskonzentration) und iii) der Fließprozess in Gerinnen und Gewässern (Wellenablauf). Darüber hinaus werden Einzugsgebiete charakterisiert, da sie die wesentliche räumliche Bezugsgröße zur Bilanzierung von Wasserflüssen darstellen. Eine Übersicht wichtiger Begriffe und Definitionen ist glossarartig zusammengestellt.
Simon P. Seibert, Karl Auerswald

Open Access

Kapitel 3. Wellenablauf – wie sich Abflusswellen aufbauen und wie der Scheitel gemindert werden kann

Zusammenfassung
Abfluss läuft immer in Form einer Welle ab. Wesentliche Eigenschaften einer Welle sind Anstiegs- und Ablaufzeit, Scheitelhöhe sowie Wellenvolumen. Je kürzer die Scheitelanstiegszeit und je größer das Wellenvolumen, umso höher und potenziell schadauslösender wird der Hochwasserscheitel. Wellenvolumen und Anstiegszeit sind daher die wichtigsten Kenngrößen einer Abflusswelle und erlauben es, die Scheitelhöhe zu ermitteln. Dieses Kapitel stellt unterschiedliche Verfahren vor, über die entweder nur der Scheitelwert oder die ganze Abflussganglinie konstruiert werden können. Mithilfe dieser Verfahren lassen sich auch die Einflüsse von Maßnahmen der Landnutzung oder der Landschaftsgestaltung quantifizieren, die entweder das Abflussvolumen und/oder die Anstiegszeit ändern. Die Schätzung des Scheitelabflusses und der Abflussganglinie hat daher grundlegende Bedeutung, auch wenn in der ländlichen Starkregen- und Sturzflutvorsorge bisher nur selten in diesen Kategorien gedacht und argumentiert wird.
Simon P. Seibert, Karl Auerswald

Open Access

Kapitel 4. Abflussentstehung – wie aus Niederschlag Abfluss wird

Zusammenfassung
Oberflächenabfluss entsteht durch Regen, wenn die Rückhaltemöglichkeiten auf Pflanzen und Bodenoberfläche erschöpft sind und die Infiltrationsrate kleiner als die Regenintensität wird. Um für planerische Fragen mit überschaubarem Aufwand die Abflussreaktion abzuschätzen, haben sich stark vereinfachte Verfahren etabliert. Empfohlen und genauer vorgestellt wird eine Weiterentwicklung des Curve-Number-Verfahrens. Letztes ist einfach, weltweit etabliert und für Planungszwecke hinreichend genau. Eine wesentliche Neuerung ist, dass monatliche Werte unterschiedlicher Ackerkulturen unter deutschen Anbaubedingungen und von Grünland, Wald, Siedlungs- und Verkehrsflächen vorgestellt werden. Sie verbessern nicht nur die Abbildung mittlerer Bedingungen, die für Planungszwecke relevant sind, sondern erlauben auch eine Modellierung des Jahresverlaufs, der sich unweigerlich durch die Bewirtschaftung, sich ändernde Bodenfeuchte und sich ändernde Bodenbedeckung ergibt. Damit kann auch die Wirkung von Ansatzpunkten zur Reduktion des Abflussvolumens quantitativ abgeschätzt werden, die in der Landnutzung, der Flächenparzellierung und der landwirtschaftlichen Bewirtschaftungspraxis vorhanden sind. Darüber hinaus werden Empfehlungen zur Wahl geeigneter Bemessungsniederschläge in ländlichen Gebieten gegeben.
Simon P. Seibert, Karl Auerswald

Open Access

Kapitel 5. Abflusskonzentration – wie Abfluss in der Fläche gebündelt und beschleunigt wird

Zusammenfassung
Ausgehend von der Wasserscheide bis in die größeren Gewässer bündelt sich Oberflächenabfluss zunehmend entlang des Fließpfades und beschleunigt dabei. Die allgemeinen Grundprinzipien und Einflussgrößen dieser Beschleunigung werden vorgestellt, typische Abflussformen und Fließpfade in kleinen, ländlichen Einzugsgebieten erläutert und die hydraulischen Grundlagen und Methoden zur Berechnung von Fließgeschwindigkeit und Fließzeit beschrieben.
Simon P. Seibert, Karl Auerswald

Open Access

Kapitel 6. Abflussverzögerung – wie Abfluss gebremst werden kann

Zusammenfassung
Ansatzpunkte zur Reduktion der Fließgeschwindigkeit sind vielseitig und erstrecken sich über den kompletten Fließpfad, wodurch zahlreiche Akteure einen Beitrag leisten können. Flächige, flurstücksinterne Maßnahmen erhöhen die Oberflächenrauheit, längs durchflossene begrünte Abflussmulden, Kleinstrückhaltebecken in der landwirtschaftlichen Flur, Flurgliederung und Flächenarrangement, Gestaltung von Gräben und Rohren, Wege- und Wasserführung beeinflussen die Fließgeschwindigkeit jenseits der Flurstücke in unterschiedlichem, quantifizierbarem Maß. Je nach Schutzbedarf ist das Zusammenwirken mehrerer Maßnahmen notwendig, um den Abflussscheitel ausreichend zu mindern.
Simon P. Seibert, Karl Auerswald

Open Access

Kapitel 7. Anwendungsbeispiel zur quantitativen Abschätzung von Abflusssituation und Abflussminderung

Zusammenfassung
Zu Illustration der vorgestellten Methoden wird die Verringerung von Oberflächenabfluss und Abflussscheitel für ein Planungsgebiet vorgestellt, das in der Vergangenheit häufiger von kleinen Überschwemmungen betroffen war. Dazu werden zunächst Abflussentstehung und Konzentrationszeit bestimmt und daraus die Scheitelabflussrate bei Starkregen berechnet. Anschließend werden die Einflüsse der Grabengestaltung auf Wellenablauf und Scheitelabflussrate und die Wirkungen einer flächendeckenden Mulchdirektsaat (Bodenbedeckung ≥ 30 %) berechnet. Durch die Kombination der Maßnahmen wäre eine Reduktion des Abflussscheitels um bis zu 80 % möglich.
Simon P. Seibert, Karl Auerswald

Open Access

Kapitel 8. Anhang

Zusammenfassung
Im Anhang befinden sich Tabellen zur Wirksamkeit dezentraler Maßnahmen zur Abflussminderung und zu hydraulischen Eigenschaften unterschiedlicher Abflusstypen und Fließpfade. Der Anhang liefert alternative Verfahren zur Bestimmung des Scheitelabflusses (Verhältnisverfahren) und der Abflusshöhe (nach Lutz) und er beschreibt ergänzende Verfahren wie die Ableitung von Gebiets- und Bemessungsniederschlägen, die Bestimmung der Hydrologischen Bodengruppe, die Kartierung von Fließwegen im Gelände, hilfreiche Geodaten und Verfahren der Geodatenanalyse. Wegen der besonderen Bedeutung widmet sich ein Teil außerdem dem Wegebau und der Wasserführung.
Simon P. Seibert, Karl Auerswald

Backmatter

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