Die Erfassung des bestehenden Hochwasserrisikos (HWR) und dessen Steuerung durch Maßnahmen des Hochwasserrisikomanagements (HWRM) stehen seit Beginn der 2000er-Jahre gleichsam im Fokus der nationalen als auch internationalen Forschung. Gründe dafür sind u. a. die mitunter verheerenden und zunehmenden Konsequenzen von Hochwasserereignissen (HW) sowie ihre mediale Aufmerksamkeit (z. B. in Verbindung mit HW in Mitteleuropa 2021 oder in Australien, Bangladesch und Südafrika 2022). Aus der Risikodefinition als Produkt von Wahrscheinlichkeit und Konsequenzen eines HW leiten sich zur Steuerung des HWR zwei Handlungsoptionen ab. Diese sind (1) die Beeinflussung der Überflutungs- bzw. der Versagenswahrscheinlichkeit und (2) die Beeinflussung der HW-Konsequenzen. Für beide bedarf das HWRM geeigneter Werkzeuge, um planerisch mit dem bestehenden HWR umzugehen. Vor diesem Hintergrund entwickelt diese Arbeit am Beispiel homogener Flussdeichquerschnitte einen risikobasierten Planungsansatz und im Zuge dessen Methoden zur indirekten Bestimmung stochastischer Bodeneigenschaften, zur Identifikation von Steuerungsvariablen in Grenzzuständen und zur ökonomischen Optimierung von Deichquerschnitten. Dafür erfasst diese Arbeit zunächst einen überregionalen Datensatz zu bodenmechanischen Klassifikationsversuchen. An deren statistischer Auswertung anschließend wird eine Methodik zur indirekten Bestimmung stochastischer Bodeneigenschaften erarbeitet. Die Ergebnisse ihrer Anwendung ermöglichen schließlich die stochastische Modellierung von zuverlässigkeitsrelevanten Bodenkenngrößen, welche wiederum die Grundlage für probabilistische Zuverlässigkeitsanalysen in der Geotechnik bilden. Im nächsten Schritt werden die gewonnenen stochastischen Ergebnisse für probabilistische Zuverlässigkeitsanalysen der Böschungsstabilität verwendet. Auf diese Weise quantifiziert diese Arbeit die Sensitivität der Wahrscheinlichkeit eines landseitigen Böschungsbruchs auf geometrische und materialtechnische Eingangsgrößen. Auf diese Weise können schließlich vier Steuerungsvariablen der Böschungsstabilität identifiziert werden. Abschließend modelliert diese Arbeit die Zuverlässigkeits- und Risikokosten entlang einer idealisierten Deichlinie. Diese fließen in einen genetischen Algorithmus ein mit dessen Hilfe sich eine ökonomische Optimierung von Deichquerschnitten realisieren lässt. Im Ergebnis resultieren eine Methodik zur risikobasierten Optimierung sowie eine Empfehlung hinsichtlich des ökonomischen Anwendungsbereichs des für die Methodikentwicklung definierten Referenzdeichs. Mit den entwickelten Methoden und den beispielhaft für homogene Flussdeiche gewonnenen Erkenntnissen leistet diese Arbeit einen Beitrag zur volkswirtschaftlich orientierten Flussdeichkonfiguration. Dafür spannt sie den Bogen von den Verteilungen der Eingangsvariablen (bodenmechanische Mikroebene) über die Zuverlässigkeitsanalysen (geotechnische Mesoebene) bis zur risikobasierten Optimierung (volkswirtschaftliche Makroebene). Damit schafft sie einen methodischen Ansatz zur lokalen, risikobasierten Planung von Flussdeichen als Bestandteil eines ganzheitlichen HWRM. Abschließend empfiehlt diese Arbeit zum einen die Verbesserung der bodenmechanischen Datengrundlage. Zum anderen werden Potenziale zur methodischen Weiterentwicklung des hier vorgestellten Planungsansatzes aufgezeigt, welche insbesondere die Anwendbarkeit sowohl technischer als auch nicht-technischer Maßnahmen des HWRM betreffen.:Inhaltsverzeichnis Kurzfassung ............................................................................................................... II Abstract ..................................................................................................................... IV Inhaltsverzeichnis .................................................................................................... VI Abbildungsverzeichnis .......................................................................................... VIII Tabellenverzeichnis ................................................................................................. XI Abkürzungsverzeichnis .......................................................................................... XII Symbolverzeichnis ................................................................................................. XIII Danksagung ........................................................................................................... XVII 1 Einleitung .........................................................................................................1 2 Die stochastische Beschreibung von Bodeneigenschaften .......................6 2.1 Einführung ....................................................................................................... 6 2.2 Mathematische Erfassung von Ungewissheit ............................................... 8 2.3 Bodenklassifikation ....................................................................................... 15 2.4 Datengrundlage ............................................................................................ 17 2.5 Bodenmechanische Kenngrößen ................................................................ 23 2.5.1 Allgemeines .......................................................................................... 23 2.5.2 Porenraum und Wassergehalt ........................................................... 23 2.5.3 Bodenwichte ........................................................................................ 25 2.5.4 Scherfestigkeit ..................................................................................... 26 2.5.5 Gesättigte Durchlässigkeit .................................................................. 29 2.5.6 Transformationsmodelle und ihre physikalischen Grundzüge ....... 30 2.5.7 Allgemeines .......................................................................................... 30 2.5.8 Transformationsmodell zur Porenzahl .............................................. 30 2.5.9 Transformationsmodell zur Bodenwichte ......................................... 32 2.5.10 Transformationsmodelle zum inneren Reibungswinkel .................. 32 2.5.11 Transformationsmodelle zur gesättigten Durchlässigkeit ............... 36 2.6 Stochastische Eigenschaften ........................................................................ 38 2.6.1 Allgemeines .......................................................................................... 38 2.6.2 Ergebnisse der Literaturrecherche .................................................... 38 2.6.3 Ergebnisse aus der Transformation von Klassifikationsdaten ........ 41 2.6.4 Möglichkeiten zur Ergebnisvalidierung ............................................. 45 3 Das Versagen von Flussdeichen ................................................................. 46 3.1 Einführung ..................................................................................................... 46 3.2 Versagensmechanismen .............................................................................. 48 3.3 Versagenswahrscheinlichkeit ....................................................................... 52 3.4 Steuerung der Versagenswahrscheinlichkeit ............................................. 58 3.5 Übertragbarkeit auf gegliederte und bestehende Deiche ........................ 68 3.6 Ungewissheiten im Kontext ......................................................................... 70 4 Die hochwasserrisikobasierte Querschnittsgestaltung ......................... 74 4.1 Einführung ..................................................................................................... 74 4.2 Risikooptimierung ......................................................................................... 76 4.2.1 Allgemeines .......................................................................................... 76 4.2.2 Genetischer Algorithmus .................................................................... 78 4.2.3 Ökonomisches Optimum einer HWRM-Maßnahme ......................... 81 4.3 Risikooptimierung am Beispiel des landseitigen Böschungsbruchs homogener Flussdeiche ............................................................................... 83 4.3.1 Allgemeines .......................................................................................... 83 4.3.2 Zuverlässigkeitskostenfunktion ......................................................... 84 4.3.3 Ergebnisse ............................................................................................ 87 5 Der Beitrag zu einem ganzheitlichen HWRM ........................................... 93 5.1 Einführung ..................................................................................................... 93 5.2 Entwicklungen auf dem Gebiet des HWRM ................................................ 94 5.2.1 Allgemeines .......................................................................................... 94 5.2.2 Veränderung des Wasserkreislaufs ................................................... 94 5.2.3 Gesellschaftliche Entwicklungen ........................................................ 96 5.2.4 Entwicklungen zum Prozessverständnis der Deichzuverlässigkeit ............................................................................ 98 5.3 Einordnung des vorgeschlagenen Ansatzes ............................................... 99 5.4 Fazit und Ausblick ....................................................................................... 107 Literaturverzeichnis ............................................................................................. 110 Anhänge ................................................................................................................. 128

In diesem Beitrag wird das am Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung eV. (IÖR) entwickelte Informations- und Entscheidungsunterstützungssystem „Weißeritz-Info“ vorgestellt, das der Aufbereitung und Bereitstellung von Informationen zum Hochwasserrisikomanagement für das Einzugsgebiet der Weißeritz dient. Zielgruppen sind sowohl Bürger und Landnutzer als auch Entscheidungsträger in Kommunen, Behörden und Verbänden. Erstellt wurde das WebGIS-basierte System für die Initiative „Weißeritz-Regio“, einem Verbund von 26 Institutionen, die seit Ende 2003 auf informeller Basis zusammenarbeiten, um die Hochwasservorsorge im Flussgebiet zu verbessern.

In diesem Beitrag wird das am Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung eV. (IÖR) entwickelte Informations- und Entscheidungsunterstützungssystem „Weißeritz-Info“ vorgestellt, das der Aufbereitung und Bereitstellung von Informationen zum Hochwasserrisikomanagement für das Einzugsgebiet der Weißeritz dient. Zielgruppen sind sowohl Bürger und Landnutzer als auch Entscheidungsträger in Kommunen, Behörden und Verbänden. Erstellt wurde das WebGIS-basierte System für die Initiative „Weißeritz-Regio“, einem Verbund von 26 Institutionen, die seit Ende 2003 auf informeller Basis zusammenarbeiten, um die Hochwasservorsorge im Flussgebiet zu verbessern.