Die Studie befasst sich mit den Möglichkeiten der ländlichen Entwicklung zur Unterstützung eines dezentralen Hochwasserschutzes. Sie basiert vorrangig auf der Beschaffung, Aufbereitung und Auswertung entsprechender Fachliteratur. Darüber hinaus wurden wasserbauliche- und landeskulturelle Maßnahmen, die im Rahmen der ländlichen Entwicklung in Sachsen realisiert wurden, hinsichtlich ihrer Eignung für den Hochwasserschutz bewertet. Aktuelle Forschungsergebnisse zu erosionsmindernden Bodenbearbeitungsverfahren, die in die Studie einflossen, wurden hausintern vom Fachbereich 4 – Pflanzliche Erzeugung, Referat Bodenkultur, zur Verfügung gestellt. Die zusammengetragenen Inhalte bilden die fachliche Basis zur Anfertigung von Informationsmaterial über die Möglichkeiten der Einflussnahme auf den vorbeugenden Hochwasserschutz durch die Akteure des ländlichen Raumes (landwirtschaftliche Unternehmen, Grundeigentümer, Gemeinden, Zweckverbände, Teilnehmergemeinschaften u. a.).

Reliable and precise information about possible floods, related water levels and inundation areas are needed even in urban areas to minimize potential damages. An important requirement for this issue is to adapt the stage-discharge relations to the changing constraints which could arise from morphology and hydrology. This paper reconsiders the use of historical hydrologic data in urban areas which have fundamentally changed even concerning the river beds, cross sections and floodplain areas. By means of a historical approach the flood statistics have been updated with surprising results.

Many multipurpose reservoirs are situated in the low mountain range of Germany. Most of them are necessary for drinking water supply and flood protection as well. Other utilizations are recreation, water power and the downstream low water regulation during dry seasons. The operation rules of the reser-voirs have to be optimized to meet the different requirements of use. One tool within this framework is a management system for river basins including all reservoirs and their specific operation rules affecting the downstream reaches. As an optimization objective for instance the minimization of inundation risks can be defined. In this case the risk can be defined as hydraulic and hydrologic safety of the reservoir itself and the risk due to inundation and damaging in the downstream regions. Considering the European Water Framework Directive the ecological aspect of reservoir management is one more point in the optimization process. To es-tablish a pilot project the software TALSIM will be applied to river catchments in the ore mountains (Saxony).

Der Hochwasserschutz stellt für die gegenwärtige Gesellschaft eine Thematik von zunehmender Aktualität dar, besonders unter Berücksichtigung der Verschärfung der extremen meteorologischen Ereignisse infolge des Klimawandels einerseits und der Vergrößerung des Schadenpotenzials in den Auengebieten andererseits. Zu den möglichen Schutzmaßnahmen im Flussmittellauf zählt die in ökologischer Hinsicht sehr effektive Deichrückverlegung (DRV). Um ihre Wirksamkeit bei der Dämpfung der Hochwasserspitzen zu untersuchen, wird eine Parameterstudie mit einem eindimensionalen hydronumerischen Modell (MIKE11) durchgeführt. Dabei wird besonderes Augenmerk auf die Hüllkurve der sich einstellenden Wassertiefe gerichtet, sowohl oberhalb als auch innerhalb bzw. unterhalb des DRV-Abschnitts. Zunächst wird der Effekt einer Flussaufweitung bei stationärer Strömung theoretisch analysiert. Ausgehend von den Strömungseigenschaften und vom Breitenverhältnis wird eine Bestimmungsgleichung für die effektive Mindestlänge LAeff einer Aufweitung abgeleitet, ab der eine Wasserspiegelabsenkung stromauf hervorgerufen wird. Die darauffolgenden Untersuchungen beschreiben die Auswirkungen einer solchen Maßnahme bei instationärem Abfluss auf zwei ausgewählte synthetische Hochwasserwellen unter jeweils vier verschiedenen Ansätzen zur Erfassung einer Aufweitung. Die Beiträge zur Retention vom Hauptgerinne und von der Querschnittsvergrößerung werden getrennt berücksichtigt. Darüber hinaus werden Überlegungen über das Verhalten von Hochwasserwellen mit gleichem Abflussscheitel aber unterschiedlicher Fülle beim Durchlaufen der Flussaufweitung angestellt. Der Gültigkeitsbereich des stationären Ansatzes für die eindimensionale numerische Simulation einer DRV wird mithilfe eines Kriteriums definiert, das auf einer für die Abminderung des Wassertiefenscheitels im Hauptgerinne semi-empirisch abgeleiteten Formel und auf einer Abschätzung der Retention in der DRV basiert. Die Anwendung des o. g. Kriteriums auf die betrachteten Hochwasserereignisse zeigt, dass eine stationäre Betrachtungsweise lediglich für extrem flache Hochwasserwellen (ab einer Anstiegszeit von einigen Tagen) gerechtfertigt ist. Durch die Ergebnisauswertung von 960 Kombinationen der geometrischen bzw. hydrodynamischen Parameter bei einer DRV im Hochwasserfall konnte der Zusammenhang zwischen den einzelnen Kenngrößen (Länge und Breite der DRV, Rauheit im Hauptgerinne bzw. im Vorland, Hochwasserganglinie) und der Auswirkung der DRV auf Wasserstand und Durchfluss hergestellt werden. Während oberhalb einer DRV mit einer Länge größer LAeff immer mit einer Wasserspiegelabsenkung zu rechnen ist, profitieren die Unterlieger von dieser Schutzmaßnahme nur bei kleineren Hochwasserereignissen oder bei Deichrückverlegungen mit erheblicher Ausdehnung. Dank einer gezielten Auswahl der Ausgangsgeometrie lassen sich die numerischen Ergebnisse auch auf den Elbabschnitt bei Dresden als Anhaltswerte übertragen. / Flood protection is a topic of increasing urgency in today’s society considering two main factors. Firstly, the growth in damage potential on the riparian zones and secondly, the increase in extreme meteorological events due to climate change. Among the possible flood protection measures for a river’s middle reach, dike relocation (DRV) is especially effective from an ecological point of view. To investigate its effectiveness in flood peak attenuation, a parametric study is performed using a one-dimensional hydro-numerical model (MIKE11). Special attention is given to the envelope of the resulting water depths upstream, downstream and within the DRV stretch. Initially, the effects of river enlargement under steady flow conditions are analysed theoretically. Key hydraulic parameters and the width ratio are used in deriving an equation to determine the minimum effective length LAeff of an enlargement that will reduce the upstream water depth. An investigation of an enlargement in unsteady flow conditions is then made, focussing on two specific synthetic flood waves with four different models for the enlargement. The contributions to discharge retention from the main channel and the cross section expansion are successfully separately examinated. Considerations are then made for the behaviour of flood waves passing the river enlargement with the same peak discharge but different volumes. A criterion for the validity range of the steady flow approach of the one-dimensional, numerical simulation of a DRV is then defined. This is based on a semi-empirically derived formula for water level attenuation in the main channel, and an estimate of discharge retention in the DRV. The application of this criterion to the observed flood events shows that the steady flow assumption is only valid for extremely flat flood waves (with time to peak of a few days or more). An analysis of the results from 960 combinations of geometric and hydraulic parameters for the DRV during a flood event is then made. This allowed to derive the relation between individual characteristics (length and width of the DRV, roughness in the main channel and flood plain, flood hydrograph) and the effect of the DRV on water level and discharge. Whilst one can always expect a decrease in the water level upstream of a DRV with length greater than LAeff , the riverside dwellings downstream would only benefit in small scale flood events or with a dike relocation of extensive dimensions. Thanks to the purposefully selected initial geometry, the numerical results can now provide reference values for Dresden’s reach of the river Elbe. / La difesa dalle piene rappresenta per la società odierna una tematica di crescente attualità se si considera in particolare da una parte la crescita del potenziale di danno nelle zone di pertinenza fluviale e dall’altra l’acuirsi di eventi meteorologici estremi dovuto al cambiamento climatico in atto. Tra i possibili interventi di protezione dalle piene nei fiumi di pianura si colloca l’espansione golenale, misura che risulta oltretutto assai efficace dal punto di vista ecologico. Al fine di indagarne anche l’efficacia nei confronti della laminazione del colmo di piena si effettua uno studio parametrico con un programma di modellazione idrodinamica monodimensionale (MIKE11), ponendo particolare attenzione all’inviluppo dei tiranti nel tratto dell’espansione, nonché nei tratti confinanti rispettivamente a monte e a valle della stessa. Dapprima si analizza dal punto di vista teorico l’effetto di un allargamento fluviale in moto stazionario. A partire dalle condizioni idrauliche della corrente e dal rapporto di restringimento si ricava una formula per la lunghezza minima efficace LAeff dell’allargamento, a partire dalla quale si genera un abbassamento del pelo libero nel tratto di monte. Nella successiva analisi di un allargamento in moto vario se ne studia l’effetto su due onde di piena sintetiche e per quattro differenti schematizzazioni dell’allargamento, considerando separatamente i contributi alla laminazione dovuti all’alveo principale e all’allargamento della sezione. Ciò consente tra l’altro di trarre conclusioni sul comportamento di onde di piena aventi la stessa portata al colmo ma differente volume al passare per l’allargamento. Per mezzo di un criterio basato su una formula semiempirica della riduzione del tirante al colmo per l’alveo principale e su una stima della laminazione all’interno dell’espansione golenale, sviluppate nell’ambito di questo lavoro, é possibile definire il campo di validità dell’approccio stazionario alla simulazione monodimensionale di un’espansione golenale. L’applicazione di tale criterio agli eventi di piena presi in considerazione rivela che l’approccio stazionario si giustifica solo per onde di piena estremamente piatte (tempo di crescita a partire da alcuni giorni). Attraverso l’analisi dei risultati di 960 combinazioni dei parametri geometrico-idraulici di un’espansione golenale al passaggio di un’onda di piena si è potuto ricavare il rapporto tra le singole grandezze significative (lunghezza e larghezza dell’espansione golenale, scabrezza dell’alveo e della golena, idrogramma dell’onda di piena) e l’effetto dell’espansione sui tiranti e sulle portate. Se a monte di un’espansione golenale di lunghezza superiore a LAeff si presenta sempre una abbassamento del pelo libero, a valle della stessa si può trarre profitto da un simile intervento solo nel caso di onde di piena modeste o per espansioni golenali di dimensioni notevoli. Una scelta mirata della geometria iniziale consente di estendere i risultati numerici, quali valori indicativi, al tratto del fiume Elba all’altezza di Dresda.

Die Broschüre vermittelt anschaulich, was von Gemeinden, Grundeigentümern, Bewirtschaftern und anderen Betroffenen auf lokaler Ebene unternommen werden kann, um Schäden durch Hochwasser vorzubeugen. Diskutiert werden Maßnahmen wie Flächenentsiegelung, angepasste Landwirtschaft, der Ausbau von Rückhaltebecken oder verbesserte Teichnutzungen. Erfolgreiche Beispiele aus der Praxis runden die Handlungsempfehlungen ab.

Wald weist gegenüber anderen Landnutzungen meist die günstigeren Wasserrückhalteigenschaften auf. Diese sind jedoch begrenzt. Ob zusätzlicher Wald in einem Einzugsgebiet zur Reduktion eines Hochwassers führt, hängt ab von der Vorwitterung, den Eigenschaften des Bodens, auf dem die Aufforstung etabliert wurde, Dauer und Intensität des hochwasserauslösenden Niederschlagsereignisses und Lage und Größe der Aufforstungsfläche im betrachteten Einzugsgebiet. Weiterhin spielt das Waldmanagement, welches in dieser Arbeit nur am Rande diskutiert wurde, eine bedeutende Rolle. Bei der Umwandlung einer anderen Landnutzung in Wald sind noch nicht alle Prozesse, die den Wasserrückhalt betreffen, ausreichend untersucht und beschrieben. Dies gilt besonders für die Änderungen in der hydraulischen Architektur der Böden. Es wurde dargestellt, dass aufwachsende Wälder schon nach wenigen Jahren die Porenverteilung besonders in den oberen Bodenhorizonten verändern. Obwohl experimentelle Felduntersuchungen besonders durch die Suche nach geeigneten Teststandorten schwierig sind, wären weitere Messergebnisse von anderen Böden mit anderen Baumarten hier wünschenswert. Eine modellhafte Beschreibung einer Landnutzungsänderung hin zu Wald in Bezug auf den Hochwasserrückhalt ist demnach mit hohen Unsicherheiten behaftet. Modelle bleiben dennoch die einzige Möglichkeit, Auswirkungen von Landnutzungsänderungen mit vertretbarem Aufwand quantifizierend abzuschätzen. Allgemein gilt bei der Anwendung hydrologischer Modelle zur Prognose von Auswirkungen veränderter Landnutzungen, dass bislang wenig quantitativ verwertbares Wissen über Änderungen im Boden besteht. Weder der Zielzustand noch der Verlauf der Transformation können hier sicher prognostiziert werden. Vernachlässigt man aber solche Prozesse, dürfen bei einer Ergebnisdiskussion auch nur die berücksichtigten Prozesse angeführt werden. Die Weiterentwicklung der Modelle mit gezielter paralleler Datenerhebung ist hier unabdingbar. Die zunehmenden Fragestellungen hinsichtlich veränderter Landnutzungssysteme erfordern auch innovative Formen der Parametrisierung und Kalibrierung der Modelle. Der zunehmende Grad an Prozessabbildungen in den Modellen darf die Parametrisierbarkeit nicht unmöglich machen. Eine adäquate Prozessabbildung ist jedoch der Schlüssel für die szenarienfähige Modellierung. Die Kommunikation der Ergebnisse muss deshalb eine hohe Transparenz mit der Benennung aller bekannten Unsicherheiten aufweisen, da Entscheidungen in der Landnutzung Konsequenzen über sehr lange Zeiträume hinweg nach sich ziehen. Die qualifizierte Prognose von Landnutzungsänderungen ist eine disziplinübergreifende Aufgabe. Hier wirken soziologische, ökonomische und ökologische Prozesse zusammen, deren Resultat die zukünftige Landnutzung ist. Eine weitere wichtige Schlussfolgerung der vorliegenden Arbeit ist daher, dass für die Umsetzung von Maßnahmen, zur Erhöhung des Wasserrückhaltes, wie hier der Aufforstung, ein breiter wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Konsens herrschen muss. Es braucht integrierte Ansätze zur disziplinübergreifenden Beschreibung von Auswirkungen veränderter Landnutzung. Trotz aller Unsicherheiten bei der wissenschaftlichen Beweisführung wird erwartet, dass bis zur Umsetzung der Hochwasserrisiko-Managementpläne „nachhaltige Flächennutzungen“ zur „Verbesserung des Wasserrückhaltes“ definiert sind. Besonders für die politischen Entscheidungsträger ist zur Entwicklung geeigneter Steuerelemente festzuhalten, das Hochwasserschutzmaßnahmen in der Fläche ihre hauptsächliche Wirkung nicht am Punkt der Implementierung entfalten, sondern erst weiter flussabwärts. Daher sind die bisherigen Förderinstrumente der EU-Agrarflächenförderung für den Hochwasserschutz in der Fläche nahezu nicht anwendbar. Es gilt hier sektorales Denken zu überwinden. Unterschiedliche Ansprüche an Landnutzungssysteme sind durch Lösungsansätze auszubalancieren, die die unterschiedlichen Landschaftsfunktionen berücksichtigen, von denen Wasserrückhalt ein Teil sein kann. Andere Schutzziele wie Naturschutz, Bodenschutz, Ziele der Wasserrahmenrichtlinie, Fragen eines ästhetischen Landschaftsbildes und nicht zuletzt Fragen der wirtschaftlichen Ansprüche an die einzelnen Flächen spielen hier eine wichtige Rolle. Bei der Entwicklung begründeter Zukunftsszenarien ist diese transdisziplinäre Herangehensweise unbedingt zu empfehlen. Hochwasserschutz kann aber nicht die Aufgabe haben, Hochwasserereignisse vollkommen auszuschließen. Schon heute ist bekannt, dass das Ausbleiben kleiner und mittlerer Hochwässer ökologische Konsequenzen hat. Vielmehr könnte in Gebieten, wie dem hier untersuchten, eine Erhöhung des Waldanteils dazu beitragen, die anthropogenen Störungen zu reduzieren und den Wasserrückhalt dahingehend zu erhöhen, dass hochwasserverschärfende Eingriffe in den Einzugsgebieten zurückgebaut werden. / Forests show, compared to other land uses, in many cases good water retention potential. This is however limited. Whether additional forest area in a catchment leads to a reduction of flooding depends on the pre-event atmospheric conditions, the soil characteristics at the afforested site, the duration and intensity of the rain storm event, and location and size of the afforested area. Further, the forest management, which is only briefly discussed in this thesis, plays an important role. Many water retention related processes occurring during the transformation of a landuse into forest are not yet sufficiently investigated an described. This applies especially to the changes in the hydraulic architecture of the soil. It was shown that after a few years growing forests have already changed the pore distribution, especially in the upper soil horizons. However, further research under different soil and tree type would be desirable. Therefore, a model-based description of land use change towards forest with regard to flood retention comprises uncertainties which should be taken into consideration. Nevertheless, models are the only possibility to assess land use change effects with justifiable expenditure. In general, the application of hydrological models comprised sparse useful information about changes in the soil due to a changed land use. Neither the target state nor the progression of the transformation can be predicted with certainty. Further development of models with parallel observations and data gathering is essential. With increasing number of questions regarding modified land use systems, a need arises for innovative forms of parameterisation and model calibration. The increasing degree of process mapping in models may make parameterability difficult, however, adequate process mapping is the key to scenario capable modelling. The communication of results must therefore include a high degree of transparency in the definition of all known uncertainties, because decisions have long lasting consequences. A qualified prediction of land use changes is a cross-disciplinary task. Ecological, economical, and sociological processes together form the future land use distribution. An important conclusion from this thesis is that the implementation of measures targeting increased water retention requires must result in a consensus with society and economics. Integrated approaches and transdisciplinary assessment of impacts of land use modifications are needed. Although, the uncertainties in model-based land use change assessment are high, there is a need for the definition of “sustainable land use” and “increase of water retention” for the flood risk management plans. Adapted land use as a component of integrated flood risk management has a major constraint: the benefits of water retention in the landscape are mostly not directly noticeable at the place where a measure is implemented. This is highly important for stakeholders and decision makers. However, given that most of the land available for afforestation is a private property, it may be necessary to provide subsidies to encourage landowners to increase the percentage of forested land. Competitive land use system requirements need to be balanced with approaches dealing with different landscape functions. Water retention is part of this functioning. Other protection aims like nature protection, soil protection, aims of the Water Framework Directive, aesthetic land use pattern but also the agrar-economic production play an important role. Well-founded future land use scenarios should use this transdisciplinary view. Finally, it is also important to keep in mind that floods belong to a healthy river runoff regime. Floods are an important part of the natural hydrological cycle, and therefore the goal of watershed management should not be to eliminate them entirely. Additional forest can help to re-establish the natural water retention potential in anthropogenically disturbed river basins and to decrease the human-made contribution to flood generation.

Öffentlich Private Partnerschaften (PPP) werden als Mittel zur Mobilisierung brach liegender Grundstücke thematisiert. Eine zentrale Rolle spielt der Begriff der „Initialbrachfläche“. Erfährt die Initialbrache einen öffentlichen Nutzungszweck mit Hilfe einer PPP, hat dies positive Auswirkungen auf benachbarte Brachen in einem definierten Umfeld. Am Beispiel des Chemnitztales mit seinem hohen Brachenbestand wurde ein PPP Projekt konzipiert. Es wird weiterhin eingegangen auf Aspekte privaten und privatwirtschaftlichen Engagements für Altstandorte und Brachen, z.B. unter dem Schlagwort Corporate Social Responsibility. Darüber hinaus wird die naturschutzrechtliche Eingriffsregelung angesprochen: Ausgleich für Flächeninanspruchnahme soll künftig verstärkt zugunsten der Renaturierung von Altstandorten erfolgen. Schließlich wird die technische Neuentwicklung eines Geokunststoff Gabions vorgestellt, bei dem Bauschutt aus Flächenrecyclingprojekten als Füllmaterial eingesetzt wird. Als Einsatzbereich des transportablen Geokunststoff Gabions wird ein mobiles Hochwasserschutzsystem skizziert.