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Immer wieder gibt es auch in Deutschland Hochwasser, das oft Dörfer und Städte, Landwirtschaft und Industrie überflutet und dabei das Hab und Gut und sogar das Leben vieler Menschen in Mitleidenschaft zieht.
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Seit Jahren, ja seit Jahrzehnten wird versucht, diesem Problem durch verschiedene Maßnahmen zu begegnen:
- Dazu zählen die Erhöhung und Neuerrichtung von Dämmen, die Neuerrichtung von Poldern, der Bau von Stauseen, die Installation von WarnApps u.ä..
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In Einzelfällen, in Einzelabschnitten von Flussläufen gab es signifikante Verbesserungen gegenüber Hochwasser; die Problematik insgesamt, besonders bei dem plötzlich auftretenden Stark- und Dauerregen, konnte aber nicht gelöst werden. Das betrifft vor allem die Bergregionen, die Mittelgebirge und die Alpen oder Hochgebirge.
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Die bisher vorgenommenen und vorgesehenen Maßnahmen zur Vermeidung von Hochwasser durch Regen sind nach den bisherigen Erfahrungen unzureichend und oft nicht durchführbar: Bei einem Polder sind zum einen die Eingriffe in die bestehende Nutzung sehr groß, ebenso die Folgeschäden, da das Wasser nicht von selbst abfließt und wochen- bis monatelang das Land überschwemmt. Das Anlegen von Poldern verursacht erhebliche Kosten.
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Ebenso verursacht das Anlegen und Erhöhen von Dämmen erhebliche Kosten und greift in bestehende Eigentumsrechte ein. Zudem verlagern erhöhte Dämme das Problem des Hochwassers in die flußabwärts gelegenen Regionen und Städte, wie man auch jetzt bei dem Hochwasser sah, als Bonn und Köln und viele weitere Städte mit Überflutungen zu kämpfen hatten.
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Bei den jetzigen Ereignissen der Überflutungen, besonders im Ahrtal, haben keine der verfügbaren und eingesetzten Mittel irgendeinen Erfolg gehabt.
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Es entstanden Schäden an Leib und Leben und Gebäuden und Straßen und Schienen und Brücken, man schätzt insgesamt mehr als zehn oder sogar zwanzig Milliarden Euro für alle Schäden in der ganzen Großregion.
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Deshalb wurden die „Einrichtungen zur Vermeidung von Überflutungen, von Stark- und/oder Dauerregen hervorgerufen“ entwickelt.
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Der zentrale Gedanke dieser Einrichtung ist dieser:
- Es müssen alle Maßnahmen des Schutzes vor Stark- und/oder Dauerregen im Einzugsbereich eines Flusses und eines Flußsystems als Einheit gesehen werden: Die Maßnahme an der einen Stelle hat Auswirkungen an einer anderen Stelle. Und dem Problem des Stark- und/oder Dauerregens muß auch an der Stelle zuerst begegnet werden, an der das Problem beginnt.
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Das Problem durch den Stark- und/oder Dauerregen entsteht meist in den Oberläufen von Flüssen und Bächen.
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Die einzelnen kleinen Rinnsale an den Berghängen führen in die Bäche, dieses Wasser führt in die Flüsse; auf diesem Wegen summieren sich die Wassermassen immer mehr, je weiter sie ziehen, ja, diese Summierung mag sogar eine Potenzierung darstellen, wie man jetzt im Ahrtal u.a. feststellte.
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Die „Einrichtungen zur Vermeidung von Überflutungen, von Stark- und/oder Dauerregen hervorgerufen“ ist ein Gesamtsystem von Sperren u.a. für den Einzugsbereich eines Flusses und Flußsystems.
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Für diesen Einzugsbereich eines Flußsystems und eines Flusses und für die jeweils einzelnen Zuflüsse dieses Flusses (Berghänge, Rinnsale, Bächlein, Bäche) wird berechnet, wie hoch die Niederschlagsmenge bei einem extremen Stark-und/oder Dauerregen innerhalb einer kurzen Zeitdauer, z.B. 24 Stunden, an welchem Flußabschnitt ist - denn das Wasser strömt ja in die Täler, in die Flüsse.
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Als Beispiel nimmt man z.B. ein „normales“ Mittelgebirge mit nicht steilen Bergeinschnitten: Man nimmt den Einzugsbereich des im Tal fließenden Flusses von einem Quadratkilometer. Gemessen wird bis zum Bergkamm, von dem das Wasser zu diesem Fluß strömen kann.
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Das bedeutet, daß dieser Quadratkilometer dem Flußlauf von 1.000 Metern Länge und einer Seitenlänge von 1.000 Metern (je Seite des Flusses 500 m) entspricht. Diese überschlägige Berechnung ist wohl meistens ausreichend.
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Aber für enge Täler mit steilen Berghängen ist eine andere Berechnung notwendig: Beispiel das Ahrtal: Gemessen wird bis zum Bergkamm, von dem das Wasser zur Ahr strömen kann. Das bedeutet, daß bei den steilen Berghängen die Seitenlänge bis zum Bergkamm links und rechts des Flusses jeweils 200 Metern entspricht; bei einer zugeordneten Flußlänge von 100 Metern - diese kleine Länge ist nötig, da auch die Zuflußmenge von den Berghängen sehr differenziert zu betrachten ist - daß dann die Regenmenge für diesen Bereich folgende ist: Wenn man davon ausgehen kann, daß bei einem Stark- und/oder Dauerregen innerhalb von 24 Stunden bis maximal ca. 200 1/qm Regen auf einen Quadratmeter fallen, dann ergibt dies eine Niederschlagsmenge für dieses Beispiel:
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Diese Regenmenge muß so geleitet werden, damit sie keine wesentliche Überflutung verursacht.
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Wenn man davon ausgehen kann, daß ein Teil dieses Wassers versickert und daß die Vorrichtungen für ein normales Hochwasser gegeben sind, muß nur für ca. die Hälfte dieser Menge, also für 4.000 m3, eine Lösung gefunden werden, die den Zufluß in die Ahr von den Seitenhängen auf diesen 100 m Flußlänge auf mehrere Tage verlängert.
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Dies ist überschaubar und technisch machbar und finanzierbar, indem zur Problemlösung die „Einrichtungen zur Vermeidung von Überflutungen, von Stark- und/oder Dauerregen hervorgerufen“ mit fünf verschiedenen Ausprägungen eingesetzt werden:
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1.
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An den Steilhängen ist es schwierig, Regenrückhalteeinrichtungen zu schaffen. Deshalb ist es an diesen Flußbereichen mit Steilhängen sinnvoll, Querdämme (Staudämme) über den Fluß zu errichten. Diese Querdämme müssen so bemessen sein, daß die Menge des mittleren Hochwassers durch eine Öffnung im normalen Flußbereich hindurchfließt, aber darüber hinausgehende Wassermengen durch den Damm zurückgehalten werden.
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Dieser Querdamm muß also seitlich waagrecht bis zum Hang geführt werden und bildet dann ein Staubecken, mit ständiger Öffnung für mittleres Hochwasser.
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Die 4.000 m3, die nach obiger Berechnung zurückgehalten werden müssen, sind in diesem Beispiel die Flußlänge von 100m und eine Breite von 40m und eine Höhe von 1 m; d.h., die Oberkante des Querdamms mit horizontaler Führung zum Hang muß einen Meter über der mittleren Hochwassermarke sein.
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Diese Querdämme müssen so im Laufe des Flusses angeordnet werden, daß jeweils die Menge Stark- und/oder Dauerregen, die in diesem Abschnitt in den 24 Stunden in den Fluß strömt, Platz hat.
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Je steiler die Berghänge, desto enger müssen die Querdämme nacheinander stehen, da hier das Wasser sehr schnell in den Fluß einströmt. Und je kleiner die Querdämme sind, desto geringer ist der Eingriff in die Natur.
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Und es bedeutet natürlich, daß sinnvollerweise keine Gebäude stehen in diesem Bereich, der vom Querdamm erfaßt wird, und daß die Querdämme nicht so weit flußaufwärts von Brücken stehen, damit diese mit geschützt sind.
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2.
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Bei flacheren Hängen am Rand des Flusses und/oder steileren Hängen mit einer gewissen Uferbreite ist es sinnvoll, Regenrückhalteeinrichtungen parallel zum Fluß zu schaffen, so daß der Stark- und /oder Dauerregen erst gar nicht in den Fluß strömt:
- Bei einer Flußlänge von 100 m und einem Uferanstieg von etwa 5 %, also einer Uferbreite von ca. 11m, faßt ein Längsdamm dem Fluß entlang, ähnlich wie ein Schallschutzdamm, schon mit einer Höhe von 1m ca. 500 m3 Wasser. Auf beiden Flußseiten angelegt, werden so schon 1.000m3 Stark- und/oder Dauerregen, also ein Viertel des gemäß obigem Beispiel aufzufangenden Wassers, zurückgehalten.
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Ein solcher Damm kann parallel zum Fluß oder zum Weg oder zur Straße angelegt werden, die Oberkante des Dammes muß waagrecht dem Fluß folgend ausgeführt sein. Die beiden Enden des Dammes führen seitlich waagrecht zum Hang, schließen mit ihm ab und bilden damit ein geschlossenes Regenrückhaltebecken. Hier wird das Wasser dauerhaft zurückgehalten und kann durch einen Auslaß in den Fluß geleitet werden, wenn das Hochwasser vorbei ist. Der Eingriff in das Gelände ist gering.
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3.
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An Hängen, wo es natürliche Einschnitte gibt, können diese Einschnitte vor dem Austritt ins Freie, ins Tal verlegt, blockiert werden z.B. mit Holzstämmen und Ästen und Reisig u.a., die quer gelegt werden und in anderen Bäumen fixiert sind. Eine solche kleine Blockade nimmt bei einem Ausmaß von 10m Länge und 10m Breite (das ist die Ausdehnung am Hang nach oben) und 1m Höhe (als Rechendurchschnitt der Steigung des Hanges gesehen) auch schon 100 m3 des Stark- und/oder Dauerregens aus dem Fluß weg. Bei 10 solcher Einschnitt-Blockaden auf 100 m Länge des Flusses sind also auch hier 1.000 m3 aus dem sofortigen Strömens in den Fluß, also ein Viertel des gemäß obigem Beispiel aufzufangenden Wassers, weggenommen; diese Blockaden geben aber relativ schnell, also schon nach Stunden, das Wasser in den Fluß ab, helfen aber den Höhepunkt des Hochwassers zu mindern. Diese Blockaden sind schnell und kostengünstig zu errichten.
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4.
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Straßen und Wege, die direkt zum Fluß führen, sollen vorher mit einer Weg- oder Straßenbiegung das Wasser in ein Regenrückhaltebecken - siehe oben - ableiten; dazu ist nur die Erhöhung des Randes dieser Straße oder dieses Weges an der Stelle der Biegung auf der zum Fluß zeigenden Seite nötig. Es können aber auch einfach Wiesen oder Gärten von Anwohnern u.a. sein, wohin das Wasser geleitet wird und damit eine Zeitverlängerung bis zum Fließen in den Fluß erfährt.
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Zusätzlich zur einfachen Weg-Leitung des herabströmenden Wassers können auf Straßen und Wegen Sperren fest installiert werden. Diese Sperren sind rechteckige Platten, sie können ca. 1 m lang und ca. 50 cm hoch und ca. 0,3 cm dick sein. Diese Platten können oben auf vorgefertigten Betonteilen beweglich eingelassen sein, und können in senkrechter o.ä. Stellung arretiert werden. Sie werden in der nötigen Menge nebeneinander in der Straße oder im Weg in ca. 45 ° oder mehr oder weniger zur Senkrechten des Hanges in die Straßen- oder Wegoberfläche bündig zum Straßen- oder Wegebelag eingebaut, so, daß der ganze Weg oder die Straße damit überdeckt sind, und zur Flußseite über den Weg oder die Straße etwas hinaus geführt, so daß das Wasser zur Seite weggeleitet wird. Diese Sperren werden bei Bedarf manuell in die Senkrechte o.ä. gebracht und fixiert. Diese Sperren können natürlich auch automatisch gesteuert und hochgefahren werden. Damit kein Fahrzeug oder Passant diese Sperre übersieht, werden Warnbarken oder Lichter o.a. an oder bei der Sperre angebracht. Auch durch diese Weg- oder Straßenbiegungen und diese Sperren werden viele m3 des Stark- und/oder Dauerregens vom direkten Eintritt in den Fluß zurückgehalten. Auch diese Einrichtungen sind schnell und kostengünstig zu errichten.
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Jeder m3 Wasser, der nicht sofort in den Fluß fließt, mindert die Hochwassermenge im Fluß.
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Die obigen „Einrichtungen zur Vermeidung von Überflutungen, von Stark- und/oder Dauerregen hervorgerufen“, werden nach den regionalen und örtlichen Gegebenheiten und Bedürfnissen einzeln angebracht oder miteinander verbunden:
- Die Blockade des Stark- und/oder Dauerregens an Einschnitten, dann Straßen- und Wegeführung, die den Stark- und/oder Dauerregen in Wiesen und Gärten leitet, dann die angelegten Regenrückhaltebecken sowie die Querdämme im Fluß bilden Einrichtungen, die einzeln und noch mehr in ihrer Gesamtheit den Stark- und/oder Dauerregen zurückhalten und mäßigen und somit das gewaltige Hochwasser vermeiden lassen.
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Die Erfahrung zeigt ja, daß oft schon nach Stunden, sonst nach ein bis zwei Tagen auch das schlimmste Hochwasser abgezogen ist, daß also die Verzögerung des Eintrages des Stark- und/oder Dauerregens in den Fluß das A und O der Maßnahmen ist.
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Zur Vermeidung der Überschwemmungen flußabwärts, wo also die Gefahr durch den akuten Stark- und/oder Dauerregen nicht so groß ist, aber die Gefahr der Überflutungen durch das allgemeine Hochwasser der Flüsse und Bäche, kann dieses oben genannte System erweitert werden:
- Denn einzelne Maßnahmen wirken nicht nur am Ort der Maßnahme, sondern weiter, vor allem flussabwärts:
- Die Erhöhung des Dammes z.B. bei Kilometer 30 des Flusses führt z.B. dazu, daß dort kein Wasser über den Damm tritt - also führt der Fluss all dieses Wasser weiter flussabwärts, und z.B. bei Kilometer 80 befindet sich mehr Wasser im Fluss als früher, also reicht dort der bisher ausreichende Damm nicht mehr aus und es kommt dort zu einer Überschwemmung. Und so geht es flußabwärts immer weiter: Die Lösung an einer Stelle führt zu einem neuen Problem an einer anderen Stelle.
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5.
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Deshalb gehört die Einrichtung Nr. 5 mit zum Gesamtsystem:
- Die zufließenden Fluß- oder Bachläufe werden schon sehr weit oben abgefangen, möglichst gleich zu Beginn der Stelle, an der der zufließende Fluss oder Bach aus dem Mittelgebirge oder dem Bergland heraustritt, je nach örtlichen Gegebenheiten auch schon im Mittelgebirge oder im Bergland selbst.
- Siehe dazu die Einrichtungen Nummer 1-4.
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Das weiterführende Sperrensystem ist aufeinander aufgebaut: Auch ein zufließender Fluss oder Bach wird wiederum schon weiter flussaufwärts gesperrt, und wiederum deren Zuflüsse. Für diesen Einzugsbereich eines Flußsystems und eines Flusses und für die jeweils einzelnen Zuflüsse dieses Flusses (Bächlein, Bäche) wird berechnet, wie hoch die Niederschlagsmenge bei einem extremen Stark-und/oder Dauerregen innerhalb einer kurzen Zeitdauer, z.B. 24 Stunden, in welchem Flußabschnitt ist.
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Gemäß der Berechnung werden möglichst viele dieser dezentralen Sperren errichtet, so daß möglichst viele schon der kleinen Bäche und Flüsse abgesperrt werden.
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Die Sperren befinden sich an einer Stelle, bevor der Bach- oder Flusseinschnitt sich wesentlich verbreitert vor einem Tal oder einer Ebene o.ä.. Sie befinden sich aber normalerweise an einer Stelle, an der der Fluss- oder Bachlauf nicht mehr steil nach unten fließt, sondern ein Gefälle von ca. 5 %, evt. mehr, nicht überschreitet.
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Durch diese Absperrung wird das Wasser gestaut; wenn die Stauung die Flußlänge von 500 m hat bei einer Breite von ca. 20 m und bei einer Steigung des Geländes um 5 %, so faßt diese Absperrung ca. 5.000 m3 Wasser.
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Als Beispiel:
- Bei Strak- und/oder Dauerregen fällt in Deutschland höchstens die Menge von ca. 200 1 Regen auf einen Quadratmeter Boden pro 24 Stunden.
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Auf die Fläche von 10 km × 10 km, also 10.000.000 m2, umgerechnet, ergibt dies eine Regenfallmenge von ca. 20.000.000 m3 Wasser. Vor allem diese Spitzen des Niederschlages müssen aufgefangen werden.
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Da aber meistens ein Teil dieser Niederschläge im Boden versickert und ein Teil auf dem normalen Weg abfließen kann durch den Bach oder Fluß, und es ja die Vorkehrungen gegen mittleres Hochwasser gibt, reduziert sich diese zusätzliche maximale Menge des oberirdisch abfließenden Regens auf ein Viertel, also auf ca. 5.000.000 m3.
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In diesem Beispiel wären also ca. 1.000 dieser Sperren gemäß obigen Beispiel in diesem Gebiet notwendig, um den ganzen zusätzlichen Niederschlag aufzufangen.
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Je nach Geländeform und Bergeinschnitt variieren die Mengen des Wassers, die von einer Sperre zurückgehalten werden können, erheblich. Sinnvollerweise beginnt man bei der Errichtung dieses Systems mit den Sperren, die den größten Ertrag und den geringsten Aufwand mit sich bringen.
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Die Sperre ist eine Stauwand, Staumauer; sie ist gerade oder ein einfacher Halbkreis, der gegen die Fließrichtung des Baches oder des Flusses gerichtet ist.
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Die Höhe der Sperre richtet sich nach den örtlichen Gegebenheiten, die Höhe beträgt ca. 2-4m, sie kann auch höher oder niedriger sein.
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Für den ständigen Ausfluss des Flusses oder Baches gibt es eine Öffnung am Fuße der Wand. Diese Öffnung ist so groß, daß ca. die Wassermenge des mittleren Hochwassers ohne Stauung abfließen kann. Eine Stauung des Wassers findet also nur bei einer Regenmenge, die höher ist als das übliche Hochwasser an dieser Stelle, statt.
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Die Stauwand verläuft an der Oberkante waagrecht; sie kann an der Oberkante aber auch nicht waagrecht verlaufen, sondern eine tiefste Stelle in der Mitte besitzen (die genannten 2-4 m oder mehr oder weniger), und dann zu beiden Seiten sich in einer Steigung (diese Steigung beträgt ca. 10 ° bis 30 ° oder mehr oder weniger) erheben. Dadurch ergibt sich, daß bei steigendem Hochwasser zum einen der Abfluss auch über diese Stauwand steigt, aber gleichzeitig das Stauvolumen der Sperre auch steigt.
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Die Höhe der Stauwand, die Biegung und die Erhöhung zu den Seiten erfolgt jeweils nach den örtlichen und statischen Gegebenheiten. Der Überlauf über die Stauwand wird so gestaltet, daß das herabfallende Wasser die Statik nicht gefährdet.
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Diese Sperren, die sich nur im Bedarfsfalle und sozusagen automatisch füllen und leeren, bedürfen nur geringer Wartung. Eine Regulierung der Wassermenge des Ausflusses ist möglich, aber im Normalfall grundsätzlich nicht notwendig.
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Diese Sperren stauen das Wasser vor allem in Waldgebieten oder waldnahen Gebieten; die Stauung beträgt vielleicht die Dauer von mehreren Tagen bis zu zwei Wochen, dann ist das gestaute Wasser wieder von selbst abgeflossen; die Folgeschäden für die überschwemmten Gebiete dürfen als gering zu betrachten sein.
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Bei Örtlichkeiten, bei denen der die Überschwemmung verursachende Fluss oder Bach aus dem Ausland kommt, und dieses Ausland nicht in diesem System enthalten ist, sollte dieser vorgeplante Durchfluss geringer sein, da die aus dem Ausland kommende und nicht regulierte Menge bei Stark- und/oder Dauerregen mit eingeplant werden muß. Der in die Berechnung eingestellte Zufluss bei Hochwasser muß also in Inland geringer sein, da der Zufluss aus dem Ausland höher ist. Eine Stauung muß dann dort also schon bei Regenmengen vor dem mittleren Hochwasser beginnen.
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Das Gelände, das bei Bedarf überflutet wird, sollte nicht gedüngt o.a. werden, damit bei evt. Überflutung keine Schadstoffe in den Bach oder Fluss gelangen; es muß mit Warntafeln ausgeschildert sein; auch ein nur zeitweiser Aufenthalt mit z.B. Übernachtung (z.B. Zelt) muß für Menschen verboten und ausgeschlossen sein; auch eine Beweidung durch Nutztiere darf nicht stattfinden, da bei plötzlichem Stark- und/oder Dauerregen und Überflutung keinerlei Gefährdung vorhanden sein darf.
