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Erweiterung eines hydraulisch-mechanisch gekoppelten Modellwerkzeugs für Geotechnische Analysen

Hydraulische Beanspruchung von Gewässersohle und Ufersicherung infolge Schiffswellen Das Vorhaben steht in Bezug zu laufenden FuE-Vorhaben der Abteilung Geotechnik. So sollen Modellerweiterungen das entstehen von scher-induzierten Porenwasserdrücken (Fragestellungen des Referats G2) und das wirken von Wurzeln im Bodenmaterial (Fragestellung des Referats G4) in der numerischen Abbildung beurteilbar machen. Aufgabenstellung und Ziel Der Schiffsverkehr führt zu temporären Wasserspiegelschwankungen, die auf die Kanalsohle und die Uferbereiche in Form von induzierten Strömungskräften einwirken. Diese hydraulischen Einwirkungen sind gerade aufgrund ihres zeitlichen Verlaufs von besonderer Bedeutung für die Scherfestigkeit der Gewässersohle und damit für die Standsicherheit der Ufereinfassungen. Ziel des Forschungsvorhabens ist ein besseres Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Grundwasserströmung und Korngerüst, die durch Schiffswellen in der Gewässersohle hervorgerufen werden. Die Gewässersohle wird dabei als poröses Medium betrachtet, das aus den Bodenkörnern, dem Korngerüst sowie dem Porenfluid besteht. Die hydraulische Durchlässigkeit (bezogen auf die Absunkgeschwindigkeit), die Steifigkeit des Korngerüstes und die Steifigkeit des Porenfluids sind entscheidende Faktoren für die Entstehung von lokalen Porenwasserüberdrücken und die sich daraus ergebenden Strömungsprozesse. Wobei die Steifigkeit des Korngerüsts im Wesentlichen durch die Menge der natürlich vorkommenden Gasblasen im Porenraum beeinflusst wird. Dieses Projekt untersucht die Interaktion zwischen den Wasserspiegelschwankungen in Oberflächengewässern und der Gewässersohle anhand von mathematisch-analytischen sowie numerischen Methoden. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Ziel ist es, eine umfassende und fundierte Beratung der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes sicherzustellen. Dazu ist es erforderlich, geeignete Modellierungswerkzeuge weiterzuentwickeln und deren Qualität zu sichern. Diese Analysemethoden sollten in der Lage sein, die Wechselwirkungen zwischen Strömung, Bodenverformung und Grundwasserströmung zu beschreiben. Ein vertieftes Prozessverständnis soll eine sicherheitstechnisch und wirtschaftlich zuverlässige Auslegung von Ufersicherungen unterstützen. Untersuchungsmethoden Grundlage der Untersuchungen bildet eine zeitliche, schiffsinduzierte Druckrandbedingung auf dem Gewässerbett, die durch eine lineare Approximation vereinfacht wird. Diese vereinfachte Darstellung dient als Randbedingung für eine analytische Lösung (Montenegro et al. 2015). Für eine eindimensionale Bodensäule und homogene Bodenverhältnisse liefert diese Gleichung, die aus der Druckrandbedingung resultierenden Porenwasserüberdruckverteilungen zu beliebigen Zeitpunkten. Diese analytische Lösung wird verwendet, um den Einfluss einer Wasserspiegelabsenkung auf einen kohäsionslosen Boden zu untersuchen. Hierzu wird die Porenwasserdruckverteilung am Zeitpunkt des maximalen Wellenabsunks ausgewertet. Ein Absunk von 0,6 m in 5 s wurde als charakteristischer Bugabsunk an den Wasserstraßen ermittelt. Aus den daraus resultierenden Druckverteilungen werden die entsprechenden Verteilungen des hydraulischen Gradienten und der effektiven Spannung bestimmt, um die Sohlstabilitäten für verschiedene Baugrundbedingungen zu beurteilen.

Bestimmung optimaler Fliessbeiwertfunktionen fuer den Hochwasserwellen-Ablauf in natuerlichen Gerinnen

Flutpolder Riedensheim, 1. wesentliche Planänderung (v.a. Fischaufstiegsanlage Bittenbrunn)

Der Freistaat Bayern, vertreten durch das Wasserwirtschaftsamt Ingolstadt, hat die 1. wesentliche Planänderung des Planfeststellungsbeschlusses der Regierung von Oberbayern vom 10.01.2014 für das noch nicht fertig gestellte Vorhaben "Flutpolder Riedensheim" im Markt Rennertshofen, Landkreis Neuburg-Schrobenhausen, vorgelegt und die Durchführung des hierfür erforderlichen Planfeststellungsverfahrens mit integrierter Umweltverträglichkeitsprüfung beantragt. Gegenstand der 1. Planänderung ist im Wesentlichen die überarbeitete Planung für die Fischaufstiegsanlage Bittenbrunn, bestehend aus dem Teilbauwerk Donau-km 2482,5 im Oberwasser und dem Teilbauwerk Donau-km 2479,9 im Unterwasser der Staustufe Bittenbrunn. Die Anpassung wurde notwendig, weil der Vorhabensträger gemäß dem Planfeststellungsbeschluss vom 10.01.2014 sicher zu stellen hat, dass sich Bau und Leistungsfähigkeit der technischen Fischaufstiegsanlage an den Ausführungen des Praxishandbuchs „Fischaufstiegsanlagen in Bayern - Hinweise und Empfehlungen zu Planung, Bau und Betrieb“ des Bayerischen Landesamts für Umwelt in der bei Baubeginn aktuellen Fassung zu orientieren haben. Die Planänderung beinhaltet insofern die nunmehr notwendigen technischen Anpassungen der Fischaufstiegsanlage, die aus den neuen Vorgaben des DWA-Merkblattes M 509, Stand Mai 2014, sowie der überarbeiteten Fassung des Praxishandbuchs „Fischaufstiegsanlagen in Bayern“ des Bayerischen Landesamt für Umwelt (2. Auflage vom Mai 2016) resultieren. Es ergeben sich u.a. folgende Änderungen: Teilbauwerk Oberwasseranschluss bei Donau-km 2482,5 mit Anbindung an den E-Graben: - Anpassung der geometrischen Dimensionierung des Durchlassbauwerks (Schlitzpasses) hinsichtlich Beckenanzahl (7 statt 8), Beckenlänge, -breite, Fließtiefe, Schlitzbreite; - Naturnahes Raugerinne in Beckenbauweise mit insgesamt 23 Becken mit Riegeln aus Wasserbausteinen anstelle eines naturnahen Gerinnes; - Ausführung des Raugerinnebeckenpasses in Dammlage anstatt im Einschnitt aufgrund des zwischenzeitlich veränderten Ausgangsgeländes. Teilbauwerk Unterwasseranschluss E-Graben bei Donau-km 2479,9: - Naturnahes Raugerinne in Beckenbauweise mit insgesamt 21 Becken mit Riegeln aus Wasserbausteinen inkl. Böschungssicherung mittels Wasserbausteinen anstelle eines naturnahen Gerinnes; - Anpassung Bypass-Rohrleitung inkl. Auslaufbauwerk zur schadlosen Abführung des Abflusses aus dem E-Graben während der Bauarbeiten und Revisionsarbeiten; - Anlage eines Unterhaltsweges im Böschungsbereich auf der orographisch rechten Seite des E-Grabens. Sowohl beim Ober- als auch beim Unterwasseranschluss kommt es zu keiner Veränderung des Trassenverlaufs und der Dotationswassermenge gegenüber dem Stand der Planfeststellung. Weitere Planänderungen stellen die Neufassung der Monitoringauflagen unter A.IV.13.1.1 des o. g. Planfeststellungsbeschlusses sowie die Anpassung der Eingriffs-/Ausgleichsbilanzierung bzw. der Kohärenzausgleichsmaßnahmen bzgl. der FFH-Lebensraumtypen 9150 und 9180* dar. Für das Planänderungsvorhaben werden Grundstücke im Markt Rennertshofen (Gmkg. Riedensheim), der Gemeinde Oberhausen (Gmkg. Oberhausen) und der Stadt Neuburg an der Donau (Gmkg. Bittenbrunn) in Anspruch genommen. Nähere Einzelheiten können den ausliegenden Unterlagen entnommen werden, die neben dem Erläuterungsbericht, Plänen, angepassten naturschutzfachlichen Studien/Gutachten auch einen geänderten UVP-Bericht sowie ein Fachgutachten zur Umweltverträglichkeitsstudie (Vergleichende Bewertung der Fischaufstiegshilfen-Varianten an der Donaustufe Bittenbrunn) enthalten.

Quantifizierung der Gerinnespeicherung von kohäsiven Feinpartikeln im Verlauf von künstlich erzeugten Hochwasserwellen und stationären Trockenwetterrandbedingungen

Kohäsive Feinpartikel sind potentielle Träger von anorganischen und organischen Schadstoffen und spielen eine entscheidende Rolle beim Stoffaustausch zwischen Wasserkörper, Schwebstoff und Sediment. Daher ist die Kenntnis der Depositionsdynamik dieser Feinpartikel ein wichtiger Baustein für ein effizientes Sedimentmanagement und eine physikalisch basierte Modellierung des Schadstofftransfers in Fließgewässern. Es überrascht jedoch, dass sich Untersuchungen zum Transport- und Sedimentationsverhalten kohäsiver Partikel bisher häufig auf definierte stationäre Randbedingungen im Labormaßstab und Trockenwetterbedingungen im Gelände konzentrieren. Weitgehend ungeklärt ist hingegen das Verhalten von Feinpartikeln und deren Speicherung im Gerinnebett während der dynamischen Phase von Hochwasserereignissen. Um die im Gerinne ablaufenden Prozesse weitgehend unabhängig von den Einzugsgebietsprozessen zu untersuchen hat sich in unserer Arbeitsgruppe seit nunmehr über 10 Jahren ein Ansatz mit künstlich generierten Hochwasserwellen bewährt. Es ist ein genereller Vorteil von solchen Geländeexperimenten, dass einzelne steuernde Größen ausgeschlossen oder gezielt kontrolliert werden können. Außerdem ist ein solcher Ansatz eine Voraussetzung, um die Aussagekraft experimentell gewonnener Laborergebnisse zur potentiell hohen Feinpartikel-Retention in Sand- und Kiessedimenten in einem natürlichen System zu validieren. Das übergeordnete Ziel des hier beantragten Projekts ist es, die Gerinnespeicherung kohäsiver Feinpartikel in einem natürlichen System bei variierenden hydrologisch-hydraulischen Randbedingungen zu quantifizieren. Zu diesem Zweck werden standardisierte Feinpartikeltracer (Kaolinit, d50 = 2ìm, ñ = 2,6 g/cm3) sowohl im Verlauf von künstlich generierten Hochwasserwellen als auch während stationärer Trockenwetterbedingungen in einen Mittelgebirgsbach induziert. Die Retention und Sedimentation der eingegebenen Feinpartikel wird gezielt in kleinräumig variierenden Flussbettstrukturen (Hyporheische Zone, Stillwasserzonen, Gerinnerandbereiche, Riffle-Pool-Sequenzen) und für einzelne Gerinneabschnitte erfasst. Die Quantifizierung der Speicherung erfolgt mit bereits erprobten Resuspensionstechniken und Sedimentfallen sowie einer in Pilotprojekten erfolgreich getesteten Tracerfrachtberechnung mittels FTIR-DRIFT Spektroskopie an mehreren Basismessstationen im Längsprofil. In einem interdisziplinären Forscherverbund mit Kollegen des 'Hydraulics Laboratory' und des 'Dept. of Civil Engineering' der Universität Gent, der 'Ecosystem Management Research Group, Dept. of Biology' der Universität Antwerpen und des 'Dept. of Hydrology and Hydraulic Engineering' der Freien Universität Brüssel in Belgien wird darüber hinaus die Transport- und Speicherdynamik der Feinpartikel mit der neuen, FORTRAN basierten Modellierungssoftware 'FEMME' ('Flexible Environment for Mathematically Modelling the Environment') abgebildet.

KI: Abbildung von Flussbettprofilen und lokalen Strömungsverhältnissen durch Künstliche Intelligenz zur Positionsermittlung von Kleinturbinen Clustern

Umlegung eines Gewässers für eine Pflanzenkläranlage

Der Bereich des Vorteiches soll künftig als Standort für eine Pflanzenkläranlage dienen. Das Umgehungsgerinne soll verrohrt werden und der Ableitung gereinigten häuslichen Abwassers um den großen Teich herum in den Appenröder Bach dienen. Dabei werden die bisher frei in das Gerinne ablaufenden gereinigten Abwässer der Nachbargrundstücke ebenfalls an die Verrohrung angeschlossen. Das dem System zulaufende Oberflächenwasser wird dann, statt in den Vorteich, direkt in den großen Teich geleitet. Dieser soll umfassend saniert werden und als Lebensraum für Amphibien u.a. erhalten bleiben.

Überschwemmungsgefährdetes Gebiet der Vereinigten Weißeritz (WFS Dienst)

Das in Kartenform dargestellte überschwemmungsgefährdete Gebiet beruht auf § 75 Abs. 1 Nr.1 und Abs. 2 SächsWG. Es handelt sich um ein Gebiet, das erst bei Überschreiten eines Hochwasser-Ereignisses, wie es statistisch einmal in 100 Jahren zu erwarten ist, überschwemmt wird. Gemäß § 75 Abs. 2 S. 2 SächsWG wurde das Extremereignis gemäß Gefahrenkarte des Hochwasserschutzkonzeptes für die Weißeritz (Zuständigkeit: Freistaat Sachsen, Landestalsperrenveraltung) herangezogen. Es entspricht dem Überschwemmungsgebiet des Hochwassers der Weißeritz vom 12./13. August 2002. Das Wiederkehrintervall dieses Ereignisses wurde vom LfULG mit 500 Jahren (Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie; Ereignisanalyse Hochwasser 2002 in den Osterzgebirgsflüssen; Juli 2004) angegeben, die Abflussmenge wurde mit etwa 450 m3/s angegeben. Es handelte sich um das größte bisher beobachtete Hochwasser der Weißeritz. Die Abflussmenge betrug in etwa das 1,5fache des bis dahin größten Hochwassers vom 30. Juli 1897. Im Juni 2013 ereignete sich das viertgrößte Weißeritzhochwasser seit Beobachtungsbeginn. Die Abflussmenge lag zwischen 150 und 170 m3/s, die abschließende Auswertung seitens der zuständigen Behörden des Freistaates steht noch aus. Bis voraussichtlich 2020 wird die Vereinigte Weißeritz in Dresden so ausgebaut, dass ein Hochwasser wie im August 2002 ohne großflächige Ausuferungen im Flussbett abgeführt werden kann. Die Leistungsfähigkeit des Gewässerbettes liegt gegenwärtig etwa bei HQ100 (Abflussmenge 234 m³/s). Bis dahin ist bei extremen Ereignissen noch mit großflächigen Überschwemmungen und in der Folge mit Gefahren und Beeinträchtigungen des Wohls der Allgemeinheit und öffentlichen Sicherheit und Ordnung zu rechnen (Gefährdung von Leben bzw. erhebliche Gesundheits- und Sachschäden). Im dargestellten überschwemmungsgefährdeten Gebiet sind gemäß § 75 Abs. 5 SächsWG dem Risiko angepasste planerische und bautechnische Maßnahmen zu ergreifen, um Schäden durch eindringendes Wasser soweit wie möglich zu verhindern. Insbesondere sind bautechnische Maßnahmen vorzunehmen, um den Eintrag wassergefährdender Stoffe bei Überschwemmungen zu verhindern.

Überschwemmungsgefährdetes Gebiet der Vereinigten Weißeritz (WMS Dienst)

Das in Kartenform dargestellte überschwemmungsgefährdete Gebiet beruht auf § 75 Abs. 1 Nr.1 und Abs. 2 SächsWG. Es handelt sich um ein Gebiet, das erst bei Überschreiten eines Hochwasser-Ereignisses, wie es statistisch einmal in 100 Jahren zu erwarten ist, überschwemmt wird. Gemäß § 75 Abs. 2 S. 2 SächsWG wurde das Extremereignis gemäß Gefahrenkarte des Hochwasserschutzkonzeptes für die Weißeritz (Zuständigkeit: Freistaat Sachsen, Landestalsperrenveraltung) herangezogen. Es entspricht dem Überschwemmungsgebiet des Hochwassers der Weißeritz vom 12./13. August 2002. Das Wiederkehrintervall dieses Ereignisses wurde vom LfULG mit 500 Jahren (Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie; Ereignisanalyse Hochwasser 2002 in den Osterzgebirgsflüssen; Juli 2004) angegeben, die Abflussmenge wurde mit etwa 450 m3/s angegeben. Es handelte sich um das größte bisher beobachtete Hochwasser der Weißeritz. Die Abflussmenge betrug in etwa das 1,5fache des bis dahin größten Hochwassers vom 30. Juli 1897. Im Juni 2013 ereignete sich das viertgrößte Weißeritzhochwasser seit Beobachtungsbeginn. Die Abflussmenge lag zwischen 150 und 170 m3/s, die abschließende Auswertung seitens der zuständigen Behörden des Freistaates steht noch aus. Bis voraussichtlich 2020 wird die Vereinigte Weißeritz in Dresden so ausgebaut, dass ein Hochwasser wie im August 2002 ohne großflächige Ausuferungen im Flussbett abgeführt werden kann. Die Leistungsfähigkeit des Gewässerbettes liegt gegenwärtig etwa bei HQ100 (Abflussmenge 234 m³/s). Bis dahin ist bei extremen Ereignissen noch mit großflächigen Überschwemmungen und in der Folge mit Gefahren und Beeinträchtigungen des Wohls der Allgemeinheit und öffentlichen Sicherheit und Ordnung zu rechnen (Gefährdung von Leben bzw. erhebliche Gesundheits- und Sachschäden). Im dargestellten überschwemmungsgefährdeten Gebiet sind gemäß § 75 Abs. 5 SächsWG dem Risiko angepasste planerische und bautechnische Maßnahmen zu ergreifen, um Schäden durch eindringendes Wasser soweit wie möglich zu verhindern. Insbesondere sind bautechnische Maßnahmen vorzunehmen, um den Eintrag wassergefährdender Stoffe bei Überschwemmungen zu verhindern.

Retentionsflächen Überschwemmung BB

Der Datensatz beinhaltet Daten des LBGR über die Retentionsflächen Überschwemmung Brandenburgs und wird über je einen Darstellungs- und Downloaddienst bereitgestellt. Die Hochwasserereignisse der letzten Jahre an Oder und Elbe, von denen auch das Land Brandenburg betroffen war, zeigten, dass der zeitliche Ablauf der Hochwässerwelle im Vergleich zu früheren Ereignissen deutlich verkürzt war, was eine höhere Amplitude, d.h. höhere Wasserstände zur Folge hatte. Eine der Hauptursachen hierfür ist in einem drastischen Rückgang der natürlichen Retentionsräume, hervorgerufen durch eine verstärkte oberflächennahe Wasserabführung in den Einzugsgebieten und durch die Verringerung der natürlichen flussnahen Überschwemmungsgebiete zu sehen. Unter Retention im hydrologischen Sinne versteht man die Verringerung, die Hemmung oder die Verzögerung des Abflussgeschehens. Diese Prozesse können sich in den Fließgewässern und ihren Überschwemmungsgebieten direkt auf die Hochwasserwelle auswirken (Gewässerretention) oder auch die Entstehung einer Hochwasserwelle im Einzugsgebiet steuern (Gebietsretention). Maßnahmen zum Erhalt und zur Erweiterung von Retentionsräumen am Fluss selbst bilden die wirksamste Methode, den Wasserstand bei Hochwasserabfluss in einem Gewässer abzumildern, da die Hochwasserwelle während ihres Laufes im Flussbett und in der Aue durch verschiedene Rückhaltemechanismen verformt wird (Böhm et al. 1999). Dem technischen Hochwasserschutz (Deiche, Rückhaltebecken, Talsperren) sind dabei Grenzen gesetzt, da Rückhaltebecken nicht beliebig groß und Deiche nicht immer höher gebaut werden können. (Landesumweltamt 2003). Die Gebietsretention dagegen zielt darauf ab, die Abflusswelle dadurch zu verkleinern, dass das Wasser möglichst am Ort des Niederschlags am Abfluss gehindert bzw. der Abfluss verzögert wird (Böhm et al. 1999). Ein Ziel der Hochwasservorsorge muss daher sein, abflusserhöhende und abflussbeschleunigende Maßnahmen zu verhindern und bereits eingetretene negative Effekte weitestgehend rückgängig zu machen oder zumindest abzumildern. Hierzu bedarf es der Kenntnis über geeignete potenzielle Retentionsflächen.

Geologische Karte 1:50.000 von Schleswig-Holstein

Die geologische Karte von Schleswig-Holstein 1:50.000 stellt die oberflächennahen geologischen Verhältnisse bis zwei Meter Tiefe im Land flächendeckend dar. Den im Bereich jeder abgegrenzten Fläche übereinander anstehenden Schichten werden Alter (Stratigraphie), Gesteinszusammensetzung (Lithologie) und Entstehung (Geogenese) zugeordnet. Die Symbolfarbe der Legende wird i. d. R. durch die Eigenschaften der oberen Schicht bestimmt. Die Zeichen in den Flächen stehen i. d. R. für die unterlagernde Schicht. Die Gesteine von Gewässerbetten werden nicht ausgewiesen. Wattflächen werden undifferenziert dargestellt. Die Bezeichnung der geologischen Einheiten beziehen sich auf den Symbolschlüssel Geologie. Die geogenetischen Begriffsdefinitionen gehen auf die geologische Kartieranleitung (AG Geologie) zurück. Informationen zum Symbolschlüssel und zu den Begriffsdefinitionen stehen im Internet zur Verfügung. Die Symboleinheiten der Legende entstehen durch die Vereinfachung und Zusammenfassung (Generalisierung) von Kartiereinheiten (KE), die aus bis zu vier Schichten bestehen können. Sie sind in Kurzform für jede Fläche beschrieben. Erläuterungen zu den Attributen der Flächen und die Generallegende stehen als PDF-Dateien begleitend zur Verfügung.

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