BfG Erstellt im Rahmen des EU-Interreg-Projekts LABEL Anpassung an das Hochwasserrisiko im Elbeeinzugsgebiet

BfG-1725 Bewertung von Einflüssen tschechischer und thüringer Talsperren auf Hochwasser an Moldau und Elbe in Tschechien und Deutschland mittels Einsatz mathematischer Abflussmodelle Erstellt im Rahmen des EU-Interreg-Projekts “LABEL – Anpassung an das Hochwasserrisiko im Elbeeinzugsgebiet”

Titelfoto: Hochwasserableitung an der Talsperre Orlík/Moldau am 14.08.2002 (M. Raudenský)

BfG-1725

Bericht Bewertung von Einflüssen tschechischer und thüringer Talsperren auf Hochwasser an Moldau und Elbe in Tschechien und Deutschland mittels Einsatz mathematischer Abflussmodelle

Erstellt im Rahmen des EU-Interreg-Projekts “LABEL – Anpassung an das Hochwasserrisiko im Elbeeinzugsgebiet” Autoren:

Dipl.-Met. Norbert Busch, Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG)

Ing. Pavel Balvín, T.G. Masaryk Water Research Institute (VUV)

Dipl.-Geoökol. Marcus Hatz, Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG)

Ing. Jakub Krejčí, PhD AquaLogic Consulting

Seitenzahl: 108 Koblenz, den 11.06.2012

Der Bericht darf nur ungekürzt vervielfältigt werden. Die Vervielfältigung und eine Veröffentlichung bedürfen der schriftlichen Genehmigung der BfG.

Bundesanstalt für Gewässerkunde Bericht BfG-1725

2


Inhaltsverzeichnis

INHALTSVERZEICHNIS....................................................................................................................3 ABBILDUNGSVERZEICHNIS ...........................................................................................................4 TABELLENVERZEICHNIS ................................................................................................................6 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS..........................................................................................................7 1 EINLEITUNG UND VERANLASSUNG..........................................................................................9 2 DIE HYDROLOGISCHEN VERHÄLTNISSE IM EINZUGSGEBIET DER ELBE ................11 2.1 DER TSCHECHISCHE TEIL DES EINZUGSGEBIETS DER ELBE ...........................................................11 2.2 DER DEUTSCHE TEIL DES EINZUGSGEBIETS DER ELBE ..................................................................19 2.3 GENESEN CHARAKTERISTISCHER HOCHWASSER IM ELBE-EINZUGSGEBIET ..................................23 3 TALSPERREN IN DER TSCHECHISCHEN REPUBLIK..........................................................31 3.1 ÜBERSICHT ...................................................................................................................................31 3.2 TALSPERRENBETRIEB WÄHREND DER HOCHWASSER 2002, 2006 UND 2011 .................................38 4 VORGEHENSWEISE UND MODELLE .......................................................................................47 4.1 EINGESETZTE MODELLWERKZEUGE .............................................................................................48 4.1.1 Eingesetzte Modelle für den tschechischen Teil der Elbegebiets .........................................48 4.1.2 Das SOBEK-Modell für den deutschen Teil des Elbegebiets ...............................................55 4.2 GENERIERUNG VON MODELLHOCHWASSERN ................................................................................58 4.2.1 Ableitung unbeeinflusster Ganglinien aus historischen Hochwassern .................................58 4.2.2 Generierung von Modellhochwassern aus unbeeinflussten Ganglinien...............................60 5 SIMULATIONSERGEBNISSE .......................................................................................................67 5.1 HISTORISCHE HOCHWASSEREREIGNISSE .......................................................................................67 5.1.1 Das Hochwasser vom August 2002 ......................................................................................68 5.1.2 Das Hochwasser vom April 2006 .........................................................................................72 5.1.3 Das Hochwasser vom Januar 2011 ......................................................................................75 5.2 MODELLHOCHWASSEREREIGNISSE ...............................................................................................78 5.2.1 Ergebnisse für die Moldau und die tschechische Elbe .........................................................79 5.2.2 Ergebnisse für die deutsche Elbe..........................................................................................89 6 PERSPEKTIVEN UND EMPFEHLUNGEN .................................................................................95 7 ZUSAMMENFASSUNG ................................................................................................................101 8 LITERATUR ...................................................................................................................................105

3


Abbildungsverzeichnis

ABBILDUNG 1:

ENTWICKLUNG DES OBERIRDISCHEN EINZUGSGEBIETS DER ELBE UNTERSTROM VON BRANDÝS (OBERE MODELLGRENZE IN TSCHECHIEN)..........................................11

ABBILDUNG 2: ABBILDUNG 3: ABBILDUNG 4: ABBILDUNG 5: ABBILDUNG 6: ABBILDUNG 7:

ABBILDUNG 8: ABBILDUNG 9: ABBILDUNG 10: ABBILDUNG 11: ABBILDUNG 12: ABBILDUNG 13: ABBILDUNG 14:

ABBILDUNG 15: ABBILDUNG 16: ABBILDUNG 17: ABBILDUNG 18: ABBILDUNG 19: ABBILDUNG 20: ABBILDUNG 21: ABBILDUNG 22: ABBILDUNG 23: ABBILDUNG 24:

4

DIE ELBE UND IHR EINZUGSGEBIET ............................................................................12 MITTLERE JAHRESABFLUSSGANGLINIEN FÜR DIE PEGEL LOUNY (EGER), CHUCHLE (MOLDAU), BRANDÝS (ELBE), MĚLNÍK (ELBE) UND ÚSTÍ NAD LABEM (ELBE) ..........13 JÄHRLICHE HOCHWASSERSCHEITELABFLÜSSE AM PEGEL DĚČÍN ...............................14 ABFLUSSGANGLINIEN DER HOCHWASSER 2002, 2006 UND 2011 AN DEN PEGELN PRAG-CHUCHLE (MOLDAU) UND ÚSTÍ NAD LABEM (ELBE)........................................15 (A) DER BURGFELSEN IN DĚČÍN UND (B) DER KOPF DES BÄRTIGEN IN PRAG .............16 ENTWICKLUNG DES OBERIRDISCHEN EINZUGSGEBIETS DER ELBE UNTERHALB DER TSCHECHISCH-DEUTSCHEN GRENZE UNTER BERÜCKSICHTIGUNG DER WICHTIGSTEN NEBENFLÜSSE .............................................................................................................19 MITTLERE JAHRESABFLUSSGANGLINIEN FÜR DIE PEGEL DRESDEN, BARBY UND WITTENBERGE ............................................................................................................20 JÄHRLICHE HOCHWASSERSCHEITELABFLÜSSE AM PEGEL DRESDEN ..........................21 ABFLUSSGANGLINIEN DER HOCHWASSER 1988, 2002 & 2006 AN DEN PEGELN DRESDEN & WITTENBERGE ........................................................................................22 GEMESSENE ABFLUSSGANGLINIEN WÄHREND DER HOCHWASSER 2002, 2006 UND 2011....................................................................................................................24 REGIONALE VERTEILUNG DER NIEDERSCHLAGSSUMMEN IN TSCHECHIEN FÜR DEN ZEITRAUM ZWISCHEN 6.8.2002 UND 15.8.2002 ..........................................................25 DAS HOCHWASSER 2002 IN PRAG UND IN DĚČÍN .......................................................25 ZUSAMMENFLUSS VON MOLDAU UND ELBE IM JAHR 2006; AUSGEDEHNTE ÜBERSCHWEMMUNGSFLÄCHE IM BEREICH LEITMERITZ (MÜNDUNG DER EGER IN DIE ELBE) IM JAHR 2006 .............................................................................................27 GEWÄSSERNETZ DES TSCHECHISCHEN EINZUGSGEBIETS DER ELBE UND LAGE DER IN DEN UNTERSUCHUNGEN BERÜCKSICHTIGTEN TALSPERREN ...................................31 SCHEMATISCHE DARSTELLUNG EINER TALSPERRE MIT UNTERSCHIEDLICHEN BETRIEBSWASSERSTÄNDEN UND SPEICHERRÄUMEN ..................................................33 TALSPERREN AN DER MOLDAU IM ÜBERBLICK ..........................................................34 VORENTLEERUNG DER TALSPERRE ORLÍK WÄHREND DES HOCHWASSERS 2006........39 STEUERUNG DER TALSPERRE ORLÍK WÄHREND DES HOCHWASSERS 2002.................40 STEUERUNG DER MOLDAUKASKADE WÄHREND DES HOCHWASSERS 2006 ................43 STEUERUNG DER TALSPERRE ORLÍK WÄHREND DES HOCHWASSERS 2011.................45 SCHEMATISCHE ÜBERSICHT ÜBER DIE ABFOLGE DER ARBEITSSCHRITTE IM PROJEKT .....................................................................................................................47 DIFFUSE, LATERALE ZUFLÜSSE AUS TEILEINZUGSGEBIETEN IM MODELL...................52 MODELLLAYOUT DES HEC-RAS-MODELLS FÜR DEN TSCHECHISCHEN ABSCHNITT DER ELBE - BEEINFLUSSTER ZUSTAND UND UNBEEINFLUSSTER ZUSTAND ..................53


ABBILDUNG 25: LAYOUT DES SPEICHERMODELLS DER MOLDAU-KASKADE ........................................54 ABBILDUNG 26: LAYOUT DES SOBEK-MODELLS FÜR DEN DEUTSCHEN LAUFABSCHNITT DER ELBE ..56 ABBILDUNG 27: VERGLEICH VON MESSDATEN UND SIMULATIONSERGEBNISSEN FÜR DIE BEIDEN HOCHWASSER 2006 UND 2011 AN AUSGEWÄHLTEN PEGELN ......................................57 ABBILDUNG 28: ABGELEITETE, BEEINFLUSSTE UND UNBEEINFLUSSTE ZUFLÜSSE ZUR TALSPERRE ORLIK WÄHREND DER HOCHWASSER 2002 UND 2006.................................................59 ABBILDUNG 29: VORGEHENSWEISE BEI DER GENERIERUNG VON KÜNSTLICHEN MODELLHOCHWASSERN .............................................................................................62 ABBILDUNG 30: AUSGEWÄHLTE MODELLHOCHWASSER DES TYPS “2002” UND “2006” AM PEGEL AKEN OBERSTROM DER SAALEMÜNDUNG...................................................................65 ABBILDUNG 31: BERECHNETE ABFLUSSGANGLINIEN (MIT / OHNE BERÜCKSICHTIGUNG VON TALSPERREN) AN DEN PEGELN DRESDEN UND WITTENBERGE - 2002.........................69 ABBILDUNG 32: SCHEITELWASSERSTÄNDE (BEEINFLUSST UND UNBEEINFLUSST) FÜR DAS HOCHWASSER 2002 AM ELBE-KM 55,7 IN DRESDEN ...................................................70 ABBILDUNG 33: BERECHNETE ABFLUSSGANGLINIEN (MIT / OHNE BERÜCKSICHTIGUNG VON TALSPERREN) AN DEN PEGELN DRESDEN UND WITTENBERGE - 2006.........................72 ABBILDUNG 34: BERECHNETE ABFLUSSGANGLINIEN (MIT / OHNE BERÜCKSICHTIGUNG VON TALSPERREN) AN DEN PEGELN DRESDEN UND BARBY SOWIE FÜR NEBENFLÜSSE DER ELBE (MULDE, SAALE) - 2006 .............................................................................73 ABBILDUNG 35: BERECHNETE ABFLUSSGANGLINIEN (MIT / OHNE BERÜCKSICHTIGUNG VON TALSPERREN) AN DEN PEGELN DRESDEN UND WITTENBERGE - 2011.........................76 ABBILDUNG 36: DURCHSCHNITTLICHE SCHEITELWASSERSTANDSABSENKUNGEN AN DER ELBE WÄHREND DER HISTORISCHEN HOCHWASSER DER JAHRE 2002, 2006 UND 2011 ........78 ABBILDUNG 37: BEEINFLUSSTE UND UNBEEINFLUSSTE ABFLUSSGANGLINIEN AM PEGEL PRAGCHUCHLE ....................................................................................................................82 ABBILDUNG 38: ABMINDERUNG VON SCHEITELABFLÜSSEN UND -WASSERSTÄNDEN AN DEN PEGELN PRAG-CHUCHLE UND USTI NAD LABEM .....................................................................83 ABBILDUNG 39: VERFORMUNG DER HOCHWASSERWELLEN DURCH FLUTUNG NATÜRLICHER ÜBERSCHWEMMUNGSFLÄCHEN FÜR DAS HOCHWASSER BB_500_2002/2006 IN MĚLNÍK (MOLDAUMÜNDUNG) UND DAS HOCHWASSER DD_500_2002/2006 IN LEITMERITZ (EGERMÜNDUNG) ...................................................................................85 ABBILDUNG 40: DARSTELLUNG DER SCHEITELREDUKTIONEN ALS ANTEIL DES UNBEEINFLUSSTEN ABFLUSSES .................................................................................................................86 ABBILDUNG 41: SIMULATIONSERGEBNISSE DES HOCHWASSERS VON 1890..........................................88 ABBILDUNG 42: VERGLEICH VON BEEINFLUSSTEM UND UNBEEINFLUSSTEM ABFLUSS AM PEGEL PRAG-CHUCHLE FÜR DAS HOCHWASSER VOM SEPTEMBER 1890; PROZENTUALE SCHEITELREDUKTION FÜR DIE MODELLHOCHWASSER DES TYPS “2002” UND DAS HISTORISCHE EREIGNIS VON 1890 ..............................................................................89 ABBILDUNG 43: SIMULATIONSERGEBNISSE FÜR ALLE MODELLHOCHWASSER DES TYPS "2002"……...93 ABBILDUNG 44: SIMULATIONSERGEBNISSE FÜR ALLE MODELLHOCHWASSER DES TYPS "2004"……...94 ABBILDUNG 45: ZEITREIHE DER JAHRESHÖCHSTABFLÜSSE (1890 – 2006) FÜR DEN PEGEL BARBY (ELBE) ........................................................................................................................97 ABBILDUNG 46: RANGGELISTETE JÄHRLICHE HÖCHSTABFLÜSSE AM PEGEL BARBY ...........................98

5


Tabellenverzeichnis

TABELLE 1: BEDEUTENDE HOCHWASSER AN AUSGEWÄHLTEN PEGELN ...............................................18 TABELLE 2: HAUPT- UND EXTREMWERTE DES ABFLUSSES FÜR PEGEL DER ELBE IN DEUTSCHLAND....23 TABELLE 3: SCHEITELABFLÜSSE DER HOCHWASSER 2002, 2006 UND 2011 AN DER ELBE UND DEN WICHTIGEN NEBENFLÜSSEN IN TSCHECHIEN UND DEUTSCHLAND .....................................28 TABELLE 4: ÜBERBLICK ÜBER TALSPERREN IM TSCHECHISCHEN ELBEGEBIET .....................................32 TABELLE 5: LISTE DER VORRANGIGEN TALSPERREN UND IHRER WESENTLICHEN MERKMALE .............33 TABELLE 6: MAXIMALE WASSERSTÄNDE, SCHEITELABFLÜSSE UND WEITERE BETRIEBSGRÖßEN FÜR AUSGEWÄHTE TALSPERREN IM VERLAUF DES HOCHWASSERS 2002 – ERSTE WELLE ........41 TABELLE 7: MAXIMALE WASSERSTÄNDE, SCHEITELABFLÜSSE UND WEITERE BETRIEBSGRÖßEN FÜR AUSGEWÄHLTE TALSPERREN IM VERLAUF DES HOCHWASSERS 2002 - ZWEITE WELLE ....41 TABELLE 8: MAXIMALE WASSERSTÄNDE, SCHEITELABFLÜSSE UND WEITERE BETRIEBSGRÖßEN FÜR AUSGEWÄHLTE TALSPERREN IM VERLAUF DES HOCHWASSERS 2006 ...............................44 TABELLE 9: MAXIMALE WASSERSTÄNDE, SCHEITELABFLÜSSE UND WEITERE BETRIEBSGRÖßEN FÜR AUSGEWÄHLTE TALSPERREN IM VERLAUF DES HOCHWASSERS 2011 ...............................46 TABELLE 10: RANDBEDINGUNGEN – PUNKTUELLE ZUFLÜSSE IN DAS MODELL (BEEINFLUSSTER UND UNBEEINFLUSSTER ZUSTAND) ...........................................................................................51 TABELLE 11: VERGRÖßERUNGSFAKTOREN UND SCHEITELABFLÜSSE FÜR UNBEEINFLUSSTE MODELLHOCHWASSER ......................................................................................................63 TABELLE 12: EINFLUSS VON TALSPERREN IN TSCHECHIEN UND AN DER SAALE IN THÜRINGEN AUF DAS HOCHWASSER 2002....................................................................................................71 TABELLE 13: BERECHNETE ABMINDERUNGEN DER SCHEITELWASSERSTÄNDE BEIM HOCHWASSER 2002...........................................................................................................71 TABELLE 14: EINFLUSS VON TALSPERREN IN TSCHECHIEN UND AN DER SAALE IN THÜRINGEN AUF DAS HOCHWASSER 2006...........................................................................................................74 TABELLE 15: BERECHNETE ABMINDERUNGEN DER SCHEITELWASSERSTÄNDE BEIM HOCHWASSER 2006...........................................................................................................75 TABELLE 16: EINFLUSS VON TALSPERREN IN TSCHECHIEN UND AN DER SAALE IN THÜRINGEN AUF DAS HOCHWASSER 2011.............................................................................................77 TABELLE 17: BERECHNETE ABMINDERUNGEN DER SCHEITELWASSERSTÄNDE BEIM HOCHWASSER 2011...........................................................................................................77 TABELLE 18: ZUR SIMULATION DER MODELLHOCHWASSER GEWÄHLTE STARTWASSERSTÄNDE IN DEN TALSPERREN UND VERFÜGBARER FREIER SPEICHERRAUM .........................................80 TABELLE 19: GENUTZTER STAURAUM BEI DER SIMULATION DER MODELLHOCHWASSER ......................81 TABELLE 20: SCHEITELABFLUSSREDUKTIONEN UNTERHALB DER TALSPERREN ORLIK UND NECHRANICE .....................................................................................................................84 TABELLE 21: SCHEITELABFLÜSSE (UNBEEINFLUSSTER ZUSTAND) UND SCHEITEABFLUSSREDUKTIONEN FÜR DIE MODELLHOCHWASSER DES TYPS “2002” UND “2006”..................90 TABELLE 22: SCHEITELWASSERSTÄNDE (UNBEEINFLUSSTER ZUSTAND) UND SCHEITELWASSERSTANDSREDUKTIONEN FÜR DIE MODELLHOCHWASSER DES TYPS “2002” UND “2006” .....91

6


Abkürzungsverzeichnis

AK

Aken

BB

Barby

BfG

Bundesanstalt für Gewässerkunde

CHMI

Czech Hydrometeorological Institute (Tschechisches Hydrometeorologisches Institut)

DD

Dresden

ELLA

EU-Projekt ”Vorsorgende Hochwasserschutzmaßnahmen durch transnationale Raumordnung”

EU

Europäische Union

FGG

Flussgebietsgemeinschaft Elbe

FLYS

Flusshydrologische Software der BfG

HEC-RAS

Hydrologic Engineering Centers River Analysis System

HQt

Hochwasserabfluss mit einer Jährlichkeit von t Jahren

IKSE

Internationale Kommission zu Schutz der Elbe

IKSR

Internationale Kommission zum Schutz des Rheins

LABEL

EU-Projekt „Anpassung an das Hochwasserrisiko im Elbeeinzugsgebiet“

LAWA

Länderarbeitsgemeinschaft Wasser

MHQ

mittlerer Hochwasserabfluss eines Zeitraums

MNQ

mittlerer Niedrigwasserabfluss eines Zeitraums

MQ

mittlerer Abfluss eines Zeitraums

PLA

Einzugsgebietsverwaltung Elbe (Povodí Labe)

POH

Einzugsgebietsverwaltung Eger (Povodí Ohře)

PR

PRAG

PVL

Einzugsgebietsverwaltung Elbe (Povodí Vltava)

RWS-RIZA

Rijkswaterstaat – Rijksinstituut voor Integraal Zoetwaterbeheer en Afvalwaterbehandeling

7


SOBEK

Krokodilgott der ägyptischen Mythologie; hier: eindimensionale, hydrodynamisch-numerische Simulationssoftware der Firma Deltares

TU

Technische Universität

USACE

U.S. Army Corps of Engineers

VUV

Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka (engl. Masaryk Water Research Institute)

WSV

Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes

ZZ_XXX_YYYY

Zielpegel_Zieljährlichkeit_Hochwasserereignis

8


1 Einleitung und Veranlassung

In den von der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) bereits 1995 formulierten Leitlinien für einen zukunftsweisenden Hochwasserschutz wird u.a. die große Bedeutung von Maßnahmen des technischen Hochwasserschutzes zur Minderung des Hochwasserrisikos hervorgehoben (LAWA 1995). So sind im Flussgebiet der Elbe schon seit vielen Jahrhunderten Deiche gebaut worden, um die Flussebenen besser nutzen zu können. Eine weitere Möglichkeit des technischen Hochwasserschutzes besteht nach den LAWA-Leitlinien darin, die Hochwassergefährdung durch Rückhaltebecken und Talsperren zu mindern. Insbesondere in den tschechischen Einzugsgebieten von Moldau und Eger sowie im thüringer Saalegebiet wurden zwischen 1930 und 1968 teilweise sehr große Becken gebaut (IKSE 2005). Von der Füllung dieser Speicher, die für verschiedenste Zwecke (wie Erzeugung von Wasserkraft, Trink- und Brauchwasserversorgung, Niedrigwasseraufhöhung, …) geschaffen wurden und somit auch zum Hochwasserschutz eingesetzt werden können, gehen in Abhängigkeit von der Hochwassergenese mehr oder weniger erhebliche Wirkungen auf die Wasserstände der Elbe im Nah- und Fernbereich aus. Diesen überregionalen Aspekt greift die von der Europäischen Union (EU) im Oktober 2007 beschlossene Richtlinie „über die Bewertung und das Management von Hochwasserrisiken“ (kurz: Hochwasserrisikomanagement-Richtlinie, EU 2007) auf. Sie fordert von den für Hochwasserschutz zuständigen staatlichen Institutionen bei der Entwicklung und Umsetzung diesbezüglicher Konzepte und Maßnahmen ein einzugsgebietsweites Denken. Bereits zuvor lehrte das katastrophale Elbehochwasser vom August 2002 die tschechischen und deutschen Stellen noch intensiver zusammenzuarbeiten. Eine hieraus hervorgegangene Initiative war das von der EU geförderte Interreg-Projekt “ELLA - Vorsorgende Hochwasserschutzmaßnahmen durch transnationale Raumordnung”, in dem unter anderem der Elbe-Atlas entstanden ist (ELLA 2006A, ELLA 2006B). Im Rahmen dieses Projekts wurden von der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) mittels großräumiger Modelluntersuchungen die Wirkungen von Deichrückverlegungen und Poldern in Sachsen und Sachsen-Anhalt auf extreme Hochwasser der Elbe ermittelt (BFG 2006, TU DRESDEN 2007) - Maßnahmen, die von der Internationalen Kommission zum Schutz der Elbe (IKSE) im „Aktionsplan Hochwasserschutz Elbe“ (IKSE 2003) vorgeschlagen werden. Nachweislich reichen die so erzielten Wasserstandsminderungen länderübergreifend auf Elbehochwasser bis zur unteren Mittelelbe, also bis an die Tidegrenze bei Geesthacht heran. In Ergänzung zu diesen innerdeutschen Untersuchungen sowie zu vergleichbaren nationalen Untersuchungen (KAŠPÁREK ET AL. 2006B) des tschechischen Masaryk Water Research Instituts (VUV) für die Moldau und den tschechischen Abschnitt der Elbe, wurden im LABEL-

9


Projekt weitergehende transnationale mathematische Modelluntersuchungen zum gesteuerten Hochwasserrückhalt vereinbart. Ziel war es, die bereits jetzt vorliegenden Erkenntnisse, die im IKSE-Report „Zweiter Bericht über die Erfüllung des Aktionsplans Hochwasserschutz Elbe im Zeitraum 2006 bis 2008“ zu Auswirkungen des Einsatzes der Moldau-Kaskade während des Elbehochwassers im April 2006 auf Wasserstände recht allgemein beschrieben sind (IKSE 2009), für große Abflüsse der Elbe in Tschechien und Deutschland zu präzisieren. Im Februar 2010 schloss die BfG mit VUV einen Kooperationsvertrag ab, um im Rahmen des LABEL-Projekts in transnationaler Kooperation erstmals durch mathematische Abflusssimulationen für Moldau, Eger, Saale und Elbe die Auswirkungen tschechischer und thüringischer Talsperren auf extreme Hochwasser der Elbe in Deutschland und Tschechien zu ermitteln. Künstliche Modellhochwasserganglinien, die von historischen Hochwasserereignissen abgeleitet wurden und an ausgewählten Pegeln eine große Bandbreite an extremwertstatistischen Scheitelabflüssen (HQ10, HQ50, HQ100, HQ200, und HQ500) erreichen, wurden im Rahmen dieses Projektes erzeugt und stellen somit ein breites hydrologisches Fundament dar. Zusätzlich wurden die bedeutenden historischen Hochwasser der Jahre 2002, 2006 und 2011 untersucht. Für diese historischen Hochwasser wurden auf Anfrage der Arbeitsgruppe „Hochwasserrisikomanagement“ der deutschen Flussgebietsgemeinschaft Elbe (FGG) die Wirkungen der zwei größten thüringischen Talsperren am Oberlauf der Saale auf den Hochwasserverlauf an der Mittleren Elbe ebenfalls berücksichtigt. Für die gesamten Untersuchungen wurden Fließgewässermodelle der Moldau verwendet, die entweder die morphologische Situation der Moldau mit oder ohne Talsperren zeigen. So konnte garantiert werden, dass die Hochwasser mindernden Wirkungen der Moldau-Kaskade durch die Abflusssimulationen erfasst werden konnten. Die untere Modellgrenze der tschechischen Simulationsuntersuchungen befand sich am Pegel Ustí nad Labem (Aussig an der Elbe), an dem die Ergebnisse als Eingangsdaten in das deutsche Modell übergeben wurden. Dieses deckte dann den Elbeabschnitt bis nach Geesthacht vor den Toren Hamburgs ab. Die beiden Projektpartner BfG und VUV haben vereinbart, die im Rahmen des LABELProjekts erzielten Ergebnisse der gemeinsamen Hochwasseruntersuchungen im Einzugsgebiet der Elbe in Tschechien und Deutschland im Rahmen eines BfG-Berichts zu präsentieren. Das vorliegende Dokument, welches in deutscher und tschechischer Sprache verfügbar ist, erklärt die in dieser Studie verwendeten Ansätze und Methoden und gibt die in den tschechischdeutschen Simulationsberechungen ermittelten Auswirkungen von Rückhaltungen auf die historischen Hochwasser 2002, 2006 und 2011 sowie auf Modellhochwasser mit häufiger, mittlerer und seltener Wiederkehrwahrscheinlichkeit in Tschechien und Deutschland wieder.

10


2 Die hydrologischen Verhältnisse im Einzugsgebiet der Elbe

Die Elbe ist mit einer Länge von 1.094 km von ihrer Quelle im tschechischen Riesengebirge bis zu ihrer Mündung in die Nordsee bei Cuxhaven und einem oberirdischen Einzugsgebiet von 148.268 km² das viertgrößte Flussgebiet Mitteleuropas (IKSE 2005). Wie Abbildung 2 zeigt, besitzen vier europäische Staaten Flächenanteile an diesem Gebiet. Während diese in Österreich und Polen jedoch nur eine untergeordnete Rolle spielen, entfallen mit 65,4 % auf Deutschland und mit 33,68 % auf Tschechien die größten Anteile. Nach morphologischen Unterscheidungskriterien teilt man den Elbelauf in drei Abschnitte: die Obere Elbe von der Quelle bis Schloss Hirschstein (Elbe-km 96), die Mittlere Elbe bis zum Wehr Geesthacht und die tidebeeinflusste Untere Elbe bis zur Mündung in die Nordsee

2.1 Der tschechische Teil des Einzugsgebiets der Elbe Der tschechische Lauf der Elbe besitzt eine Länge von 358,3 km und umfasst bis zum Pegel Hřensko an der tschechisch-deutschen Grenze ein Einzugsgebiet von 51.411 km² (Abb. 1). 60000

50000

30000

Ploučnice

Bílina

Eger

Moldau

AEO Elbe [km²]

40000

20000

10000 Brandys n.L. Pegel:

Melnik

Ústí n.L.

Dĕčín

Hřensko 0

140

130

120

110

100

90

80 70 60 Elbe-km (in Tschechien)

50

40

30

20

10

0

Abbildung 1: Entwicklung des oberirdischen Einzugsgebiets der Elbe unterstrom von Brandýs (obere Modellgrenze in Tschechien)

11


Die Moldau und die Eger stellen die beiden größten Elbezuflüsse in Tschechien dar. Mit einer Länge von 430,3 km und einer Einzugsgebietsfläche von 28.090 km² entwässert die Moldau zusammen mit der Eger (Länge: 304,6 km; Einzugsgebietsfläche: 5.614 km²) etwa 65% des gesamten tschechischen Elbeeinzugsgebiets. Die Moldau mündet oberstrom des Pegel Mělník in die Elbe, während der Zusammenfluss von Elbe und Eger auf Höhe der Stadt Leitmeritz liegt. Teileinzugsgebiete der Elbe Eger Havel Moldau Mulde Oberelbe Saale Schwarze Elster Tideelbe Zwischen Havel und Tideelbe Zwischen Moldau und Schwarze Elster

Neu Darchau

Wittenberge

#

# Barby

Elbe

#

Aken

Halle

Elster

Leipzig de

Dresden M

ul

Schöna

le Saa

Usti

#

# #

Beroun

Praha-Chuchle

Hrachov

<

Pardubice va

ld Mo au

# <

Talsperren Elbe und Nebengewässer

Städte

90 120 Kilometer

±

Tschechien

Ceské Budejovice

<

Staatsgrenzen

Österreich

Abbildung 2: Die Elbe und ihr Einzugsgebiet

12

Sáza

Hradec Králové

<

#

<

Berounk a

Brandýs

Elbe

#

< r Ege

< <

<< <

Pegel

60

Melník

Louny

#

< <

Legende

0 1530

Polen

Torgau Schwarze

#

Halle-Trotha

Wittenberg

#

Deutschland

Berlin

el

#

# #

Magdeburg Strombrücke

Hav

# #

Tangermünde

#

#

Geesthacht

Zwischen Schwarze Elster und Havel

#

Hamburg


In Abbildung 3 sind die jahreszeitlichen Schwankungen der monatlichen mittleren Abflüsse (Periode 1961 - 2003) an verschiedenen Pegeln abgebildet. Die mittleren Jahresabflussganglinien der Pegel Brandýs (oberhalb der Moldaumündung), Mĕlník und Ústí nad Labem beschreiben die saisonalen Abflussverhältnisse der Elbe. Für die Moldau werden diese am Pegel Chuchle deutlich, welcher sich südlich der tschechischen Hauptstadt Prag befindet. An der Eger unterhalb der Talsperre Nechranice liegt der Pegel Louny. Hervorgerufen durch die Schneeschmelze werden die höchsten Abflüsse in allen Gewässern typischerweise während der Frühjahrsmonate (Februar - April) erreicht. Die niedrigsten Abflüsse lassen sich hingegen im Sommer und Herbst feststellen. Die Jahresabflussganglinien in Abbildung 3 zeigen jedoch für Moldau und Elbe ein kleines Abflussmaximum im Monat August. Dieses ist auf den Einfluss des katastrophalen Hochwassers vom Sommer 2002 zurückzuführen, welcher bereits in der ausgewerteten Datenreihe 1961 – 2003 sichtbar wird. 600 Sommer SommSer

Winter 500

Abfluss [m³/s]

400

300

Mělník (Elbe)

Ústí (Elbe)

200

Praha-Chuchle (Moldau)

Brandýs (Elbe)

100

Louny (Eger) OKT

SEP

AUG

JUL

JUN

MAI

APR

MÄR

FEB

JAN

DEZ

NOV

0

Abbildung 3: Mittlere Jahresabflussganglinien für die Pegel Louny (Eger), Chuchle (Moldau), Brandýs (Elbe), Mělník (Elbe) und Ústí nad Labem (Elbe); Datenreihe 1961-2003

Bedeutende historische Hochwasserereignisse in Tschechien Schon immer haben sich extreme Hochwasser ereignet und dabei die Aufmerksamkeit der Menschen in allen historischen Zeitaltern auf sich gezogen. Regelmäßige Aufzeichnungen hierüber in historischen Quellen bekunden dies. Für die tschechische Elbe reichen solche Beschreibungen bis ins Jahr 1118 zurück, für das der Chronist Cosmas ein großes Hochwas-

13


ser an der Moldau beschreibt. Die Ursachen für Elbehochwasser können wie folgt unterteilt werden: •

• •

Winter- und Frühjahrshochwasser, die durch eine Kombination aus Schneeschmelze und Starkregenereignissen hervorgerufen werden; bspw. das Hochwasser im April 2006 Sommerhochwasser, die durch regionale, lang andauernde Regenfälle ausgelöst werden; bspw. das Hochwasser im August 2002 Sommerhochwasser, die durch wolkenbruchartige Starkregenereignisse in verhältnismäßig kleinen Einzugsgebieten verursacht werden und zu Sturzfluten (engl.: „flash floods“), wie im Juni und Juli 2009, führen.

Da das hydrologische Regime der Elbe in Tschechien jedoch hauptsächlich durch die Prozesse der Schneeakkumulation und der Schneeschmelze beeinflusst wird, kann es in die Kategorie des Regen-Schnee-Typs eingeordnet werden (IKSE 2005). Abbildung 4 zeigt für den Pegel Dĕčín (Tetschen) die Bedeutung von Winter- und Frühjahrshochwassern auf, die - wie beschrieben – überwiegend durch eine Kombination aus Schneeschmelze und Starkregenereignis hervorgerufen werden. Da das gesamte tschechische Elbe-Einzugsgebiet von Gebirgsregionen geprägt ist, können solche Ereignisse ihren Ursprung in beinahe allen größeren Teileinzugsgebieten haben. Die unterschiedlichen Höhen der Gebirgsregionen sorgen dafür, dass durch kurzfristige Temperaturanstiege nur Teile der Schneedecke abschmelzen können oder diese Prozesse sogar in mehreren Phasen/Wellen ablaufen.

Abbildung 4: Jährliche Hochwasserscheitelabflüsse am Pegel Děčín (Jahresreihe 1890-2011) (KOTYZA ET AL. 1995; IKSE 2005)

14


Der Entwicklung von Elbehochwassern wird in der Regel durch den wichtigsten Nebenfluss, die Moldau, signifikant beeinflusst. Die historischen hydrologischen Aufzeichnungen zeigen, dass die größten Ereignisse am Elbepegel in Dresden ihren wesentlichen Ursprung im Einzugsgebiet der Moldau besitzen (IKSE 2005). Deren Bedeutung wird vor allem auch dann deutlich, wenn man berücksichtigt, dass die Einzugsgebietsfläche der Moldau am Zusammenfluss mit der Elbe in Mĕlník mehr als doppelt so groß ist wie das dortige Einzugsgebiet der Elbe (13.714 km²). Sommer- (z.B. 2002) und Winterhochwasser (z.B. 2006, 2011) unterscheiden sich in der Regel deutlich anhand ihrer Dauer und ihrer Abflussfülle (Abb. 5). Winterereignisse können, in dem Maße wie der Schnee graduell zuerst in den mittleren Lagen und dann in den Kammlagen abschmilzt, in mehreren Wellen ablaufen. Deshalb sind Abflussfülle und Dauer dieser Hochwasser meist wesentlich größer als bei typischen Sommerereignissen. Die Niederschläge im Einzugsgebiet sind durch ihre jahreszeitlich hohe Variabilität charakterisiert. Regional begrenzte Starkniederschläge ereignen sich hauptsächlich in der Zeit zwischen dem frühen Mai und dem späten August. Deshalb ist die Wahrscheinlichkeit, dass Schneeschmelzereignisse mit solchen Ereignissen zusammentreffen, sehr gering. Aufgrund der hohen Wassersättigung des Bodens während der Schneeschmelze sind im Winter und im Frühjahr die hydrologischen Voraussetzungen gegeben, dass Hochwasser schon durch kleinere Regenereignisse (mit einer Niederschlagshöhe von nur wenigen cm) ausgelöst werden können. Es ist weiterhin zu beachten, dass schneeschmelzbedingte Hochwasser sich nicht nur im Frühjahr, sondern jederzeit auch während des Winters ereignen können, sobald ein signifikantes Abschmelzen der Schneedecke erfolgt. Usti 2002 Prag-Chuchle 2002 Usti 2006 Prag-Chuchle 2006 Usti 2011 Prag-Chuchle 2011

5000

Abfluss [m³/s]

4000

3000

2000

1000

481

457

433

409

385

361

337

313

289

265

241

217

193

169

145

121

97

73

49

25

1

0 Zeit [Stunden]

Abbildung 5: Abflussganglinien der Hochwasser 2002, 2006 und 2011 an den Pegeln PragChuchle (Moldau) und Ústí nad Labem (Elbe)

15


Hierzu gegensätzlich stellt sich die Situation während der Sommermonate dar. In der Regel ist der Boden trocken / nicht wassergesättigt und besitzt somit eine sehr große Fähigkeit gefallenen Niederschlag zwischenzuspeichern. Unter solchen Bedingungen können auch Ereignisse mit 30-50 mm Niederschlagshöhe den Abfluss aus dem Einzugsgebiet nicht nachhaltig beeinflussen. Allerdings können während Sommerhochwasser auch große Anteile der durchschnittlichen, jährlichen Niederschlagssumme in relativ kurzer Zeit fallen, wobei diese Effekte noch durch orografische Einflüsse in den Kammlagen der Gebirge verstärkt werden. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die unterschiedlichen Typen der Hochwassergenesen nicht auf bestimmte Teileinzugsgebiete in Tschechien beschränkt sind, sondern in jedem Teileinzugsgebiet der Elbe auftreten können. Um das Ausmaß sehr früher, historischer Hochwasser bestimmen zu können, müssen historische Überlieferungen herangezogen werden. Diese reichen bis ins 15. Jahrhundert zurück. Damals erachteten die Chronisten Informationen über die Hochwasserschäden zumeist als wichtiger als das Hochwasserereignis selbst und beschrieben deshalb nur die während des Hochwassers überschwemmten Gebiete. Aber sogar diese Information erlaubt - unter gewissen Umständen - die Höhe des Scheitelwasserstands abzuschätzen; besonders in Prag, wo die Wasserspiegellagen aus Aufzeichnungen überfluteter Kirchen bis ins 13. Jahrhundert zurück rekonstruiert werden können. Ab dem 15. Jahrhundert wurden mit Hilfe von Hochwassermarken an Felsen, Brücken und Häusern die Scheitelwasserstände der Hochwasserereignisse genauer festgehalten. Die älteste bekannte Hochwassermarke an der tschechischen Elbe befindet sich am Burgfelsen in Děčín und stammt aus dem Jahr 1432 (Abb. 6a). Für Wasserstandsmessungen während Moldauhochwassern diente in Prag der 70 cm hohe, steinerne Kopf des „Bärtigen“, der an einer Mauer des Spitals des Kreuzritterordens in der Nähe der Karlsbrücke zu finden ist (Abb. 6b).

Abbildung 6: (a) Der Burgfelsen in Děčín und (b) der Kopf des Bärtigen in Prag (ELLEDER 2010)

16


In der Vergangenheit hat die Moldau in Prag einige signifikante Veränderungen erfahren. Die größten Eingriffe in das hydrologische Regime erfolgten durch den Bau der Wehre in Prag und der Talsperren an der Moldau zwischen 1900 und 1960. Der Bau der Wehre in Prag hatte eine Verringerung des Wasserspiegelfälles zur Folge, der Abfluss verlangsamte sich und der Sedimenttransport wurde reduziert. Hieraus resultierte eine verstärkte Ablagerung von Sand und Kies oberhalb der Wehre, wodurch das Gewässerbett angehoben wurde und sich verbreiterte, so dass die Bevölkerung dazu gezwungen war in höheren Lagen zu siedeln. Ablagerungsraten können an der Straße „Jilská“ in Prag nachvollzogen werden, wo die Kante der untersten Terrasse im 13. Jahrhundert zwischen 3,3 m und 3,7 Metern unterhalb der heutigen Oberfläche lag (ELLEDER 2010). Bezüglich der Verhältnisse an der Elbe in Děčín im frühen 19. Jahrhundert ist nur bekannt, dass der Fluss dort breiter und flacher als heutzutage war. Uferbefestigungen waren nur in geringem Umfang vorhanden und konzentrierten sich in der Nähe der Stadt Děčín auf den Zusammenfluss von Elbe und Ploučnice. Auch Deiche wurden hier nie angelegt (ELLEDER 2010). In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhundert traten aufgrund der Form des Gewässerbetts Beeinträchtigungen der Schiffbarkeit auf. Die Weiterentwicklung und die Intensivierung der Schifffahrt machten deshalb einen Gewässerausbau unbedingt notwendig, wodurch jedoch auch ein Wasserspiegelverfall von 50 cm entstand. Historische Aufzeichnungen zeigen, dass vor allem höhere Abflüsse der Moldau in Prag nicht zwangsläufig in einem proportionalen Verhältnis zu den Abflüssen in Děčín oder in Ústí nad Labem stehen müssen. Ein Beispiel hierfür ist das Hochwasser des Jahres 1872, bei dem der Scheitelabfluss in Prag 3300 m³/s betrug, in Děčín jedoch nur 2040 m³/s (ELLEDER 2010). Die Daten wichtiger historischer Hochwasser seit 1845 werden für ausgewählte Pegel in Tabelle 1 dargestellt. Zum Zwecke der besseren Vergleichbarkeit finden sich dort ebenfalls Angaben zu den wichtigsten statistischen Haupt- und Extremwerten zwischen MQ und HQ200.

17


Tabelle 1: Bedeutende Hochwasser an ausgewählten Pegeln (KOTZYZA ET AL. 1995, IKSE 2005) Pegel Prag-Chuchle Datum Abfluss Jährlichkeit [m³/s] [a] 29.3.1845 4500 100-200 23.1.1846 920 1-5 1850 2.3.1855 2220 10 10.2.1856 1660 5 31.3.1860 1960 5-10 2.2.1862 3950 100 8.4.1865 2370 10-50 29.1.1867 2160 10 05/1872 3300 50 19.2.1876 2674 10-50 14.2.1877 1219 1-5 8.3.1881 1708 5 29.12.1882 2260 10 23.3.1886 2002 5-10 12.3.1888 1820 5-10 4.9.1890 3975 100 7.3.1891 1540 1-5 26.3.1895 2090 5-10 6.5.1896 2470 10-50 31.7.1897 2070 5-10 9.4.1900 2770 10-50 5.2.1909 2170 10 8.10.1915 2290 10 17.4.1917 1762 5 15.1.1920 2503 10-50 5.2.1923 1852 5-10 17.6.1926 1652 5 15.3.1940 3245 50 8.4.1941 2050 5-10 10.2.1946 1028 1-5 15.3.1947 2272 10 10.7.1954 2265 10 13.3.1981 652 1 21.7.1981 1730 5 28.3.1988 1260 1-5 14.8.2002 5160 >200 6.1.2003 1030 1-5 2.4.2006 1430 1-5 15.01.2011 1010 1-5 148 856 1770 2230 3440 4020 4640

MQ HQ1 HQ5 HQ10 HQ50 HQ100 HQ200

Pegel Brandýs n.L. Datum Abfluss Jährlichkeit [m³/s] [a] 30.3.1845 1560 >100 1846 1850 1855 1856 1860 1862 1865 1867 05/1872 1876 1877 1881 4.1.1883 1-5 510 3.4.1886 425 1 15.3.1888 563 1-5 7.9.1890 469 1 9.3.1891 1090 10-50 2.4.1895 572 1-5 8.5.1896 456 1 4.8.1897 577 1-5 9.4.1900 518 1-5 14.2.1909 534 1-5 13.10.1915 513 1-5 20.4.1917 868 10 16.1.1920 1410 100 4.2.1923 780 5-10 20.6.1926 1170 10-50 15.3.1940 832 5-10 12.3.1941 975 10-50 12.2.1946 872 10 22.3.1947 635 1-5 19.7.1954 259 <1 14.3.1981 1140 10-50 22.7.1981 718 5 29.3.1988 706 5 15.8.2002 529 1-5 6.1.2003 772 5 3./4.4.2006 1020** 10-50 16.01.2011 645** 1-5 statistische Abflüsse 99.3 MQ 441 HQ1 754 HQ5 895 HQ10 1230 HQ50 1390 HQ100 HQ200 -

(* Werte des Pegels Decin; ** Werte des Pegels Kostelec, - Daten nicht verfügbar)

18

Pegel Ústí n.L. Abfluss Jährlichkeit [a] [m³/s] >200 30.3.1845 5350 1846 1850 10-50 3.3.1855 3170* 5-10 11.2.1856 2370* 5-10 2.4.1960 2320* 200 3.2.1862 4820* 10-50 10.4.1865 3390* 10-50 31.1.1867 2840* 1-5 05/1872 2040* 100 20.2.1876 4210* 1-5 15.2.1877 2080 5-10 13.3.1881 2480 3.1.1883 2670 10 24.3.1886 2790 10-50 13.3.1888 2600 10 6.9.1890 4400 100-200 8.3.1891 2400 5-10 28.3.1895 2790 10-50 6.5.1896 2950 10-50 2.8.1897 2400 5-10 10.4.1900 3600 10-50 1909 10.10.1915 2320 5-10 19.4.1917 2250 5 16.1.1920 3650 50 5.2.1923 2700 10 21.6.1926 2490 5-10 16.3.1940 3560 10-50 10.4.1941 2910 10-50 11.2.1946 2280 5 17.3.1947 2550 5-10 11.7.1954 2410 5-10 15.3.1981 2190 5 22.7.1981 2310 5-10 29.3.1988 2380 5-10 16.8.2002 4700 100-200 6.1.2003 1945 1-5 3.4.2006 2540 5-10 17.01.2011 1900 1-5 Datum

293 1240 2220 2670 3780 4290 4820

MQ HQ1 HQ5 HQ10 HQ50 HQ100 HQ200


2.2 Der deutsche Teil des Einzugsgebiets der Elbe Unterhalb der tschechisch-deutschen Grenze fließt die Elbe auf 723 km durch Deutschland und entwässert dabei das deutsche Gesamteinzugsgebiet mit einer Fläche von 97.135 km². Abbildung 7 veranschaulicht die Entwicklung des Einzugsgebiets von der tschechischdeutschen Grenze bis zum Pegel Neu Darchau. Zur Orientierung sind dort auch die wichtigsten Zuflüsse und Pegel der Elbe entsprechend ihrer Lage am Gewässer aufgeführt. 130000

120000

110000

Gottleuba Müglitz

70000

60000

Magdeburg-Str Schöna

Dresden

Elde

Jeetzel

Aland

Havel

Ohre

Neu Darchau

50000 Pegel:

Saale

80000

Mulde

Schwarze Elster

90000

Weißeritz

AEO Elbe [km²]

100000

Riesa

Torgau

Wittenberg-L

Aken Barby

Schnackenburg

Tangermünde

Wittenberge

Dömitz

40000 0

50

100

150

200

250 300 Elbe km

350

400

450

500

Abbildung 7: Entwicklung des oberirdischen Einzugsgebiets der Elbe unterhalb der tschechisch-deutschen Grenze unter Berücksichtigung der wichtigsten Nebenflüsse (BFG 2009)

Aus der Abbildung ist zu erkennen, dass sich auf der deutschen Strecke durch die Mündungen der Schwarzen Elster (AEo= 5.705 km²), der Mulde (AEo= 7.400 km²), der Saale (AEo= 24.079 km²) und der Havel (AEo= 23.858 km²) das Einzugsgebiet jeweils sprunghaft vergrößert. Allein diese vier Nebenflüsse entwässern bereits ca. 75 % des gesamten deutschen Einzugsgebiets bis zum Wehr Geesthacht. Den mittleren Abflussverhältnissen im deutschen Streckenabschnitt der Elbe ist ein markanter Jahresgang aufgeprägt. In Abbildung 8 sind die aus der monatlichen Statistik abgeleiteten mittleren Jahresabflussganglinien für den Mittleren Abfluss (MQ) und den Mittleren Hochwasserabfluss (MHQ) für die Pegel Dresden, Barby und Wittenberge bzgl. des Zeitraums 1900-2006 bzw. 1931-2006 dargestellt. Die hier zu erkennende jahreszeitlich unausgeglichene Wasserführung mit erhöhten Abflüssen im Winterhalbjahr und lang anhaltenden Niedrig-

19


wasserperioden im Sommer und im Herbst ist charakteristisch für Gewässer mit Mittelgebirgscharakter (DGJ 2009).

Abbildung 8: Mittlere Jahresabflussganglinien für die Pegel Dresden, Barby und Wittenberge (DGJ 2009)

Die tschechischen Hochwasserentstehungsgebiete der Elbe liegen vollständig im Mittelgebirgsraum, vor allem im Riesengebirge und dem Böhmerwald (vgl. Kap. 2.1). Auch in Deutschland ist das Abflussverhalten der Elbe bei Hochwasser im Wesentlichen durch Mittelgebirgsregionen wie dem Erzgebirge, dem Thüringer Wald oder dem Harz bestimmt. Aufgrund ihrer Abflüsse und ihrer Regimekennziffern zählt die Elbe zu den Strömen des RegenSchnee-Typs (IKSE 2005), der vorwiegend durch Winter- und Frühjahrshochwasser geprägt wird (Abb. 8). Hochwasser dieses Typs ereigneten sich im Januar 2011 und im April 2006. Bei Letzterem standen weite Teile der Altstadt von Hitzacker in Niedersachsen unter Wasser. Die jahreszeitliche Verteilung der Elbehochwasser am Pegel Dresden von 1890 bis 2011 (Abb. 9) weist 71% der Hochwasserereignisse als Winterhochwasser aus und korrespondiert somit sehr gut mit den Aussagen, die für den Pegel Dĕčín über die Verteilung von Sommerund Winterhochwassern getroffen wurden (Abb. 4). Das beschriebene Regime wird durch die großen, stromab gelegenen deutschen Zuflüsse nur noch unmerklich verändert. Eine Auswertung von Hochwasserereignissen am Pegel Barby (unterhalb der Saalemündung), die einen Wasserstand von 600 cm übersteigen, zeigt für den Zeitraum von 1895 bis 1994, dass 86% der Hochwasser ebenfalls im Winter oder Frühjahr aufgetreten sind. Sommerereignisse werden somit selten im Elbegebiet registriert, können aber dennoch eine große Bedeutung erlangen, wie das durch eine Vb-Wetterlage ausgelöste Hochwasser vom August 2002 beweist (IKSE 2004).

20


Abbildung 9: Jährliche Hochwasserscheitelabflüsse am Pegel Dresden (1890-2011)

Nennenswerte Bedeutung im Ablauf von Elbehochwassern haben Retentionseffekte aufgrund von Ausuferungen der Hochwasser in teilweise großflächige Überschwemmungsgebiete. Unterschiedliche Hochwassergenesen im Elbegebiet verursachen Wellenabläufe, die kurz bis lang andauernde Wellenscheitel bzw. kleine bis große Abflussfüllen aufweisen (Abb. 10). Für großräumige Hochwasseruntersuchungen ist es deshalb wichtig, nicht nur ein einziges Hochwasser, sondern mehrere repräsentative Hochwassertypen zu betrachten. In Abbildung 10 sind die aus unterschiedlichen Hochwassergenesen hervorgegangenen Wellenformen an der Elbe exemplarisch für die Pegel Dresden und Wittenberge (unterhalb der Havelmündung) abgebildet. Die Abflussganglinien der Hochwasserereignisse 1988, 2002 und 2006 sind hier zeitlich übereinander gelegt. Sie stehen stellvertretend für Elbewellen mit kurzen Scheiteln (2002), mittellangen Scheiteln (2006) und sehr langen Scheiteln (1988). Anhand der dargestellten Ganglinien ist zu erkennen, dass sich die Hochwasser 2002 und 2006 nicht nur in der Wellensteilheit in Dresden, sondern noch deutlicher durch die Wellenlänge in Wittenberge unterscheiden. In Abhängigkeit von ihren Genesen führen Retentionseffekte deshalb zu unterschiedlichen Wellenabflachungen mit einhergehenden Scheitelabflussreduzierungen, die bis zu 500 m³/s zwischen Dresden und Wittenberge betragen können.

21


5000 4500 4000

3000

3

Abfluss [m /s]

3500

2500 2000 1500

1000 500 0 984

960

936

912

888

864

840

816

792

768

744

720

696

672

648

624

600

576

552

528

504

480

456

432

408

384

360

336

312

288

264

240

216

192

168

144

120

96

72

48

24

0

Zeit [h] Dresden 1988

Wittenberge 1988

Dresden 2002

Wittenberge 2002

Dresden 2006

Wittenberge 2006

Abbildung 10: Abflussganglinien der Hochwasser 1988, 2002 & 2006 an den Pegeln Dresden & Wittenberge; 2002 & 2006 zur Erzeugung von Modellhochwassern (BFG 2009)

Die Bundesrepublik Deutschland ist Eigentümerin der Bundeswasserstraße Elbe unterhalb der tschechisch-deutschen Grenze. Als nachgeordnete Behörde hat die Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) den Auftrag, die Bundeswasserstraßen zu verwalten. Sie betreibt hierzu auf der fast 730 km langen deutschen Elbestrecke zahlreiche Pegel, an denen hauptsächlich kontinuierliche Wasserstandmessungen erfolgen. Abflüsse der Elbe können für die deutsche Untersuchungsstrecke aktuell für 12 Pegel zwischen Schöna und Neu Darchau angegeben werden. Auf der Basis dieses engen Abflussmessnetzes lässt sich die Abflussentstehung entlang der Elbe in Deutschland prinzipiell zufriedenstellend nachvollziehen. Tabelle 2 gibt einen Überblick über die aktuell gültigen Haupt- und Extremwerte des Abflusses zwischen dem mittleren Niedrigwasserabfluss (MNQ) und dem 500-jährlichen Hochwasser (HQ500) für die wichtigsten gewässerkundlichen Pegel an der Elbe zwischen Schöna und Zollenspieker (BFG 2009). Nach den statistisch ermittelten Angaben zu Extremwerten des Abflusses (Tab. 2) nehmen im Längsprofil der Elbe ab HQ100 die Abflüsse entlang der ca. 600 km langen Strecke zwischen Schöna und Zollenspieker durch Abflachungseffekte im Wellenablauf deutlich ab, obwohl hier mit Schwarze Elster, Mulde, Saale und Havel mehrere große Nebengewässer in die Elbe münden. Ihre Anteile an der Entstehung und den Wellenabläufen von Elbehochwassern in Deutschland sind unterschiedlich zu bewerten (siehe Kap. 2.3).

22


Tabelle 2: Haupt- und Extremwerte des Abflusses für Pegel der Elbe in Deutschland (BFG 2009) Pegel Elbe-km Abfluss MNQ MQ MHQ HQ2 HQ5 HQ10 HQ20 HQ50 HQ100 HQ200 HQ300 HQ500

Schöna 2.1 [m³/s] 109 313 1542 1721 2310 2769 3250 3900 4415 4960 5320 5800

Dresden 55.6 [m³/s] 112 327 1534 1580 2110 2520 3000 3690 4260 4860 5240 5740

Torgau 154.2 [m³/s] 121 337 1498 1540 2090 2510 3000 3680 4230 4800 5150 5600

Barby 294.8 [m³/s] 223 558 1950 2270 2970 3410 3850 4360 4710 5040 5220 5440

Wittenberge Neu Darchau Zollenspieker 453.9 536.4 598.3 [m³/s] [m³/s] [m³/s] 298 290 289 701 710 708 1890 1830 1804 2190 2130 2106 2810 2740 2712 3200 3110 3080 3590 3500 3466 4220 4130 4084 4545 4450 4360 4860 4760 4700 5030 4940 4880 5230 5140 5080

2.3 Genesen charakteristischer Hochwasser im Elbe-Einzugsgebiet Im Zeitraum zwischen 2002 und 2011 ereigneten sich drei für die Obere und Mittlere Elbe bedeutende Hochwasser (August 2002, April 2006, Januar 2011), die - bezogen auf die Abflussverhältnisse in den wichtigsten Nebenflüssen der Elbe - durch sehr unterschiedliche hydrologische Entstehungsprozesse ausgelöst wurden. Abbildung 11 veranschaulicht diese heterogenen Abflussverhältnisse in der Elbe und in ihren Nebenflüssen. Darüber hinaus präsentiert Tabelle 3 (Seite 28) eine Zusammenfassung der Scheitelabflüsse der drei Hochwasser für alle wichtigen Pegel im Elbe-Einzugsgebiet. Das Hochwasser vom August 2002 stellte den extremen Fall eines Sommerhochwassers dar, welches durch intensive Starkregenereignisse im tschechischen und teilweise auch im deutschen Einzugsgebiet hervorgerufen wurde. Es verursachte das größte Hochwasser in Tschechien und Deutschland seit 1890 mit verheerenden Auswirkungen in beiden Ländern. Dabei wurde die langjährige monatliche Niederschlagshöhe im Elbe-Einzugsgebiet bereits innerhalb der ersten 10 Tage des Monats erreicht. Abbildung 12 zeigt die regionale Verteilung der Niederschlagssummen in Tschechien für die Periode zwischen dem 6. und 15. August 2002. Zwei Niederschlagsphasen und Hochwasserwellen prägten die meteorologische Situation, wobei innerhalb der ersten eine intensive Sättigung der Böden im Einzugsgebiet auftrat, die dann in der zweiten Phase zu einem erhöhten Oberflächenabfluss führte. Die höchsten Abflüsse in Tschechien wurden in der Moldau und in kleineren Nebenflüssen der Eger gemessen (BFG 2002). Die erste Welle des Hochwassers wurde dabei maßgeblich durch den Einsatz der Moldaukaskade beeinflusst, welche einen bedeutenden Teil der Hochwasserwelle durch Füllung des freien Talsperrenraums (überwiegend bis in den gewöhnlichen Hochwasserrückhalteraum hinein) zurückhalten konnte. Folglich war bei Auftreten der zweiten Hochwasserwelle der verfügbare Speicherraum wesentlich kleiner (im Vergleich zur

23


ersten Welle), so dass nur noch die beiden Talsperren Lipno I und Orlík zur Dämpfung der Hochwasserwelle beitragen konnten. Dabei wurde in Orlík sogar das höchste Stauziel überschritten. Hochwasser im August 2002: Elbe und Moldau 5500 5000 4500

HQ in Dresden: 4580 m³/s HQ in Wittenberge: 3830 m³/s HQ in Neu Darchau: 3420 m³/s HQ in Mělník: 5300 m³/s HQ in Ústí: 4700 m³/s HQ in Chuchle: 5160 m³/s HQ in Brandýs: 529 m³/s

700 500

3500

Abfluss [m³/s]

Abfluss [m³/s]

4000

Hochwasser im August 2002: Nebenflüsse der Elbe 900

3000 2500 2000 1500 1000

HQ in Bad Düben: 814 m³/s HQ in Calbe-Grizehne: 295 m³/s HQ in Rathenow: 156 m³/s HQ in Havelberg: 221 m³/s HQ in Louny: 174 m³/s

300 100 -100 -300

500 -500

0 03/08/2002

09/08/2002

15/08/2002

21/08/2002

Dresden

Wittenberge

Neu Darchau

Mělník

Prag-Chuchle

Brandýs

03/08/2002

28/08/2002 Ústí n.L.

Abfluss [m³/s]

3000 2500

28/08/2002

2000 1500

HQ in Priorau: 597 m³/s HQ in Calbe-Grizehne: 483 m³/s HQ in Rathenow: 170 m³/s HQ in Havelberg: 219 m³/s HQ in Louny: 250 m³/s

600 500 400 300 200

1000

100

500

0

0 25/3/06

29/3/06

Dresden Mělník

2/4/06

6/4/06

10/4/06

W ittenberge Prag-Chuchle

14/4/06

19/4/06

Neu Darchau Kostelec

25/3/2006

23/4/06

Ústí n.L.

800

3500

700

3000

600 Abfluss [m³/s]

4000

2500 2000 1500

100 25/1/11

1/2/11

7/2/11

Dresden

Wittenberge

Neu Darchau

Ústí

Chuchle

Kostelec

13/2/11

Mělník

10/4/2006

Hochwasser im Januar 2011: Nebenflüsse der Elbe HQ in Priorau: 749 m³/s HQ in Calbe-Grizehne: 728 m³/s HQ in Rathenow: 248 m³/s HQ in Havelberg: 336 m³/s HQ in Louny: 345 m³/s

300 200

19/1/11

6/4/2006

Calbe-Grizehne (Saale) Havelberg (Havel)

400

500 13/1/11

2/4/2006

500

1000

0 7/1/11

29/3/2006 Priorau (Mulde) Rathenow (Havel) Louny (Eger)

Hochwasser im Januar 2011: Elbe und Moldau

Abfluss [m³/s]

21/08/2002


700

Abfluss [m³/s]

HQ in Dresden: 2870 m³/s HQ in Wittenberge: 3705 m³/s HQ in Neu Darchau: 3600 m³/s HQ in Mělník: 2410 m³/s HQ in Ústí: 2540 m³/s HQ in Chuchle: 1430 m³/s HQ in Kostelec: 1020 m³/s

3500

15/08/2002

Hochwasser im April 2006: Nebenflüsse der Elbe

Hochwasser im April 2006: Elbe und Moldau 4000

09/08/2002 Bad Düben (Mulde) Rathenow (Havel) Louny (Eger)

0 7/1/11

13/1/11

19/1/11

Priorau (Mulde) Rathenow (Havel) Louny (Eger)

25/1/11

1/2/11

7/2/11

13/2/11


Abbildung 11: Gemessene Abflussganglinien während der Hochwasser 2002 (obere Abbildungen), 2006 (mittlere Abbildungen) und 2011 (untere Abbildungen)

24


Abbildung 12: Regionale Verteilung der Niederschlagssummen in Tschechien für den Zeitraum zwischen 6.8.2002 und 15.8.2002 (MŽP 2003)

Die statistische Auswertung des Hochwassers 2002 in Tschechien machte deutlich, dass das Hochwasserereignis in Prag einer Jährlichkeit von 500 Jahren entspricht, wenn das Hochwasserereignis selbst nicht im Bezugszeitraum der statistischen Reihe berücksichtigt wird. Unter Einbeziehung des Hochwassers 2002 bei der Ermittlung der Extremwerte ergibt sich immer noch ein 200-jährliches Hochwasser. Der Scheitelabfluss in Prag (Abb. 13a) betrug 5.160 m³/s. Dies entspricht dem höchsten jemals gemessenen Abfluss (und Wasserstand).

Abbildung 13: (a) Das Hochwasser 2002 in Prag (links) und (b) in Děčín (rechts) (RAUDENSKÝ ET AL. 2002)

25


In Děčín (Abb. 13b) erreichte das Hochwasser von 2002 eine Jährlichkeit von 100 Jahren (bei Berücksichtigung des 2002er-Hochwassers bei der Berechnung der statistischen Extremwerte). Aufgrund von weitläufigen Ausuferungen des Hochwassers in Überflutungsflächen am Zusammenfluss der Elbe mit der Moldau bzw. mit der Eger, erfolgte eine Scheitelabflachung zwischen Prag und Děčín, so dass dort nur noch ein Abfluss von 4.770 m³/s als Scheitelwert gemessen werden konnte. In Deutschland beeinflussten kleinere Nebenflüsse aus dem Osterzgebirge sowie das extreme Hochwasser in der Mulde, welches am Pegel Priorau einen Scheitelabfluss von annähernd 1000 m³/s erreichte, die Hochwasserentwicklung in der Elbe maßgeblich. Sowohl der kontrollierte Rückhalt von Elbewasser in der Havelniederung und den dortigen Poldern als auch zahlreiche Deichbrüche in Sachsen und Sachsen-Anhalt sorgten dafür, dass der Hochwasserscheitel, vor allem unterhalb der Havelmündung, reduziert wurde (vgl. obere Diagramme in Abb. 11). Ein typisches Frühjahrshochwasser wird durch das Ereignis im März/April des Jahres 2006 beschrieben. Während des schneereichen Winters 2005/2006 baute sich - vor allem auch in den niedrigen Lagen der Gebirge im Einzugsgebiet - eine mächtige Schneedecke auf (IKSE 2007). Hohe Niederschläge, die bis zu 200 % des langjährigen mittleren Durchschnitts betrugen, führten dann zu einer rasanten Schneeschmelze mit Schwerpunkt in den niedrigen und mittleren Höhenlagen. Den größten Beitrag zur Hochwasserentstehung leisteten dabei die aus Böhmen kommenden Nebenflüsse Metuje und Doubrava. Im Gegensatz zum Jahr 2002 waren die Einflüsse der Eger, speziell aber der Moldau, eher gering. Ein Grund hierfür war der in der Moldaukaskade und der Talsperre Nechranice an der Eger durchgeführte Hochwasserrückhalt. So wurde während des gesamten Winters mit Zunahme des in der Schneedecke gespeicherten Wasseräquivalents das Stauziel der Talsperre Orlík abgesenkt (Abb. 18, Seite 39), um danach Volumen aus der Hochwasserwelle zurückhalten und so den Abflussscheitel unterhalb der Talsperren reduzieren zu können. Aufgrund dieser Maßnahmen wurde der für Prag kritische Abfluss von 1.500 m³/s (dritte Hochwassergefahrenstufe) nicht überschritten. In Ústí nad Labem, wo ein Scheitelabfluss von 2.540 m³/s gemessen wurde, wurde diese Stufe zwischen dem 28. März 2006 und 10. April 2006 erreicht (IKSE 2007). An der Oberen Elbe in Deutschland verursachte die Hochwasserentstehungsgeschichte in Tschechien (große Niederschlagssummen, schnelle Schneeschmelze) eine breite Hochwasserwelle mit einer großen Abflussfülle. Bedeutende Hochwasserereignisse an deutschen Nebenflüssen wurden an der Mulde und der Saale registriert. Dabei wurden an der Mulde - obwohl die Scheitelwerte des Hochwassers 2002 nicht erreicht wurden - für die Dauer von über einem Monat Wasserstände im Hochwasserbereich gemessen. Kennzeichnend für die untere Mittelelbe war die Tatsache, dass trotz niedrigerer Abflüsse als im Jahr 2002 (vgl. Pegel Neu Darchau im mittleren Diagrammpaar in Abb. 11) höhere Scheitelwasserstände zu verzeichnen waren.

26


Abbildung 14: Zusammenfluss von Moldau und Elbe im Jahr 2006 (links); ausgedehnte Überschwemmungsfläche im Bereich Leitmeritz (Mündung der Eger in die Elbe) im Jahr 2006 (rechts) (RAUDENSKÝ ET AL. 2002)

Feuchte und warme Witterungsbedingungen waren die Ursache für das Winterhochwasser vom Januar 2011. Da dieser Phase ein kalter und schneereicher Frühwinter im November und Dezember vorausging, sorgte die einsetzende Schneeschmelze für eine lang andauernde Hochwasserwelle auf der deutschen Elbestrecke. In der Woche zwischen dem 3. und 9. Januar beeinflusste ein Hochdruckgebiet über Ungarn und Rumänien die Wetterlage in Osteuropa. Ab Donnerstag, dem 6. Januar 2011, sorgte ein Tiefdruckgebiet über Westeuropa dafür, dass Warmluft aus dem Südwesten nach Mitteleuropa einströmen konnte. Diese erreichte in der Nacht zu Freitag Mitteleuropa und brachte während des gesamten Wochenendes verhältnismäßig hohe Temperaturen in Mitteleuropa. Unruhiges Wetter mit mehreren Frontensystemen, die von Westen nach Osten über den europäischen Kontinent zogen (und sich mit typischem Rückseitenwetter mit hohem Luftdruck abwechselten), kennzeichneten die Witterung in der Woche zwischen dem 10. und 16. Januar (POH 2011). Im Einzugsgebiet der Moldau traten im Januar 2011 zwei Hochwasserwellen auf, die beide durch eine Kombination aus einsetzender Schneeschmelze und ergiebigen Niederschlägen hervorgerufen wurden. Das erste Hochwasser ereignete sich zwischen dem 7. und 10. Januar vorrangig im Einzugsgebiet der Berounka. Die Jährlichkeiten der gemessenen Scheitelabflüsse lagen zwischen 5 und 10 Jahren. Die zweite Hochwasserwelle trat dann zum Ende der ersten Dekade im Januar 2011 auf und erreichte ihre Scheitelabflüsse zwischen dem 14. und 17. Januar. Am Ende der zweiten Januardekade zeigten die meisten Pegel wieder fallende Wasserstandstendenzen an. Mit bis zu 2 m traten die größten Wasserspiegelanstiege in den Moldaunebenflüssen Berounka, Lužnice (Lainsitz), Blanice und Sázava auf, so dass die Wiederkehrintervalle des Ereignisses Werte bis zu 20 Jahren erreichten. Während der zweiten Hochwasserwelle, welche aufgrund ihrer Scheitelwerte als Hauptereignis zu bezeichnen ist, fand ein bedeutendes Abschmelzen der Schneedecke, vor allem in den unteren und mittleren Höhenlagen, statt (PVL 2011).

27


Im Einzugsgebiet der Eger erfolgten signifikante Temperaturanstiege zum Ende der ersten und zweiten Januardekade, so dass in diesen Zeiträumen die Nachttemperaturen nicht unter den Gefrierpunkt fielen. Zusammen mit vergleichsmäßig intensiven Niederschlägen setzte ein Abschmelzen der Schneedecke in allen Höhenlagen der Gebirge ein. Da aufgrund der partiellen Schneeschmelze in der ersten Januarwoche bereits ein großer Anteil der natürlichen Wasserrückhaltekapazitäten im Einzugsgebiet aufgebraucht war, führte die nun ablaufende Schneeschmelze zu einer schnellen Abflussreaktion. Von diesen Prozessen waren die obere und die untere Eger gleichermaßen betroffen (POH 2011). Deutsche Nebenflüsse der Elbe, die in erheblichem Maße zur Hochwasserentwicklung beigetragen haben, sind im Erzgebirge zu finden. Darüber hinaus hatten die Mulde und die Saale einen bedeutenden Einfluss auf die Hochwasserscheitel an der unteren Mittelelbe, wo die Scheitelwasserstände die höchsten Werte der drei beschriebenen Hochwasser erreichten. Da sich die Hochwasserscheitel in Elbe und Saale am Zusammenfluss der beiden Gewässer zeitlich überlagerten, konnte in der Saale ein deutlicher Rückstaueffekt beobachtet werden, der weit über den Pegel Calbe-Grizehne (Saale-km 17,4) hinausreichte. Deshalb zeigt die Abflussganglinie für diesen Pegel, welche in Abbildung 11 (unteres Diagrammpaar, rechts) dargestellt ist und unter Verwendung der offiziellen Abflusskurve der WSV aus den gemessenen Wasserständen abgeleitet wurde, zu hohe Werte und kann als Eingangsrandbedingung für Modellberechnungen nicht verwendet werden. Unter anderem auch deshalb wurde zur Simulation des Hochwassers 2011 (und der weiteren genannten historischen Hochwasser) ein gekoppeltes, hydrodynamisch-numerisches Elbe-Saale-Modell verwendet, welches diesen Rückstaueffekt abbilden kann. Tabelle 3:

Scheitelabflüsse der Hochwasser 2002, 2006 und 2011 an der Elbe und den wichtigen Nebenflüssen in Tschechien und Deutschland

Pegel

Gewässer

Elbe-km / Mündung bei Elbe-km …

Brandýs n.L. Praha-Chuchle Louny Ústí n.L. Dresden Torgau Priorau Aken Calbe-Grizehne Barby Tangermünde Rathenow Wittenberge Neu Darchau

Elbe Moldau Eger Elbe Elbe Elbe Mulde Elbe Saale Elbe Elbe Havel Elbe Elbe

865.2* 837.2* 792.3* 765.9 */ -38.2** 55.6 154.2 259.6 274.7 290.8 294.9 388.2 438 453.9 536.4

August 2002

April 2006

Januar 2011

[m³/s] 530 5160 174 4700 4580 4420 971 4020 295 4290 3840 156 3830 3420

[m³/s] 1020 1430 250 2540 2870 2880 607 3180 483 3580 3560 170 3700 3600

[m³/s] 645 1010 345 1900 2280 2270 749 2820 728 3600 3660 248 3770 3600

(* tschechische Elbestationierung (ggf. der Nebenflussmündung), ** entsprechend der deutschen Elbestationierung)

28


Da das Hochwasser vom Januar 2011 erst rund ein Jahr nach Projektbeginn aufgetreten ist, konnte es nicht mehr zur Erstellung der Modellhochwasser herangezogen werden (vgl. Kap. 4.2). Trotzdem wurde dieses Hochwasser auf Anfrage der deutschen Flussgebietsgemeinschaft Elbe (FGG) im Rahmen einer kleinen Teilstudie bezüglich der Wirkung von Rückhaltemaßnahmen in Tschechien (an Moldau und Eger) und in Thüringen (an der Saale) modelltechnisch untersucht. Die Ergebnisse hierzu können - wie auch die der Auswertungen für die historischen Ereignisse der Jahre 2002 und 2006 - in Kapitel 5.1 gefunden werden.

29


30


3 Talsperren in der Tschechischen Republik

3.1 Übersicht Talsperren werden in Tschechien in der Regel als Mehrzweckspeicher betrieben. Hauptsächlich dient deren Einsatz zu folgenden Zwecken: (i) Wasserversorgung, (ii) Erzeugung elektrischer Energie in Wasserkraftwerken, (iii) Hochwasserschutz usw. Die Steuerung dieser Speicherbecken erfolgt auf der Grundlage von Betriebsanweisungen. Im Falle des Einsatzes als Hochwasserrückhaltebecken ist dabei als Hauptkriterium zu beachten, dass mit der Abgabe aus der Stauanlage unterhalb bestimmte Schutzniveaus eingehalten und somit keine nennenswerten Schäden verursacht werden. Diese auf den Schutz der Unterlieger gesteuerte Abgabe variiert zwischen HQ1 und HQ5. Die Lage der Talsperren im tschechischen Gewässernetz, deren Einflüsse in den Simulationsberechnungen berücksichtigt sind, ist aus der Abbildung 15 ersichtlich.

Abbildung 15: Gewässernetz des tschechischen Einzugsgebiets der Elbe und Lage der in den Untersuchungen berücksichtigten Talsperren (rote Dreiecke: in Simulationsberechnungen für Modell- und historische Ereignisse berücksichtigt; gelbe Dreiecke: nur in Simulationsberechnungen für historische Ereignisse berücksichtigt)

31


Für die einzelnen historischen Hochwasser erfolgt die Einbeziehung der Becken in den Simulationen ereignisabhängig. Bei der Auswahl wurde der jeweilige Scheitelabfluss und das Rückhaltevolumen besonders beachtet. In den Tabellen 6 bis 9 sind die in den Untersuchungen der Hochwasserereignisse berücksichtigten tschechischen Talsperren aufgeführt und enthalten Angaben über ihre wesentlichen Charakteristiken. Tabelle 4 gibt einen allgemeinen Überblick über die Talsperren im tschechischen Teil des Elbegebiets. Demnach verfügen die 136 Talsperren im tschechischen Elbegebiet insgesamt über einen Stauraum von 2.567 Mio. m³, was in etwa 25% des mittleren jährlichen Abflusses dieses Gebiets entspricht. Davon beträgt gegenwärtig der gewöhnliche Hochwasserrückhalteraum 231 Mio. m³ bei kontrolliertem Einsatz der Becken für Rückhaltungen im Sommer und vergrößert sich auf 264 Mio. m³ während Hochwasser im Winter. Bedeutsame Rückhalteräume liegen an der Moldau und an der Eger, insbesondere sind hier die Talsperren Lipno und Orlík an der Moldau und Nechranice an der Eger zu nennen. An der Moldau befindet sich eine weitere große Talsperre Slapy, die zwar nicht über einen gewöhnlichen Hochwasserrückhalteraum verfügt (Tab. 5), aber für den Fall von schneeschmelzbedingten Winterhochwassern vorentleert werden kann. Da diese Becken eine größere Rolle als die übrigen Becken spielen, wurden sie für die Simulationsberechnungen der Modellhochwasser ausgewählt (NOVICKY ET AL. 2008). Tabelle 4: Überblick über Talsperren im tschechischen Elbegebiet (IKSE, Stand: 31.12.2008) Teilflussgebiet

Anzahl der Stauraum Talsperren [Mio. m³]

Elbe oberhalb der Mündung der Moldau (Talsperren) Elbe oberhalb der Mündung der Moldau (grüne Rückhaltebecken) Elbe unterhalb der Mündung der Moldau bis zur Staatsgrenze CZ/D Moldau Eger Mulde Summe

davon gewöhnlicher Hochwasserrückhalteraum Winterhalbjahr Sommerhalbjahr [Mio. m³] [Mio. m³]

16

163.25

43.81

34.99

6

4.99

4.65

4.65

18

27.59

7.13

5.63

72 22 2 136

1895.34 404.33 72.03 2567.53

137.4 69.78 1.27 264.04

137.40 47.14 1.27 231.08

Tabelle 5 enthält charakteristische Angaben zu den großen an Moldau und Eger gelegenen Talsperren, die in den Untersuchungen mit synthetisch erzeugten Modellhochwassern verwendet wurden (obere Tabelle 5a) und zu kleineren Talsperren, die zusätzlich in den Untersuchungen der historischen Hochwasser 2002, 2006 und 2011 berücksichtigt wurden (untere Tabelle 5b). Erklärungen zu den wichtigsten Größen hinsichtlich des Betriebs von Talsperren werden in der Abbildung 16 gegeben.

32


Abbildung 16: Schematische Darstellung einer Talsperre mit unterschiedlichen Betriebswasserständen und Speicherräumen (IKSE 2005)

In den vergangenen Jahren beschäftigten sich mehrere Studien mit der Ermittlung und Auswertung der Auswirkungen von gesteuerten Hochwasserrückhaltungen in Talsperren auf den Hochwasserablauf. Hierin wurden auch die anteiligen Wirkungen von großräumigen Überschwemmungsgebieten an der Elbe untersucht (HLADNY ET AL. 2004, KASPAREK ET AL. 2006A, KASPAREK ET AL. 2006B). Der Schwerpunkt dieser Studien lag auf der Bewertung des Einsatzes der tschechischen Talsperren auf die Hochwasserscheitelreduktionen an wichtigen Pegeln in Tschechien, insbesondere auf den grenznahen Pegel Dĕčín. Tabelle 5:

Liste der vorrangigen Talsperren und ihrer wesentlichen Merkmale (oberer Tabellenteil a: bedeutendste Talsperren)

Talsperre (Gewässer) Fluss-km Einzugsgebiet [km²] Jahr der Inbetriebnahme Staufläche bei Vollstau [ha] höchstes Stauziel [m+NN] Vollstau [m+NN] Stauziel [m+NN] Absenkziel [m+NN] Gesamtstauraum [Mio. m³] Stauraum [Mio. m³] … davon gewöhnlicher Rückhalteraum [Mio. m³]

Lipno I Orlík Kamýk Slapy Štĕchovice Vrané Nechra(Moldau) (Moldau) (Moldau) (Moldau) (Moldau) (Moldau) nice (Eger) 329.54 948 1959 4870 725.60 725.60 724.90 716.10 309.50 309.50

144.65 12106 1962 2733 353.60 353.60 351.20 329.60 716.50 716.50

134.73 12218 1966 195 284.60 284.60 284.60 282.10 12.98 12.98

91.69 12957 1955 1163 270.60 270.60 270.60 246.60 269.30 269.30

84.32 13298 1945 96 219.40 219.40 219.40 215.80 10.44 10.44

71.33 17785 1935 263 200.10 200.10 200.10 199.10 11.10 11.10

103.44 3590 1968 1338 273.05 271.90 269.00 235.40 287.63 272.43

33.16

62.07

0

0

0

0

36.56

33


Jesenice (Odrava)

Hracholusky (Mže)

Švihov (Želivka)

Žlutice (Střela)

Seč (Chrudimka)

Rozkoš (Úpa)

Les Království (Elbe)

Klabava (Klabava)

Rimov (Malše)

Fluss-km 8.21 242.4 Einzugsgebiet [km²] 294 672 Jahr der Inbetriebnahme 1937 1964 Staufläche bei Vollstau [ha] 77 378 höchstes Stauziel [m+NN] 431.40 443.60 Vollstau [m+NN] 430.15 442.60

4.17 411 1960 760 440.70 439.70

22.67 1609 1964 490 357.97 354.70

4.29 1178 1975 1603 379.80 377.00

70.82 214 1968 167 509.72 507.95

50.72 216 1947 220 490.11 488.61

3.59 415 1972 1001 283.00 282.60

1041 532 1923 85 324.85 323.40

14.74 330 1957 128 351.10 345.70

21.85 488 1978 211 471.48 471.40

437.6 s 442.2 422.70 435.60 5.69 19.55 4.70 15.92

w

437.6 s 439.2 427.30 60.15 52.75

w

w

Talsperre (Gewässer)

Stauziel [m+NN]

Březova (Teplá)

Skalka (Eger)

Tabelle 5 fortgesetzt; unterer Tabellenteil b: Talsperren bedeutend für einzelne Hochwasser

424.50

Absenkziel [m+NN] Gesamtstauraum [Mio. m³] Stauraum [Mio. m³] … davon gewöhnlicher Rückhalteraum (So/Wi) (w = Winter, s = Sommer)

3.10

w

12.55 13.15 s s 1.349 3.486

w

314.6 s 315.6 339.60 343.10 493.60 469.61 272.00 307.60 56.65 309.00 15.61 21.79 76.15 9.15 41.92 266.56 12.80 18.49 76.15 7.98 354.10 377.00 507.05 486.81 280.50

w

2.41

0.00

1.30

3.17

345.70 470.65 344.40 442.50 5.66 33.80 1.19 33.63

w

25.4 4.92 s s 18.2 4.515

0.00

1.55

Die Reihe mehrerer gestaffelter Talsperren entlang der Moldau wird auch als Moldaukaskade bezeichnet. Hierfür wurden insgesamt 9 Sperranlagen errichtet, die in einem schematisierten Längsschnitt in Abbildung 17 dargestellt sind.

Abbildung 17: Talsperren an der Moldau im Überblick

34


In der Moldaukaskade liegt die größte tschechische Talsperre im Hinblick auf den Speicherraum (Talsperre Orlík) und hinsichtlich der Wasseroberfläche (Talsperre Lipno I). Für Hochwasserschutzzwecke steht in diesen Talsperren insgesamt ein gewöhnlicher Rückhalteraum mit einem Speichervolumen von 95,23 Mio. m³ zur Verfügung, der ca. 7% des Gesamtstauraums der Moldaukaskade von 1.330 Mio. m³ ausmacht (obere Tab. 5a). Die in den Wasserkraftwerken der Kaskade installierten Turbinen produzieren eine elektrische Leistung von 750 MW. Da die Moldau-Kaskade mit ihren großen Speicherbecken oberhalb von Prag liegt, kann durch ihren kontrollierten, gesteuerten Einsatz die tschechische Hauptstadt effektiv vor Hochwassern der Moldau geschützt werden. Die Talsperre Lipno I (Moldau) wurde in den Jahren 1952 bis 1959 gebaut. Ihre Staumauer befindet sich bei Moldau-km 329,5, so dass Lipno I als oberst gelegene Talsperre in der Moldaukaskade fungiert. Mit einer Wasseroberfläche von 4870 ha bildet diese im südböhmischen Bezirk gelegene Talsperre das flächenmäßig größte Speicherbecken in der Tschechischen Republik. Ihr Rückstaubereich erstreckt sich auf eine Länge von 42 km bei einer maximalen Breite von 5 km. Der Gesamtstauraum umfasst ein Volumen von 309,5 Mio. m³, wovon 33 Mio. m³ im gewöhnlichen Hochwasserrückhalteraum gespeichert werden können. Der Absperrdamm besteht zu einem Drittel aus Beton und zu zwei Drittel aus einem geschütteten Erddamm. Im Betonfundament befinden sich zwei Grundablässe (2 x 86,1 m³/s), die Hochwasserentlastung verfügt über zwei Überläufe (148,42 m³/s). Die Turbinen im Wasserkraftwerk haben eine Kapazität von 2 x 46 m³/s. Ungefähr 10 km unterhalb liegt die Staumauer des Ausgleichsbeckens Lipno II, das zur Vergleichmäßigung des Abflusses aus Lipno I eingesetzt werden kann. Es verfügt über keinen kontrollierbaren gewöhnlichen Hochwasserschutzraum. Der einzuhaltende, schadlose Hochwasserabfluss aus Lipno beträgt zwischen 60 m³/s und 92 m³/s. Die wichtigsten Nutzungszwecke der Talsperre Lipno I sind: (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) (vii) (viii) (ix) (x) (xi)

Gewährleistung eines Mindestabflusses in der Moldau unterhalb von Lipno II Niedrigwasseraufhöhung der Moldau in den unterhalb gelegenen Bereichen der Talsperren Hněvkovice und Kořensko Betrieb des Wasserkraftwerks zur Erzeugung von Spitzenlaststrom Wasserversorgung Elektrizitätserzeugung Verbesserung der biologischen und chemisch-physikalischen Wasserqualität in der Moldau Hochwasserrückhaltung in der Moldau und Beitrag zum Hochwasserschutz der Unterlieger Beeinflussung des winterlichen Abflussregimes und Vermeidung von Beeinträchtigungen durch Eisbildung Freizeit und Sport Fischfang Schifffahrt auf dem Stausee

35


Die Staumauer der Talsperre Orlík (Moldau) befindet sich bei Moldau-km 144,65. Bezogen auf den Stauraum ist die Talsperre Orlík das größte Speicherbecken in der Tschechischen Republik. Sie wurde zwischen 1954 und 1962 gebaut. Der Absperrdamm wurde als geradlinige Betonschwergewichtsstaumauer errichtet, deren Dammkrone eine Länge von 450 m aufweist. Die Wasserabfuhr erfolgt über die Überfallkrone mit drei Feldern und Wehrverschlüssen (2183 m³/s) und über zwei Grundablässe (371 m³/s). Das Wasserkraftwerk ist mit vier Turbinen ausgerüstet (4 x 150 m³/s). Der Betrieb der Talsperre Orlík ist mit dem ca. 10 km unterhalb gelegenen Ausgleichsbecken Kamýk, das über ein Stauvolumen von 12,98 Mio. m³ verfügt (Tab. 5), rückgekoppelt. Mit der Errichtung des Stausees wurde der Wasserlauf der Moldau auf einer Länge von 68 km künstlich überprägt. Sogar die Ufer der Nebenflüsse Otava und Lužnice, die in den Stausee münden, sind noch vom Rückstau der Talsperre betroffen, so dass der gesamte Stausee eine Uferlänge von mehr als 300 km erreicht. Seine Wasseroberfläche hat eine Größe von 2732,7 ha. Der Gesamtstauraum umfasst ein Speichervolumen von 716,5 Mio. m³, wovon 62 Mio. m³ zur Speicherung im gewöhnlichen Hochwasserrückhalteraum herangezogen werden können. Für Hochwasserschutzzwecke kann in Abhängigkeit von den Witterungsverhältnissen (z.B. der Höhe des Wassergehalts der Schneedecke im Bergland) eine Vorentleerung des Betriebraums durch Absenkung des Stauziels um bis zu 20 m vorgenommen werden (siehe: Hochwasser 2006). Die wichtigsten Nutzungszwecke der Talsperre Orlík sind: (i) (ii) (iii) (iv)

(v) (vi) (vii) (viii) (ix) (x)

Gewährleistung eines Mindestabflusses in der Moldau unterhalb von Orlík Betrieb des Wasserkraftwerks zur Erzeugung von Spitzenlaststrom Wasserversorgung Hochwasserrückhaltung in der Moldau und Beitrag zum Hochwasserschutz der Unterlieger (mit besonderem Schwerpunkt des Schutzes der Stadt Prag mit einem dort einzuhaltenden schadlosen Abfluss von 1500 m³/s) Niedrigwasseraufhöhung in der Moldau und im weiteren Verlauf auch der Elbe zur Verbesserung der Schifffahrtsbedingungen Lieferung von Zuschusswasser zur Verbesserung Wasserqualität in der Moldau (insbesondere Prag) und Minderung der Auswirkungen von Störfällen Beeinflussung des winterlichen Abflussregimes und Vermeidung von Beeinträchtigungen durch Eisbildung Freizeit und Wassersport Schifffahrt auf dem Stausee Fischfang

Die Talsperre Slapy (Moldau), mit einer Wasseroberfläche von 1162,6 ha, wurde im Jahr 1955 fertig gestellt. Ihr Gesamtstauraum beträgt 269,3 Mio. m³. Der Nutzungszweck der Talsperre Slapy liegt hauptsächlich in der Erzeugung elektrischer Energie zu Spitzenzeiten des Strombedarfs, der Gewährleistung eines Mindestabflusses im Unterwasser, der Verbesserung der Schiffbarkeit und der Bereitstellung von Trinkwasser und von Brauchwasser für die In-

36


dustrie. Sie besitzt keinen gewöhnlichen Hochwasserrückhalteraum. Ihr Beitrag zum verbesserten Hochwasserschutz der Unterlieger und besonders zum Schutz der Stadt Prag vor Hochwasser erfolgt nur bei schneeschmelzbedingten Winter-/Frühjahrsereignissen. Dann kann das Stauziel abgesenkt und somit freie Kapazitäten für nachfolgende Speicherungen im Betriebsraum geschaffen werden. Dies ist in Abhängigkeit von den Schneeverhältnissen im Einzugsgebiet und den Informationen der Vorhersagestelle des Tschechischen Hydrometeorologischen Instituts (CHMI) aus der operationellen Vorhersage möglich. Die Staumauer der Talsperre Slapy verfügt über zwei Grundablässe (2 x 185 m³/s) und vier Überläufe an der Dammkrone (3225 m³/s); außerdem existiert ein Wasserkraftwerk. Die Talsperre Nechranice (Eger) stellt mit ihrer Wasseroberfläche von 1338 ha die fünftgrößte Talsperre in der Tschechischen Republik dar und besitzt den längsten Erdabsperrdamm in Mitteleuropa (3280 m). Sie wurde zwischen 1961 und 1968 gebaut. Die wichtigsten Nutzungszwecke der Talsperre Nechranice sind: (i) (ii)

(iii) (iv)

Niedrigwasseraufhöhung der Eger unterhalb der Talsperre Zuschusswasser der Eger zur Sicherung der Abgaben für: a. Wasserversorgung, b. Industrie und Energiewirtschaft, c. Landwirtschaft und Urbarmachung Hochwasserrückhaltung in der Eger und Beitrag zum Hochwasserschutz der Unterlieger Erzeugung von elektrischer Energie im Wasserkraftwerk Nechranice

Weiterhin kann die Talsperre Nechranice für die folgenden Zwecke genutzt werden: (i) (ii) (iii) (iv)

Minderung der Auswirkungen von Störfällen Bewirtschaftung der Talsperre im Winter zur Vermeidung von Beeinträchtigungen durch Eisbildung im unterstromigen Flusslauf Wassersport und Erholung Fischfang

Die Staumauer der Talsperre verfügt über zwei Grundablässe (2 x 50,7 m³/s) und Überläufe an der Dammkrone (1193 m³/s); außerdem existiert ein Wasserkraftwerk (2 x 16 m³/s). Die Talsperre Nechranice besitzt einen Stauraum von 288 Mio. m³, wovon 36,6 Mio. m³ als gewöhnlicher Hochwasserschutzraum genutzt werden können. Unterhalb der Talsperre soll für Hochwasserschutzzwecke ein schadloser Abfluss von 170 - 200 m³/s in der Eger eingehalten werden.

37


3.2 Talsperrenbetrieb während der Hochwasser 2002, 2006 und 2011 Die Steuerungsanweisungen zum Betrieb der Talsperren wurden in der Vergangenheit mehrmals angepasst, um neue Gesichtspunkte des Hochwasserschutzes zu integrieren und novellierte Gesetze in der Wasserwirtschaft zu berücksichtigen. Im Verlauf eines Jahres kann demnach für einige Talsperren das Stauziel aufgrund der Betriebsanweisungen jahreszeitlich variieren. Grundsätzlich muss der gewöhnliche Hochwasserschutzraum (vgl. Abb. 16) frei gehalten werden; weiterhin gibt es keine starr zu befolgenden Betriebsanweisungen, jedoch allgemeine, sich auf Erfahrungen stützende Richtlinien für die Vorentleerung der Speicherbecken bei anlaufendem Hochwasser. Der Betrieb der Talsperren hängt somit von den jeweiligen hydrologischen Verhältnissen ab und unterscheidet sich im Winter- und Sommerhalbjahr normalerweise voneinander. Die Vorentleerung einiger Speicherbecken (z.B. Talsperre Orlík) erfolgt sukzessive mit ansteigender Abgabe. Mit den Möglichkeiten des gesteuerten Einsatzes der Speicherbecken kann die für den Betrieb der Anlagen zuständige Behörde alle notwendigen Hochwasserschutzmaßnahmen anordnen, insbesondere für Prag. Bezug nehmend auf bestehende Notfallpläne und die Errichtung mobiler Schutzwände und weiterer Schutzmaßnahmen, muss die maximal zulässige Abgabe aus den Becken solange eingehalten werden, bis die erforderlichen Schritte für den Hochwasserschutz abgeschlossen sind. Der Zeitplan kann im Verlauf eines Hochwassers geändert werden, wenn sich die Größe und die Ankunftszeit der Hochwasser von den hydrologischen Vorhersagen unterscheiden. Im Sommer hängt die Vorentleerung vom Ausmaß des vorhergesagten Hochwassers ab. Aufgrund der kurzen Wellenlaufzeiten und der Weiterverwendung vorhergesagter Niederschlagsintensitäten, beinhalten die hydrologischen Vorhersagen eines hohes Maß an Unsicherheiten (Kap. 5.2.1). Unter diesen Voraussetzungen ist es einleuchtend, dass in den an den Oberläufen der Flüsse gelegenen Talsperren kein großer Zeitraum für die Absenkung der Beckenwasserstände mit dem Ziel der Vorentleerung vorhanden ist. Zudem sind zeitliche Randbedingungen für die maximale Abgabe aus den Talsperren zu beachten. Im Winter herrschen ganz andere Bedingungen. Die Vorentleerung (Abb. 18, Hochwasser 2006) hängt vom für die Schneedecke im Einzugsgebiet ermittelten Wasseräquivalent ab. Somit kann zusätzlich zum gewöhnlichen Hochwasserrückhalteraum ein größeres verfügbares Volumen des Betriebsraums in den Talsperren zum Hochwasserrückhalt bereitgestellt werden. In der nachfolgenden Beschreibung und in den Tabellen 6 bis 9 sind Angaben zu den wichtigsten Betriebsgrößen der Talsperren, zu den Zuflüssen und Abgaben und zu Jährlichkeiten der Hochwasser 2002, 2006 und 2011 enthalten.

38


Abbildung 18: Vorentleerung der Talsperre Orlík während des Hochwassers 2006 (IKSE 2007)

Von entscheidender Bedeutung im Einsatz der Moldau-Kaskade ist die Hochwassersteuerung durch die Talsperre Orlik. Die Talsperre Lipno befand sich vor dem Hochwasser 2002 im normalen Betriebszustand. Der Wasserstand in diesem Speicherbecken betrug 724,64 m ü.M. (also 71 cm unter dem damals maximal möglichen Wasserstand von 725,35 m ü.M. im Sommerhalbjahr, vgl. auch S. 79f). Dadurch stand für die Hochwasserrückhaltung ein zusätzliches freies Volumen von 12 Mio. m³ zur Verfügung, so dass mit dem gewöhnlichen Hochwasserrückhalteraum insgesamt ein Speichervolumen von 45 Mio. m³ bereit für den Einsatz war (Tab. 6). Die erste Hochwasserwelle konnte durch die Rückhaltungen in Lipno I vollständig gefahrlos nach unterstrom abgegeben werden. Bei Anlaufen der zweiten Hochwasserwelle umfasste das Speicherbecken dann allerdings nur noch ein freies Volumen von ca. 23 Mio. m³. Die größte Abgabe aus der Talsperre Lipno betrug in der zweiten Welle 320 m³/s (HQ100) bei einem maximalen Zufluss in den Speicherraum von 470 m³/s (HQ500). Dies führte zu einer Hochwasserscheitelreduzierung von mindestens 150 m³/s alleine schon durch den Einsatz der Talsperre Lipno (Tab. 7). In der Talsperre Orlik war zu Beginn des Hochwassers 2002 der gewöhnliche Hochwasserrückhalteraum (62,07 Mio. m³) vollständig freigehalten. Der Beckenwasserstand lag am 05.08.2002 mit einem Wasserstand von 348,50 m ü.M. deutlich unter dem Stauziel von 351,20 m ü.M. (Abb. 19, Tab. 6), so dass insgesamt ein Volumen von 126 Mio. m³ als Speicherraum verfügbar war. Aufgrund ergiebiger Niederschläge im oberen Einzugsgebiet wuchsen die in die Talsperre Orlik mündenden Zuflüsse aus der Otava, Malše und Lužnice an, so dass im ersten Wellenscheitel ein Scheitelabfluss von 1.700 m³/s (08.08.2002, abends) als Talsperrenzufluss in der Moldau auftrat. Nachdem alle notwendigen Hochwasserschutzmaß-

39


nahmen ergriffen wurden, betrug der maximale Abfluss aus der Talsperre bei der ersten Welle 1.120 m³/s (Abb. 19). Aufgrund der anhaltenden ungünstigen Wetterlage (ergiebige Niederschläge) wuchs die Abgabe wieder an und erreichte am 11.08. einen Wert von 1.200 m³/s. Bis zum Zeitpunkt, an dem die zweite Hochwasserwelle anlief, war der Beckenwasserstand in der Talsperre Orlik dann auf 349,46 m ü.M. heruntergefahren worden, so dass ein freies Volumen von ca. 104 Mio. m³ für Speicherzwecke zur Verfügung stand. Die zweite Welle war gekennzeichnet durch einen äußerst schnellen Anstieg der Zuflüsse in den Speicherraum und erreichte in ihrem Scheitel einen Abfluss von 3.900 m³/s in der Moldau (13.08. 12:00 Uhr). Sukzessiv erhöhte man dabei auch die Abgabe aus der Talsperre und erreichte im Maximum einen Wert von 3.100 m³/s, so dass der Hochwasserscheitelabfluss um ca. 800 m³/s reduziert werden konnte. Dieses Hochwasser der Moldau, das oberhalb von Orlík einem 1000-jährlichen Ereignis entsprach, konnte durch den Betrieb der Talsperre auf ein 100-jährliches Hochwasser abgemindert werden (Tab. 7). Der höchste Beckenwasserstand mit 355,17 m ü.M. wurde in der Talsperre am 14.08. um 4.00 Uhr erreicht. Dies bedeutet, dass der für Rückhaltezwecke aufgestaute Wasserstand mehr als 1,50 m höher als das höchste Stauziel der Talsperre Orlík war (Tab. 5). Die unterhalb gelegene Talsperre Slapy besitzt keinen gewöhnlichen Hochwasserrückhalteraum und so dass bei diesem Sommerereignis dort keine zusätzlichen Retentionseffekte erzeugt wurden.

Abbildung 19: Steuerung der Talsperre Orlík während des Hochwassers 2002 (PVL 2003)

40


In der Talsperre Nechranice (Eger) wurden im Verlauf des Hochwassers 2002 bei nahezu normalen hydrologischen Bedingungen durch den Betrieb der Talsperre große Scheitelreduzierungen erzielt. Nähere Angaben zu den Betriebsgrößen der Talsperre Nechranice, Scheitelabminderungen und zu den aufgrund von Rückhaltungen veränderten Jährlichkeiten können der Tabelle 7 entnommen werden. Tabelle 6: Maximale Wasserstände, Scheitelabflüsse und weitere Betriebsgrößen für ausgewähte Talsperren im Verlauf des Hochwassers 2002 – erste Welle (MŽP 2005A, PVL 2003)


Wasserstand zu Beginn des Hochwassers [m+NN]

Freiraum bis zum Hochwasserüberlauf zu Beginn des Hochwassers [Mio. m³]

erreichter Maximalwasserstand [m+NN]

maximaler Zufluss [m³/s]

Jährlichkeit [Jahre]

Abgabe zum Zeitpunkt des maximalen Zuflusses [m³/s]

maximale Abgabe [m³/s]


1. Hochwasserwelle 2002

Lipno I (Moldau) Orlík (Moldau) Římov (Malše)

724.64 348.50 467.98

45.0 126.0 6.7

724.96 352.63 471.32

264 1700 447

50 20-50 200-500

15 1120 447

15-30 1120 447

<1 10 200-500

Tabelle 7: Maximale Wasserstände, Scheitelabflüsse und weitere Betriebsgrößen für ausgewählte Talsperren im Verlauf des Hochwassers 2002 - zweite Welle (MŽP 2005A, PVL 2003, PLA 2003, POH 2003)










2. Hochwasserwelle 2002

Lipno I (Moldau) Orlík (Moldau) Švihov (Želivka) Hracholusky (Mže) VD Klabava (Klabava) Žlutice (Střela) Nechranice (Eger) Seč (Chrudimka)

725.11 349.46 376.00 353.93 345.40 505.80 267.80 485.20

23.0 104.0 56.0 18.0 4.6 5.8 62.0 5.6

725.67 355.17 377.67 355.88 351.2 507.48 270.05 488.61

470 3900 111.8 176 332 29 335 89

500 >1000 2-5 10 >100 5 2-5 20

230 2130 14 80 237* 4* 115 12

320 3100 58.1 126 237 6.5 154 29

100 >100 <1 5 >100 <1 <1 2

41


Das Hochwasser 2006 lief in den Monaten März und April des Jahres ab. Aufgrund der zeitlichen Entwicklung des äquivalenten Wassergehalts der Schneedecke im Verlauf des Winters 2005/2006 wurden die Wasserstände in den Speicherbecken im Zuge des Flussgebietsmanagements schon mit Beginn des Jahres 2006 sukzessive abgesenkt (Abb. 18). Dadurch entstand ein enormes Speichervolumen zur Reduzierung der ablaufenden Hochwasserwellen in Tschechien. In allen Teilen der Moldaukaskade wurden im Verlauf des Hochwassers Betriebszustände gefahren, die das Ziel hatten, den freien Speicherraum in den Talsperren maximal zur Hochwasserabminderung einzusetzen. Die größten Auswirkungen auf das Hochwasser hatten dabei die Talsperren Lipno I und Orlík, deren Einsätze nennenswerte Beiträge zur Rückhaltung leisteten (Tab. 8). Zu Beginn des Hochwassers hatte der Wasserstand in der Talsperre Lipno I eine Höhe von 721,95 m ü.M. (21.03. 07:00 Uhr), was insgesamt einem freien Speicherraum von 153 Mio. m³ entspricht. Im anlaufenden Ast der Hochwasserwelle und auch zum Zeitpunkt der größten Abgabe aus dem unterhalb gelegenen Ausgleichsbecken Lipno II wurden die Abflüsse auf ein Minimum reduziert, und die gesamte sich bis dorthin aufbauende Hochwasserwelle der Moldau konnte durch den Einsatz in der Talsperre Lipno zurückgehalten werden (Tab. 8). Der höchste Zufluss in den Speicherraum betrug 190 m³/s (HQ10 bis HQ20). Zwar stieg die Abgabe aus der Talsperre im Verlauf des Hochwassers an, erreichte aber unterhalb des Ausgleichsbeckens Lipno II nicht den für den Hochwasserschutz einzuhaltenden schadlosen Wert von 90 m³/s. Der gewöhnliche Hochwasserschutzraum in der Talsperre Lipno I wurde während des Hochwassers nicht in Anspruch genommen. In der Vorphase des Hochwassers 2006 wurde der Wasserstand in der Talsperre Orlik auf eine Höhe von 338,22 m ü.M. abgesenkt (Abb. 18 und 20), wodurch insgesamt ein Volumen von 320 Mio. m³ für Rückhaltungen freigegeben wurde (Tab. 8). Der maximale Zufluss in den Speicherraum betrug während des Hochwassers ca. 1.200 m³/s. Die Welle wurde mit Hilfe des gesteuerten Einsatzes der Talsperre so transformiert, dass der Scheitelabfluss in Prag (Pegel Chuchle, HQ=1.430 m³/s, vgl. Tab. 1) nicht den für den Hochwasserschutz maßgeblich einzuhaltenden Wert von 1.500 m³/s überschritt. Alle Maßnahmen in den teilweise eingesetzten Talsperren waren abgestimmt auf die hydrologischen Bedingungen im gesamten Einzugsgebiet und insbesondere auf die Entwicklung in den Hochwasser führenden Nebenflüssen Sázava und Berounka, die unterhalb der Talsperre Orlík in die Moldau münden. Die Einsätze und Steuerung der Speicherbecken in der beschriebenen Art und Weise trugen in hohem Maße nicht nur zur Verbesserung der Hochwassersituation an der Moldau bei, sie wirkten sich auch noch auf den Hochwasserverlauf an der Elbe aus. Zu Beginn des Hochwassers umfasste der freie, für Hochwasserrückhaltungen nutzbare Speicherraum in der Talsperre Slapy ein Volumen von 35 Mio. m³. Somit half bei diesem Winterereignis auch der Einsatz dieser Talsperre in Verbindung mit den übrigen Rückhalteräumen der Moldau-Kaskade die Hochwassersituation unterhalb zu entschärfen.

42


Abbildung 20: Steuerung der Moldaukaskade während des Hochwassers 2006 (IKSE 2007)

Im Verlauf des Hochwassers 2006 erfolgten die Zuflüsse in die Talsperre Hracholusky an der Mže (Mies), einem Nebenfluss der Berounka, in Form von zwei größeren Wellen. Der Scheitelabfluss der ersten Welle betrug 86 m³/s (28.03.), der der zweiten Welle 90,1 m³/s (HQ2) am 01.04. (Tab. 8). Die maximale Abgabe war 55 m³/s, was den für den Hochwasserschutz unterhalb maßgeblich erlaubten Wert entspricht. Der Wasserstand in der Talsperre wurde im Verlauf des Hochwassers um 3,67 m erhöht, wodurch der gewöhnliche Hochwasserschutzraum um 0,92 m in Anspruch genommen wurde. Insgesamt wurden in der Talsperre Hracholusky 13,36 Mio. m³ zurückgehalten. In der Talsperre Žlutice an der Strela, ebenfalls Nebenfluss der Berounka, wurden während des Hochwassers insgesamt 5,79 Mio. m³ zurückgehalten (Tab. 8). Der maximale, am 27.03. 13:00 Uhr erfolgte Zufluss in die Talsperre wurde aufgrund von Bilanzberechnungen zu 52,8 m³/s (HQ20) ermittelt. Zum Zeitpunkt des maximalen Zuflusses in die Talsperre wurden ein Abfluss von 3,7 m³/s abgegeben. Somit konnte der Abfluss zum Scheiteleintrittspunkt des Zuflusses um ca. 50 m³/s abgemindert werden. Die Talsperre Švihov an der Želivka, einem Nebenfluss der Sázava, wird hauptsächlich für die Trinkwasserversorgung von Prag und der Bezirke Mittelböhmen und Südböhmen genutzt. Im Betrieb der Talsperre besitzt somit normalerweise die Gewährleistung einer guten Wasserqualität oberste Priorität, d.h. die Fähigkeit jederzeit sauberes Wasser bereitzustellen. Bevor die Hochwasserwelle die Talsperre erreichte, war der Beckenwasserstand trotzdem schon auf 375,85 m ü.M. abgesenkt (Tab. 8) und somit ein zusätzliches Volumen von 16,1 Mio. m³ des Betriebsraums zur Verfügung gestellt worden. Der verfügbare Hochwasserschutzraum der Talsperre beträgt 42,4 Mio. m³, so dass insgesamt ein Volumen von 58,5 Mio. m³ für die

43


Hochwasserrückhaltung zur freien Verfügung stand. Zum Zeitpunkt des Eintreffens des Wellenscheitels flossen 220 m³/s (HQ20) in den Talsperrenraum hinein, während gleichzeitig 70 m³/s (HQ1) abgegeben wurden. Da durch den Betrieb der Talsperre der Wellenscheitel der Želivka auch zeitlich verschoben wurde, konnte am Zusammenfluss die zeitgleiche Überlagerung der Hochwasserscheitel aus Sázava und Želivka verhindert werden. Die Rückhaltungen in der Talsperre Švihov haben somit in sehr hohem Maße geholfen, die Hochwassersituation in der unterhalb der Talsperre gelegenen Strecke an der Želivka und Sázava zu verbessern. In der Talsperre Nechranice (Eger) waren am 20.3. insgesamt 81,3 Mio. m³ freier Speicherraum für die Hochwasserrückhaltung verfügbar. Durch den Einsatz konnte der maximale Zufluss in die Talsperre von 382 m³/s (HQ5) auf eine maximale Abgabe von 235 m³/s reduziert werden (Tab. 8).










Tabelle 8: Maximale Wasserstände, Scheitelabflüsse und weitere Betriebsgrößen für ausgewählte Talsperren im Verlauf des Hochwassers 2006 (PVL 2006, POH 2006, PLA 2006)

Lipno I (Moldau) Orlík (Moldau) Slapy (Moldau) Švihov (Želivka) Římov (Malše) Hracholusky (Mže) Žlutice (Střela) Nechranice (Eger) Skalka (Eger) Březová (Teplá) Jesenice (Odrava) Horka (Libocký p.) Stanovice (Lomnický p.) Les Království (Elbe) Rozkoš (Úpa) Seč (Chrudimka)

721.95 338.22 267.90 375.85 467.31 351.35 504.00 265.60 438.62 424.45 437.30 500.30 509.40 311.90 480.62

153 320 35 59 8 27 8 81 10 3 16 5 7 7 55 14

724.74 352.09 270.35 378.23 471.41 355.02 508.43 271.44 442.25 424.77 439.14 505 513.47 321.8 488.31

190 1204 850 220 88.5 90.1 53 382 85 65 36 12.3 25.6 160 49 73

10-20 10 <5 20 1-5 2 20 5 2-5 5-10 1-2 1 2 5-10 10

10.5 500-600 70 40 40 3.7 235 56 58 10 3.4 0.9 77 30

10-33 800 150 73 55 23 235 56 58 13 9 12.6 85 49 40

2-5 5 1-5 <1 2-5 1-2 <1 5 <1 <1 <1 2 2-5

44


Vor Beginn des Hochwassers 2011 hatte der Wasserstand in der Talsperre Lipno eine Höhe von 723,30 m ü.M. (Tab. 9) erreicht. Der maximale Zufluss erfolgte am 15. 1. mit 89 m³/s, so dass sich der Beckenwasserstand um ca. 40 cm auf 723,70 m ü.M. erhöhte, wodurch die maximale Abgabe nach unterstrom auf 9,7 m³/s begrenzt werden konnte. In der Talsperre Orlík (Abb. 21) betrug der Anfangswasserstand 345,00 m ü.M. mit leicht steigender Tendenz bis zum Anlaufen der Hochwasserwelle. Vom Betriebraum wurde vor Beginn des Hochwassers ein Volumen von ca. 137,6 Mio. m³ vorentleert, so dass insgesamt mit dem gewöhnlichen Hochwasserrückhalteraum für Retentionszwecke ca. 200 Mio. m³ einsatzbereit waren. Der Zufluss in die Talsperre betrug im Scheitel 539 m³/s (>HQ1). Sukzessive wurde die Welle durch den Talsperrenbetrieb abgemindert, so dass am Pegel PragChuchle zu keinem Zeitpunkt der Wert von 1000 m³/s überschritten wurde. Hierzu wurde der Beckenwasserstand im Verlauf des Hochwassers schließlich um 4 m angehoben. Der ermittelte Zufluss in die Talsperre Hracholusky an der Mže stellte den größten, jemals seit Beobachtungsbeginn im Jahre 1959 gemessenen Abfluss dar. Er wurde durch das Abschmelzen einer hohen Schneedecke im Zuge einer Tauwetterperiode erzeugt, die mit relativ intensiven Niederschlägen - insbesondere während der zweiten Welle - einherging. Vor Beginn der Hochwasserwelle waren in der Talsperre ungefähr 19,0 Mio. m³ (60%) des Betriebsraums entleert, so dass insgesamt 25 Mio. m³ an freiem Speicherraum zur Verfügung standen. Der größte Zufluss in die Talsperre wurde am 14.1. mit 248 m³/s (HQ20 - HQ50) registriert. Dieser wurde zu einer maximalen Abgabe von ca. 144 m³/s (HQ5 - HQ10) reduziert. Insgesamt wurden während des Hochwassers in der Talsperre Hracholusky 27 Mio. m³ Wasser zwischengespeichert.

Abbildung 21: Steuerung der Talsperre Orlík während des Hochwassers 2011

45


In der Talsperre Žlutice (Střela) wurde ein Volumen von 6,66 Mio. m³ zurückgehalten. Reduziert wurde auch der maximale Zufluss von 43,2 m³/ in die Talsperre Švichov (Želivka) auf eine maximale Abgabe von 21 m³/s (Tab. 9). In der Talsperre Nechranice (Eger) füllte die erste Welle das entleerte Volumen des Betriebsraums wieder vollständig auf. Bevor die zweite Welle die Talsperre erreichte, war es ebenfalls möglich, den Beckenwasserstand wieder um 1 m abzusenken. So wurde der im Scheitel erreichte Zufluss von 495 m³/s während der kontrollierten Hochwasserspeicherung in eine maximale Abgabe von 314 m³/s umgewandelt.










Tabelle 9: Maximale Wasserstände, Scheitelabflüsse und weitere Betriebsgrößen für ausgewählte Talsperren im Verlauf des Hochwassers 2011 (PVL 2011, POH 2011)

Lipno I (Moldau) Orlík (Moldau) Švihov (Želivka) Hracholusky (Mže) Žlutice (Střela) Nechranice (Eger) Skalka (Eger) Březová (Teplá) Jesenice (Odrava) Horka (Libocký p.) Stanovice (Lomnický p.)

723.30 345.00 376.12 349.20 506.10 268.25 437.20 424.50 435.30 503.10 511.75

101.00 200.00 56 27 5.5 61 15.85 3.4 31.5 3.95 -

723.70 349.00 376.70 356.06 508.48 271.25 442.00 428.30 438.60 504.83 513.50

89 539 43.2 248 48.4 495 144.4 79 57.5 14.3 19.6

1-2 >1 <1 50-100 <5 10-20 5-10 10-20 5-10 <1 -

9.7 220 21 50 25 310 76.3 70.6 12 4.4 1

9.7 <1000 21 144 31 314 76.3 70.6 20 20 20

<1 <1 <1 5-10 >1 2-5 >1 10-20 <1 <1 <1

Addiert man die Scheitelabflussreduzierungen aufgrund des Einsatzes aller in Tabelle 9 aufgeführten, ausgewählten Talsperren in Tschechien, so ergibt sich eine Summe von 977 m³/s. Da diese Einzelwirkungen jedoch aufgrund der Hochwasserentstehung in den Teileinzugsgebieten hinsichtlich ihrer Wirkungen für die Moldau und Elbe nicht addiert werden können, sind modellgestützte Wellenablaufberechnungen - mit und ohne Rückhaltemaßnahmen - erforderlich, um die effektiven Abflussscheitelreduzierungen beispielsweise bei Prag und Ústí nad Labem ermitteln zu können.

46


4 Vorgehensweise und Modelle

Ein interregionales Kooperationsprojekt wie das an diese Stelle beschriebene, führt nicht nur allein durch die verschiedenen wissenschaftlichen Methoden und Ansätze, die die am Projekt beteiligten Partner unabhängig voneinander einsetzten, zu einem gewissen Grad an Komplexität. Auch die zahlreichen iterativen Arbeitsschritte - Daten werden von einem Projektpartner generiert, dem anderen Projektpartner bereitgestellt, von diesem in seinen Modellberechnungen weiterverwendet und darin ermittelte neue Daten dem Partner für den nächsten Arbeitsschritt zurückgegeben - verursachen eine Vorgehensweise, die ohne weitere Erklärungen nur schwer nachzuvollziehen ist. Abbildung 22 gibt deshalb eine schematische Übersicht über die einzelnen Arbeitsschritte.

Abbildung 22: Schematische Übersicht über die Abfolge der Arbeitsschritte im Projekt (in Klammern: Kapitel des Berichts)

Im ersten Schritt mussten die bestehenden mathematischen Abflussmodelle der Elbe, Moldau und Eger für die Projektzwecke angepasst werden. Wesentliche Änderungen wurden hierbei im Vorfeld der Modellberechnungen an den tschechischen Modellen vorgenommen, damit diese für die vereinbarten Simulationen eingesetzt werden konnten (siehe Kap. 4.1, insbesondere Kap. 4.1.1). Danach wurden historische Hochwasserereignisse, die die Grundlage für die nachfolgende Generierung synthetischer Modellhochwasser bilden, festgelegt. Weitere Informationen zu den ausgewählten historischen Hochwassern können dem Kapitel 2.3 entnommen werden. Die Ermittlung von Modellhochwassern erfolgte ihrerseits in zwei Arbeitsschritten. Für die Berechnungen mit dem tschechischen Modell mussten zuerst die Input-Daten an der oberen Modellgrenze (hier werden Abflussganglinien benötigt) in Voruntersuchungen ermittelt werden, da einzelne Talsperren und somit auch die wichtigen Wirkungen des Speicherbetriebs außerhalb der Modellgrenzen liegen. Für die historischen Hochwasserereignisse mussten

47


deshalb die Wirkungen der Rückhaltungen in diesen Talsperren auf den Wellenablauf zurückverfolgt werden (siehe Kapitel 4.2.1). Auf der Grundlage der für die historischen Ereignisse ermittelten Abflussganglinien ohne Talsperrenbeeinflussung, wurden dann die Randbedingungen für die Modellhochwasser in einer iterativen Vorgehensweise ermittelt, die im Kapitel 4.2.2 näher beschrieben ist. Die Ergebnisse der Modellberechnungen für den unbeeinflussten Zustand (kein Talsperrenbetrieb) für Prag/Moldau und für die gesamte untersuchte Elbestrecke werden ebenfalls im Kapitel 4.2.2 präsentiert. Unter Beachtung der heute gültigen, realistischen Betriebsanweisungen für alle in den Modellberechnungen berücksichtigten Talsperren (vgl. Kap. 3), erfolgte dann ein zweiter Durchlauf der Simulationsberechnungen, deren Ergebnisse für jedes Modellhochwasser die Wirkungen der eingesetzten Hochwasserschutzmaßnahmen auf den Hochwasserablauf (Abflussganglinien) zeigen (siehe Kap. 5.2). Aus dem Vergleich der ermittelten Ergebnisse für den beeinflussten Zustand (mit Talsperren) und den unbeeinflussten Zustand (ohne Talsperren) können schließlich die Wirkungen der berücksichtigten Talsperren auf die Modellhochwasser abgeschätzt werden.

4.1 Eingesetzte Modellwerkzeuge Das tschechische Modell(system), das für die vorgenommenen Untersuchungen verwendet wurde, besteht aus zwei Teilmodellen, die gekoppelt werden mussten. Die hydrodynamischnumerischen, eindimensionalen Modelle der Elbe, Eger und Moldau (für den unbeeinflussten Zustand) basieren auf der Modellsoftware HEC-RAS, während die Software sMAN den Wellenablauf in der Moldau und den Speicherbetrieb der Moldaukaskade (für den beeinflussten Zustand) berechnet. Vergleichbar dem tschechischen Modell liegt auch für den deutschen Teil der Elbe ein hydrodynamisch-numerisches, eindimensionales Fließgewässermodell vor. Dieses Modell basiert auf der Modellsoftware SOBEK.

4.1.1 Eingesetzte Modelle für den tschechischen Teil der Elbegebiets Die Software HEC-RAS Die Modellierungssoftware HEC-RAS ermöglicht Simulationsberechnungen für stationäre und instationäre Fließzustände in offenen Gerinnen. Sie wurde vom U.S. Army Corps of Engineers (USACE) Hydrologic Engineering Center (HEC) entwickelt und ist frei im Internet verfügbar (http://www.hec.usaec.army.mil/software/hec-ras/index.html). HEC-RAS vereint vier eindimensionale Komponenten zur Fließgewässermodellierung: (1) für stationäre Wasserspiegellagenberechnungen; (2) für instationäre Abflusssimulationen, (3) für Sediment- und Transportberechnungen bei beweglicher Sohle, (4) für Wassergüteuntersuchungen. Für instationäre Fließverhältnisse löst HEC-RAS die vollständigen, dynamischen Saint-Venant-Gleichungen mit einer impliziten Finite-Differenzen-Methode.

48


Ein Hauptmerkmal dieser Software ist, dass in allen vier Berechnungsmodulen auf die gleichen bereitstehenden geometrischen Informationen sowie auf identische geometrische und hydraulische Berechnungsroutinen zurückgegriffen wird. Zusätzlich zu den vier Analysekomponenten enthält das System mehrere Ansätze, um im Anschluss an die Ermittlung der Wasserspiegellagen hydraulische Bemessungen durchführen zu können (US ARMY CORPS OF ENGINEERS 2011). Die Software AquaLog AquaLog ist ein für mehrere Zwecke einsetzbares Modellierungssystem, das gegenwärtig vom CHMI für die Abfluss- und Wasserstandsvorhersage im tschechischen Teil des Elbegebiets benutzt wird. Die Software besteht aus mehreren Modulen zur integralen Modellierung von komplexen hydrologischen- und Wasserbewirtschaftungssystemen. Unterschiedliche Modellansätze werden dabei zur Abbildung der Einzugsgebietshydrologie, von Flusssystemen, von Seen und Talsperren verwendet und automatisch unter einer Oberfläche zu einem Modell für das darzustellende Gesamtsystem zusammengefasst. In einem Drei-SchrittDekompositionsverfahren (engl.: Three-step-decomposition method) können die Berechnungen in der Makro-, Meso- und Mikroskala aufgelöst werden. Der Anwender kann - abhängig von den zur Verfügung stehenden Zeitreihen und den Rahmenbedingungen des Echtzeitbetriebs - ein beliebiges und automatisch erzeugtes Laufzeitmodell mit variabler Modellkonfiguration aufbauen. AquaLog stellt somit eine kompakte Umgebung für alle relevanten Phasen der Datenprozessierung dar. Der AquaLog-Kern umfasst vier Modellierungstechniken, die sowohl auf Grundlage eines „lumped model“-Ansatzes (d.h. alle Parameter und Variablen beschreiben durchschnittliche Werte über den gesamten Bezugsraum) oder eines „distributed model“-Ansatzes (d.h. alle Parameter und Variablen variieren räumlich) umgesetzt werden können: (i) Modellierung von Schneeakkumulation und Schneeschmelze, (ii) Niederschlag-Abfluss-Modellierung, (iii) hydrologische und hydrodynamische Wellenablaufsimulation im Gewässer, (iv) Speicherraumbewirtschaftung (sMan). Das Modul sMan beschreibt ein interaktives Speicherbecken-Modell, das nicht-stationäre räumliche Strukturen von unabhängigen Bestandteilen eines Wasserbewirtschaftungssystems auf der Basis von Petri-net-Algorithmen abbildet. Es ermöglicht die Zerlegung eines Speicherbeckenbewirtschaftungssystems in die Komponenten „Abflusssteuerung“ und „Berechnung der Wasserbilanz“ im Rahmen von synchronisierten Berechnungen. Weiterhin erlaubt das Modul sMan Berechnungen des gesamten Talsperrensystems im interaktiven Modus für jeden Berechnungsschritt. Das Modellierungssystem sMan umfasst folgende Untermodelle: (i) RES – Speicherbeckenbilanzmodell, gewöhnlich abgebildet als Differenzial mit den vier Zustandsgrößen Beckenwasserstand, Zufluss, Abgabe und Beckeninhaltslinie, (ii) MS3 – Überlauf, (iii) MB3 – Grundablass, (iv) ELN – Wasserkraftwerk, (v) DMY – Hilfsmodul für die Wellenretention, (vi) QVH – Abflusskurve für das Unterwasser und (vii) TDR- oder Muskingum-Cunge-Modell.

49


Das Hauptmodul RES kann mit Hilfe eines „no-wedge-storage“-Differenzials (Muskingum X = 0) beschrieben werden. Es berücksichtigt vier Zustandsgrößen: Beckenwasserstand H1, Zufluss I, Abgabe O und die Volumenkurve im Fall von alternativen Berechnungsstrukturen mit dem Modul RES. Abhängig von der Datenverfügbarkeit wird die Berechnungsvariante automatisch gewählt, um die fehlenden Daten zu ermitteln. Die Verbindung zwischen sMan und HEC-RAS erfolgt über eine DSS-formatierte Datenbank, die in dem Datenbankunterstützungssystem HEC-DSSvue implementiert ist. Für die Speicherbeckenbewirtschaftung ist eine Zwei-Schichten-Schematisierung möglich. Eine Vereinfachung besteht in der Ermittlung einer Gesamtabgabe aus der Talsperre, die sich aus der Summe aller Abgaben zusammensetzt und die dann abschließend nur auf die maximal mögliche Abgabe überprüft wird. In einer umfassenden Schematisierung werden alle Abgaben einzeln auf der Grundlage der Bauwerksdaten und deren Beaufschlagung betrachtet (AQUA LOGIC CONSULTING 2011). Modelllayout Zur Simulation der Abflussverhältnisse im beeinflussten und unbeeinflussten Zustand wurden zwei verschiedene Modelle mit unterschiedlichen Randbedingungen erstellt. Hierfür wird zudem auf unterschiedliche Modellsoftware zugegriffen. Das mathematische Modell für den unbeeinflussten Zustand (siehe Abb. 24, linkes Bild) basiert ausschließlich auf dem hydraulischen HEC-RAS-Modell. Die benötigten Randbedingungen wurden mit einem MuskingumCunge-Modell (AquaLog) ermittelt. Das zweite Modell für den beeinflussten Zustand (siehe Abb. 24, rechtes Bild) besteht aus einem hydraulischen Modell in Verbindung mit dem Talsperrenmodell. Weitere Modelle zur Niederschlags-Abfluss-Simulation oder zur Berechnung der Schneedecke werden nicht eingesetzt. Nur die größten Talsperren der Moldaukaskade und die Talsperre Nechranice (Eger) wurden in der Schematisierung der Simulationsberechnungen für die synthetischen Modellhochwasser verwendet. Weiterhin ist zu beachten, dass die Talsperre Lipno I außerhalb der Modellgrenzen des mathematischen Modells liegt. Die Wirkung dieser Talsperre auf den Hochwasserablauf wird jedoch durch ein spezielles Verfahren zur Ableitung von Zuflussganglinien in die Talsperre Orlík implementiert (siehe Kap. 4.2.1). Zur Simulation der historischen Hochwasser 2002, 2006 und 2011 wurden in den Modellschematisierungen weitere Speicherbecken berücksichtigt, um die Hochwasserentstehung und ihre Beeinflussung durch den Talsperrenbetrieb mit den mathematischen Modellen möglichst realitätsnah abbilden zu können. Diese Speicher sind bereits in Kapitel 3 beschrieben worden. Für die verschiedenen historischen Hochwasser wurden die Talsperren ereignisbedingt unterschiedlich berücksichtigt, so dass das jeweils verwendete Modelllayout etwas variiert. Die Wellentranslation und Retention der aus den Talsperren abgegebenen Hochwasserwellen bis zum Rand des hydraulischen Modells erfolgte mit dem Muskingum-Cunge-Modell. Die Geometrie der hydraulischen Modelle für die Elbe, die Eger und die Moldau deckt das Überschwemmungsgebiet, welches vom größten Hochwasser des 20. Jahrhunderts, dem Hochwasser vom August 2002, betroffen war, ab. Die verwendeten Modelle dienen haupt-

50


sächlich der Modellierung des Hochwasserwellenablaufs im frei fließenden Zustand, wenn die Schifffahrt eingestellt ist und die Wehre heruntergefahren sind. Die Modelle basieren auf dem digitalen Geländemodell, das nach dem Hochwasser 2002 erstellt wurde, sowie auf gemessenen Flussquerprofilen. Die Abstände zwischen den Modellquerprofilen schwanken zwischen 50m und 350m. An das Hauptgerinne angrenzende Vorländer, die als natürliche Überschwemmungsflächen wirken, werden in den Querprofilen abgebildet. Kalibriert wurden die Modelle anhand von Daten der Hochwasser 2002 und 2006. Beobachtete Abflüsse und Wasserstände an den Pegeln sowie weitere verfügbare Wasserstandsangaben (Hochwassermarken) wurden dabei herangezogen. Ursprünglich wurde das Modellsystem nur für die Elbe und Moldau entwickelt (MŽP 2005B). Für die vorliegenden Untersuchungen wurden es jedoch um ein Modell der Eger, welches die Strecke zwischen der Talsperre Nechranice und der Mündung der Eger in die Elbe bei Leitmeritz beschreibt, ergänzt. Für die Teilstrecke des hydraulischen Modells zwischen dem oberen Modellrand, an dem der Zufluss in die Talsperre Orlík vorgegeben wird, und oberhalb Prag basieren die Querprofile auf geometrischen Daten der Jahre 1902 - 1911. Diese geometrische Datengrundlage wurde verwendet, um die Wellenlaufzeit korrekt zu ermitteln und die morphologische Situation vor dem Bau der Moldau-Kaskade im Modell abzubilden. Die verwendeten Daten sind in früheren Projekten bereits dokumentiert und analysiert worden: STUDY OF VLTAVA WATERWAY (1911) und KREJCI ET AL. (2003). Zuflüsse werden im Modell durch zwei verschiedenartige Randbedingungen integriert: (i) wichtige punktuelle Nebenflüsse und (ii) diffuse seitliche Zuflüsse aus dem angrenzenden Einzugsgebiet. Tabelle 10:

Randbedingungen – punktuelle Zuflüsse in das Modell (beeinflusster und unbeeinflusster Zustand)

Einzugsgebiet

Moldau

Eger Elbe

Nebenfluss / Teileinzugsgebiet

Randbedingung

Einzugsgebietsfläche [km²]

Moldau Brzina Mastník Kocába Sázava Berounka Eger Obere Elbe

Orlík Hrachov Radíc Stechovice Nespeky Beroun Nechranice Brandýs

12105,9 133,1 268,1 308,0 4038,3 8284,7 3590,0 13111,4

Über die punktuellen Zuflüsse der wichtigsten Nebenflüsse wird im Modell eine Einzugsgebietsfläche von 41.839,5 km² Größe entwässert. Die wichtigsten punktuellen Zuflüsse an den Modellrändern können der Tabelle 10 entnommen werden: (i) Brandýs an der Oberen Elbe, (ii) Zuflüsse in die Moldau-Kaskade, (iii) Beroun an der Berounka, (iv) Nespeky an der

51


Sázava und (v) Zufluss in die Talsperre Nechranice an der Eger. Als untere Randbedingung erlaubt HEC-RAS die Verwendung einer kritischen oder normalen Wassertiefe, die mit einer Verschiebung der unteren Randbedingung nach unterstrom kombiniert werden kann. Weiterhin zu betrachten sind die Zuflüsse aus dem an die modellierten Gewässerstrecken angrenzenden Einzugsgebiet. Die Teileinzugsgebiete, deren Zuflüsse gleichmäßig auf die Strecken im hydrodynamischen Modell verteilt werden, umfassen eine Fläche von 16.970 km² Größe. Vor allem im unteren Abschnitt des tschechischen Modells haben sie keinen nennenswerten Einfluss mehr auf den Scheitelabfluss, müssen jedoch berücksichtigt werden, da sie immerhin 34% des gesamten modellierten Einzugsgebiets repräsentieren (siehe Abb. 23). Die seitlichen Zuflüsse wurden mit dem Niederschlags-Abfluss-Modell Sacramento ermittelt und so angepasst, dass sich für die Hochwasser 2002 und 2006 eine stimmige Abflussbilanz zwischen den Pegeln mit beobachteten Abflüssen in den modellierten Gewässern ergibt. Für das Hochwasser 2011 basieren die seitlichen Zuflüsse ausschließlich aus dem Abflussbilanzvergleich zwischen beobachteten und berechneten Abflüssen.

Abbildung 23: Diffuse, laterale Zuflüsse aus Teileinzugsgebieten im Modell

52


87.7

53.4 Louny

Berounka

Vraňany

109.5 110.2

Sázava

Labe

137.9

11.3

91.6

144.6

Brandýs

63.4 60.1

137.9

Labe 11.3

63.4 60.1

Mělník

Vltava

78.3

Sázava 78.3

144.6

39.3 64.9

Slapy

109.5 110.2

Brandýs

Orlík

Vraňany

Berounka

Chuchle

VD Orlík

Mělník

Vltava

Ústí nad Labem

Ohre

64.9

Ohre

Žatec

39.3

Chuchle

53.4 Louny

Ústí nad Labem

Nechranice 98.9

87.7 Žatec

Nechranice 98.9

Zur Unterstützung der Simulationsberechnungen für die drei historischen Ereignisse, in denen Talsperren außerhalb der Modellgrenzen implementiert wurden, wurde in nicht rückstaubeeinflussten Strecken ein Muskingum-Cunge-Verfahren verwendet.

Abbildung 24: Modelllayout des HEC-RAS-Modells für den tschechischen Abschnitt der Elbe beeinflusster Zustand (links) und unbeeinflusster Zustand (rechts)

Das Modell der Moldau-Kaskade (siehe Abb. 25) enthält die beiden bedeutenden Speicherbecken Orlík und Slapy sowie die drei kleineren Becken Kamýk, Štěchovice und Vrané. Nur die Talsperre Orlík verfügt von diesen fünf Anlagen über einen gewöhnlichen Hochwasserrückhalteraum (siehe Kap. 3). Die Talsperre Slapy kann unter bestimmten Umständen (bei einsetzendem Tauwetter) durch Absenken des Beckenwasserstands vorentleert werden, was zur Verbesserung der Hochwasserrückhaltung beiträgt. Als obere Randbedingung wird der Zufluss zur Talsperre Orlik vorgegeben; die untere Randbedingung bildet der Pegel PragChuchle. Mit einem Muskingum-Cunge-Modell der oberhalb der Talsperre Orlik gelegenen Moldaustrecke, die auch die Talsperre Lipno beinhaltet, wird die Abflussganglinie, die als Startganglinie im Moldau-Kaskaden-Modell benötigt wird, ermittelt. Die beiden Hauptzuflüsse Sázava und Berounka, die hier münden, werden ebenfalls mittels Muskingum-Cunge Verfahren modelliert und liefern so die Zuflüsse in die Moldau-Kaskade. Das Modell erlaubt ein schrittweises Vorgehen mit manuellen Eingriffsmöglichkeiten wie sie im realen Betrieb auch erfolgen. Das Hauptziel des gesteuerten, kontrollierten Einsatzes von Talsperren zur Hochwasserrückhaltung ist, der verantwortlichen Behörde alle Mittel bereitzustellen, die in der gegebenen Situation zur Hochwasserabwehr erforderlich sind. Der Einsatzplan der Maßnahmen richtet sich nach dem schadlosen Abfluss am Pegel Prag-Chuchle, der dort - je nach Fortschritt des Aufbaus des Hochwasserschutzmaßnahmen - mit einsetzendem Hochwasser für eine bestimmte Zeit gewährleistet sein muss. Normalerweise werden in der Simulation nach jedem Stundenschritt die Abgaben aus den jeweiligen Speicherbecken ma-

53


nuell eingestellt und am Pegel Prag gemäß Vorgabe kontrolliert. Wenn die gesteuerten Abgaben die maßgeblichen Bedingungen in Prag erfüllen, kann zum nächsten Zeitschritt übergegangen werden. Es kann festgehalten werden, dass die Abgaben aus den Talsperren in den Simulationsberechnungen grundsätzlich an die im operationellen Betrieb getätigten Vorgaben angepasst sind. Das heisst, dass nur wenige aus der Vorhersage verfügbare Informationen vorliegen und für den Simulationszeitraum verwendet werden können. Die Simulationsergebnisse sollten so gut wie möglich mit den realen Bedingungen übereinstimmen. Unterschiede zwischen berechneten (realen) Ergebnissen und möglichen optimalen Sollwerten sind somit unvermeidbar. 01

RES AA

Inflow CO00 Pool HORE

Controlled variable

DMY BB

VD ORLÍK

02

Discharge COEL

RES CC

03

Pool HKRE

DMY DD

Discharge CKEL DMY LL

05

RES EE

06

VD KAMÝK

Mastník C223 Brzina C222

04

Pool HSRE

DMY FF

VD SLAPY

07

Discharge CSEL

RES GG DMY HH

Discharge CTEL 10

DMY MM

RES II

11

VD ŠTĚCHOVICE

Pool HTRE

09 Kocába C224 Nespeky C226

Flood transformation

08

Pool HVRE

Berounka C190

DMY JJ

VD VRANÉ

12

DMY OUTFLOW KK

13

DMY NN

14

Control signal

15

Abbildung 25: Layout des Speichermodells der Moldau-Kaskade

54


4.1.2 Das SOBEK-Modell für den deutschen Teil des Elbegebiets Für hydrodynamische Simulationsberechnungen an der Elbe setzt die BfG seit Ende 2009 ein numerisches, gekoppeltes 1D-Fließgewässermodell der gesamten deutschen Elbe und wichtiger Nebenflüsse (Schwarze Elster, Mulde, Saale, Havel) auf Basis der Software SOBEK ein. Es ist Grundlage für hydraulische und morphologische Berechnungen sowohl auf einer großen Betrachtungsskala als auch für ein breites Abflussspektrum zwischen Niedrigwasser- und extremen Hochwasserzuständen. Mit diesem Modell können durch entsprechende Anpassungen instationäre Effekte von Retentionsmaßnahmen (steuerbar / nicht steuerbar) und Rückstaueinflüsse der zuvor genannten Nebengewässer auf den Wellenablauf abgebildet werden. Das Modell kann diagnostisch (gewässerkundliche Ist-Beschreibung) als auch prognostisch (Szenarienberechungen), wie im Rahmen dieser oder weiterer Untersuchungen im Rahmen des LABEL-Projekts (u.a. BFG 2011), eingesetzt werden. Das Softwarewerkzeug SOBEK SOBEK ist eine gemeinsame Entwicklung von WL / Delft Hydraulics und dem Rijkswaterstaat-RIZA (RWS-RIZA, Niederlande). Bei Berechnungen in SOBEK-Modellen werden die vollständigen Saint-Venant-Gleichungen (partielle Differentialgleichungen), welche die Kontinuitätsgleichung und die Bewegungsgleichung beinhalten, numerisch gelöst. Hierzu wird das Staggered-Grid-Verfahren verwendet (STELLING ET AL. 2003). Grundlageninformationen zur Software SOBEK finden sich auf der Deltares-Homepage (http://delftsoftware.wldelft.nl) oder in der SOBEK-Online-Hilfe, die unter anderem auch eine technische Dokumentation enthält. Detailangaben zum gesamten Aufbau des SOBEKModells der Elbe finden sich im bei der BfG verfügbaren Bericht zur Modellerstellung (BJÖRNSEN BERATENDE INGENIEURE 2009). Modellanpassungen und Modelllayout Für die Modellierung im Rahmen dieser Studie wurde das gesamte vorliegende SOBEKModell zwischen der böhmischen Stadt Usti nad Labem (Tschechien, deutscher Elbe-km -37,4) und Geesthacht vor den Toren Hamburgs (Deutschland, Elbe-km 583,4) verwendet. Im Vergleich zum Basismodell mussten jedoch zur Erfüllung der speziellen Anforderungen dieses Projekts verschiedene Anpassungen vorgenommen werden. So wurden einige Laufabschnitte der Elbe detaillierter dargestellt (z.B. durch die Berücksichtigung der sächsischen Nebenflüsse an der Oberen Elbe), während auf anderen Gewässerstrecken (z.B. an den Zuflüssen von Saale und Havel) die Elbe nochmals vereinfacht abgebildet wurde. Insgesamt ergibt sich somit das Modelllayout, welches inklusive Modellgrenzen, wichtiger Pegel und Nebenflüsse in Abbildung 26 dargestellt wird.

55


Nebenfluss-km

Elbe-km Untere Randbedingung (Wehr Geesthacht)

583,4

Neu Darchau

536,4

Wittenberge

453,9

Rathenow

438,0

P

Tangerm ünde

388,2

P

Magdeburg-Strom brücke

326,6

P

Barby

294,9

P

Aken

P

P

Havel

103,9 - 166,4

0-17,4

Priorau

P

P

Saale

290,8

Mulde

274,7

259,6 Elbe

0-23,9

Calbe

P

P

Schw arze

0-9,6 (21,6)

Elster

Wittenberg

214,4

Löben

198,6

P

Torgau

P

Döllnitz

109,5 107,5

Jahna Triebisch

89,0

Weisseritz Lockw itzbach

61,5 Dresden

P

39,2 37,5

Wesenitz Gottleuba

35,4 17,2

Biela Lachsbach P

Bilina P

Hauptpegel

55,6 44,7

Müglitz

P

154,2

Ploucnice

12,0 Schöna Obere Randbedingung

2,1 -14,1 -37,4 -38,3

Usti nad Labem

-38.7

punktueller, lateraler Zufluss

Abbildung 26: Layout des SOBEK-Modells für den deutschen Laufabschnitt der Elbe

56


Die obere Modellgrenze des deutschen Elbe-Modells befindet sich bei Elbe-km -37,4. Da die Ergebnisse des tschechischen Modells am Pegel Ústí nad Labem (Elbe-km -38,7) übergeben werden, existiert eine Lücke von 1,3 km zwischen den beiden Modellen. Innerhalb dieser Fehlstrecke mündet der Nebenfluss Bílina in die Elbe. Sowohl Fließzeit als auch Fließgeschwindigkeit mussten für diese Strecke und den einmündenden Nebenfluss berücksichtigt werden, um die Input-Ganglinie auf die obere Randbedingung des deutschen Modells - basierend auf der Output-Ganglinie des tschechischen Modells am Pegel Ústí - übertragen zu können. Entlang der Modellstrecke zwischen Ústí und Geesthacht werden ebenfalls die Abflüsse von 15 Nebenflüssen implementiert. Während die Nebenflüsse Schwarze Elster (Mündung bei Elbe-km 198,6), Mulde (Mündung bei Elbe-km 259,6), Saale (Mündung bei Elbe-km 290,8) und Havel (Mündung bei Elbe-km 438,0) auf Teilstrecken als eigene Modellabschnitte vollwertig hydrodynamisch-numerisch modelliert werden (hellblaue Pfeile in Abb. 26), finden ein weiterer tschechischer (Ploučnice, deutscher Elbe-km -14,1) und zehn deutsche Nebenflüsse zwischen den Pegeln Ústí nad Labem und Torgau (Elbe-km 154,2) als punktuelle, laterale Zuflüsse (dunkelblaue Pfeile in Abb. 26) Berücksichtigung. Die Grundlage für die Modellgeometrie und den morphologischen Zustand des Gewässers stellt das Digitale Geländemodell des Wasserlaufs des Jahres 2007 (DGM-W 2007; siehe BFG 2008) dar. Die Vorgehensweise und die Ergebnisse der Modellkalibrierung werden in BJÖRNSEN BERATENDE INGENIEURE (2009) näher erläutert. Abbildung 27 zeigt beispielhaft für die Pegel Schöna und Barby, dass der Ablauf der Hochwasser 2006 und 2011 hinreichend genau durch das verwendete Modell abgebildet werden kann. 4000

Abfluss [m³/s]

Abfluss [m³/s]

Hochwasser 2011

3500

3000 2500 2000 1500 1000 500 0 19/03/06

4000

Hochwasser 2006

3500

3000 2500 2000 1500 1000 500

26/03/06

02/04/06

Schöna - Messung 2006 Barby - Messung 2006

09/04/06

16/04/06

Schöna - Modell 2006 Barby - Modell 2006

23/04/06

0 09/01/11

14/01/11

19/01/11

Schöna - Messung 2011 Barby - Messung 2011

24/01/11

29/01/11

03/02/11

Schöna - Modell 2011 Barby - Modell 2011

Abbildung 27: Vergleich von Messdaten und Simulationsergebnissen für die beiden Hochwasser 2006 (linkes Diagramm) und 2011 (rechtes Diagramm) an ausgewählten Pegeln

Geplante (vgl. IKSE 2003) oder kürzlich fertig gestellte Flutpolder und Deichrückverlegungen an der Elbe - wie z.B. die Deichrückverlegung im Bereich Lenzen an der Mittelelbe (2010) werden im verwendeten Modell nicht berücksichtigt. Die genutzten Input-Randbedingungen (Ganglinien) für die meisten der implementierten Nebenflüsse basieren auf Ganglinien historischer Hochwasser und berücksichtigen in einigen Fällen somit auch kleinere Hochwasserretentionsmaßnahmen an den Oberläufen. Die durch tschechische Rückhalteräume nicht beein-

57


flussten Modellhochwasser, welche als Input dienen, bleiben im weiteren Verlauf somit nicht vollständig unbeeinflusst. Da diese Ganglinien jedoch für beide Szenarien (mit/ohne Beeinflussung) auf der deutschen Strecke angewendet werden, gibt die Differenz zwischen den beiden Szenarien den Einfluss der tschechischen Talsperren wie gewünscht wieder. Die Identifikation des Einfluss dieser Maßnahmen war Hauptziel im Projekt.

4.2 Generierung von Modellhochwassern Wie in Kapitel 2.3 anhand der Hochwasserereignisse von 2002, 2006 und 2011 beschrieben, können Hochwasser im Elbe-Einzugsgebiet aufgrund ihrer Genese in Winter- und Frühjahrshochwasser sowie in Sommerhochwasser unterschieden werden. Für eine Untersuchung der Wirkungen von Hochwasserschutzmaßnahmen ist es deshalb wichtig, nicht nur ein einziges historisches Hochwasser, sondern mehrere repräsentative Hochwassertypen zu simulieren. Nur so können die Wirkungen der Maßnahmen weitgehend allgemeingültig bewertet werden. Aussagekräftige Untersuchungen sollten daher mit Modellhochwassern erfolgen, die … • •

… auf typischen Hochwassergenesen im Elbe-Einzugsgebiet (zeitlich-räumliche Entstehungsgeschichte, meteorologisch und hydrologisch) basieren und … an ausgewählten Zielpegeln extremwertstatistische Scheitelabflüsse (wie HQ100 oder HQ200) erreichen (BFG 2006).

Im Rahmen des LABEL-Projekts wurden Modellhochwasser auf Grundlage der historischen Hochwasser 2002 und 2006 (vgl. Kapitel 2.3) erzeugt, die in ihren Scheiteln an den Pegel Prag-Chuchle (Moldau), Dresden und Barby (beide Elbe) fünf verschiedene extremwertstatistische Abflüsse (HQ10, HQ50, HQ100, HQ200, HQ500) erreichen. Insgesamt kann somit eine Anzahl von 30 Modellhochwassern (2 Hochwassergenesen, 3 Pegel, 5 Scheitelabflüsse) ausgewertet werden. Die Vorgehensweise zur Generierung der Modellhochwasser wird in den folgenden Kapiteln 4.2.1 und 4.2.2 näher erläutert.

4.2.1 Ableitung unbeeinflusster Ganglinien aus historischen Hochwassern Das genutzte und in Kapitel 4.1 beschriebene Modelllayout wurde anhand folgender Kriterien ausgewählt: Zum einen sollte die für die untersuchten Hochwasser benötigte Datengrundlage in ausreichendem Umfang und guter Qualität vorhanden sein, so dass die wichtigsten Gewässerstrecken im Modell zufriedenstellend abgebildet werden können. Zum anderen war es notwendig, alle für den Hochwasserrückhalt wichtigen Talsperren an Moldau und Eger (Orlík, Slapy und Nechranice) im Modell zu erfassen. Neben den drei zuvor genannten Rückhalteräumen war die Talsperre Lipno für die Hochwasserretention während der Hochwasser 2002 und 2006 von besonderer Bedeutung. Da Lipno jedoch durch das gewählte Modellsystem nicht berücksichtigt wurde, musste ein Verfahren entwickelt werden, welches auf einfache Art und Weise den Zusammenhang zwischen Zufluss in die genannte Talsperre Lipno und Abgabe für die verschiedenen Modellhochwasser-

58


typen und Scheitelabflüsse abbildet und auf die Eingangsrandbedingung an der Talsperre Orlik (obere Randbedingung im Moldaumodell) transferiert. Hierzu wurde zuerst für das jeweilige Hochwasser (2002 bzw. 2006) mit dem Vergrößerungsfaktor 1,0 (historisches Hochwasser, siehe auch Kap. 4.2.2) die Entwicklung des unbeeinflussten Abflusses zwischen dem Zufluss zur Talsperre Lipno und dem Zufluss zur Talsperre Orlík auf Basis des verfügbaren Muskingum-Cunge-Modells (Hinweis: unterhalb von Orlik findet das hydraulische HEC-RAS-Modell Anwendung) abgeleitet. Für das jeweilige historische Hochwasser war somit eine unbeeinflusste Inputganglinie in die Talsperre Orlik vorhanden (Abb. 28). Zur Simulation der Hochwasserentwicklung auf der 184,9 km langen Strecke zwischen Lipno und Orlík wurde ein angepasstes, auf dem offiziellen Vorhersagemodell basierendes Modellsystem (s.o.) verwendet. Für durch die Talsperrenwirkung beeinflusste Hochwasser musste der Effekt des Rückhalteraums Lipno in die Zuflussganglinie zur Talsperre Orlik integriert werden. Grundlage hierfür waren mehrere Simulationen der Talsperrensteuerung Lipno und der Fließstrecke bis nach Orlik für mehrere Modellhochwasser mit unterschiedlichem Vergrößerungsfaktor. Die Auswahl der verschiedenen Vergrößerungsfaktoren erfolgte dabei auf Basis einer größtmöglichen Bandbreite und sichtbarer Unterschiede. Da der Startwasserstand in der Talsperre Lipno für alle simulierten Modellhochwasser gleich hoch liegt, konnte daraus eine Beziehung zwischen Vergrößerungsfaktor und zurückgehaltenem Volumen abgeleitet werden. Diese Beziehung wurde verwendet, um die zurückgehaltenen Volumina in der Talsperre Lipno für die beeinflussten Modellhochwasser und somit die Input-Ganglinien für die Talsperre Orlík abzuleiten. 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0

1600 Abfluss [m³/s]

Abfluss [m³/s]

1400 1200 1000 800 600 400 200

Zufluss zur Talsperre Orlik ohne Effekte der Talsperre Lipno Zufluss zur Talsperre Orlik Zufluss zur Talsperre Lipno Abfluss aus der Talsperre Lipno

13/04/2006

11/04/2006

09/04/2006

07/04/2006

05/04/2006

03/04/2006

01/04/2006

30/03/2006

28/03/2006

26/03/2006

24/03/2006

24/08/2002

22/08/2002

20/08/2002

18/08/2002

16/08/2002

14/08/2002

12/08/2002

10/08/2002

08/08/2002

06/08/2002

04/08/2002

0

Zufluss zur Talsperre Orlik ohne Effekte der Talsperre Lipno Zufluss zur Talsperre Orlik Zufluss zur Talsperre Lipno Abfluss aus der Talsperre Lipno

Abbildung 28: Abgeleitete, beeinflusste und unbeeinflusste Zuflüsse zur Talsperre Orlik während der Hochwasser 2002 (rechts) und 2006 (links)

Für die historischen Hochwasser der Jahre 2002, 2006 und 2011 wurde ein ähnliches Konzept angewendet, so dass im Berounka-Gebiet die Talsperren Hracholusky, Žlutice und Klabava, im Sázava-Gebiet der Rückhalteraum Švihov und im oberen tschechischen Elbegebiet die Retentionsräume Rozkoš, Seč und Les Království berücksichtigt werden konnten. Die Model-

59


lierung der Randbedingungen für die beeinflussten und unbeeinflussten Randbedingungen erfolgte wie zuvor auch schon beschrieben mittels eines Muskingum-Cunge-Modells. Die Talsperrensteuerung wurde dabei entsprechend der tatsächlich während des Ereignisses durchgeführten Steuerung verwendet. Für die Eger konnten sowohl für das Hochwasser 2006 als auch für das Hochwasser 2011 die simulierten Ergebnisse (beeinflusst / unbeeinflusst) von der Einzugsgebietsverwaltung Eger (Povodí Ohře) übernommen werden (POH 2011, POH 2012).

4.2.2 Generierung von Modellhochwassern aus unbeeinflussten Ganglinien Grundsätzlich erfolgt die Generierung von synthetischen Modellhochwassern auf Basis der Daten des unbeeinflussten Zustands. Die iterative Vorgehensweise zur Ableitung und Entwicklung von Modellhochwassern wird anhand eines Ausschnitts der deutschen Elbestrecke in Abbildung 29 näher erläutert. Es sollte dabei berücksichtigt werden, dass das gewählte Beispiel zwar mit realistischen, im Projekt ermittelten Werten und Vergrößerungsfaktoren arbeitet, das abgebildete Modelllayout zum Zwecke einer besseren Übersichtlichkeit jedoch vereinfacht wurde. Nicht alle tatsächlich berücksichtigten Nebenflüsse werden abgebildet. Im oberen Teil von Abbildung 29 wird der erste Arbeitsschritt näher erläutert. Das hydrodynamisch-numerische Modell (Layout-Typ: Modellhochwasser) wird hier angewendet, um das historische, durch Talsperren unbeeinflusste Hochwasser vom August 2002 abzubilden. Hierzu wird die aus der tschechischen Modellierung gelieferte, unbeeinflusste Output-Ganglinie als obere Randbedingung in Ústí nad Labem sowie die gemessenen Abflussganglinien der einzelnen deutschen Nebenflüsse als Input-Daten verwendet. Aus der Simulation ergibt sich am Pegel Dresden ein Scheitelabfluss von 5.183 m³/s und somit ein Wert > HQ200. Der untere Bereich in Abbildung 29 vermittelt dann die Vorgehensweise zur Ableitung der Randbedingungen (Input-Ganglinien) für das Modellhochwasser „DD-100-2002“. Es handelt sich hierbei um ein künstliches Hochwasser, welches auf der Hochwassergenese des historischen Ereignisses von 2002 basiert (siehe oberen Teil in Abb. 29) und am Pegel Dresden einen Scheitelabfluss von HQ100 (4.260 m³/s) erreicht. Die Tatsache, dass das historische Hochwasser einen Scheitelabfluss von HQ200 erreichte, macht es nun - entsprechend der zu verwendenden Vorgehensweise - notwendig, alle Input-Randbedingungen mit einem Faktor kleiner als 1,0 zu multiplizieren. Dies wird bereits im tschechischen Teil des Modells für jede Randbedingung umgesetzt, so dass - unter Anwendung eines Koeffizienten von 0,819 - ein Scheitelabfluss von 4.319 m³/s am Pegel Ústí als obere Randbedingung in das deutsche Modellsystem eingeht. Für die seitlichen Randbedingungen oberhalb des Pegels Dresden wird diese Multiplikation ebenfalls durchgeführt. Die Simulation unter Verwendung dieser Randbedingungen führt zu einem Scheitelabfluss in Dresden von 4.248 m³/s; einem Wert der sehr nahe am angestrebten Zielabfluss von HQ100 liegt. Als Kriterium für die maximale Differenz zwischen simuliertem Abfluss und Zielabfluss wurde ein Wert kleiner als 20 m³/s definiert. Unterhalb von Dresden werden für die Randbedingungen (Nebenflüsse, z.B. Schwarze Elster) die historischen Werte angesetzt. Der Vergrößerungsfaktor beträgt dort somit 1,000.

60


Der vorgestellte Ansatz basiert zu großen Teilen auf hydrologischem Expertenwissen. Darüber hinaus beschreibt er einen iterativen „Try-and-Error“-Prozess, da es in den seltensten Fällen bereits im ersten Simulationslauf möglich sein wird, den Vergrößerungsfaktor exakt zu bestimmen. Für das vorgestellte Modellhochwasser waren zur Ermittlung des Faktors 0,819 beispielsweise drei Simulationsläufe notwendig. Über die dargelegten Schritte hinaus muss der Modellierer bei Anwendung der beschriebenen Vorgehensweise die im Folgenden genannten möglichen Probleme und Schwierigkeiten im Auge behalten: • In Abhängigkeit von der Höhe des Scheitelabflusses des historischen Hochwassers und des gewünschten Zielabflusses kommen nicht nur, wie im Beispiel, Faktoren mit Werten kleiner 1,0 zum Einsatz. In solchen Fällen, in denen ein historisches Hochwasser vergrößert wird, muss speziell für kleine Nebenflüsse sichergestellt werden, dass durch die Vergrößerung der Ganglinien nicht unrealistische Scheitelwerte und Abflussfüllen angenommen werden. • Je nach Einzugsgebietscharakteristik besteht die Möglichkeit, dass ein gleichzeitiges Zusammentreffen der Modellhochwasserscheitel aus dem Nebenfluss und dem Hauptgewässer als unrealistisch angesehen wird. In solchen Fällen lässt die gewählte Methodik zu, den Hochwassereintrittszeitpunkt im Nebenfluss durch einen künstlichen Zeitversatz zu modellieren. • Die Vergrößerung einer Input-Ganglinie kann entweder auf die gesamte Ganglinie oder nur auf den Abflussbereich einer Ganglinie angewendet werden, der oberhalb eines sinnvoll gewählten Basisabflusses liegt. Ziel hierbei ist es, unrealistische Abflussfüllen von Hochwasserwellen in den Nebenflüssen zu vermeiden. Aufgrund der Tatsache dass durch die im vorliegenden Projekt verwendeten Ganglinien nur sehr kurze Zeiträume vor und nach dem eigentlichen Hochwasser abgebildet werden, konnte auf diese Anpassung verzichtet werden. Das vorgestellte Verfahren wurde bereits zur Generierung von Modellhochwassern im Rahmen des ELLA-Projekts (BFG 2006) angewendet. Darüber hinaus ist es bei der Internationalen Kommission zum Schutz des Rheins (IKSR) etabliert, wo es entsprechend des „Aktionsplan Hochwasser“ zum Nachweis der Wirkungen bestehender und neu geschaffener Hochwasserrückhalteräume auf extreme Rheinhochwasser angewendet wird (BUSCH ET AL. 2004). Tabelle 11 fasst die ermittelten Scheitelabflüsse und Vergrößerungsfaktoren aller unbeeinflussten Modellhochwasser für die drei Zielpegel (Prag-Chuchle, Dresden und Barby) sowie für weitere wichtige Pegel entlang des Elbelaufs zusammen. Der Pegel Prag-Chuchle befähigt zu Aussagen in den Fällen, in denen die Abflussverhältnisse der Moldau den Hochwasserablauf in der Elbe maßgeblich beeinflussen. Pegel Dresden ist von Bedeutung für Hochwassergenesen an der deutschen Elbe, die ihren Schwerpunkt im gesamten Einzugsgebiet der Oberen Elbe, der Moldau, der Eger und dem Osterzgebirge besitzen. Hochwasserereignisse, die durch fast alle Gebirgsregionen entlang des Elbelaufs beeinflusst werden, können am besten anhand der Daten für den Pegel Barby nachvollzogen werden.

61


Abbildung 29: Vorgehensweise bei der Generierung von künstlichen Modellhochwassern

62


Tabelle 11: Vergrößerungsfaktoren und Scheitelabflüsse für unbeeinflusste Modellhochwasser ModellhochFaktor [-] Pr.-Chuchle wasser PR_10_2002 0.373 2245 PR_50_2002 0.579 3455 PR_100_2002 0.678 4034 PR_200_2002 0.785 4657 PR_500_2002 0.935 5529 DD_10_2002 0.460 2758 DD_50_2002 0.700 4163 DD_100_2002 0.819 4854 DD_200_2002 0.951 5622 DD_500_2002 1.128 6646 BB_10_2002 0.605 3607 BB_50_2002 0.779 4622 BB_100_2002 0.849 5029 BB_200_2002 0.913 5216 BB_500_2002 0.991 5854 PR_10_2006 1.060 2237 PR_50_2006 1.620 3419 PR_100_2006 1.900 4010 PR_200_2006 2.200 4622 PR_500_2006 2.620 5530 DD_10_2006 0.767 1619 DD_50_2006 1.132 2389 DD_100_2006 1.321 2788 DD_200_2006 1.514 3195 DD_500_2006 1.796 3790 BB_10_2006 0.798 1684 BB_50_2006 1.020 2153 BB_100_2006 1.101 2324 BB_200_2006 1.180 2490 BB_500_2006 1.280 2701 statistische Abflüsse HQ10 2230 HQ50 3440 HQ100 4020 HQ200 4640 HQ500 5530

Usti n.L. 2600 3504 3899 4409 4896 2575 3752 4319 4917 5874 3306 4133 4458 4748 5114 3091 4176 4693 5226 6112 2311 3399 3942 4510 5350 2404 3059 3302 3532 3822

2670 3780 4290 4820 5540

Scheitelabfluss [m³/s] Dresden Aken 2506 2920 3410 3749 3815 4120 4322 4570 4832 5049 2514 2898 3685 3999 4248 4513 5072 4855 5825 5725 3235 3311 4058 4200 4389 4546 4685 4857 5045 5235 3390 3942 4463 4967 4972 5469 5491 5967 6359 6757 2521 3091 3704 4245 4257 4800 4852 5378 5741 6231 2623 3061 3338 3908 3595 4208 3839 4497 4134 4854

2520 3690 4260 4860 5740

2972 3928 4431 4880 5465

Barby 3149 3951 4325 4775 5255 3115 4198 4719 5277 6031 3395 4338 4709 5039 5438 4390 5419 5922 6420 7206 3534 4695 5254 5833 6685 3410 4368 4708 5035 5442

Wittenberge 3127 3770 4065 4410 4812 3046 3938 4360 4828 5479 3205 3999 4313 4606 4965 4392 5355 5816 6241 6805 3607 4698 5246 5800 6532 3493 4382 4706 5017 5406

3410 4360 4710 5040 5440

3200 4220 4545 4860 5230

(fett gedruckt: berechnete Scheitelabflüsse an den Zielpegeln)

Um trotz der Vielzahl der verschiedenen Modellhochwasser in Tabelle 11 und in den weiteren Kapiteln dieses Berichts eine gewisse Übersichtlichkeit gewährleisten zu können, werden alle Modellhochwasser nach einer einheitlichen Nomenklatur bezeichnet: 1. Zielpegel: 2. Scheitelabfluss: 3. Hochwassergenese:

PR (Prag-Chuchle), DD (Dresden), BB (Barby) 10 (HQ10), 50 (HQ50), 100 (HQ100), 200 (HQ200), 500 (HQ500) 2002 (HW August 2002), 2006 (HW April 2006)

63


Beispiel: Ein Modellhochwasser, welches auf Grundlage der Ganglinien des historischen Hochwassers vom August 2002 generiert wurde, und am Pegel Dresden einen Scheitelabfluss von HQ200 erreicht, wird mit dem Kürzel “DD_200_2002” bezeichnet. Tabelle 11 zeigt, dass die meisten Modellhochwasser des Typs “2002” durch eine Verkleinerung der Ganglinien erzeugt worden sind. Im Gegensatz dazu musste das historische Hochwasser von 2006 in fast allen Fällen vergrößert werden, um die angestrebten, extremwertstatistischen Scheitelabflüsse zu erreichen. Der Vergleich der Abflussentwicklungen entlang der Elbe beweist auch, dass der Einfluss der Saale auf das Elbehochwasser 2002 relativ gering war, während die Abflüsse der Elbe im Jahr 2006 nochmals erheblich durch den Zufluss der Saale erhöht wurden. Somit wird auch verständlich, wieso ein Modellhochwasser des Typs „2002“ (z.B. DD_100_2002), welches in Aken (oberhalb der Saalemündung) einen Scheitelabfluss von HQ100 erreicht, in Wittenberge (unterhalb der Saalemündung) nur noch als Hochwasser kleiner HQ100 auftritt. Im Gegensatz dazu vergrößert sich ein Modellhochwasser des Typs „2006“ (z.B. BB_200_2006), welches in Aken ebenfalls ein HQ100 erreicht, zu einem HQ200 mit einem Scheitelabfluss von 5.017 m³/s am Pegel Wittenberge. Ein weiteres Merkmal der durchgeführten Modellierung wird beim Blick auf die Entwicklung der Scheitelabflüsse des Modellhochwassers DD_200_2006 deutlich. Durch Verwendung eines Vergrößerungsfaktors von 1,514 kann in Dresden ein Scheitelabfluss von HQ200 erreicht werden. Hieraus resultieren im weiteren Verlauf maximale Abflüsse in Aken und Wittenberge, die in der Nähe eines 500-jährlichen Ereignisses liegen. Solch ein Hochwasser kann durch das aktuell existierende Deichsystem an der Elbe nicht schadlos abgeführt werden. Es soll deshalb an dieser Stelle nochmals betont werden, dass das für die deutsche Elbestrecke verwendete Modellsystem mit Deichen einer unendlichen Höhe rechnet, die weder zerstört noch überströmt werden können (im Gegensatz zum realen Ereignis im Sommer 2002). Abbildung 30 zeigt eine Auswahl an Modellhochwassern am Pegel Aken. Sie sind farblich unterschiedlich markiert, wobei das historische Hochwasser durch eine braune Farbgebung gekennzeichnet ist. Die in der Abbildung dargestellten Scheitelabflüsse der historischen Ereignisse unterscheiden sich von jenen, die in den Tabellen 12 (S. 71) und 14 (S. 74) genannt werden. Grund hierfür ist die Verwendung unterschiedlicher Modellrandbedingungen für die historischen Hochwasser und die Modellhochwasser. Kurze Wellen mit einer steil ansteigenden Ganglinienform - kennzeichnend für die Modellhochwasser des Typs 2002 – werden in Abbildung 30a gezeigt. Teil b der Abbildung visualisiert hingegen die breiten Modellhochwasserganglinien mit langem Scheitelplateau, welche für die Modellhochwasser des Typs „2006“ charakteristisch sind. Die in Tabelle 11 zusammengefassten Modellhochwasser stellen somit eine große Anzahl an Ereignissen zur Verfügung, die sowohl unterschiedliche Hochwassergenesen als auch eine Variabilität der Scheitelwasserstände und Abflussfüllen ausweisen. Diese können genutzt werden, um die Effekte der tschechischen Talsperren auf das Hochwasserrisiko an der Elbe auf einer breiten Basis auszuwerten.

64


Abbildung 30: Ausgewählte Modellhochwasser des Typs “2002” (Abb. 30a, oben) und “2006” (Abb. 30b, unten) am Pegel Aken oberstrom der Saalemündung

65


66


5 Simulationsergebnisse

Das ursprüngliche Hauptziel der vorliegenden Studie war die Simulation und Analyse künstlich erzeugter Modellhochwasser (mit Scheitelabflüssen zwischen HQ10 und HQ500) zum Nachweis positiver Wirkungen tschechischer Hochwasserrückhalteräume auf Hochwasser an der Elbe (Kap. 5.2). Darüber hinaus beauftragte die deutsche Flussgebietsgemeinschaft Elbe (FGG Elbe) die Bundesanstalt für Gewässerkunde mit der Untersuchung der scheitelreduzierenden Wirkungen der genannten Talsperren für die drei bedeutendsten Hochwasser der letzten Dekade: den Ereignissen der Jahre 2002, 2006 und 2011. Die Ergebnisse dieser Teilstudie werden im folgenden Kapitel 5.1 zunächst vorgestellt.

5.1 Historische Hochwasserereignisse Das zur Untersuchung der historischen Hochwasser verwendete Modelllayout unterscheidet sich (wie in Kapitel 4 bereits beschrieben) in einigen Aspekten von dem zur Analyse der Modellhochwasser verwendeten System. Wesentliche Veränderungen sind die zusätzliche Berücksichtigung der bedeutenden Saale-Talsperren „Hohenwarte“ und „Bleiloch“ sowie die in Abhängigkeit von ihrer Bedeutung für das jeweilige historische Hochwasser - Implementierung zusätzlicher Talsperren im tschechischen Elbe-Einzugsgebiet. Diese zusätzlichen Rückhalteräume werden in Kapitel 3 (Tabellen 6 bis 9) jeweils benannt. Darüber hinaus können sich die für die Simulation der synthetischen Modellhochwasser herangezogenen Wasserstände in den Talsperren zu Modellierungsbeginn (also nach „abgeschätzter“, realistischer Vorentleerung) von den tatsächlichen historischen Werten unterscheiden (vgl. Tab. 18). Basierend auf diesen Rahmenbedingungen wurden für jedes der drei historischen Hochwasser vier unterschiedliche Modellläufe durchgeführt. Während eine Modellsimulation den tatsächlichen Ablauf des Hochwassers abbildet, beschreiben die drei verbleibenden Simulationen Szenarien, die in Abhängigkeit von der Anzahl an berücksichtigten Rückhaltemaßnahmen unterschieden werden können: •

•

•

“HW_2002/2006/2011_MIT”: tatsächlicher Verlauf des Hochwassers 2002/2006/2011, unter Berücksichtigung aller für den Rückhalt relevanten Talsperren an der Saale, der Eger, der Moldau und der tschechischen Elbe “HW_2002/2006/2011_OHNE”: Szenario für den Verlauf des Hochwassers 2002/2006/2011, ohne Berücksichtigung aller für den Hochwasserrückhalt relevanten Talsperren an der Saale, der Eger, der Moldau und der tschechischen Elbe “HW_2002/2006/2011_SAALE”: Szenario für den Verlauf des Hochwassers 2002/2006/2011, mit Berücksichtigung der Talsperren an der Saale, jedoch ohne Imple-

67


•

mentierung der relevanten tschechischen Rückhalteräume an der Eger, der Moldau und der tschechischen Elbe “HW_2002/2006/2011_TSCHECHIEN”: Szenario für den Verlauf des Hochwassers 2002/2006/2011, ohne Berücksichtigung der Talsperren an der Saale, jedoch mit Implementierung der relevanten tschechischen Rückhalteräume an der Eger, der Moldau und der tschechischen Elbe.

Alle grundlegenden Informationen über die meteorologischen und hydrologischen Verhältnisse, die zur Entstehung der einzelnen Hochwasserereignisse führten, können in Kapitel 2 nachgelesen werden. Da auch die Daten zu Volumina, Wasserständen und Steuerung der einzelnen Rückhaltebauwerke bereits in Kapitel 3 beschrieben wurden, konzentrieren sich die folgenden Abschnitte (Kapitel 5.1.1 bis 5.1.3) hauptsächlich auf die abfluss- und wasserstandsbezogene Auswertung der Simulationsergebnisse.

5.1.1 Das Hochwasser vom August 2002 Das Sommerhochwasser des Jahres 2002 wurde durch eine außergewöhnliche meteorologische Situation im oberen Elbe-Einzugsgebiet hervorgerufen. Jedoch nicht nur dadurch unterscheidet sich das Augusthochwasser von den in den Jahren 2006 und 2011 folgenden Ereignissen (Sommerhochwasser vs. Winterhochwasser). Auch die Steuerung der Talsperren, d.h. vor allem das Ausmaß der Vorentleerung, war vollkommen verschieden, da diese im Wesentlichen von der Jahreszeit abhängig ist. Der Hochwasserablauf wurde somit durch drei wichtige Rahmenbedingungen beeinflusst: • Das in einer Talsperre durch Vorentleerung zusätzlich geschaffene Volumen hängt im Sommer hauptsächlich von der Qualität der Hochwasservorhersage (und somit der Vorlaufzeit) ab. Deshalb ist die mögliche Vorentleerung in diesen Monaten zumeist geringer als im Winterhalbjahr, in dem das Wachstum der Schneedecke im Einzugsgebiet maßgeblich für die Wasserstandabsenkungen in den Talsperren ist. Aufgrund dessen - und weil der Hauptwelle im Sommer 2002 eine kleinere Vorwelle vorausging, die die Talsperren bereits teilweise füllte - konnte weniger freier Rückhalteraum als 2006 und 2011 geschaffen werden. Die Untersuchung der beeinflussten und unbeeinflussten Abflussganglinien am Pegel Ústí nad Labem zeigt, dass während des Hochwassers immerhin noch ein Volumen von 162 Mio. m³ (Hauptwelle) in den Talsperren des tschechischen Elbegebiets gespeichert wurde. • Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass die Talsperren „Bleiloch“ und „Hohenwarte“ an der Saale annähernd keinen Beitrag zum Hochwasserrückhalt geleistet haben. Die Analyse der beeinflussten und unbeeinflussten Abflussganglinie am Pegel Halle-Trotha macht deutlich, dass während des Hochwassers nur 7 Mio. m³ Wasser gespeichert wurden.

68


7000 HQ500

6000

Abfluss [m³/s]

HQ500

HQ300

5000

HQ300

HQ200

4000 3000 2000 1000

Wittenberge: ohne Rückhaltemaßnahmen

Wittenberge: nur Saale-Talsperren

Wittenberge: nur tschechische Rückhaltungen

Wittenberge: mit Rückhaltemaßnahmen

Dresden: ohne Rückhaltemaßnahmen

Dresden: mit Rückhaltemaßnahmen

31/08/2002

29/08/2002

27/08/2002

25/08/2002

23/08/2002

21/08/2002

19/08/2002

17/08/2002

15/08/2002

13/08/2002

11/08/2002

09/08/2002

07/08/2002

0

Abbildung 31: Berechnete Abflussganglinien (mit / ohne Berücksichtigung von Talsperren) an den Pegeln Dresden und Wittenberge - 2002

Abbildung 31 vergleicht beispielhaft die berechneten Abflussganglinien der verschiedenen Szenarien für den Pegel Dresden (Elbe-km 55,6; blau gefärbte Ganglinien) und den Pegel Wittenberge (Elbe-km 453,9; rot und gelb gefärbte Ganglinien). Die enormen Wirkungen der tschechischen Rückhaltungen können dabei isoliert an den Ergebnissen für den Pegel Dresden nachvollzogen werden: Der Scheitelabfluss des katastrophalen Hochwassers 2002 erfuhr dort eine beträchtliche Reduktion von -888 m³/s (Tab. 12), was sich in einer gleichermaßen bedeutenden Scheitelwasserstandsreduktion von -72 cm niedergeschlagen hat (Tab. 13). Abbildung 32 zeigt, dass die Dresdner Innenstadt mit ihren barocken Bauwerken seit Fertigstellung des neuen mobilen Hochwasserschutzes (mit einem Schutzniveau bis zu einem Wasserstand von 974 cm am Pegel Dresden, inkl. 50 cm Freibord) vor einer nochmaligen Überflutung mit einem Hochwasser der Höhe des Jahres 2002 (940 cm am Pegel Dresden) geschützt ist. Hätten die Retentionsmaßnahmen in Tschechien während dieses Hochwassers nicht die gezeigten Wirkungen hervorgerufen, was einen Wasserstand von 1012 cm am Pegel Dresden zur Folge gehabt hätte, dann wäre auch der neue Hochwasserschutz wirkungslos gewesen und die Innenstadt weiträumig überflutet gewesen. Es stellt sich nun die Frage, ob der neue mobile Hochwasserschutz für die Dresdner Altstadt ausreichend dimensioniert wurde, um Schutz vor einer Überflutung bei einem neuen 100jährlichen Hochwasser, welches vergleichbar mit dem Ereignis von 2002 ist, bieten zu können? Die Ergebnisse der im LABEL-Projekt durchgeführten deutsch-tschechischen Untersuchungen zeigen, dass dies der Fall ist, da das gewählte Schutzniveau bereits - beabsichtigt

69


oder unbeabsichtigt - die scheitelreduzierenden Wirkungen der Talsperren an den oberstromigen Flussläufen der Elbe, der Moldau und der Eger mit berücksichtigen. Diese Maßnahmen zielen auf eine lokale bzw. regionale Verbesserung des Hochwasserschutzes (z.B. für Prag) ab, sorgen damit gleichzeitig auch für eine deutliche Entschärfung der Hochwassersituation weit unterstrom in Deutschland (z.B. in Dresden): Maßnahmen die gut für Prag sind, sind somit auch vorteilhaft für Dresden!

Abbildung 32: Scheitelwasserstände (beeinflusst und unbeeinflusst) für das Hochwasser 2002 am Elbe-km 55,7 in Dresden (Fotoquelle: IKSE 2005, Querprofil: FLYS 2012)

70


Betrachtet man im weiteren Verlauf die Ergebnisse für den Pegel Wittenberge, dann wird deutlich, dass die beschriebenen Maßnahmen nicht nur positive, grenzüberschreitende Wirkungen bis in den Raum Dresden besitzen (IKSE 2009). Auch an der unteren Mittelelbe sind diese großräumigen Effekte nachweisbar. Am Pegel Wittenberge beispielsweise beträgt die erreichte Scheitelabflussreduzierung für das Hochwasser 2002 aufgrund des Einsatzes tschechischer Talsperren immer noch -572 m³/s (-43 cm). Es ist somit offensichtlich, dass das tatsächliche Hochwasser, welches - ohne Berücksichtigung der eingetretenen Deichbrüche - ein Wiederkehrintervall von etwas weniger als 500 Jahren (>HQ500, vgl. Tab. 13 und Abb. 31) aufgetreten wäre. Tabelle 12:

Elbe-km (* Flusskilometer der Moldau)

61.6* -37.4 2.1 55.6 154.6 214.1 274.8 295.5 388.2 454.8 536.4

Einfluss von Talsperren in Tschechien und an der Saale in Thüringen auf das Hochwasser 2002

Abflüsse/Abflussdifferenzen für verschiedene Szenarien des Hochwassers 2002 an ausgewählten Pegeln AbflusserAbflusserAbflusserhöhung höhung höhung Extremwert- (ohne Maß(ohne Maß(ohne Maßstatistische nahmen in nahmen an Messwerte Modellwerte Modellwerte nahmen an Einordnung Tschechien, der Saale, nur Pegel HW_2002 HW_2002 HW_2002" Saale und in der "MIT" MIT" nur Saaletsch. "OHNE" Tschechien) Modellwerte talsperren) Maßnahmen HW_2002 HW_2002 HW_2002 HW_2002 "OHNE" "MIT" "SAALE" "TSCH." [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] HQ100 + 981 0 + 981 Prag-Chuchle 5160 5160 6141 Usti 4697 4651 HQ100-HQ200 + 853 0 + 853 5504 Schöna 4790 4693 HQ100-HQ200 + 851 0 + 851 5544 Dresden 4580 4825 ~HQ200 + 888 0 + 888 5712 Torgau 4420 4926 HQ200-HQ500 + 815 0 + 815 5741 Wittenberg 4120 4963 HQ200-HQ300 +796 0 +796 5758 Aken 4020 5348 HQ300-HQ500 + 700 0 + 700 6049 Barby 4290 5416 ~HQ500 + 668 +2 + 670 6085 Tangermünde 3840 5316 ~HQ500 + 576 +2 + 578 5894 Wittenberge 3830 5198
Extremwertstatistische Einordnung der Modellwerte HW_2002 "OHNE" > HQ500 ~HQ500 >HQ300 ~HQ500 >HQ500 >HQ500 >>HQ500 >>HQ500 >>HQ500 >>HQ500 >>HQ500

Tabelle 13: Berechnete Abminderungen der Scheitelwasserstände beim Hochwasser 2002 Wasserstandsabsenkung durch Talsperren beim Hochwasser 2002


Pegel

61.6* -37.4 2.1 55.6 154.6 214.1 274.8 295.5 388.2 454.8 536.4

Prag-Chuchle Usti Schöna Dresden Torgau Wittenberg Aken Barby Tangermünde Wittenberge Neu Darchau

Extremwert- ExtremwertWasserstands- statistische statistische Wasserstands- Wasserstandsabsenkungen Einordnung Einordnung absenkung absenkung (durch alle des des (durch Maß(durch MaßMaßnahmen an Hochwassers Hochwassers nahmen in nahmen an der Saale und in ohne mit Tschechien) Saale) Tschechien) Maßnahmen- Maßnahmenwirkung wirkung [cm] -82 - 84 - 102 - 72 - 54 - 34 - 52 - 33 - 39 - 43 - 42

[cm] 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

[cm] - 82 - 84 - 102 - 72 - 54 - 34 - 52 - 33 - 39 - 43 - 42

HQ100 ~HQ500 >HQ300 ~HQ500 >HQ500 >HQ500 >>HQ500 >>HQ500 >>HQ500 >>HQ500 >>HQ500

> HQ500 HQ100-HQ200 HQ100-HQ200 ~HQ200 HQ200-HQ500 HQ200-HQ300 HQ300-HQ500 ~HQ500 ~HQ500 HQ300

71


Zur Interpretation der dargestellten Ergebnisse ist zu berücksichtigen, dass das Modell des deutschen Elbelaufs Deichbrüche, wie sie während des Hochwassers im Jahr 2002 vielfach aufgetreten sind, nicht berücksichtigt. Hieraus ergibt sich auch die Differenz zwischen den gemessenen und modellierten Abflüssen in Tabelle 12. Gleichermaßen bedeutet dies, dass sowohl die beeinflussten als auch die unbeeinflussten modellierten Abflüsse, so niemals in der Realität (Situation des Hochwasser 2002) aufgetreten wären.

5.1.2 Das Hochwasser vom April 2006 Im Gegensatz zum Ereignis vom Sommer 2002, zeigt das April-Hochwasser des Jahres 2006 die Charakteristik eines Frühjahrshochwassers, welches typischerweise nach einem langen und schneereichen Winter auftrat. Wie in Kapitel 3 bereits beschrieben, fand während des Winters 2005/2006 eine deutliche Vorentleerung der Talsperren im tschechischen Einzugsgebiet der Elbe statt, da die Entwicklung der Schneehöhen über einen langen Zeitraum beobachtete und bewertet werden konnte (Abb. 18). Nichtsdestotrotz wurde die Altstadt von Hitzacker an der unteren Mittelelbe in Niedersachsen überflutet, da der damals im Bau befindliche neue Hochwasserschutz der Stadt noch nicht fertig gestellt war. 5000 HQ100

4500

HQ50

4000 HQ50

Abfluss [m³/s]

3500 3000

HQ20

2500

HQ10

HQ20

2000 1500 1000 500







25/04/2006

23/04/2006

21/04/2006

19/04/2006

17/04/2006

15/04/2006

13/04/2006

11/04/2006

09/04/2006

07/04/2006

05/04/2006

03/04/2006

01/04/2006

30/03/2006

28/03/2006

26/03/2006

24/03/2006

0


In Abbildung 33 werden - wie schon aus dem vorangegangen Kapitel für das Hochwasser 2002 bekannt - die Ganglinien der verschiedenen Szenarien an den Pegel Dresden (Elbe-km 55,6; blau gefärbte Ganglinien) und Wittenberge (Elbe-km 453,9; rot und gelb ge-

72


färbte Ganglinien) zum Vergleich gegenübergestellt. Zwei Effekte der tschechischen Talsperren treten dabei am Pegel Dresden in den Vordergrund: Ohne Einsatz der tschechischen Talsperren zum Hochwasserrückhalt hätte das Ereignis von 2006 zwei Hochwasserscheitel ausgebildet: einen ersten, höheren mit einem Abfluss von 3.511 m³/s und einen nachfolgenden, niedrigeren mit einem Abfluss von ca. 3.200 m³/s. Aufgrund des Hochwasserrückhalts in den Talsperren konnte dieser zweite Scheitel auf 2757 m³/s reduziert werden, während der erste Scheitel mehr oder weniger vollständig eliminiert wurde. Hierdurch ergab sich eine Scheitelwasserstandreduktion für das gesamte Ereignis von -754 m³/s (-76 cm) in Dresden (Tab. 14 und 15). Ein weiterer Unterschied zum Hochwasser von 2002 betrifft die Lage des Wirkungsoptimums, d.h. die Frage, wo die größte Scheitelabflussreduktion an der Elbe zu finden ist. Während dies im Jahr 2002 am oberstromigsten ausgewerteten Elbepegel in Ústí nad Labem der Fall war, stellte sich beim Hochwasser vom April 2006 ein grundlegend verschiedenes Verhalten ein: Die Scheitelreduktion, die nur durch tschechische Maßnahmen hervorgerufen wurde, steigt von Ústí an der tschechisch-deutschen Grenze (-664 m³/s) bis nach Barby (-891 m³/s) unterhalb der Saalemündung an. Die Erklärung liefert die Analyse in Abbildung 34. 5000

1200

Abfluss Elbe [m³/s]

1000

Scheitel in Barby

4000 3500

800

1. Scheitel in Dresden

3000 2500

2. Scheitel in Dresden

600

2000 400

1500 1000

Abfluss Nebenflüsse [m³/s]

4500

200

500 18/04/2006

15/04/2006

13/04/2006

10/04/2006

08/04/2006

05/04/2006

03/04/2006

31/03/2006

29/03/2006

26/03/2006

0 24/03/2006

0

Dresden - ohne Maßnahmen

Dresden - mit Maßnahmen

Barby - ohne Maßnahmen

Barby - mit tschechischen Maßnahmen

Mulde

Saale

Abbildung 34: Berechnete Abflussganglinien (mit / ohne Berücksichtigung von Talsperren) an den Pegeln Dresden & Barby sowie für Elbe-Nebenflüsse (Mulde, Saale) - 2006

Am Pegel Dresden erreichte die tatsächlich eingetretene Scheitelreduktion mit ~ -1000 m³/s für den ersten Scheitel einen deutlich höheren Wert als für den zweiten Scheitel, bei dem die Scheitelabminderung nur noch ~ -500 m³/s betrug. Dies führte im historischen, tatsächlich eingetretenen Ereignisfall dazu, dass der Abfluss des zweiten Scheitels höher lag als der des ersten Scheitels (siehe vorangegangenen Abschnitt). Die berechnete Scheitelreduktion zeigt

73


somit die Differenz zwischen den jeweils maximalen Scheiteln der beiden Szenarien und nicht die Abminderung der jeweils zeitgleich auftretenden Maximalabflüsse. Am Pegel Barby bildete sich für den beeinflussten, historischen Zustand ein breites, über fünf Tage andauerndes Scheitelplateau aus, da die unterhalb Dresden hinzukommenden Nebenflüsse (v.a. die Saale) vor allem den „ersten“ Hochwasserscheitel beaufschlagten. Die maximale Reduktion tritt hier also zwischen den zeitgleichen, ersten Scheiteln auf. Im Gegensatz dazu zeigt die berechnete Differenz am Pegel Dresden nicht die während des Hochwassers maximal erzeugte Scheitelreduktion. Diese erfolgte - wie bereits erklärt - für den ersten Scheitel. Vergleicht man nun die Scheitelreduktionen für den ersten Scheitel in Dresden und in Barby, dann tritt wiederum das bekannte Muster zu Tage: Die erreichte Scheitelreduktion nimmt aufgrund natürlicher Retentionseffkte und daraus entstehender Wellenabflachung nach unterstrom ab. Die Auswertung der Simulationsergebnisse für den Pegel Wittenberge (Tab. 14 und 15) bestätigt die bereits für das Hochwasser 2002 festgestellten, großräumigen Effekte. Am genannten Pegel beträgt die positive Wirkung der tschechischen Talsperren immer noch -721 m³/s. Darüber hinaus trägt der isoliert betrachtete Effekt der Saale-Talsperren mit einem Maximum von -89 m³/s am Pegel Barby ebenfalls zur Scheitelreduktion bei, so dass am Pegel Wittenberge eine Gesamtreduktion von -840 m³/s erreicht werden konnte. Das Hochwasser vom April 2006, welches dort als 20-jährliches Hochwasser (HQ20) auftrat, wäre ohne Einsatz der Maßnahmen in den Talsperren als beinahe 100-jährliches Ereignis (

61.6* -37.4 2.1 55.6 154.6 214.1 274.8 295.5 388.2 454.8 536.4


Abflüsse/Abflussdifferenzen für verschiedene Szenarien des Hochwassers 2006 an ausgewählten Pegeln AbflusserAbflusserAbflusserhöhung höhung höhung Extremwert- (ohne Maß(ohne Maß(ohne Maßstatistische nahmen in nahmen an Messwerte Modellwerte Modellwerte nahmen an Einordnung Pegel Tschechien, der Saale, nur HW_2006 HW_2006 HW_2006 Saale und in der "OHNE" "MIT" "MIT" nur Saaletsch. Tschechien) Modellwerte talsperren) Maßnahmen HW_2006" HW_2006 HW_2006" HW_2006 OHNE" "MIT" SAALE" "TSCH." [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] HQ1-HQ5 + 971 0 + 971 Prag-Chuchle 1430 1430 2401 Usti 2540 2639 ~HQ10 + 664 0 + 664 3303 Schöna 2740 2704 ~HQ10 + 703 0 + 703 3406 Dresden 2870 2757 HQ10 - HQ20 + 754 0 + 754 3511 Torgau 2880 2778 HQ10 - HQ20 + 726 0 + 726 3503 Wittenberg 2940 2813 HQ10 - HQ20 + 742 0 + 742 3554 Aken 3180 3153 HQ10 - HQ20 + 874 +1 + 874 4027 Barby 3580 3528 HQ10 - HQ20 + 891 + 89 + 972 4501 Tangermünde 3560 3515 ~HQ20 + 836 + 80 + 921 4436 Wittenberge 3700 3660 >HQ20 + 721 + 46 + 840 4465 ~HQ25 Neu Darchau 3600 3651 + 696 + 42 + 774 4425

Extremwertstatistische Einordnung der Modellwerte HW_2006 "OHNE" > HQ10 HQ10 - HQ50 HQ20 - HQ50 < HQ50 < HQ50 < HQ50 > HQ50 HQ50 - HQ100 < HQ100 < HQ100 ~HQ100

Die Auswertungen der Ganglinien an den Pegeln Ústí nad Labem (Elbe) und Halle-Trotha (Saale) zeigen, dass während des Hochwassers 2006 ein Gesamtvolumen von 518 Mio. m³ in den berücksichtigten Talsperren zwischengespeichert wurde! Während die Saale-Talsperren

74


mit 77 Mio. m³ hierzu einen beträchtlichen Beitrag leisteten, spielten die tschechischen Rückhalteräume mit über 440 Mio. m³ die überragende Rolle. Aufgrund der Vorentleerung tschechischer Speicherbecken wurden weit mehr als die im gewöhnlichen Hochwasserrückhalteraum verfügbaren Volumina für Retentionszwecke eingesetzt, die sich effektiv auf die Minderung der Scheitelwasserstände der Elbe in Deutschland bezahlt machten. So wurden Scheitelwasserstandsreduktionen zwischen -141 cm am Pegel Prag-Chuchle und -44 cm am Pegel Wittenberg erreicht. An der unteren Mittelelbe überlagerten sich die Effekte von SaaleTalsperren und tschechischen Rückhalteräumen auf bis zu -71 cm an den Pegeln Wittenberge und Neu Darchau (Tab. 15). Tabelle 15: Berechnete Abminderungen der Scheitelwasserstände beim Hochwasser 2006 Wasserstandsabsenkung durch Talsperren beim Hochwasser 2006


Pegel

61.6* -37.4 2.1 55.6 154.6 214.1 274.8 295.5 388.2 454.8 536.4


Extremwert- ExtremwertWasserstands- statistische statistische Wasserstands- Wasserstandsabsenkungen Einordnung Einordnung absenkung absenkung (durch alle des des (durch Maß(durch MaßMaßnahmen an Hochwassers Hochwassers nahmen in nahmen an der Saale und in ohne mit Tschechien) Saale) Tschechien) Maßnahmen- Maßnahmenwirkung wirkung [cm] - 141 - 97 - 114 - 76 - 66 - 44 - 77 - 56 - 67 - 64 - 64

[cm] 0 0 0 0 0 0 0 -6 -7 -4 -4

[cm] - 141 - 97 - 114 - 76 - 66 - 44 - 78 - 61 - 74 - 71 - 71

>HQ10 HQ10 - HQ50 HQ20 - HQ50 < HQ50 < HQ50 < HQ50 > HQ50 HQ50 - HQ100 < HQ100 < HQ100 ~HQ100

HQ1-HQ5 ~HQ10 ~HQ10 HQ10 - HQ20 HQ10 - HQ20 HQ10 - HQ20 HQ10 - HQ20 HQ10 - HQ20 ~HQ20 >HQ20 ~HQ25

5.1.3 Das Hochwasser vom Januar 2011 Das Hochwasserereignis, welches sich im Januar 2011 im Elbe-Einzugsgebiet ereignete, repräsentiert ein typisches Winterhochwasser, wie es auch in Kapitel 2 schon beschrieben wurde. Ausgelöst wurde es durch eine Wärmeperiode im Hochwinter, die für ein beträchtliches Abschmelzen der vorhandenen Schneedecke sorgte. Wie auch beim Hochwasser 2006 konnte durch die Vorentleerung der tschechischen Talsperren ein großes Volumen an freiem Stauraum zum Hochwasserrückhalt bereitgestellt werden. Abbildung 35 vergleicht auf bekannte Art und Weise die Abflussganglinien an den Pegeln Dresden (Elbe-km 55,6; blau gefärbte Ganglinien) und Wittenberge (Elbe-km 453,9; gelb und rot gefärbte Ganglinien). Anhand des Vergleichs des Pegels Dresden wird deutlich, dass während des Hochwassers im Januar 2011 der Scheitelabfluss um -569 m³/s reduziert wurde (Tab. 16). Dies entspricht einer Scheitelwasserstandreduktion von -68 cm (Tab. 17). Auch für das Hochwasser 2011 gilt, dass die großräumigen Wirkungen der Talsperren bis an die untere Mittelelbe, z.B. am Pegel Wittenberge nachgewiesen werden können. An diesem Pegel der

75


Elbe weit unterhalb der Saalemündung tragen die tschechischen Talsperren immer noch mit 366 m³/s zur Scheitelreduktion bei. Deren Wirkungen überlagern sich mit den Wirkungen der Saaletalsperren (-102 m³/s), so dass insgesamt eine Scheitelabflussreduktion von -452 m³/s (ca. -40 cm) am Pegel Wittenberge bilanziert werden kann. Da das historische Ereignis in Wittenberge bereits als 25-jährliches Hochwasser (HQ25) aufgetreten ist, wäre ohne Einsatz der berücksichtigten Talsperren ein Hochwasser mit einem Wiederkehrintervall von 50 Jahren (HQ50) zu erwarten gewesen. 4500 HQ50

4000

HQ20

Abfluss [m³/s]

3500 3000

HQ20

2500

HQ10 HQ5

2000 1500 1000 500







02/02/2011

31/01/2011

29/01/2011

27/01/2011

25/01/2011

23/01/2011

21/01/2011

19/01/2011

17/01/2011

15/01/2011

13/01/2011

11/01/2011

0


Die Tabellen 16 und 17 fassen die Simulationsergebnisse für die elf wichtigsten Pegel in Tschechien und Deutschland zusammen. Die folgenden, charakteristischen Wirkungen werden dabei offensichtlich: • Der Einfluss aller berücksichtigter tschechischer Rückhalträume lässt sich am Pegel Ústí nad Labem, für den eine Scheitelabflussreduktion von -624 m³/s berechnet wird, nachvollziehen. Diese Abflussreduktion korrespondiert mit einer Scheitelwasserstandsabminderung von mehr als einem Meter! Hierfür wurde aus der Hauptwelle des Hochwassers ein Volumen von 192 Mio. m³ zurückgehalten; ein Wert, der sich aus dem Vergleich der beeinflussten und unbeeinflussten Abflussganglinien am Pegel Ústí nad Labem ergibt. • Die großräumigen Wirkungen, die im vorangegangen Abschnitt beispielhaft für den Pegel Wittenberge aufgezeigt wurden, können entlang der gesamten frei fließenden Elbe beobachtet werden. Sogar für den Fall, dass die Saale-Talsperren beim Hochwasser 2011

76


•

keinen Beitrag zum Hochwasserrückhalt geliefert hätten, wäre der Wasserstandsreduktion im Scheitel unterhalb der Saalemündung immer noch bei ungefähr -30 cm gelegen. Berücksichtigt man nur die Wirkungen der Talsperren an der Oberen Saale, dann ergibt sich durch diese eine Wasserstandsreduktion von ca. -10 cm zwischen Barby und Neu Darchau. Hierfür musste in den beiden Rückhalteräumen „Bleiloch“ und „Hohenwarte“ während des Hochwassers 2011 ein Volumen von 136 Mio. m³ zwischengespeichert werden.

Tabelle 16:


61.6* -37,4 2,1 55,6 154,6 214,1 274,8 295,5 388,2 454,8 536,4


Abflüsse/Abflussdifferenzen für verschiedene Szenarien des Hochwassers 2011 an ausgewählten Pegeln AbflusserAbflusserAbflusserhöhung höhung höhung Extremwert- (ohne Maß(ohne Maß(ohne Maßstatistische nahmen in nahmen an Messwerte Modellwerte Modellwerte Einordnung Tschechien, der Saale, nur nahmen an Pegel HW_2011 HW_2011 HW_2011 Saale und in der "OHNE" "MIT" "MIT" nur Saaletsch. Tschechien) Modellwerte talsperren) Maßnahmen HW_2011 HW_2011 HW_2011 HW_2011 "OHNE" "MIT" "SAALE" "TSCH." [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s]
Extremwertstatistische Einordnung der Modellwerte HW_2011 "OHNE" >HQ5 HQ10 HQ10 HQ10-HQ20 HQ10-HQ20 HQ10-HQ20 HQ10-HQ20 HQ20-HQ50 HQ20-HQ50 HQ50 HQ50

Tabelle 17: Berechnete Abminderungen der Scheitelwasserstände beim Hochwasser 2011


Pegel

61.6* -37.4 2.1 55.6 154.6 214.1 274.8 295.5 388.2 454.8 536.4


Extremwert- ExtremwertWasserstands- statistische statistische Wasserstands- Wasserstandsabsenkungen Einordnung Einordnung absenkung absenkung (durch alle des des (durch Maß(durch MaßMaßnahmen an Hochwassers Hochwassers nahmen in nahmen an der Saale und in ohne mit Tschechien) Saale) Tschechien) Maßnahmen- Maßnahmenwirkung wirkung [cm] -78 - 104 - 110 - 68 - 57 - 33 - 39 - 28 - 29 - 33 - 33

[cm] 0 0 0 0 0 0 -1 - 11 -9 -9 -9

[cm] -78 - 104 - 110 - 68 - 57 - 33 - 40 - 34 - 37 - 40 - 40

>HQ5 HQ10 HQ10 HQ10-HQ20 HQ10-HQ20 HQ10-HQ20 HQ10-HQ20 HQ20-HQ50 HQ20-HQ50 HQ50 HQ50

Im Gegensatz zu den vorangegangenen Abbildungen und Tabellen, welche pegelbezogene Informationen zu den Simulationsergebnissen enthalten, fasst Abbildung 36 die Ergebnisse

77


durchschnittliche Wasserstandsreduktion [m]

der drei Hochwasser in einer streckenbezogenen Art und Weise für den Elbelauf in Deutschland zusammen. Hierfür wurden den einzelnen Pegeln Gültigkeitsstrecken zugeordnet, für die dann die mittleren Wasserstandsabsenkungen berechnet wurden. Diese Auswertungsweise unterstützt und bestätigt die pegelbezogenen Ergebnisse und macht darüber hinaus nochmals die Bedeutung der Saale für die Hochwasserentstehung und die überaus bedeutsamen Wirkungen der Rückhaltungen im Bereich unterhalb der Saale für die Hochwasserereignisse 2006 und 2011 deutlich. 1.2 1.1

1,07

1

1,00 0,96

0.9

2002

2011

0.88 0,80

0.8

0,73

0,77

0.7

0,68

0,67

0,68

0,68

0,42

0,41

0,39

0,38

Wittenberge

Neu Darchau

0,60

0.6

0,53

0.5

0,48

0,50

0,43

0.4

0,38

0.3 0.2

2006

0,37 0,38

0,31 Schöna

Dresden

Torgau

Wittenberg Aken

0,37

0,33

0,33

Barby

Tangermünde

0.1 0

100

200

300

400

500

600

Elbe-km

Abbildung 36: Durchschnittliche Scheitelwasserstandsabsenkungen an der Elbe während der historischen Hochwasser der Jahre 2002, 2006 und 2011

5.2 Modellhochwasserereignisse Im folgenden Kapitel werden die Simulationsergebnisse für die 30 untersuchten synthetischen Modellhochwasser präsentiert, die entsprechend der Vorgehensweise aus der EUHochwasserrisikomanagement-Richtlinie (EU 2007) Ereignisse mit niedrigen, mittleren und häufigen Eintrittswahrscheinlichkeiten umfassen. Da die Ergebnisse oberstrom des Pegels Ústí nad Labem vor allem in Zusammenhang mit regionalen Wirkungen der Talsperren stehen (Nahwirkung), die nachgewiesenen Wirkungen für die deutsche Elbestrecke jedoch hauptsächlich aufgrund von grenzüberschreitenden, großräumigen Effekten entstehen (Fernwirkung), teilt sich das nächste Kapitel in zwei Unterabschnitte auf: den ersten (Kap. 5.2.1) für die Moldau und den tschechischen Teil der Elbe, den zweiten (Kap. 5.2.2) für die deutsche Elbestrecke bis hin zur unteren Mittelelbe. Des Weiteren soll an dieser Stelle nochmals betont werden, dass für die Simulationen der Modellhochwasser nur die bedeutendsten tsche-

78


chischen Rückhalteräume berücksichtigt werden. Die Wirkung der Saale-Talsperren wurde im Rahmen der Modellhochwassersimulationen nicht untersucht.

5.2.1 Ergebnisse für die Moldau und die tschechische Elbe Für die über Vergrößerungsfaktoren ermittelten 30 Modellhochwasser wurden Simulationsläufe - sowohl im durch Talsperren beeinflussten als auch unbeeinflussten Zustand - ausgewertet, um deren scheitelreduzierenden Effekte an ausgewählten Pegeln (Ústí nad Labem an der Elbe, Prag-Chuchle an der Moldau) bewerten zu können. Neben diesem primären Ziel wurden darüber hinaus die Wirkungen großer natürlicher Überschwemmungsflächen in der Tschechischen Republik betrachtet. Das Ausmaß der möglichen Scheitelreduktion eines Hochwassers durch Talsperrensteuerung hängt im Wesentlichen vom Zufluss in die Talsperre, dem dort verfügbaren freien Speicherraum sowie vom Scheitelabfluss und der Abflussfülle des Hochwassers ab. Bei der Untersuchung von Hochwassern ähnlicher Größe muss deshalb zwischen zwei grundlegenden Szenarien unterschieden werden: (a) Winterhochwasser, die aufgrund der Schneeschmelze hervorgerufen werden und (b) Sommerhochwasser, deren Ursprung in lang andauernden, regional verteilten Starkregenereignissen zu suchen ist. Aus Sichtweise der Talsperrensteuerung werden Winterhochwasser durch ein großes, aus der Welle zurückgehaltenes Volumen gekennzeichnet, welches aufgrund starker Vorentleerung des Betriebsraums für Rückhaltungen zur Verfügung gestellt werden kann. Der Grad der Vorentleerung ist dabei hauptsächlich von dem im Winter in der Schneedecke gespeicherten Wasseräquivalent abhängig. Sommerhochwasser wie jenes vom August 2002 zeichnen sich im Vergleich zur Winterereignissen - durch ein niedrigeres zurückhaltbares Volumen aus. Dies ist vor allem auch deshalb der Fall, weil der verfügbare Speicherraum zumeist kleiner ist (und typischerweise nur durch den Hochwasserrückhalteraum der Talsperre gebildet wird). Trotzdem können die Scheitelreduktionen bei Sommerhochwassern höher ausfallen, da deren Wellenform meist schmal und steil ansteigend ist uns somit eine geringere Abflussfülle als bei vergleichbaren Winterhochwassern besitzt. Im Sommer kann eine Vergrößerung des Stauraums in den Betriebsraums hinein nur aufgrund der operativen Vorhersage eines Hochwassers erwartet werden. Aufgrund der aktuell möglichen Vorhersagezeiträume und der Tatsache, dass die Entleerung einer Talsperre häufig sehr langsam abläuft, darf in solchen Fällen nicht von einer signifikanten Vorentleerung ausgegangen werden. Für die Moldaukaskade können beispielsweise innerhalb von 24 Stunden 10 bis 20 Mio. m³ zusätzlicher freier Speicherraum geschaffen werden (KAŠPÁREK 2003). Die für die Simulation der Modellhochwasser gewählten “vorentleerten” Startwasserstände in den Talsperren (Tab. 18) unterscheiden sich nur in wenigen Punkten von den Wasserständen der tatsächlich abgelaufenen historischen Hochwasser. Eine wesentliche Abweichung findet sich für die Modellhochwasser des Typs „2002“ an der Talsperre Orlik, für die der Startwasserstand (im Vgl. zum Wasserstand von 348,50 m+NN vor Eintreffen der ersten Flutwelle im August 2002) in Abstimmung mit der Einzugsgebietsverhaltung um 0,50 m auf einen für den

79


August realistischeren Wert erhöht wurde. Für beide Modellhochwassertypen „2002“ und „2006“ um 0,40 - 0,45 m abgesenkt wurde hingegen der Startwasserstand für die Talsperre Lipno, womit die nach dem Hochwasser 2002 durchgeführte Erhöhung des maximal zulässigen Talsperrenwasserstands um 40 cm modelltechnisch abgebildet werden kann. Somit stehen zusätzlich zu den bereits vorhandenen 33,16 Mio. m³ des bisherigen Hochwasserrückhalteraums weitere 32 Mio. m³ an Speicherraum zur Verfügung. Zur Simulation der Modellhochwasser gewählte Startwasserstände in den Talsperren und verfügbarer freier Speicherraum

Lipno I Orlík Slapy Nechranice Summe

[m+NN] [m+NN] 724.20 724.60 349.00 348.50 269.90 269.90 267.80 267.80

[m] -0.40 +0.50 0.00 0.00

[Mio. m³] [m+NN] [m+NN] 64 721.50 721.95 112 338.00 338.22 0 267.90 267.90 62 265.60 265.60 238

[m] -0.45 -0.22 0.00 0.00

Verfügbarer Speicherraum Messung

Wasserstand zu Beginn des Hochwassers - Messung

Hochwasser 2011 Verfügbarer Speicherraum Modell

Differenz "Modell" - "Messung"

Wasserstand zu Beginn des Hochwassers - Modell

Hochwasser 2006 Verfügbarer Speicherraum Modell

Differenz "Modell" - "Messung"


Talsperre

Wasserstand zu Beginn des Hochwassers - Modell

Hochwasser 2002


Tabelle 18:

[Mio. m³] [m+NN] [Mio. m³] 167 723.30 102 320 345.00 198 35 85 268.25 50 > 350 607

Aus diesen und den weiteren Angaben in Tabelle 18 wird deutlich, dass bei der Simulation der Modellhochwasser des Typs „2002“ ein freies Speichervolumen von 238 Mio. m³ zur Verfügung steht, bei den Berechnungen für den Typ „2006“ sogar ein Volumen von 607 Mio. m³. Die Volumina, welche bei den jeweiligen Modellhochwassersimulationen in den wichtigsten Talsperren tatsächlich genutzt und aufgefüllt wurden, sind dann in Tabelle 19 aufgelistet. Aufgrund der identischen Startwasserstände für alle Modellhochwasser jeweils eines Modellhochwassertyps, spiegeln sich die zurückgehaltenen Volumina in den während der Hochwasser erreichten maximalen Wasserständen in der Talsperre wieder. Dabei wurde vor allem für die kleineren Modellhochwasser der maximale mögliche Wasserstand nicht erreicht, während für die Gruppe der größeren Hochwasser dieser Wasserstand zumeist im Bereich des maximal möglichen Talsperrenwasserstands lag. Für ein einziges Modellhochwasser (DD_500_2002) wurde der maximal mögliche Wasserstand in der Talsperre Orlik in den Modellberechnungen überschritten.

80


Tabelle 19: Genutzter Stauraum bei der Simulation der Modellhochwasser Hochwasser 2002

Hochwasser 2006

Modellhochwasser

Orlík

Lipno

Nechranice

Orlík

Lipno

Nechranice

PR_HQ10 PR_HQ50 PR_HQ100 PR_HQ200 PR_HQ500 DD_HQ10 DD_HQ50 DD_HQ100 DD_HQ200 DD_HQ500 BB_HQ10 BB_HQ50 BB_HQ100 BB_HQ200 BB_HQ500

[Mio. m³] 86 109 109 109 111 108 108 105 109 128 108 109 110 111 112

[Mio. m³] 30 50 57 61 63 40 58 62 63 63 52 61 63 63 62

[Mio. m³] 36 36 36 36 36 24 26 30 34 36 24 24 32 36 36

[Mio. m³] 302 301 302 305 310 307 311 311 309 309 302 301 306 309 311

[Mio. m³] 55 96 118 133 150 27 51 65 82 88 39 45 51 52 74

[Mio. m³] 78 78 78 78 78 75 78 78 78 78 77 78 78 78 78

Die Absenkung des Wasserspiegels zur Kappung der Hochwasserscheitel (im Sinne der beschriebenen “Vorentleerung”) basiert sowohl auf der Berechnung des Wasseräquivalents in der vorhandenen Schneedecke als auch auf der Anwendung eines empirischen Faktors, der die Unsicherheit in der Schneedeckenmessung integriert. Mit ansteigender Jährlichkeit (d.h. Höhe des Scheitelabflusses) eines Hochwassers kann davon ausgegangen werden, dass auch der durch intensive Niederschläge verursachte Anteil des Hochwassers ansteigen wird. Hochwasserereignisse, welche eine ähnliche Wellenform aber höhere Scheitelabflüsse als das historische Hochwasser von 2006 aufweisen, könnten zwar durch einen höheren Wassergehalt in der Schneedecke, vor allem jedoch durch Niederschläge mit einer stärkeren Intensität und Dauer ausgelöst werden. So zeigt die Kombination der Randbedingungen des Hochwassers 2006 (Mächtigkeit und Art der Schneedecke, Bodenfeuchte) mit verschiedenen historischen Regenereignissen die Möglichkeit von deutlich höheren Scheitelabflüssen auf (RIMAX 2008). Darüber hinaus stellt die Schneeschmelze einen Komplex verschiedener nichtlinearer Temperaturaustausch-Prozesse dar, die im Wesentlichen von den Parametern Lufttemperatur, Regen und Wind beeinflusst sind. Im gewählten Modellansatz sind zwar die Scheitelabflüsse bekannt; ihre potentiellen Entstehungsrandbedingungen (vor allem die Kombination der Anteile aus Schneeschmelze und aus Niederschlägen) können in diesem Rahmen jedoch nicht nachvollzogen werden, da dies die Anzahl der zu untersuchenden Szenarien nochmals um ein Vielfaches erhöht hätte. Dies konnte im aktuellen Projekt, welches den Fokus auf die hydrodynamisch-numerische Modellierung des Hochwasserablaufs legt, nicht berücksichtigt werden. Deshalb wurden die Eingangsdaten für die Modellhochwasser wie beschrieben durch die Multiplikation der historischen Werte erzeugt und die Beziehung zwischen Hochwasserscheitel und der Mächtigkeit

81


der Schneedecke im Einzugsgebiet nicht berücksichtigt. Dies bedeutet für den Modellhochwassertyp „2006“, dass jeweils die gleichen Startbedingungen für Hochwasser unterschiedlicher Wiederkehrintervalle angenommen werden mussten. Beispiele für die Scheitelreduktion am Pegel Prag-Chuchle werden für die Modellhochwassertypen „2002“ und „2006“ anhand der in Abbildung 37 dargestellten Ganglinien zur Verfügung gestellt. Es ist zu berücksichtigen, dass für die Gesamtreduktion des Abflussscheitels am Pegel Prag vor allem auch der Scheiteleintrittszeitpunkt am Zufluss der Berounka in die Moldaukaskade und die Form der Hochwasserwelle von Bedeutung sind. 7000

4000

6000

3500

Abfluss [m³/s]

4000 3000

Abfluss [m³/s]

3000

5000

2500 2000 1500 1000

2000

500

1000

DD_10_2002 mit Talsperren DD_50_2002 mit Talsperren DD_100_2002 mit Talsperren DD_200_2002 mit Talsperren DD_500_2002 mit Talsperren

DD_10_2006 ohne Ta ls perren DD_50_2006 ohne Ta ls perren DD_100_2006 ohne Ta l sperren DD_200_2006 ohne Ta l sperren DD_500_2006 ohne Ta l sperren

11/04/2006

09/04/2006

07/04/2006

05/04/2006

03/04/2006

01/04/2006

30/03/2006

28/03/2006

21/08/02

19/08/02

17/08/02

15/08/02

13/08/02

11/08/02

09/08/02

07/08/02

DD_10_2002 ohne Talsperren DD_50_2002 ohne Talsperren DD_100_2002 ohne Talsperren DD_200_2002 ohne Talsperren DD_500_2002 ohne Talsperren

26/03/2006

0 0

DD_10_2006 mit Ta ls perren DD_50_2006 mit Ta ls perren DD_100_2006 mit Ta l sperren DD_200_2006 mit Ta l sperren DD_500_2006 mit Ta l sperren

Abbildung 37: Beeinflusste und unbeeinflusste Abflussganglinien am Pegel Prag-Chuchle

In Abbildung 38 werden die modellierten Abfluss- und Wasserstandreduktionen an den Pegeln Prag-Chuchle und Ústí nad Labem für alle 30 Modellhochwasser zusammengefasst. Die Darstellung illustriert, dass sich die Abflussreduktionen an beiden Pegeln nach einem unterschiedlichen Muster verhalten. Speziell für den Pegel Ústí ist zu berücksichtigten, dass in Abhängigkeit vom simulierten Szenario unterhalb des Pegels Prag-Chuchle entweder die Randbedingungen des historischen Hochwassers (Vergrößerungsfaktor 1,0) oder die vergrößerten/verkleinerten Randbedingungen (Vergrößerungsfaktor ungleich 1,0) angesetzt werden. Für alle Modellhochwasser mit dem Zielpegel Prag ist die Reduktion durch die EgerTalsperre somit identisch, während bei den verbleibenden Ereignissen jeweils verschiedene Einflüsse der Talsperre Nechranice wirksam werden. Auch bei der Analyse des Verhältnisses zwischen der Scheitelabflussreduktion direkt unterhalb der Talsperre Orlík und in Prag-Chuchle werden Unterschiede zwischen den Modellhochwassern deutlich. Während für die Modellhochwasser des Typs „2002“ die Abminderung unterhalb der Talsperre um 4% höher ist als in Prag, kehren sich die Verhältnisse für die Modellhochwasser des Typs „2006“ um. Die Reduktion in Prag-Chuchle ist hier um 20% höher als unterhalb der Talsperre Orlík. Führt man den selben Vergleich zwischen den Pegeln Prag-Chuchle und Ústí nad Labem durch, dann stellt man bezogen auf den unterstromigen Pegel Ústí eine um 50% höhere Reduktion beim Hochwassertyp „2002“ in Prag fest. Beim

82


Hochwassertyp „2006“ liegt die Scheitelreduktion am Pegel Chuchle sogar um 70% höher als am Pegel Ústí nad Labem. Prag-Chuchle 1.6

2002

1600

2006

Q-Reduzierung

1.4

1400

600

0.4

400

0.2

200

0.0

0

Q-Reduzierung [m³/s]

0.6

BB_10_2006 BB_50_2006 BB_100_2006 BB_200_2006 BB_500_2006

800

DD_10_2006 DD_50_2006 DD_100_2006 DD_200_2006 DD_500_2006

0.8

PR_10_2006 PR_50_2006 PR_100_2006 PR_200_2006 PR_500_2006

1000

BB_10_2002 BB_50_2002 BB_100_2002 BB_200_2002 BB_500_2002

1200

1.0

DD_10_2002 DD_50_2002 DD_100_2002 DD_200_2002 DD_500_2002

1.2

PR_10_2002 PR_50_2002 PR_100_2002 PR_200_2002 PR_500_2002

W-Absenkung [m]

W-Absenkung

Ústí 2002

2006

1.6

W-Absenkung

1.4

800 700

300

0.4

200

0.2

100

0.0

0 BB_10_2006 BB_50_2006 BB_100_2006 BB_200_2006 BB_500_2006

400

0.6

DD_10_2006 DD_50_2006 DD_100_2006 DD_200_2006 DD_500_2006

0.8

PR_10_2006 PR_50_2006 PR_100_2006 PR_200_2006 PR_500_2006

500

BB_10_2002 BB_50_2002 BB_100_2002 BB_200_2002 BB_500_2002

600

1.0

DD_10_2002 DD_50_2002 DD_100_2002 DD_200_2002 DD_500_2002

1.2

PR_10_2002 PR_50_2002 PR_100_2002 PR_200_2002 PR_500_2002

W-Absenkung [m]

900 Q-Reduzierung

Q-Reduzierung [m³/s]

1.8

Abbildung 38: Abminderung von Scheitelabflüssen und -wasserständen an den Pegeln PragChuchle und Usti nad Labem

Am Pegel Prag-Chuchle findet sich die maximale, absolute Reduktion der Abflussscheitelwerte bei Modellhochwassern mit Vergrößerungsfaktoren zwischen 0,6 und 0,85 (Modellhochwasser-Typ „2002“) bzw. mit Faktoren zwischen 1,1 und 1,8 (Modellhochwassertyp „2006“). Betrachtet man die relativen Reduktionen (als Anteil am Gesamtabfluss), dann ergibt sich mit Erhöhung der Abflussscheitel eine Abnahme der Reduktion (Abb. 40). Im Gegensatz zum Pegel Prag-Chuchle, an dem die Verhältnisse mehr oder weniger eindeutig zu beschreiben sind, ist das Muster am Pegel Ústí weniger einheitlich. Bei den Modellhochwassern des Typs „2002“ nimmt die mögliche Reduktion mit ansteigendem Vergrößerungs-

83


faktor ebenfalls ab. Die Tendenz zeigt sich jedoch unausgewogener. Beim Vergrößerungsfaktor von 0,8 ist eine kurze Zunahme der prozentualen Reduktion zu verzeichnen, die ebenfalls wie der nochmalige Anstieg der prozentualen Reduktion beim Modellhochwasser mit dem Vergrößerungsfaktor 1,128 durch das unterschiedliche Überschwemmungsverhalten der natürlichen Überschwemmungsgebiete zu erklären ist. Für die Modellhochwasser des Typs „2006“ zeigt sich dieses Verhalten nicht. Dort ist eine Abnahme der absoluten Reduktionen mit Ausnahme des größten Hochwassers mit dem Vergrößerungsfaktor von 2,620 - mit zunehmenden Hochwasserscheitel zu beobachten. Die Reduktion der Scheitelabflüsse durch die Talsperren Orlík und Nechranice werden in Tabelle 20 dargestellt. Die höhere Abminderung für Modellhochwasser des Typs „2002“ ergibt sich aus der schmalen Form der Hochwasserwelle und der somit geringen Abflussfülle des Ereignisses. Während die Rolle der Eger-Talsperre Nechranice für den Rückhalt bei den Modellhochwassern des Typs „2002“ aufgrund der - im Vergleich zur Moldau - geringen Zuflüsse aus dem Eger-Einzugsgebiet von untergeordneter Bedeutung ist, spielt sie bei für den Ablauf der Modellhochwasser des Typs „2006“ eine wichtige Rolle. Für die Modellhochwasser dieses Typs mit dem Zielpegel Prag-Chuchle wurde das historische Hochwasser (Vergrößerungsfaktor 1,0) gewählt, für alle weiteren Modellhochwasser wurde entsprechend der in Kapitel 4.2.2 vorgestellten Methodik der Zufluss in die Eger-Talsperre faktorisiert. Tabelle 20: Scheitelabflussreduktionen unterhalb der Talsperren Orlik und Nechranice Hochwasser 2002 Hochwasser 2006 Differenz Differenz Differenz maximaler zwischen maximaler zwischen maximaler zwischen Zufluss zur maximalem Zufluss zur maximalem Zufluss zur maximalem Modellhochwasser Talsperre Zufluss und Talsperre Zufluss und Talsperre Zufluss und Orlík Abfluss aus Orlík Abfluss aus Nechranice Abfluss aus Orlík Orlík Nechranice [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] 1443 845 1318 468 375 145 PR_HQ10 2262 1202 1998 648 375 145 PR_HQ50 2613 1257 2331 581 375 145 PR_HQ100 3042 1260 2709 609 375 145 PR_HQ200 3627 939 3239 533 375 145 PR_HQ500 1794 1024 969 519 285 125 DD_HQ10 2730 1284 1419 569 424 164 DD_HQ50 3198 1296 1648 628 495 185 DD_HQ100 3705 754 1878 628 568 198 DD_HQ200 4407 850 2241 591 674 214 DD_HQ500 2340 1220 993 523 299 134 BB_HQ10 3042 1287 1279 429 383 158 BB_HQ50 3276 1270 1379 509 413 173 BB_HQ100 3549 1071 1481 571 443 168 BB_HQ200 3861 773 1581 581 480 175 BB_HQ500

84


Natürliche Überschwemmungsflächen spielen an der Elbe in Tschechien eine wichtige Rolle bei der Abminderung der Scheitelabflüsse. Es handelt sich hierbei um an das Flussbett angrenzende Bereiche, die nur wenig höher liegen als die Ausuferungshöhe des Gewässers und bei extremen Hochwassern natürlicherweise weitläufig überschwemmt werden können. Die zwei bedeutendsten Flächen an der Elbe finden sich jeweils an den Mündungen von Moldau und Eger. Das betroffene Gebiet am Moldauzusammenfluss erstreckt sich an der Elbe von Brandýs bis in den Bereich unterstrom von Mělník und besitzt seine Grenze an der Moldau auf Höhe des Pegels Vraňany. Zidovice (Elbe-km 30,3) und Velké Žernoseky (Elbe-km 55,2) begrenzen die zweite Fläche an der Egermündung. An der Eger selbst reicht dieses Gebiet bis zum Eger-km 6,14. Diese Überschwemmungsflächen bewirken sowohl eine Scheitelreduktion als auch eine Wellenverformung hin zu gestreckteren Wellenverläufen. Das dabei in der Fläche gespeicherte Volumen ist im Wesentlichen von der Überschwemmungshöhe der Fläche sowie dem Abfluss abhängig und steigt hin zu höheren Hochwasserscheiteln an. Für die selben Hochwasser (beeinflusst vs. unbeeinflusst) ist es deshalb wichtig, zu wissen wie groß die Scheitelreduktion tatsächlich ist, um somit auch den Anteil dieser natürlichen Überflutungsflächen am Gesamtrückhalt identifizieren zu können. Die Veränderung des „natürlichen“ Anteils der Reduktion kann dann als sekundärer Effekt der Talsperrensteuerung bezeichnet werden. 6000

433

409

385

361

337

313

289

265

241

217

193

Zeit [Stunden] Gesamtabfluss mit Talsperren Gesamtzufluss mit Talsperren Gesamtabfluss ohne Talsperren Gesamtzufluss ohne Talsperren


7000

169

1

625

577

529

481

433

385

337

289

241

1

193

0 97

0 145

1000

49

1000

145

2000

2000

97

3000

121

3000

4000

25

4000

Eger-Mündung

Abfluss [m³/s]

5000

Abfluss [m³/s]

5000

2006

Eger-Mündung

73

2002

6000

49

7000

4000

4000 3000 2000

Moldau-Mündung

2006

3500 3000

Abfluss [m³/s]

5000

Moldau-Mündung

Abfluss [m³/s]

2002

6000

2500 2000 1500


409

385

361

337

313

289

265

241

217

193

169

145

121

97

73

49

1

625

577

529

481

433

385

337

289

241

193

97

145

49

0

1

500

0

25

1000

1000


Abbildung 39: Verformung der Hochwasserwellen durch Flutung natürlicher Überschwemmungsflächen für das Hochwasser BB_500_2002/2006 in Mělník (Moldaumündung) und das Hochwasser DD_500_2002/2006 in Leitmeritz (Egermündung)

85


Die beiden durch die natürlichen Überschwemmungen zusammenwirkenden Effekte von (a) Scheitelabflussreduktion und (b) Abflussverlangsamung sind in Abbildung 39 für beeinflusste und unbeeinflusste Hochwasserabläufe zweier Modellhochwasser dargestellt. In ähnlicher Weise wie es auch für die Reduktion durch Talsperren der Fall ist, bewirken die natürlichen Überschwemmungsflächen eine größere zusätzliche Scheitelreduktion für die steilen Modellhochwasser des Typs “2002” als für die des Typs “2006”. Für das Modellhochwasser BB_500_2002 (Abb. 39, Diagramm links unten) beträgt die Reduktion der bereits durch Talsperren beeinflussten Scheitelabflüsse am Zusammenfluss von Moldau und Elbe beinahe 450 m³/s; für unbeeinflusste Scheitelabflüsse sogar 750 m³/s. An der EgerMündung ist diese Reduktion mit 250 m³/s (beeinflusst durch Talsperren) bzw. mit 350 m³/s (unbeeinflusst) niedriger, das bereits beschriebene Verhältnis von größerer und kleinerer Reduktion bleibt jedoch nachweisbar. Die Diagramme auf der rechten Seite von Abbildung 39 zeigen zusätzlich, dass die Wirkungen für die langandauernden Modellhochwasser des Typs „2006“ annähernd vernachlässigbar sind. Betrachtet man die Ergebnisse der Modellhochwassersimulation als prozentuale Reduktionen in Abbildung 40, dann wird deutlich, dass die Wirkung der Moldaukaskade bei kleinen Hochwassern mit einem Wiederkehrintervall von 10 Jahren (Reduktion von nahezu 40%) am größten ist. Mit zunehmendem Scheitelabfluss nimmt diese dann ab. Für ein 100-jährliches Hochwasser in Ústí nad Labem beträgt die relative Scheitelreduktion als Anteil des unbeeinflussten Abflusses bei Modellhochwassern des Typs “2006” 10% und 17% bei Ereignissen des Typs “2002”.

Abbildung 40: Darstellung der Scheitelreduktionen als Anteil des unbeeinflussten Abflusses

86


Die bisher dargestellten Simulationsergebnisse sind durch verschiedene Unsicherheiten beeinflusst, von denen die wichtigsten im Folgenden dargestellt werden: 1. Der größte Unsicherheitsfaktor liegt in der Modellierung des unbeeinflussten Zustands der Hochwasser begründet. Hierfür ist es notwendig den Zustand des Gewässers vor Bau der Moldaukaskade abzubilden, wofür zur Modellerstellung auf Daten aus Projekten zurückgegriffen wurde, die sich mit genau diesen Verhältnissen beschäftigen (siehe Kap. 4.1.1). Die Datengrundlage zur Kalibrierung und Validierung ist für solch einen Zustand verständlicherweise sehr dünn. Darüber hinaus erfordern die schwierigen hydraulischen Verhältnisse mit einer großen natürlichen Überschwemmungsfläche am Zusammenfluss von Berounka und Moldau oberhalb von Prag besondere Vorsicht bei der Simulation. Für den Scheitelabfluss unterhalb von Prag spielt deshalb der dortige Scheiteleintrittszeitpunkt eine bedeutende Rolle, vor allem bei Hochwassern wie dem Ereignis von 2002, welches mit einer schmalen und steil ansteigenden Wellenform auftrat. Hochwasser mit breiter Wellenform und lang andauerndem Scheitelniveau (wie die Hochwasser des Typs „2006“) sind hier weniger von Unsicherheiten betroffen. Die Modellkalibrierung erfolgt mit Hilfe von Daten des Hochwassers vom September 1890 (Abb. 41). Gemessene Abflüsse an wichtigen Nebenflüssen, Ergebnisse aus Niederschlag-Abfluss-Modellen für weniger wichtige Zuflüsse und Daten zu diffusen lateralen Zuflüssen standen zur Kalibrierung des historischen Modells zur Verfügung. Die Simulation des Hochwasser 2002 mit Hilfe dieses Modells erzeugt durch den Eintrittszeitpunkt des Berounka-Scheitels ein Ereignis, welches als (meteorologischhydrologisch) maximal mögliches Hochwasser angesehen werden kann. 2. Modellhochwasser mit einem höheren Abfluss als dem des historischen Hochwassers des Jahres 2002 übersteigen die geometrischen Modellgrenzen (Querprofile), so dass auch bei diesen (BB_500_2002, DD_500_2002, PR_200_2006, PR_500_2006 und das historische, unbeeinflusste Hochwasser 2002) von einer gewissen Unsicherheit ausgegangen werden kann. Der durch diese Problematik hervorgerufene Fehler wurde zwar nicht quantifiziert; es kann jedoch angenommen werden, dass durch fehlende Überschwemmungsflächen (z.B. für das historische Hochwasser 2002) durch das hydraulische Modell ein höherer Abfluss berechnet wird, als tatsächlich eingetreten wäre. Die Analyse des modellierten historischen Hochwassers des Jahres 2002 zeigt, dass die maximale Scheitelreduktion genau zu dem Zeitpunkt stattfindet, an dem die Scheitel der Moldau- und Berounka-Hochwasser an ihrem Zusammenfluss (gleichzeitig) zusammentreffen und natürlicherweise somit den maximal möglichen Scheitel am Pegel Prag-Chuchle erzeugen. Eine zeitliche Verschiebung der unbeeinflussten Wellen um ±12 Stunden hätte natürlicherweise einen Reduktion des Scheitelabflusses um ca. 150 m3/s am Pegel Prag-Chuchle zur Folge.

87


4500

Abfluss [m³/s]

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

Gemessener Abfluss Modřany

08/09/1890 13:00:00

07/09/1890 17:00:00

06/09/1890 21:00:00

06/09/1890 00:00:00

05/09/1890 05:00:00

04/09/1890 09:00:00

03/09/1890 13:00:00

02/09/1890 17:00:00

01/09/1890 21:00:00

01/09/1890 01:00:00

0

Prag-Chuchle: modellierter unbeeinflusster Abfluss

Abbildung 41: Simulationsergebnisse des Hochwassers von 1890

Der Vergleich mit einem ähnlichen Projekt des Masaryk Water Research Instituts (KAŠPAREK ET AL. 2006A) zur Bewertung des Einflusses der Talsperren auf Hochwasser zeigt ähnliche Tendenzen für die relative, prozentuale Reduktion der Scheitelabflüsse. Ein direkter Vergleich der beiden Projekte ist nicht möglich, da im vorliegenden Fall der Modellhochwassersimulationen (Kapitel 4) nur zwei typische Hochwasserverläufe untersucht wurden, die beide ihren Hauptursprung im Einzugsgebiet der Moldau besitzen. Das vergleichbare tschechische Projekt bewertete hingegen für jedes Jahr der Zeitreihe 1890 - 2002 die jeweils größten, historischen Sommer- und Winterhochwasser jedes Jahres. Auch im verwendeten Modelllayout sind zwischen beiden Projekten einige Unterschiede zu finden: Für das vorangegangene tschechische Projekt orientierte sich die Modellgrenze jeweils anhand des verfügbaren Datenbestands. Darüber hinaus gingen Niederschlag-Abfluss - und Schneemodellierungen in das Gesamtsimulationskonzept ein. Anstatt eines hydraulischen Modells wurde ein Muskingum-Cunge-Modell and ein Transport-Diffussions-Modell für die Abflussberechnungen verwendet. Der gewählte Simulationszeitschritt betrug sechs Stunden, wobei der gesamte Zeitraum zwischen 1890 - 2002 kontinuierlich simuliert wurde und nur einige der Hochwasser die implementierten Talsperren passierten. Die Steuerung der Talsperren wurde basierend auf vorhandenen Skripten automatisch durchgeführt und die Startwasserstände aus der statistischen Analyse historischer Messdaten abgeleitet. Das Hochwasser vom September 1890 repräsentiert das zweitgrößte Hochwasser (nach dem Ereignis des Jahres 2002) im Zeitraum zwischen 1890 und 2002. Der hypothetische Vergleich zwischen dem durch Talsperren beeinflussten und unbeeinflussten Verlauf wird in Abbildung 42 anhand der beiden Ganglinien und der Einordnung der prozentualen Reduktion in die Modellhochwassergruppe „Prag-Chuchle/2002“ visualisiert. Für die Simulation wurde

88


Prag-Chuchle beeinflusst

07/09/1990 16:00

06/09/1990 00:00

04/09/1990 08:00

02/09/1990 16:00

1890 Prag-Chuchle

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 01/09/1990 00:00

Abfluss [m³/s]

dabei dasselbe Modelllayout wie für die Modellhochwasser verwendet. Der Vergleich zwischen den beiden dominierenden Hochwasser macht deutlich, dass ein beträchtlicher Unterschied in der erreichten Scheitelreduktion besteht. Während für, mit dem historischem Hochwasser von 2002 vergleichbaren, Modellhochwasser (PR_200_2002, DD_50_2002) eine mögliche Reduktion von 1.100 m³/s berechnet wird, ergibt sich für das Ereignis des Jahres 1890 nur eine Scheitelabminderung von 550 m³/s bzw. eine prozentuale Reduktion von 14%.

Prag-Chuchle unbeeinflusst

Abbildung 42: Vergleich von beeinflusstem und unbeeinflusstem Abfluss am Pegel PragChuchle für das Hochwasser vom September 1890 - Scheitelreduktion: -550 m³/s (linkes Diagramm); Prozentuale Scheitelreduktion für die Modellhochwasser des Typs “2002” und das historische Ereignis von 1890 (rechtes Diagramm)

Die beiden Hochwasser von 1890 und 2002 repräsentieren typische Sommerhochwasser, für die eine bedeutende Vorentleerung nicht vorgesehen war/gewesen wäre. Der wesentliche Unterschied zwischen beiden Ereignissen zeigt sich in der Scheiteldauer, die 1890 mit drei Tagen wesentlich länger war als im Jahr 2002. Dieses Beispiel illustriert den Einfluss der Variabilität der Ganglinienformen und Abflussfüllen auf die möglichen Scheitelreduktionen, die durch Talsperren hervorgerufen werden. Aus dieser Sichtweise müssen auch die Ergebnisse für die Modellhochwasser des Typs „2002“ und „2006“ betrachtet werden. Diese decken zwar eine große Bandbreite ab und geben somit einen guten Anhaltspunkt, sollten jedoch nicht gänzlich verallgemeinert werden (siehe auch Abb. 41 und 42). Deshalb wird auf jeden Fall vorgeschlagen eine größere Bandbreite an historischen Hochwassern (bzw. darauf basierenden Modellhochwassern) zu untersuchen um tatsächlich allgemeingültige Aussagen treffen zu können.

5.2.2 Ergebnisse für die deutsche Elbe Die in Kapitel 5.2.1 vorgestellten Ergebnisse bestätigen und erweitern das Wissen, welches in Tschechien aufgrund vorangegangener Untersuchung bereits existierte (u.a KAŠPAREK ET AL. 2006B, IKSE 2009). Für den gesamten deutschen Laufabschnitt der Elbe konnten darüber hinaus die für die Hochwasser 2002, 2006 und 2011 nachgewiesenen, großräumigen Wirkungen durch die Modellhochwassersimulationen bestätigt werden. Dies betont nochmals die

89


Bedeutung der tschechischen Talsperren an Moldau und Eger, deren Einsatz nicht nur den Hochwasserschutz in der Region um Dresden verbessert (wie in IKSE 2009 erklärt), sondern der sich positiv auf die Hochwassersituation bis hinunter zur unteren Mittelelbe auswirkt. Tabelle 21 gibt für ausgewählte Pegel einen Überblick über die Abflüsse und Abflussreduktionen der Scheitel der 30 simulierten Modellhochwasser. Tabelle 21:

Scheitelabflüsse (unbeeinflusster Zustand) und Scheitelabflussreduktionen für die Modellhochwasser des Typs “2002” und “2006” Prag-Chuchle

Usti nad Labem

Dresden

Barby

Wittenberge

Scheitel- Scheitel- Scheitel- Scheitel- Scheitel- Scheitel- Scheitel- Scheitel- Scheitel- Scheitelwert reduktion wert reduktion wert reduktion wert reduktion wert reduktion m³/s

m³/s

m³/s

PR_10 PR_50 PR_100 PR_200 PR_500 DD_10 DD_50 DD_100 DD_200 DD_500 BB_10 BB_50 BB_100 BB_200 BB_500 Min. Max.

2245 3455 4034 4657 5529 2758 4163 4854 5622 6646 3607 4622 5029 5216 5854

889 1091 1174 1169 894 1064 1144 1187 864 763 1139 1159 1160 985 849 763 1187

2600 3504 3899 4409 4896 2575 3752 4319 4917 5874 3306 4133 4458 4748 5114


2237 3419 4010 4622 5530 1619 2389 2788 3195 3790 1684 2153 2324 2490 2701

741 766 617 611 590 580 653 789 820 734 599 667 822 806 759 580 822

3091 4176 4693 5226 6112 2311 3399 3942 4510 5350 2404 3059 3302 3532 3822

90

m³/s m³/s m³/s Modellhochwasser "Typ 2002" 732 2506 610 799 3410 714 720 3815 667 846 4322 757 658 4832 602 737 2514 681 634 3685 595 689 4248 628 540 4855 494 651 5725 545 678 3235 627 701 4058 635 701 4389 640 651 4685 599 525 5045 472 525 472 846 757 Modellhochwasser "Typ 2006" 408 3390 525 461 4463 568 396 4972 496 359 5491 445 461 6359 499 462 2521 530 472 3704 566 419 4257 492 382 4852 446 292 5741 359 480 2623 551 423 3338 519 454 3595 548 411 3839 503 398 4134 475 292 359 480 568

m³/s

m³/s

m³/s

m³/s

3149 3951 4325 4775 5255 3115 4198 4719 5277 6031 3395 4338 4709 5039 5438

197 546 507 580 468 465 442 478 377 395 449 487 491 464 352 197 580

3127 3770 4065 4410 4812 3046 3938 4360 4828 5479 3205 3999 4313 4606 4965

337 359 321 343 261 357 267 267 203 244 289 276 271 256 183 183 359

4390 5419 5922 6420 7206 3534 4695 5254 5833 6685 3410 4368 4708 5035 5442

677 675 555 507 464 601 642 713 676 547 619 652 713 731 701 464 731

4392 5355 5816 6241 6805 3607 4698 5246 5800 6532 3493 4382 4706 5017 5406

562 526 431 354 295 530 564 582 528 383 547 571 616 612 579 295 616


Für alle Modellhochwasser des Typs „2002“ ist offensichtlich, dass die größten Scheitelabflussminderungen in Tschechien (absolutes Maximum am Pegel Prag-Chuchle: -1.187 m³/s für das Modellhochwasser DD_100_2002) auftreten. Diese nehmen entlang des Elbelaufs aufgrund natürlicher Retentionseffekte - nach unterstrom ab. Während die Scheitelreduktion am Pegel Dresden zwischen -472 m³/s und -757 m³/s beträgt, lassen sich durch die beschriebenen, großräumigen Fernwirkungen immer noch beträchtliche Scheitelabflussreduktionen am Pegel Wittenberge nachweisen. Diese betragen dort zwischen -183 m³/s und -359 m³/s. Tabelle 22:

Scheitelwasserstände (unbeeinflusster Zustand) und Scheitelwasserstandsreduktionen für die Modellhochwasser des Typs “2002” und “2006” Prag-Chuchle

Usti nad Labem

Dresden

Barby

Wittenberge

Scheitel- Scheitel- Scheitel- Scheitel- Scheitel- Scheitel- Scheitel- Scheitel- Scheitel- Scheitelwert reduktion wert reduktion wert reduktion wert reduktion wert reduktion cm

cm

cm


414 576 648 723 817 484 664 746 826 885 595 719 766 787 844

131 145 149 143 96 150 145 144 91 38 151 142 139 114 80 38 151

818 942 989 1047 1097 814 972 1037 1100 1185 917 1016 1052 1082 1119


412 571 645 719 818 322 401 425 449 477 333 401 425 449 477

108 101 77 73 62 89 93 110 110 95 92 98 119 116 106 62 119

907 1030 1081 1129 1202 773 929 995 1058 1142 788 884 917 946 981

cm cm cm Modellhochwasser "Typ 2002" 123 701 81 108 793 71 89 832 63 98 880 71 69 925 54 124 701 91 80 820 56 79 873 59 57 927 43 59 993 40 95 776 64 83 854 59 79 886 60 70 913 56 53 942 38 53 38 124 91 Modellhochwasser "Typ 2006" 76 792 52 62 893 54 46 937 42 34 977 34 33 1041 35 81 702 69 63 822 54 51 874 47 42 928 40 28 997 28 82 713 69 60 787 52 62 812 53 53 835 48 49 862 44 28 28 82 69

cm

cm

cm

cm

626 681 704 731 758 624 696 727 759 798 643 705 727 746 768

15 36 32 35 26 35 28 28 21 20 31 31 29 27 19 15 36

661 723 749 780 813 653 738 775 815 867 668 743 772 796 826

34 34 28 30 21 37 24 23 17 19 29 25 25 22 15 15 37

708 767 793 817 855 654 727 758 789 830 645 707 727 746 768

42 37 28 24 22 43 39 40 36 26 44 41 43 43 39 22 44

779 858 894 899 967 708 805 850 893 947 697 778 805 831 862

50 42 33 27 21 52 49 48 41 28 54 51 52 51 46 21 54

91


Auch für die Modellhochwasser des Typs „2006“ sind die größten Scheitelabflussreduktionen am Pegel Prag-Chuchle nachweisbar. Diese steigen jedoch zwischen Ústi nad Labem (Reduktion zwischen -292 m³/s und -480 m³/s) und Barby, wo eine Reduktion von -464 m³/s bis -731 m³/s modelliert wurde, sogar noch an. Dies lässt sich mit der speziellen Situation eines zweigipfeligen Hochwassers erklären, welche bereits für das historische Ereignis 2006 in Kapitel 5.1.2 näher erläutert wurde. Beim Vergleich der beiden Modellhochwassertypen miteinander lässt sich generell feststellen, dass die Scheitelreduktionen beim Typ “2002” ein höheres Ausmaß erreichen können als beim Typ „2006“. Auch hierin spiegelt sich ein charakteristisches Merkmal wieder, welches schon für die historischen Hochwasser identifiziert wurde: Ob eine breite und lang andauernde Hochwasserwelle (Typ „2006“) oder eine kurze, aber dafür steile Hochwasserwelle (mit geringer Abflussfülle; Typ „2002“) vorliegt, ist für die Möglichkeit einer Scheitelreduktion von primärer Bedeutung. Das zur Verfügung gestellte freie Volumen spielt in vielen solcher Fälle dann nur eine untergeordnete Rolle. Die den Abflussreduktionen entsprechenden Wasserstandreduktionen für die deutschen Pegel, welche sich für die beiden Modellhochwassertypen zwischen wenigen Dezimetern und annähernd einem Meter bewegen ((DD_10_2002: -91 cm in Dresden) können aus Tabelle 22 entnommen werden. Eine grafische Zusammenfassung der in Tab. 21 und Tab. 22 tabellarisch dargestellten Ergebnisse zu berechneten Scheitelabflüssen und Scheitelreduktionen sowie resultierenden Scheitelwasserstandsabminderungen findet sich in den Abbildungen 43 und 44.

92


Abbildung 43: Simulationsergebnisse für alle Modellhochwasser des Typs „2002“

93


Abbildung 44: Simulationsergebnisse für alle Modellhochwasser des Typs “2006”

94


6 Perspektiven und Empfehlungen

Hochwasser im Elbegebiet stellen immer wieder eine existenzielle Bedrohung für Leben und Eigentum der betroffenen Bevölkerung sowie für Industrie, Landwirtschaft und Infrastruktureinrichtungen dar. Hochwasserschutz und Hochwasserrisikomanagement liegen deshalb in gesamtgesellschaftlicher Verantwortung. Alle hieran beteiligten Akteure sollten zur Wahrnehmung ihrer Verantwortung über ein umfassendes Wissen zu Entstehung und Abläufen von Hochwasserwellen im Elbegebiet sowie deren Beeinflussung durch menschliche Aktivitäten verfügen. In diesem Sinne leisten die Ergebnisse der großräumigen staaten- und länderübergreifenden, deutsch-tschechischen Hochwasseruntersuchungen im Rahmen des LABEL-Projekts einen wichtigen Erkenntniszuwachs. Sie haben zum ersten Mal überhaupt gezeigt, dass die Auswirkungen von tschechischen und thüringischen Rückhaltungen hinsichtlich ihrer Wasserstandsminderung auf Hochwasserscheitel in Deutschland deutlich größer sind und weiter reichen als bisher angenommen (IKSE 2009). Die Elbeunterlieger bis unmittelbar vor den Toren Hamburgs können bei großen Hochwassern in erheblichem Maße von Rückhaltungen der Oberlieger in tschechischen und auch thüringischen Talsperren profitieren. Dies zeigen die jetzt vorgenommenen gemeinsamen Untersuchungen der BfG und tschechischer Partner (Masaryk Water Research Institut, AquaLogic Consulting) anhand von historischen und statistisch erzeugten Hochwasserwellen der Elbe. Aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse empfehlen die beiden Kooperationspartner die Einleitung der folgenden Schritte: (1) Förderung des Hochwasserbewusstseins durch vermehrte und verbesserte Informationsbereitstellung zu hochwasserrelevanten Themen (2) Intensivierung der deutsch-tschechischen Zusammenarbeit auf den Ebenen der Politik, der Experten und der Sacharbeiter zu Verbesserung des gemeinsamen Verständnisses des Hochwasserrisikomanagements (3) Überprüfung und Homogenisierung der langen Zeitreihen (1890-2012) der Scheitelabflüsse für Pegel in Deutschland und Aktualisierung der Extremwertstatistik (4) Untersuchungen zur Verbesserung des vorsorgenden Hochwasserschutzes an der Elbe durch integrative Neubewertung des Einsatzes bestehender und geplanter Rückhaltemaßnahmen

95


Förderung des Hochwasserbewusstseins: •

•

•

Alle Betreiber von Talsperren im Elbeeinzugsgebiet sollten Echtzeit-Informationen zu Zu- und Abflüssen in/aus ihren Speicherbecken über vernetzte Internetplattformen (z.B. http://www.pegelonline.de, http://www.ltv.smul.sachsen.de/tmz/uebersicht.html oder http://www.voda.gov.cz/portal/cz/) bereitstellen. So haben die Unterlieger immer aktuell Kenntnis über die zurückgehaltenen Abflüsse im gesamten Elbe-Einzugsgebiet. Die im Rahmen des LABEL-Projekts gewonnenen Erkenntnisse sollten, über die Projekmedien und nationalen/internationalen (FGG bzw. IKSE) Expertengruppen hinaus, weitestgehend gestreut werden, damit die hydrologische Wissenschaft und auch Betroffene besser informiert sind. Zukünftige offizielle Berichte der Länder und der Kommissionen zu abgelaufenen Hochwassern der Elbe (wie z.B. IKSE 2004, IKSE 2007) sollten die unter Einsatz mathematischer Modelle ermittelten Auswirkungen von eingesetzten Rückhaltungen auf Hochwasserscheitel (Abflüsse / Wasserstände) für alle gewässerkundlichen Pegel explizit benennen und hinsichtlich der verminderten Hochwassergefährdung auswerten.

Intensivierung der deutsch-tschechischen Zusammenarbeit •

•

•

96

Die tschechischen Partner im LABEL-Projekt haben immer Verständnis für den Informationsbedarf gezeigt, den die Unterlieger zu den eingesetzten Rückhaltemaßnahmen der Oberlieger und ihrer Wirkung unterstrom haben. Da bisher unterschiedliche mathematische Modelle und auch verschiedene Vorgehensweisen zur Ermittlung der Auswirkungen eingesetzt wurden, sind diese Methodiken auf Expertenebene weiterzuentwickeln. Die bisherigen Modelluntersuchungen anhand der historischen Hochwasser 2002, 2006 und 2011 haben beispielhaft gezeigt, dass die eingesetzten Rückhaltemaßnahmen in den Einzugsgebieten der Moldau, der Eger, der Elbe und der Saale unterschiedlich große, positive Wirkungen auf die Hochwasserscheitel der Elbe hatten. Da sich die Genesen großer Hochwasser im Elbegebiet deutlich voneinander unterscheiden können, erhebt sich die Frage, ob und wie die bisherigen Erkenntnisse zur Wirkung der Rückhaltungen sich verallgemeinern lassen. Deshalb sollte im Rahmen einer erweiterten deutsch-tschechischen Zusammenarbeit eine Vielzahl historischer Hochwasser unterschiedlicher Genesen im Hinblick auf den Wasserstand mindernden Einfluss für die gesamte Elbe analysiert werden. Alle Talsperren haben in ihrem Betrieb mehreren Nutzungsanforderungen, die durch Bewirtschaftungspläne umgesetzt werden, zu genügen. Bei Vorliegen gesicherter, quantifizierter Erkenntnisse zu positiven Auswirkungen von Rückhaltungen auf Hochwasserscheitel der Elbe in Deutschland könnte auf internationaler, politischer Ebene angedacht und diskutiert werden, ob im drohenden Katastrophenfalls im deutschen Einzugsgebiet diese Talsperren planmäßig auch als zusätzliche Reserveräume einsetzbar wären.


Überprüfung und Homogenisierung der langen Zeitreihen der Scheitelabflüsse (18902012) Die deutsch-tschechischen Untersuchungen im LABEL-Projekt haben klar gezeigt, dass die deutschen Anlieger der Oberen und Mittleren Elbe in erheblichem Maße Nutznießer von durchgeführten Rückhaltungen der Oberlieger in Tschechien und in Thüringen sind. Ermittelte Scheitelabflussminderungen bis hin zu mehreren 100 m³/s sind möglich. Genauso offensichtlich ist, dass die aus Scheitelabflüssen zusammengesetzten Reihen der Jahreshöchstwerte (1890-2006) für die wichtigsten deutschen Elbepegel (Dresden, Torgau, Barby, Wittenberge, Neu Darchau) durch den Betrieb der Talsperren in Thüringen (ab 1932) und der wichtigsten tschechischen Talsperren (ab 1960) einen Bruch aufweisen. Abbildung 45 zeigt, dass in den HQ-Reihen sowohl Werte enthalten sind, bei deren Messung schon alle wichtigen Talsperren existierten (1968-2006), als auch Werte, die gar nicht (vor 1932) oder nur teilweise (1932 1968) durch Talsperren beeinflusst waren. Somit sind die Reihen inhomogen und sollten in dieser Zusammensetzung nicht weiter für extremwertstatistische Untersuchungen verwendet werden. Stattdessen sind die Werte untereinander vergleichbar zu machen, d.h. zu homogenisieren.

Abbildung 45: Zeitreihe der Jahreshöchstabflüsse (1890 – 2006) für den Pegel Barby (Elbe)

Abbildung 46 zeigt die Einzelwerte der HQ-Reihe (1890-2006) für den Pegel Barby (Elbe) in der ranggelisteten Darstellung. Man erkennt, dass sehr viele, den mittleren Hochwasserabfluss (MHQ) übersteigende Höchstabflüsse aus Ereignissen vor Inbetriebnahme der Talsperren (vor 1932) bzw. während der Bauphase (1932-1968) stammen. Es ist davon auszugehen,

97


dass alle dargestellten Höchstabflüsse vor 1968 wegen des Talsperrenbetriebs heute so nicht wieder auftreten würden. Bereits mehrfach wurde in der jüngeren Vergangenheit auf das Problem inhomogener HQReihen für Elbepegel in Deutschland hingewiesen (SIMON 1996, DWA 2008). Konkrete Maßnahmen, diesen Defekt zu beheben, wurden bisher nicht eingeleitet. Es wird deshalb empfohlen, die vorliegenden Zeitreihen der Jahreshöchstabflüsse auf den heutigen Zustand (mit Rückhaltungen) und den ehemaligen Zustand (ohne Rückhaltungen) zu homogenisieren. Zur Überprüfung und Homogenisierung der HQ-Reihen für deutsche Pegel sind umfangreiche Wellenablaufberechnungen mit mathematischen Ablaufmodellen für die Elbe, die Moldau und die Saale mit und ohne Einsatz der Talsperren erforderlich. Entsprechende Untersuchungen sollten im Rahmen einer internationalen Kooperation realisiert werden, wobei die im LABEL-Projekt entwickelten Methodiken und Modelle angewendet bzw. weiterentwickelt werden könnten. Die erzielten Ergebnisse sollten als Grundlage in den zweiten Zyklus der Umsetzung der Hochwasserrisikomanagement-Richtlinie zur vorläufigen Bewertung des Hochwasserrisikos (ab 2016) einfließen.

Abbildung 46: Ranggelistete jährliche Höchstabflüsse am Pegel Barby (Elbe, 1890-2006)

Untersuchungen zur integrativen Neubewertung von bestehenden und geplanten Rückhalteräumen Schon heute leisten die bestehenden Rückhaltemaßnahmen im Einzugsgebiet der Elbe einen bedeutenden Beitrag zum Hochwasserschutz an der Elbe in Deutschland. Die im LABELProjekt vorgenommenen Untersuchungen haben gezeigt, dass Rückhaltemaßnahmen, die Positives für Prag bewirken, auch eine Verbesserung des Hochwasserschutzes in Dresden und Magdeburg sowie überall entlang der Oberen und Mittleren Elbe in Deutschland bewirken. Es bestehen keine Zweifel an der überregionalen wasserstandssenkenden Wirkung von zu-

98


rückgehaltenen Wassermassen in gesteuerten bestehenden Anlagen in Tschechien und Thüringen. Die IKSE hat durch die Vorlage des “Aktionsplan Hochwasserschutz Elbe” (IKSE 2003) zum Ausdruck gebracht, dass zur Verbesserung des Hochwasserschutzes an der Elbe in Deutschland die Scheitelwasserstände am ehesten durch den Einsatz gesteuerter Flutungspolder in Sachsen und Sachsen-Anhalt abgesenkt werden können. Nachgewiesen wurden die überregionalen, positiven Wirkungen dieser denkbaren Maßnahmen bereits im EU-Projekt ELLA (BFG 2006). Trotzdem ist in diesem Zusammenhang auch zu berücksichtigen, dass der IKSEAktionsplan ein politisches Dokument darstellt, die Realisierung der darin genannten gesteuerten Polder jedoch nicht in Handlungszielen verankert ist. In Zeiten knapper öffentlicher Kassen und angesichts der Tatsache, dass große Infrastrukturprojekte in Deutschland nur schwer durchzusetzen sind, bestehen erhebliche Zweifel an Bau und Inbetriebnahme der versprochenen Polder in naher Zukunft. Aus den genannten Gründen werden weitere integrative Untersuchungen empfohlen, um festzustellen, ob die Wirkungen von noch nicht bestehenden deutschen Poldern auf Elbehochwasser bereits heute schon durch geänderte Einsatzpläne bestehender gesteuerter Rückhaltebecken in Tschechien und Deutschland zum Nutzen der Unterlieger an der Elbe erzielt werden können. Finanzielle und rechtliche Aspekte aufgrund von hieraus folgenden Nutzungsänderungen sind in dieser Thematik einzubeziehen, um einen fairen Lastenausgleich zwischen Ober- und Unterlieger quantifizieren zu können. Wegen der durchaus vorhandenen politischen Brisanz dieses Themas sollten die empfohlenen internationalen Untersuchungen unter dem Dach der IKSE erfolgen. Das wissenschaftlich-technische Untersuchungsprogramm sollte aber von einer unabhängigen Expertengruppe erarbeitet und durchgeführt werden, deren Mandat weitgehend nicht politisch dominiert ist.

99


100


7 Zusammenfassung

Sowohl im Saale-Einzugsgebiet im deutschen Bundesland Thüringen als auch in den Einzugsgebieten von Moldau, Eger und Elbe in der Tschechischen Republik existiert eine große Anzahl an Talsperren, die durch ihre Steuerung einen bedeutenden Einfluss auf den Ablauf der teilweise extremen Hochwasser der Jahre 2002, 2006 und 2011 an der Elbe hatten. Der „Zweite Bericht über die Erfüllung des Aktionsplans Hochwasserschutz Elbe im Zeitraum 2006 bis 2008“ (IKSE 2009) beschreibt diese Effekte anhand des Hochwassers vom April 2006 an der Elbe in verhältnismäßig allgemeiner Art und Weise. Um das bereits vorhandene Wissen genauer zu spezifizieren, beschlossen die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) und das Masaryk Water Research Institute (VUV) - in Zusammenarbeit mit AquaLogic Consulting - im Rahmen des LABEL-Projekts (2010-2012) erstmalig die Effekte der wichtigsten tschechischen Talsperren auf den Hochwasserverlauf in Tschechien und Deutschland mittels hydrodynamisch-numerischer Abflusssimulationen zu bestimmen. Mit Hilfe des gekoppelten deutsch-tschechischen Modellsystems wurden sowohl historische Hochwasser als auch künstlich erzeugte Modellhochwasser untersucht. Während die historischen Hochwasser vom August 2002, vom April 2006 und vom Januar 2011 die wichtigsten Ereignisse an der Elbe in den letzten 10 Jahren repräsentieren, stellen die aus historischen Abflussganglinien (2002, 2006) abgeleiteten Modellhochwasser, welche an ausgesuchten Pegeln statistische Extremwerte (u.a. HQ10, HQ100, HQextrem) erreichen, eine große Bandbreite verschiedener Abflussfüllen und Scheitelwerten zur Verfügung. Betrachtet man die Ergebnisse der Scheitelreduktionen für die Modellhochwasser, so wird deutlich, dass durch die Talsperrensteuerung sowohl lokale/regionale Effekte in Tschechien als auch transnationale großräumige Wirkungen bis zur unteren Mittelelbe in Deutschland hervorgerufen werden können: • Lokale/regionale Effekte: Die Scheitelreduktionen für die betrachteten tschechischen Pegel liegen zwischen -580 m³/s und -1187 m³/s in Prag-Chuchle (Moldau) und in Ústí nad Labem (Elbe) zwischen -292 m³/s und -846 m³/s. Diese Abminderungen bedeuten gleichermaßen Scheitelwasserstandreduktion von -38 cm bis -151 cm (PragChuchle) bzw. von -28 cm bis -124 cm (Ústí nad Labem). • Großräumige Effekte: Am Pegel Dresden können durch den Einsatz tschechischer Talsperren Reduktionen des Scheitelabflusses zwischen -359 m³/s und -757 m³/s (-28 cm bis -91 cm) erreicht werden. Obwohl die eingesetzten Maßnahmen teilweise mehrere 100 km von der unteren Mittelelbe entfernt sind, sind selbst dort - z.B. am Pegel Wittenberge - noch Scheitelreduktionen zwischen -183 m³/s und -616 m³/s (-15 cm bis -54 cm) erzielbar. Es lässt sich somit feststellen, dass Hochwasserschutzmaßnahmen, die positive Effekte in den Regionen der Tschechischen Republik

101


auslösen (Nahwirkungen), immer auch positive Wirkungen auf den Hochwasserschutz an der gesamten deutschen Elbe bewirken (Fernwirkungen): ein Einfluss, der in diesem Ausmaß bisher nicht bekannt war. Die für die 30 Modellhochwasser ermittelten Wirkungen konnten durch die Analyse der drei historischen Hochwasser der Jahre 2002, 2006 und 2011 bestätigt werden. Während dieser Hochwasser wurden zwischen 169 Mio. m³ (2002) und 518 Mio. m³ (2006) Wasser aus der Welle in den berücksichtigten Talsperren in Tschechien und Thrüingen zwischengespeichert, so dass die im Folgenden genannten Scheitelabfluss- und Scheitelwasserstandreduktionen erreicht wurden: • • • •

am Pegel Prag-Chuchle: am Pegel Ústí nad Labem: am Pegel Dresden: am Pegel Wittenberge:

-78 cm bis -141 cm (-502 m³/s bis -981 m³/s), -84 cm bis -104 cm (-624 m³/s bis -853 m³/s), -68 cm bis -76 cm (-569 m³/s bis -888 m³/s), -40 cm bis -71 cm (-452 m³/s bis -840 m³/s)

Um die für diese drei historischen Modellhochwasser genannten Volumina speichern zu können, stand nicht nur der gewöhnliche Hochwasserrückhalteraum zur Verfügung, sondern auch Volumen im Betriebsraum der Talsperren, welches durch Vorentleerung im Zeitraum vor den Hochwasserereignissen kreiert wurde. Zusätzlich zu den „nackten“ Zahlen zeigten die Ergebnisse der Auswertungen auch nochmals deutlich auf, welche beiden Prozesse / Effekte den bedeutendsten Einfluss auf das Reduktionspotential besitzen: •

•

Entleerung von Talsperren über den gewöhnlichen Hochwasserrückhalteraum hinaus kann bei Winter-/Frühjahrshochwassern in umfangreichem Maße erfolgen. Grund hierfür ist, dass der Prozess der Vorentleerung hauptsächlich vom in der Schneedecke gespeicherten Wasseräquivalent abhängt. Für Winterhochwasser kann somit ein größeres, freies Volumen zur Verfügung gestellt werden als für Sommerereignisse. Die mögliche Reduktion des Hochwasserscheitels ist für kurze Wellen mit einem steilen Anstieg der Wellenverlaufs (z.B. Modellhochwasser des Typs „2002“) am größten. Solche Wellen benötigen - bei gleichem Scheitel - weit weniger Speichervolumen als Wellen des Typs „2006“, die einem breiten, lang andauernden Scheitel aufweisen.

Mehrere Millionen Menschen in Deutschland leben hinter Deichen und sind somit bis zu einem gewissen Grad vor Hochwassern geschützt. Die vorliegende tschechisch-deutsche Untersuchung zeigt, dass heutzutage eine zweite Schutzmaßnahme existiert - tschechische Talsperren - die bereits in beträchtlichem Maße zum Hochwasserschutz an der Elbe in Deutschland beiträgt. Aufgrund der dadurch existierenden Rückhaltevolumina und der Tatsache, dass die deutschen Nebenflüsse für die Hochwasserentstehung an der Elbe zumeist nur eine untergeordnete Rolle spielen, befindet sich das Elbegebiet in einer außergewöhnlichen Situation.

102


An keinem anderen deutschen Strom (Rhein, Donau, Weser oder Oder) profitieren die Unterlieger so stark von den Maßnahmen der Oberlieger. Angesichts dieser bedeutenden transnationalen Wirkungen empfehlen sowohl die deutschen als auch die tschechischen Projektpartner die folgenden weiteren Schritte für einen verbesserten, vorsorgenden Hochwasserschutz an der Elbe einzuleiten: (1) Verbesserte Bereitstellung grenzüberschreitender Informationen (Echtzeitdaten aus Talsperren, hydrologische Grundlagendaten, gemeinsame Untersuchungsergebnisse abgelaufener historischer Hochwasser) zur Förderung des Hochwasserbewusstseins. (2) Intensivierung der deutsch-tschechischen Zusammenarbeit auf den Ebenen der Politik, der Experten und der Sachbearbeiter sowohl im Rahmen der permanenten Institutionen im Elbegebiet (z.B. IKSE) als auch in transnationalen Projekten. (3) Überprüfung und Homogenisierung der langen Zeitreihen (1890–2012) der Scheitelabflüsse für Pegel in Deutschland, welche die Wirkungen der Talsperren nicht in Gänze berücksichtigen und somit als inhomogen zu betrachten sind; Aktualisierung der Extremwertstatistik. (4) Untersuchungen zur integrativen Neubewertung von existierenden und geplanten Talsperren mit dem Ziel eines verbesserten Hochwasserschutzes an der Elbe: ein Projekt, welches politische, finanzielle und technische Fragen gleichermaßen berücksichtigt und beantwortet.

103


104


8 Literatur

AQUALOGIC CONSULTING (2011): Aqualog theory and reference manual BJÖRNSEN BERATENDE INGENIEURE (2009): Erstellung des eindimensionalen Feststofftransportmodells für die Elbe. Dokumentation des hydraulischen Modells. Im Auftrag der Bundesanstalt für Gewässerkunde. Unveröffentlicht. BUNDESANSTALT FÜR GEWÄSSERKUNDE (2002): Das Augusthochwasser 2002 im Elbegebiet. Koblenz: BfG BUNDESANSTALT FÜR GEWÄSSERKUNDE (2006): Modellgestützter Nachweis der Auswirkungen von geplanten Rückhaltemaßnahmen in Sachsen und Sachsen-Anhalt auf Hochwasser der Elbe. BfG-Bericht 1542. Koblenz: BfG BUNDESANSTALT FÜR GEWÄSSERKUNDE (2008): Auswertung digitaler Fernerkundungsaufnahmen des Elbe-Wasserlaufes (FE-Datenauswertung Elbe). BfG-Bericht 1580. Koblenz: BfG BUNDESANSTALT FÜR GEWÄSSERKUNDE (2009): Einheitliche Grundlage für die Festlegung der Bemessungswasserspiegellage der Elbe auf der frei fließenden Strecke in Deutschland. BfG-Bericht 1650. Koblenz: BfG BUNDESANSTALT FÜR GEWÄSSERKUNDE (2011): Ermittlung des Einflusses der Flutung der Havelniederung auf Hochwasser an der Elbe im Bereich des HQ100. BfG-Bericht 1726. Koblenz: BfG BUSCH, N., MEIßNER, D., MEUSER, A. (2004): Instrument zum Nachweis der Wirkungen von Maßnahmen zur Minderung extremer Rheinhochwasserstände gemäß Aktionsplan Hochwasser der Internationalen Kommission zum Schutz des Rheins. Hydrologie und Wasserbewirtschaftung, Ausgabe 48 (2004), Heft 6, Seite 235-240 DEUTSCHES GEWÄSSERKUNDLICHES JAHRBUCH (2009): Elbegebiet, Teil I Von der Grenze zur CR bis zur Havelmündung 2006. Magdeburg: Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-Anhalt DWA (2008) (HRSG.): Erschließung und Einbeziehung historischer Informationen für die Ermittlung extremer Hochwasserabflüsse. Fallbeispiele und Empfehlungen. DWAThemen, Mai 2008 ELLA GEMEINSCHAFTSINITIATIVE (2006A):Vorsorgende Hochwasserschutzmaßnahmen durch transnationale Raumordnung: Ergebnisse und Handlungsvorschläge. Dresden

105


ELLA GEMEINSCHAFTSINITIATIVE (2006B):Vorsorgende Hochwasserschutzmaßnahmen durch transnationale Raumordnung: Elbe-Atlas. Dresden ELLEDER, L. (2010): Historické extrémní případy povodní v povodí Labe a Vltavy. Stand 01.01.2012, im Internet unter: http://web.natur.cuni.cz/geografie/vzgr/monografie/povodne/povodne_elleder.pdf EU EUROPÄISCHE UNION (2007): Richtlinie 2007/60/EG des europäischen Parlaments und des Rates vom 23. Oktober 2007 über die Bewertung und das Management von Hochwasserrisiken. Amtsblatt der Europäischen Union, Seite 27-34, 6. November 2007 FLYS (2012): Flusshydrologische Software FLYS 2.1.3 der Bundesanstalt für Gewässerkunde. Daten zu den Bemessungswasserspiegellagen der Bundesländern. Stand der Datengrundlage: 2012 HLADNÝ, J., KRÁTKÁ, M. AND KAŠPÁREK, L. (2004): August 2002 catastrophic flood in the Czech Republic, ISBN 80-7212-343-2. Prague: T.G. Masaryk Water Research Institute INTERNATIONALE KOMMISSION ZUM SCHUTZ DER ELBE (2003): Aktionsplan Hochwasserschutz Elbe. Magdeburg: IKSE INTERNATIONALE KOMMISSION ZUM SCHUTZ DER ELBE (2004): Dokumentation des Hochwassers vom August 2002 im Einzugsgebiet der Elbe. Magdeburg: IKSE INTERNATIONALE KOMMISSION ZUM SCHUTZ DER ELBE (2005): Die Elbe und ihr Einzugsgebiet. Ein geografisch, hydrologischer und wasserwirtschaftlicher Überblick. Magdeburg: IKSE INTERNATIONALE KOMMISSION ZUM SCHUTZ DER ELBE (2007): Hydrologische Auswertung des Frühjahrshochwassers 2006 im Einzugsgebiet der Elbe. Magdeburg: IKSE INTERNATIONALE KOMMISSION ZUM SCHUTZ DER ELBE (2009): Zweiter Bericht über die Erfüllung des Aktionsplans Hochwasserschutz Elbe im Zeitraum 2006 bis 2008. Magdeburg: IKSE KAŠPÁREK, L. (2003): Liv, Analýza a moznosti vyuztí ochranné funkce údolních nádrzí pro ochranu pred povodnemi v povodí labe. Závěrečná zpráva za rok 2003 projektu Vav/650/6/03, MŽP Praha KAŠPÁREK, L., NOVICKÝ, O., HANEL, M. AND HORÁČEK, S. (2006A): 2006 Spring Flood in the Czech Republic, ISBN 80-85900-71-8. Prague: T.G. Masaryk Water Research Institute KAŠPÁREK, L., NOVICKÝ, O., JENÍČEK, M. AND BUCHTELA, Š. (2006B): Influence of large reservoirs in the Elbe River basin on reduction of flood flows, ISBN 80-85900-60-2. Prague: T.G. Masaryk Water Research Institute

106


KOTYZA,O., CVRK, F., PAŽOUREK, V. (1995): Historické povodně na dolním Labi a Vltavě KREJČÍ, J., ZEZULÁK, J., BUCHTELE, J. (2003): Vyhodnocení povodně v srpnu 2002 z pohledu průchodu povodňové vlny Vltavskou kaskádou ČZU, ISBN 80-213-1110-X LABEL GEMEINSCHAFTSINITIATIVE (2009): Anpassung an das Hochwasserrisiko im Elbegebiet, Projektantrag. Dresden LAWA LÄNDERARBEITSGEMEINSCHAFT WASSER (1995): Leitlinien für einen zukunftsweisenden Hochwasserschutz. Stuttgart: LAWA MŽP (2003): Hydrometeorologické vyhodnocení katastrofální povodně v srpnu. Stand: 01.01.2012, im Internet unter: http://old.chmi.cz/hydro/pov02/2etapa/hlavni_zprava/kap9.pdf MŽP (2005A): Katastrofální povodeň v České republice v srpnu, Stand 01.01.2012, im Internet unter: http://www.mzp.cz/osv/edice.nsf/B6D9A32B97767AC7C1256FC5003B9AFF/$file/P OVODNOVA%20PUBLIKACE.PDF MŽP (2005B): Vliv velkých údolních nádrží v povodí Labe na snížení povodňových průtoků NOVICKÝ, O., KAŠPÁREK, L., KREJČÍ, J. (2008): Potentials for flood flow reduction by retention capacities in reservoirs and flood plain areas. In Water Resource Systems Management under Extreme Conditions, ISBN 978-5-9900677-6-9. Moskva PLA (2003): Povodí Labe, státní podnik Hradec Králové, vodohospodářský dispečink. Souhrnná zpráva o povodni v srpnu 2002 za ucelené povodí Labe. Hradec Králové. PLA (2006): Povodí Labe, státní podnik Hradec Králové, vodohospodářský dispečink. Souhrnná zpráva o povodni v březnu 2006 v oblasti povodí Horního a středního Labe a na vlastním toku Labe v oblasti povodí Ohře a Dolního Labe (24.3.-13.4.2006). Hradec Králové. PLA (2011): Povodí Labe, státní podnik Hradec Králové, vodohospodářský dispečink. Souhrnná zpráva o povodni v červenci 2011 v oblasti povodí Horního a středního Labe a na vlastním toku Labe v oblasti povodí Ohře a Dolního Labe (20.7.- 31.7.2011). Hradec Králové. POH (2003): Povodí Ohře, státní podnik, vodohospodářský dispečink. Souhrnná zpráva o povodni za ucelené povodí Ohře, srpen 2002. POH (2006): Povodí Ohře, státní podnik, vodohospodářský dispečink. Zpráva o povodňové situaci, jaro 2006. POH (2011): Povodí Ohře, státní podnik, vodohospodářský dispečink. Zpráva o povodni, 01/2011, povodňová situace 13. - 14. 1.2011.

107


PVL (2003): Vodohospodářský dispečink Povodí Vltavy, státní podnik. Souhrnná zpráva o povodni v srpnu 2002 za Povodí Vltavy. Praha. PVL (2006): Povodí Vltavy, státní podnik, útvar centrálního vodohospodářského dispečinku. Souhrnná zpráva o povodni v oblastech povodí Horní Vltavy, Berounky a Dolní Vltavy, Povodeň březen-duben 2006. Praha. PVL (2011): Povodí Vltavy, státní podnik, útvar centrálního vodohospodářského dispečinku. Souhrnná zpráva o povodni v oblastech povodí Horní Vltavy, Berounky a Dolní Vltavy – Povodeň leden 2011. Praha. RAUDENSKÝ, M., DORAZIL, I., POVODNĚ (2002): Stand 01.01.2012, im Internet unter: http://www.zam.fme.vutbr.cz/~raud/povodne/index.php?co=Pr# RIMAX (2008): Runoff scenarios for the Czech part of Elbe river basin. In “Operationelles Hochwassermanagement in großräumigen Extremsituationen am Beispiel der Mittleren Elbe“. project RIMAX SIMON, M. (1996): Anthropogene Einflüsse auf das Hochwasserabflussverhalten im Einzugsgebiet der Elbe. Wasser und Boden, Heft 2 (1996), Seiten 19-23 STELLING, G. S.; DUINMEIJER, S. P. A. (2003): A staggered conservative scheme for every Froude number in rapidly varied shallow water flows. International journal for numerical methods in fluids, Vol. 43 (2003). Heft 12, Seite 1329-1354 STUDY OF VLTAVA WATERWAY (1911): Branch of c.k. headquarters for the construction of waterways in Prague TECHNISCHE UNIVERSITÄT DRESDEN (2007): Fünf Jahre nach der Flut. Hochwasserschutzkonzepte – Planung, Berechnung, Realisierung. Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen Heft 35. US ARMY CORPS OF ENGINEERS (2011): HEC-RAS River Analysis System, Version 4.1 von Januar 2010. Davis: Hydrologic Engineering Center

108

BfG-1725

Posouzení českých a durynských přehrad při povodních na Vltavě a Labi v České republice a Německu matematickým říčním modelem. Projekt realizovaný v rámci programu EU INTERREG: "LABEL Adaptace na povodňová rizika v povodí Labe".

Fotografie na titulní straně: Nádrž Orlík během povodně dne 14.08.2002 (M. Raudenský)

BfG-1725

Report Posouzení českých a durynských přehrad při povodních na Vltavě a Labi v České republice a Německu matematickým říčním modelem. Projekt realizovaný v rámci EU Interreg-Project "LABEL Adaptace na povodňová rizika v povodí Labe". Autoři:

Dipl.-Met. Norbert Busch, Spolkový institut pro hydrologii (BfG)

Ing. Pavel Balvín, Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka (VUV T. G. M.)

Dipl.-Geoökol. Marcus Hatz, Spolkový institut pro hydrologii (BfG)

Ing. Jakub Krejčí, Ph.D. AquaLogic Consulting

Počet stránek:

94

Koblenz, 11.06.2012

Kopírování reportu a jeho publikace vyžaduje písemný souhlas BfG.

Spolkový institut pro hydrologii Zpráva BfG-1725

2


Obsah

OBSAH....................................................................................................................................................3 SEZNAM OBRÁZKŮ ...........................................................................................................................4 SEZNAM TABULEK ............................................................................................................................6 SEZNAM ZKRATEK ............................................................................................................................7 1 ÚVOD ...................................................................................................................................................9 2 HYDROLOGICKÉ CHARAKTERISTIKY POVODÍ LABE .....................................................11 2.1 ČESKÁ ČÁST POVODÍ LABE ...........................................................................................................11 Významné historické povodňové události v České Republice ........................................................13 2.2 NĚMECKÁ ČÁST POVODÍ LABE ......................................................................................................17 2.3 TYPICKÁ GENEZE POVODŇOVÉHO ODTOKU V CELÉM POVODÍ LABE ..............................................21 3 VODNÍ NÁDRŽE V ČESKÉ REPUBLICE ...................................................................................27 3.1 PŘEHLED .......................................................................................................................................27 3.2 ŘÍZENÍ NÁDRŽÍ BĚHEM POVODNÍ 2002, 2006 A 2011 ....................................................................32 4 METODIKA A MODELY ...............................................................................................................41 4.1 POUŽITÉ MODELY .........................................................................................................................42 4.1.1 Použité modely pro českou část toku Labe ...........................................................................42 4.1.2 Použitý model pro Německou část Labe ...............................................................................47 4.2 METODIKA VÝVOJE MODELOVÉ POVODNĚ ....................................................................................50 4.2.1 Odvození neovlivněných povodňových průtoků z ovlivněných .............................................50 4.2.2 Odvození modelových povodní .............................................................................................51 5 VÝSLEDKY SIMULACÍ .................................................................................................................57 5.1 HISTORICKÉ POVODNĚ ..................................................................................................................57 5.1.1 Povodeň v srpnu 2002 ..........................................................................................................58 5.1.2 Povodeň v dubnu 2006 .........................................................................................................61 5.1.3 Povodeň v lednu 2011...........................................................................................................65 5.2 MODELOVÉ POVODNĚ ...................................................................................................................67 5.2.1 Výsledky pro Vltavu a českou část řeky Labe .......................................................................68 5.2.2 Výsledky pro německou část Labe ........................................................................................77 6 PERSPEKTIVY A DOPORUČENÍ ................................................................................................83 7 ZÁVĚR ...............................................................................................................................................89 8 REFERENCE ....................................................................................................................................91

3


Seznam obrázků

OBR. 1 NÁRŮST PLOCHY POVODÍ LABE POD BRANDÝSEM (HORNÍ OKRAJOVÁ PODMÍNKA MODELU V ČESKÉ REPUBLICE). ........................................................................................................................11 OBR. 2 PLOCHA POVODÍ LABE (MKOL, 2005). .....................................................................................12 OBR. 3 PRŮMĚRNÝ ROČNÍ HYDROGRAM V PROFILECH LOUNY (OHŘE), CHUCHLE (VLTAVA), BRANDÝS (LABE), MĚLNÍK (LABE) A ÚSTÍ NAD LABEM (LABE) (1961-2003). ...............................................13 OBR. 4 MAXIMÁLNÍ ROČNÍ PRŮTOKY NA VODOMĚRNÉ STANICI DĚČÍN (1890-2011) (KOTYZA ET AL., 1995; MKOL, 2005). .....................................................................................................................14 OBR. 5 HYDROGRAM PRŮTOKU V PROFILECH PRAHA (VLTAVA) A ÚSTÍ (LABE) PRO POVODEŇ 2002, 2006 A 2011. ..................................................................................................................................15 OBR. 6 (A) ZÁMECKÁ SKÁLA V DĚČÍNĚ A (B) HLAVA BRADÁČE V PRAZE (ELLEDER, 2010). .................17 OBR. 7 RŮST VELIKOSTI PLOCHY POVODÍ LABE PO PROUDU OD ČESKO-NĚMECKÉ HRANICE SE ZAHRNUTÍM HLAVNÍCH PŘÍTOKŮ (BFG 2009). ............................................................................... 18 OBR. 8 PRŮMĚRNÝ ROČNÍ HYDROGRAM V PROFILECH DRÁŽĎANY, BARBY A WITTENBERGE (DGJ, 2009)..............................................................................................................................................19 OBR. 9 MAXIMÁLNÍ ROČNÍ PRŮTOKY V HYDROMETRICKÉ STANICI V DRÁŽĎANECH (1890-2011).........19 OBR. 10 HYDROGRAMY POVODŇOVÝCH UDÁLOSTÍ 1988, 2002, A 2006 VE STANICI DRÁŽĎANY A WITTENBERGE POUŽITÉ PRO GENEROVÁNÍ MODELOVÉ POVODNĚ (BFG, 2009). .............................20 OBR. 11 SRÁŽKY PRO PERIODU 6. 8. 2002 – 15. 8. 2002 (MŽP, 2003). ..................................................22 OBR. 12 POZOROVANÉ HODNOTY PRŮTOKŮ BĚHEM POVODNĚ 2002 (HORNÍ OBRÁZEK), 2006 (STŘEDNÍ OBRÁZEK) A 2011 (DOLNÍ OBRÁZEK). ............................................................................................. 23 OBR. 13 (A) POVODEŇ 2002 V PRAZE (LEVÝ OBRÁZEK) A (B) V DĚČÍNĚ (PRAVÝ OBRÁZEK) (RAUDENSKÝ ET AL., 2012)............................................................................................................24 OBR. 14 SOUTOK VLTAVY A LABE 2006 (LEVÝ OBRÁZEK) A OBLAST LITOMĚŘIC BĚHEM POVODNĚ 2006 (PRAVÝ OBRÁZEK) (RAUDENSKÝ ET AL., 2012)..............................................................................24 OBR. 15 MAPA ŘÍČNÍ SÍTĚ A NÁDRŽE UVAŽOVANÉ BĚHEM SIMULACÍ (ČERVENÁ: DŮLEŽITÉ NÁDRŽE ZAHRNUTÉ V SIMULACÍCH MODELOVÝCH A HISTORICKÝCH POVODNÍ; ŽLUTÁ: NÁDRŽE ZAHRNUTÉ PŘI SIMULACÍCH HISTORICKÝCH POVODNÍ)..................................................................................... 27 OBR. 16 ZÁKLADNÍ SCHÉMA HLADIN VODNÍ NÁDRŽE A RŮZNÝCH PROSTORŮ (MKOL, 2005). .............28 OBR. 17 PŘEHLED NÁDRŽÍ VLTAVSKÉ KASKÁDY. .................................................................................30 OBR. 18 PŘEDPOUŠTĚNÍ NÁDRŽE ORLÍK PŘI POVODNI 2006 (MKOL, 2007). ........................................33 OBR. 19 ŘÍZENÍ NÁDRŽE ORLÍK BĚHEM POVODNĚ 2002 (PVL, 2003). ..................................................34 OBR. 20 ŘÍZENÍ VLTAVSKÉ KASKÁDY BĚHEM POVODNĚ 2002 (MKOL, 2007). ....................................36 OBR. 21 ŘÍZENÍ VLTAVSKÉ KASKÁDY BĚHEM POVODNĚ 2011 (PVL, 2011)..........................................38 OBR. 22 SCHEMATICKÉ ZOBRAZENÍ PRACOVNÍCH KROKŮ PROJEKTU (V ZÁVORKÁCH: ČÍSLA KAPITOL).41 OBR. 23 UNIFORMNĚ DISTRIBUOVANÉ BOČNÍ PŘÍTOKY. ........................................................................45 OBR. 24 HEC-RAS – SCHÉMA MODELU PRO ČESKOU ČÁST LABE – NEOVLIVNĚNÁ SIMULACE (VLEVO) A OVLIVNĚNÁ SIMULACE (VPRAVO). .................................................................................................. 45 OBR. 25 SCHÉMA MODELU VLTAVSKÉ KASKÁDY. .................................................................................46 OBR. 26 SOBEK – SCHÉMA MODELU PRO NĚMECKOU ČÁST LABE. ......................................................48

4


OBR. 27 POROVNÁNÍ VÝSLEDKŮ MĚŘENÍ A SIMULACE NA VYBRANÝCH PROFILECH NA LABI V NĚMECKU PRO POVODŇOVÉ UDÁLOSTI V ROCE 2006 (LEVÝ OBRÁZEK) A 2011 (OBRÁZEK VPRAVO). .............. 49 OBR. 28 OVLIVNĚNÝ A NEOVLIVNĚNÝ PŘÍTOK DO NÁDRŽE ORLÍK PRO POVODNĚ 2002 A 2006. ...........51 OBR. 29 METODIKA POSTUPU ODVOZENÍ MODELOVÉ POVODNĚ Z HISTORICKÉ POVODNĚ. .....................53 OBR. 30 MODELOVÁ POVODEŇ PRO POVODŇOVÉ HYDROGRAMY POVODNĚ TYPU „2002“ (A, NAHOŘE) A „2006“ (B, DOLE) V PROFILU AKEN NAD SOUTOKEM SE SAALOU....................................................55 OBR. 31 HYDROGRAMY (S/BEZ VLIVU NÁDRŽÍ) VE STANICI DRÁŽĎANY A WITTENBERGE. ...................58 OBR. 32 KULMINAČNÍ VODNÍ HLADINY (OVLIVNĚNÉ A NEOVLIVNĚNÉ) PRO HISTORICKOU POVODEŇ 2002 V ŘKM LABE 55.7 V DRÁŽĎANECH (ZDROJ OBRÁZKU: MKOL, 2005, ZDROJ PŘÍČNÉHO PROFILU: FLYS, 2012). .................................................................................................................. 59 OBR. 33 HYDROGRAM (S/BEZ VLIVU NÁDRŽÍ) V PROFILU DRÁŽĎANY A WITTENBERGE. .......................62 OBR. 34 HYDROGRAMY (S/BEZ VLIVU NÁDRŽÍ) V PROFILU DRÁŽĎANY, WITTENBERGE A NA PŘÍTOCÍCH. .......................................................................................................................................................63 OBR. 35 HYDROGRAMY (S/BEZ VLIVU NÁDRŽÍ) V PROFILU DRÁŽĎANY A WITTENBERGE. ....................65 OBR. 36 PRŮMĚRNÉ SNÍŽENÍ VODNÍ HLADINY NA LABI PRO HISTORICKÉ POVODNĚ 2002, 2006 A 2011. .......................................................................................................................................................67 OBR. 37 NEOVLIVNĚNÝ A OVLIVNĚNÝ PRŮTOK V PROFILU PRAHA–CHUCHLE. .....................................70 OBR. 38 SNÍŽENÍ PRŮTOKU A VODNÍ HLADINY V PROFILECH CHUCHLE A ÚSTÍ. ....................................72 OBR. 39 TRANSFORMAČNÍ ÚČINEK INUNDAČNÍCH OBLASTÍ PRO SCÉNÁŘE BB_500_2002/2006 (MĚLNÍK: SOUTOK S VLTAVOU) A SCÉNÁŘ DD_500_2002/2006 (LITOMĚŘICE: SOUTOK S OHŘÍ). .74 OBR. 40 SNÍŽENÍ KULMINAČNÍCH PRŮTOKŮ VYJÁDŘENO V PROCENTECH SNÍŽENÍ OD NEOVLIVNĚNÉHO PRŮTOKU. ....................................................................................................................................... 75 OBR. 41 SIMULACE POVODNĚ 1890 HYDRAULICKÝM MODELEM. ..........................................................76 OBR. 42 POROVNÁNÍ NEOVLIVNĚNÉHO A OVLIVNĚNÉHO PRŮTOKU V PROFILU CHUCHLE - POVODEŇ ZE 3 ZÁŘÍ 1890 S MAXIMÁLNÍM ROZDÍLEM 550 M /S (OBRÁZEK VLEVO). RELATIVNÍ SNÍŽENÍ PRO MODELOVÉ POVODNĚ TYPU 2002 A SKUTEČNÉ POVODNĚ 1890 (OBRÁZEK VPRAVO). ..................... 77 OBR. 43 VÝSLEDKY SIMULACE PRO POVODEŇ TYPU „2002“. ................................................................81 OBR. 44 VÝSLEDKY SIMULACE PRO POVODEŇ TYPU „2006“. ................................................................82 OBR. 45 ČASOVÉ ŘADY ROČNÍCH MAXIMÁLNÍCH PRŮTOKŮ (1890-2006) VE STANICI BARBY (LABE). ..85 OBR. 46 ROČNÍ KULMINAČNÍ PRŮTOKY VE STANICI BARBY NA LABI (1890-2006), SEŘAZENÉ PODLE VELIKOSTI PRŮTOKU. ..................................................................................................................... 86

5


Seznam tabulek

TAB. 1 PŘEHLED HLAVNÍCH POVODNÍ PRO VYBRANÉ PROFILY (KOTYZA, ET AL. 1995; MKOL, 2005). .16 TAB. 2 ZÁKLADNÍ HODNOTY A EXTRÉMY PRŮTOKU MĚŘENÉHO VE STANICÍCH NA NĚMECKÉ ČÁSTI ŘEKY LABE BFG 2009). ...........................................................................................................................21 TAB. 3 KULMINAČNÍ PRŮTOKY PRO POVODNĚ 2002, 2006 A 2011 NA LABI A JEHO DŮLEŽITÝCH PŘÍTOCÍCH. ..................................................................................................................................... 26 TAB. 4 OBECNÝ PŘEHLED NÁDRŽÍ V ČESKÉ ČÁSTI LABE (MKOL, 2008). ..............................................28 TAB. 5 SEZNAM HLAVNÍCH NÁDRŽÍ A JEJICH ZÁKLADNÍCH CHARAKTERISTIK POUŽITÝCH V PROJEKTU. 29 TAB. 6 MAXIMÁLNÍ HODNOTY VODNÍ HLADINY, KULMINAČNÍ PRŮTOKY A DALŠÍ CHARAKTERISTIKY PRO VYBRANÉ NÁDRŽE PRO POVODEŇ ROKU 2002 - PRVNÍ VLNA (MŽP, 2005A; PVL, 2003)................ 35 TAB. 7 MAXIMÁLNÍ HODNOTY VODNÍ HLADINY, KULMINAČNÍ PRŮTOKY A DALŠÍ CHARAKTERISTIKY PRO VYBRANÉ NÁDRŽE PRO POVODEŇ ROKU 2002 – DRUHÁ VLNA (MŽP, 2005A; PVL, 2003; PLA, 2003; POH, 2003). .........................................................................................................................35 TAB. 8 MAXIMÁLNÍ VODNÍ STAVY A KULMINAČNÍ PRŮTOKY PRO VYBRANÉ NÁDRŽE PRO POVODEŇ 2006 (PVL 2006, POH 2006, PLA 2006). ..............................................................................................37 TAB. 9 MAXIMÁLNÍ VODNÍ HLADINY A KULMINAČNÍ PRŮTOKY PRO VYBRANÉ NÁDRŽE PRO POVODEŇ 2011 (PVL 2011, POH 2011). ........................................................................................................39 TAB. 10 OKRAJOVÉ PODMÍNKY – BODOVÉ PŘÍTOKY DO MODELU (MODELY PRO OVLIVNĚNÝ A NEOVLIVNĚNÝ STAV). .................................................................................................................... 44 TAB. 11 KOEFICIENTY A KULMINAČNÍ PRŮTOKY PRO ANALYZOVANÉ MODELOVÉ POVODNĚ. ................54 TAB. 12 VLIV RETENČNÍCH OPATŘENÍ V ČESKÉ REPUBLICE NA ŘECE SAALE PŘI POVODNI 2002. ...........60 TAB. 13 VYPOČÍTANÉ SNÍŽENÍ VODNÍ HLADINY PŘI POVODNI 2002. ......................................................61 TAB. 14 VLIV RETENČNÍCH OPATŘENÍ V ČESKÉ REPUBLICE A NA ŘECE SAALE PŘI POVODNI 2006. .......63 TAB. 15 POČÍTANÉ SNÍŽENÍ VODNÍ HLADINY PRO POVODEŇ 2006. .........................................................64 TAB. 16 VLIV RETENČNÍCH OPATŘENÍ V ČESKÉ REPUBLICE A NA ŘECE SAALE PŘI POVODNI 2011. .......66 TAB. 17 POČÍTANÉ SNÍŽENÍ VODNÍ HLADINY PRO POVODEŇ 2011. .........................................................67 TAB. 18 POČÁTEČNÍ HLADINA A CELKOVÝ VOLNÝ PROSTOR V NÁDRŽÍCH ZAHRNUTÝCH V MODELU. ....69 TAB. 19 PROSTOR VYUŽITÝ BĚHEM SIMULACE MODELOVÝCH POVODNÍ. ...............................................70 TAB. 20 SNÍŽENÍ KULMINAČNÍCH PRŮTOKŮ V NÁDRŽI ORLÍK A NECHRANICE. ......................................73 TAB. 21 KULMINAČNÍ PRŮTOKY A JEJICH SNÍŽENÍ PRO MODELOVOU POVODEŇ TYPU 2002 A 2006. .......78 TAB. 22 KULMINAČNÍ VODNÍ STAVY A JEJICH SNÍŽENÍ PRO MODELOVOU POVODEŇ TYPU 2002 A 2006. 79

6


Seznam zkratek

AK

Aken

BB

Barby

BfG

Spolkový institut pro hydrologii

CHMI

Český hydrometeorologický ústav

DD

Drážďany

ELLA

EU-Projekt ”Protipovodňová ochrana prostřednictvím nadnárodních opatření územního plánování“

EU

Evropská unie

FGG

Společnost pro oblast povodí

HEC-RAS

Hydrologic Engineering Center River Analysis System

Qn

Průtok s dobou opakování n-roků

MKOL

Mezinárodní komise pro ochranu Labe

MKOR

Mezinárodní komise pro ochranu Rýna

LABEL

EU - Projekt „Adaptace na povodňová rizika v povodí Labe“

LAWA

Pracovní skupina německých spolkových zemí Voda

Qa,max

Průměr maximálních ročních průtoků

Qa,min

Průměr minimálních ročních průtoků

Qa

Průměrný roční průtok

PLA

Povodí Labe

POH

Povodí Ohře

PR

Praha

PVL

Povodí Vltavy

RWS-RIZA

Institute for Inland Water Management and Waste Water Treatment

7


SOBEK

Numerický hydrodynamický simulační software firmy Deltares

TU

Technická univerzita

USACE

U.S. Army Corps of Engineers

VUV

Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka,v.v.i.

WSV

Spolková vodní a plavební správa

ZZ_XXX_YYYY

Cílový profil_Cílová N-letost_Povodňová událost

8


1 Úvod

"Pokyny pro výhledy ochrany před povodněmi", které byly zveřejněny v roce 1995 Pracovní skupinou německých spolkových zemí Voda (LAWA), podtrhují význam ochranných technických protipovodňových opatření při snižování rizika povodní (LAWA 1995). Hráze byly v povodí řeky Labe stavěny již po staletí k zajištění lepší ochrany proti povodním v oblastech podél toků. Další možností technických prostředků při snižování rizika povodní uvedenými v pokynech LAWA je zadržování vody poldry a nádržemi. V letech 1930 až 1970 byly především v českých povodích řek Vltavy a Ohře a na řece Saale v Durynsku postaveny některé zvláště velké retenční nádrže (MKOL 2005). Prostory těchto zařízení, které byly určené k zadržování vody pro různé účely (např. energetika, zásobování vodou, udržení minimálních průtoků, atd.) a tím i pro zajištění ochrany před povodněmi, mají v závislosti na typu geneze povodně větší či menší vliv na vodní stavy v blízkých i vzdálených oblastech po toku Labe. Tento meziregionální aspekt řeší "Směrnice EU o vyhodnocování a zvládání povodňových rizik" z října 2007 (EU, 2007). Ta požaduje, aby příslušné vládní instituce rozvíjely koncepci a vyvíjely aktivity v rozsahu celého povodí. Katastrofální záplavy na Labi v srpnu 2002 odstartovaly aktivity českých a německých úřadů vedoucí k posílení vzájemné spolupráce. Jednou z výsledných iniciativ bylo spolufinancování Inter-regionálního EU projektu "Elbe Labe Protipovodňová ochrana prostřednictvím nadnárodních opatření územního plánování (ELLA)", která mimo jiné vedla k vydání Atlasu Labe (Ella, 2006a; 2006b, ELLA). V rámci tohoto projektu německý Spolkový institut pro hydrologii (Bundesanstalt für Gewässerkunde, BfG) určil dopady posunu hrází dále od toku a poldrů na zadržení vody v Sasku a SaskoAnhaltsku při extrémních povodních na Labi (BfG, 2006; TU Dresden, 2007) pomocí rozsáhlých studií využívajících modelování navržených opatření Mezinárodní komisí pro ochranu Labe (MKOL) v jeho "Akčním plánu povodňové ochrany v povodí Labe" (MKOL, 2003). Snížení vodní hladiny během povodní na Labi, které byly takto vypočtené, je možné pozorovat po proudu až v dolní části toku Středního Labe, tj. na hranici přílivu nedaleko Geesthachtu. Kromě těchto studií omezených na německé území a srovnatelných vnitrostátních studií Výzkumného ústavu vodohospodářského T. G. Masaryka (VUV T. G. M.) na řece Vltavě a Labi (tj. české části Labe) (Kašpárek et al., 2006b) bylo zahájeno na základě dohody v rámci projektu LABEL (LABEL, 2009) pokročilé matematické modelování v nadnárodní studii na řízené zadržování povodní. Cílem bylo specifikovat dostupné znalosti, které jsou popsány v poněkud zobecněné podobě ve zprávě MKOLu "Druhá zpráva o plnění Akčního plánu povodňové ochrany v povodí Labe v letech 2006-2008" (MKOL, 2009) týkající se účinku Vltavské kaskády na hladinu v Labi během povodně v dubnu 2006.

9


V únoru 2010 BfG a VUV T. G. M. uzavřely smlouvu zaměřenou na určení účinků českých vodních nádrží na extrémní povodně v České republice a v Německu pomocí hydrodynamických simulací průtoku na řekách Vltavě, Ohři, Saale a Labi. Hypotetické hydrogramy modelové povodně založené na historických povodních a vybrané za účelem dosažení škály statistických kulminačních průtoků (Q10, Q50, Q100, Q200, Q500) pro vybrané říční profily, byly odvozeny v rámci tohoto projektu a poskytly široký základ vstupních hydrologických dat. Kromě toho byly analyzovány významné historické povodně z roku 2002, 2006 a 2011. Na žádost pracovní skupiny "Řízení povodňových rizik" Společenství oblasti povodí Labe (Flussgebietsgemeinschaft Labe, FGGE) byly do vyhodnocení retenčních účinků během těchto povodní zahrnuty vlivy dvou velkých přehrad na horním toku řeky Saaly s ohledem na průběh povodně na Středním Labi. Rozdílné modely, které popisují morfologickou situaci Vltavy s přehradami nebo bez nich, jsou zárukou, že ochranný vliv Vltavské kaskády na povodně lze identifikovat na základě modelových simulací. Dolní okrajová podmínka pro české simulace byla v profilu Ústí nad Labem, kde výstupy sloužily jako horní okrajová podmínka pro německou část modelu, který zahrnuje tok Labe až do Geesthachtu nedaleko Hamburku. Oba partneři projektu, BfG a VÚV T. G. M., se dohodly, že zveřejní společné výsledky výpočtů povodňových stavů v povodí Labe v rámci oficiální zprávy BfG. Výsledkem je odpovídající zpráva v německém a českém jazyce, jež představuje koncept, který byl uplatněn v této studii, stejně jako vliv retenčních opatření pro vysoké, průměrné a nízké pravděpodobnosti opakování povodní na Labi v České republice a v Německu.

10


2 Hydrologické charakteristiky povodí Labe

S délkou 1094 km od pramene v Krkonoších až po ústí v Severním moři u Cuxhavenu a plochou povodí 148 268 km2 má Labe čtvrté největší povodí (Obr. 2) ve střední Evropě (MKOL, 2005). Na základě morfologických kritérií může být tok Labe rozdělen do tří částí: Horní Labe tvoří část od pramene v České republice po Schloss Hirschstein v Německu. Dále po proudu následuje Střední Labe k jezu Geesthacht. Poslední, ovlivňovaná přílivem, část Dolního Labe končí ústím do Severního moře. Jak je uvedeno na Obr. 2, sdílejí části povodí řeky Labe čtyři evropské země. Zatímco oblasti Rakouska a Polska zabírají pouze menší procento, německá část povodí odpovídá podílu 65.4% a česká 33.7%.

2.1 Česká část povodí Labe Délka české části toku Labe je 358.3 km a plocha povodí v profilu Hřensko 51 411 km2 (Obr. 1). 60000

Plocha povodí Labe [km²]

50000

30000

Ploučnice

Bílina

Ohře

Vltava

40000

20000

10000 Brandýs n.L. Profil:

Mělník

Ústí n.L.

Dĕčín

Hřensko 0

140

130

120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Labe (v Čechách) [km]

Obr. 1 Nárůst plochy povodí Labe pod Brandýsem (horní okrajová podmínka modelu v České republice).

11


Řeky Vltava a Ohře představují největší přítoky. Vltava má délku 430.3 km a plochu povodí 28 090 km2. Délka Ohře je 304.6 km, plocha povodí je 5 614 km2. Tyto dva přítoky společně odvodňují cca 65% celého českého povodí Labe. Vltava se vlévá do Labe nad Mělníkem a soutok Labe a Ohře leží u města Litoměřice. Povodí Labe Ohře Vltava Horní Labe

Německo

Polsko

Legenda

Čechy

Říční profil Vodní dílo

S

Labe a přítoky Hranice Město

Rakousko km

Obr. 2 Plocha povodí Labe.

Sezónní chod průtoků (měsíční průměry za období 1961-2003) pro několik profilů je uveden na Obr. 3. Profil Brandýs, který leží nad soutokem s Vltavou, Mělník a Ústí nad Labem charakterizují průtok na řece Labi. Profil Chuchle se nachází v jižní části Prahy na řece Vltavě.

12


Profil Louny leží na toku Ohře pod Nechranickou přehradou. Typicky nejvyšší průměrné průtoky jsou dosaženy během jara při tání sněhu. Nejnižších průtoků je dosahováno v letním období a na podzim. U Vltavy a Labe lze identifikovat malý vrchol v měsíci srpnu. Tento vrchol je způsoben povodní roku 2002, jejíž vliv se projevuje v této datové řadě. 600

SommSer

ZIMA

LÉTO

500

Průtok [m 3/s]

400

300

200

100

Říjen

Září

Srpen

Červenec

Červen

Květen

Duben

Březen

Únor

Leden

Prosinec

Listopad

0

Obr. 3 Průměrný roční hydrogram v profilech Louny (Ohře), Chuchle (Vltava), Brandýs (Labe), Mělník (Labe) a Ústí nad Labem (Labe) (1961-2003).

Významné historické povodňové události v České Republice K povodním docházelo od dávných časů. Tyto jevy přitahovaly pozornost lidí ve všech historických obdobích a popisy povodní se často objevují v historických pramenech. Údaje o historických povodních na Labi jsou datovány od roku 1118, kdy kronikář Kosmas popsal velkou povodeň na Vltavě. Příčiny povodní na řece Labi lze rozdělit na: • • •

zimní a jarní povodně způsobené táním sněhu v kombinaci s přívalovými srážkami, například povodeň na jaře 2006 letní povodně způsobené regionálními srážkami dlouhého trvání, například povodeň v létě 2002 letní povodně způsobené přívalovými dešti na poměrně malých povodích, například přívalové povodně v červnu a červenci 2009

Vzhledem k tomu, že režim odtoku řeky Labe je silně ovlivněn akumulací a táním sněhu, je řeka Labe dešťo-sněhového typu (MKOL, 2005). Labe se vyznačuje zimními a jarními po-

13


vodněmi (Obr. 4). Velké povodně jsou obvykle na českém území způsobeny táním sněhu v kombinaci s přívalovými dešti. Povodí Labe je obklopeno horami a k záplavám z tání sněhu může dojít téměř na všech větších přítocích. Rozdílné výšky hor mohou způsobit postupné tání nebo tání ve vlnách. Průběh povodní na Labi je významně ovlivňován jeho nejdůležitějším přítokem Vltavou. Historická pozorování ukazují, že největší povodně na Labi v Drážďanech obvykle začínají v povodí Vltavy (MKOL, 2005). Na soutoku Vltavy a Labe u Mělníka je oblast povodí Vltavy více než dvakrát větší než povodí Labe (13714 km2). 6000

60 Léto

Zima

5000

50

Průtok [m³/s]

Q100

4000

40

Q50

3000

30 Q10

2000

20

1000

10

2010

2004

1998

1992

1986

1980

1974

1968

1962

1956

1950

1944

1938

1932

1926

1920

1914

1908

1902

1896

0

1890

0

Rok

Obr. 4 Maximální roční průtoky na vodoměrné stanici Děčín (1890-2011) (Kotyza et al., 1995; MKOL, 2005).

Letní (např. 2002) a zimní povodně (např. 2006, 2011) se obvykle výrazně liší v délce trvání a v objemu (Obr. 5). Zimní povodně mohou probíhat ve vlnách tak, jak postupně sníh odtává v nižších a později ve vyšších výškách. Proto je objem a doba trvání zimních povodní obvykle mnohem větší v porovnání s typickými letními událostmi. Roční chod srážek je velmi variabilní. Silné srážky se vyskytují převážně od začátku května do konce srpna. Pravděpodobnost, že k tání sněhu dochází ve stejnou dobu jako k silným srážkám, je tedy velmi malý. Na druhou stranu k průběhu tání sněhu dochází obvykle v období nasycení půdy a záplavy mohou být způsobeny i menšími srážkami (několik desítek mm). Zimní povodně se vyskytují nejen na jaře, ale často v zimě, pokud dojde k významnému tání. V létě je naopak půda většinou suchá a má k dispozici velmi vysokou volnou vodní kapacitu. V rámci takového stavu nemohou mít srážky 30-50 mm vliv na odtok z povodí. V rámci letních povodní může spadnout část dlouhodobých ročních průměrných úhrnů srážek. Jejich účinek je zesílen orografickými vlivy v povodí. Různé typy vzniku povodní nejsou specifické pro jednu oblast a může k nim dojít kdekoliv v české části povodí Labe.

14


Ústí 2002 Chuchle 2002 Ústí 2006 Chuchle 2006 Ústí 2011 Chuchle 2011

5000

Průtok [m3 /s]

4000

3000

2000

1000

481

457

433

409

385

361

337

313

289

265

241

217

193

169

145

121

97

73

49

25

1

0 Čas [h]

Obr. 5 Hydrogram průtoku v profilech Praha (Vltava) a Ústí (Labe) pro povodeň 2002, 2006 a 2011.

Při zjišťování rozsahu historických povodní se spoléháme na existující zdroje. Do 15. století existovaly pouze spisy kronikářů. Nicméně, kronikáři považovali informace týkající se škod způsobené povodní za důležitější než informace o povodních samotných, a popisují pouze to, jak daleko sahala voda. Ale i tyto informace umožňují za určitých okolností odhad výšky vodní hladiny (zejména v Praze, kde lze hladinu vody odhadnout z údajů o zatopených kostelech až do 13. století). Počínaje 15. stoletím dochází k přesnějšímu stanovení vodní hladiny při povodních. Jedná se o záznamy na skalách, mostech a domech. Nejstarší známá povodňová značka na Labi (v České republice) je záznam na zámecké skále v Děčíně z roku 1432 (Obr. 6a). Pro měření vodní hladiny během povodní na Vltavě v Praze slouží hlava Bradáče. Jedná se o mužskou hlavu asi 70 cm vysokou, která je umístěna na zdi špitálu Křížovníků u Karlova mostu (Obr. 6b). V Praze Vltava prošla zásadními změnami. Nejradikálnější změny hydrologického režimu byly způsobeny v důsledku výstavby jezů mezi roky 1900 a 1960. Konstrukce jezů měla za následek snížení sklonu řeky, čímž se zpomalil tok a tím se snížila unášecí síla. To mělo za následek ukládání písku a štěrku nad jezy, což vedlo ke zvýšení říčního dna a rozšíření koryta řeky tak, že obyvatelé byli nuceni přestěhovat se do výše položených lokalit. Rychlost ukládání sedimentů lze pozorovat v ulici Jilská v Praze, kde okraj nejnižší terasy na počátku 13. století byl 3.3 až 3.7 m pod současným terénem (Elleder, 2010). S ohledem na charakter Labe v Děčíně na počátku 19. století víme jen, že řeka byla širší a mělčí než je dnes. Úpravy břehů byly minimální a soustředily se spíše do blízkosti města Děčína, než na soutok Labe a Ploučnice. Současně se zde nikdy neprojevily změny způsobené stavbou jezů (Elleder, 2010). Ve druhé polovině 19. století proběhl výrazný zásah do pro-

15


filu řeky. Rozvoj říční plavby potřeboval regulaci toku. Tyto úpravy vedly k poklesu vodní hladiny o 50 cm. Tab. 1 Přehled hlavních povodní pro vybrané profily (Kotyza, et al. 1995; MKOL, 2005). Profil Praha-Chuchle Datum Průtok N-letost [m³/s] [a] 29.3.1845 4500 100-200 23.1.1846 920 1-5 1850 2.3.1855 2220 10 10.2.1856 1660 5 31.3.1860 1960 5-10 2.2.1862 3950 100 8.4.1865 2370 10-50 29.1.1867 2160 10 05/1872 3300 50 19.2.1876 2674 10-50 14.2.1877 1219 1-5 8.3.1881 1708 5 29.12.1882 2260 10 23.3.1886 2002 5-10 12.3.1888 1820 5-10 4.9.1890 3975 100 7.3.1891 1540 1-5 26.3.1895 2090 5-10 6.5.1896 2470 10-50 31.7.1897 2070 5-10 9.4.1900 2770 10-50 5.2.1909 2170 10 8.10.1915 2290 10 17.4.1917 1762 5 15.1.1920 2503 10-50 5.2.1923 1852 5-10 17.6.1926 1652 5 15.3.1940 3245 50 8.4.1941 2050 5-10 10.2.1946 1028 1-5 15.3.1947 2272 10 10.7.1954 2265 10 13.3.1981 652 1 21.7.1981 1730 5 28.3.1988 1260 1-5 14.8.2002 5160 >200 6.1.2003 1030 1-5 2.4.2006 1430 1-5 15.01.2011 1010 1-5

Profil Brandýs n. L. Datum Průtok N-letost [m³/s] [a] 30.3.1845 1560 >100 1846 1850 1855 1856 1860 1862 1865 1867 05/1872 1876 1877 1881 4.1.1883 510 1-5 3.4.1886 425 1 15.3.1888 563 1-5 7.9.1890 469 1 9.3.1891 1090 10-50 2.4.1895 572 1-5 8.5.1896 456 1 4.8.1897 577 1-5 9.4.1900 518 1-5 14.2.1909 534 1-5 13.10.1915 513 1-5 20.4.1917 868 10 16.1.1920 1410 100 4.2.1923 780 5-10 20.6.1926 1170 10-50 15.3.1940 832 5-10 12.3.1941 975 10-50 12.2.1946 872 10 22.3.1947 635 1-5 19.7.1954 259 <1 14.3.1981 1140 10-50 22.7.1981 718 5 29.3.1988 706 5 15.8.2002 529 1-5 6.1.2003 772 5 3./4.4.2006 1020** 10-50 16.01.2011 645** 1-5 Statistické průtoky 148 Qa 99.3 Qa 856 Q1 441 Q1 1770 Q5 754 Q5 2230 Q10 895 Q10 3440 Q50 1230 Q50 4020 Q100 1390 Q100 4640 Q200 Q200 (* hodnoty z profilu Děčín; ** hodnoty z profilu Kostelec, - data nejsou dostupná)

16

Profil Ústí n. L. Průtok [m³/s] 30.3.1845 5350 1846 1850 3.3.1855 3170* 11.2.1856 2370* 2.4.1960 2320* 3.2.1862 4820* 10.4.1865 3390* 31.1.1867 2840* 05/1872 2040* 20.2.1876 4210* 15.2.1877 2080 13.3.1881 2480 3.1.1883 2670 24.3.1886 2790 13.3.1888 2600 6.9.1890 4400 8.3.1891 2400 28.3.1895 2790 6.5.1896 2950 2.8.1897 2400 10.4.1900 3600 1909 10.10.1915 2320 19.4.1917 2250 16.1.1920 3650 5.2.1923 2700 21.6.1926 2490 16.3.1940 3560 10.4.1941 2910 11.2.1946 2280 17.3.1947 2550 11.7.1954 2410 15.3.1981 2190 22.7.1981 2310 29.3.1988 2380 16.8.2002 4700 6.1.2003 1945 3.4.2006 2540 17.01.2011 1900 Datum

293 1240 2220 2670 3780 4290 4820

N-letost [a] >200 10-50 5-10 5-10 200 10-50 10-50 1-5 100 1-5 5-10 10 10-50 10 100-200 5-10 10-50 10-50 5-10 10-50 5-10 5 50 10 5-10 10-50 10-50 5 5-10 5-10 5 5-10 5-10 100-200 1-5 5-10 1-5 Qa Q1 Q5 Q10 Q50 Q100 Q200


Obr. 6 (a) Zámecká skála v Děčíně a (b) hlava Bradáče v Praze (Elleder, 2010).

Historické údaje ukazují, že vyšší průtoky na řece Vltavě v Praze nemusí být úměrné průtoku v Děčíně nebo v Ústí nad Labem. Příkladem je povodeň z roku 1872, která vyvrcholila v Praze kulminací 3300 m³/s a v Děčíně kulminovala při průtoku 2040 m³/s (Elleder, 2010). Údaje o velkých povodních na vybraných limnigrafických stanicích od roku 1845 jsou uvedeny v Tab. 1. Pro účely srovnání je uvedena také informace o průměrném průtoku a statistických extrémních hodnotách mezi Q1 a Q200.

2.2 Německá část povodí Labe Od česko-německé hranice teče Labe 723 km Německem. Celková velikost německého povodí je 97 135 km². Obr. 7 ukazuje nárůst velikosti plochy povodí Labe od česko-německé hranice k profilu Neu Darchau. Nárůst velikosti plochy podél německé části toku přítokem řek Schwarze Elster (plocha 5 705 km²), Muldy (plocha 7 400 km²), Saaly (plocha 24 079 km²) a řeky Havoly (plocha 23 858 km²) je zřejmý. Tyto čtyři přítoky společně odvodňují asi 75% celého německého povodí Labe k jezu Geesthacht. Pro orientaci jsou hlavní přítoky a limnigrafy podél toku Labe rovněž uvedeny na Obr. 7 (BfG, 2009). Průběh průměrných průtoků v německé části toku Labe se projevuje výraznou sezónností. Obr. 8 ukazuje roční hydrogramy průměrného průtoku (Qa) a průměrného povodňového průtoku (Q a,max) na limnigrafických stanicích Drážďany (první důležitý limnigraf v Německu), Barby (pod ústím Saaly) a Wittenberge (pod ústím Havoly) na základě období 1900-2006 a 1931-2006. Tento sezónní chod průtoků v Labi se zvýšenými průtoky v zimním půlroku a nízkými průtoky v létě a na podzim je typický pro řeky ovlivněné vrchovinou (DGJ, 2009).

17


Česká oblast povodí Labe, kde vznikají povodně, se skládá především z pohoří Krkonoš a Šumavy (viz kapitola 2.1). Také v Německu, především výše situovaná území, jako jsou Krušné hory, Durynský les a pohoří Harz, přispívají k vytváření povodňových průtoků. V zásadě je povodňový režim Labe ovlivňován těmito horskými oblastmi. Se svým průběhem průtoku a jeho charakteristikám režimu je Labe počítáno mezi řeky pluvio-niválního typu (dominance srážek a sněhu) (MKOL, 2005) s převažujícími zimními a jarními povodněmi (viz Obr. 8). K záplavám tohoto druhu došlo v dubnu 2006 a v lednu 2011. Povodeň v roce 2006 zatopila rozsáhlé části starého města Hitzacker v Dolním Sasku. Ze sezónního rozložení povodní pozorovaných v profilu Drážďany mezi roky 1890 a 2011 (Obr. 9) vyplývá, že 71% povodní se vyskytlo v zimě. To velmi dobře odpovídá průběhu zimních a letních povodní ve stanici Děčín (Obr. 4). Tento režim se změní velkými přítoky po proudu na německé části toku jen nepatrně. Analýza povodňových událostí překračujících vodní hladinu 600 cm v profilu Barby (po proudu od přítoku řeky Saale) ukazuje, že v období od roku 1895 do roku 1994 se 86% povodní vyskytlo také v zimě nebo na jaře. Proto lze říci, že povodně v létě jsou v povodí Labe vzácné, ale lze u nich předpokládat významné objemy, jak o tom svědčí povodeň ze srpna 2002, která nastala v důsledku meteorologické situace typu "Vb" (MKOL, 2004). 130000

120000

100000

60000

Weißeritz

Gottleuba Müglitz

70000

Jeetzel

Elde

Aland

Eger

Havel

Mulde

80000

Saale

90000

Schwarze Elster

Plocha povodí Labe [km²]

110000

Neu Darchau 50000

Magdeburg-Str

Profil: Schöna Drážďany

Riesa

Torgava Wittenberg-L

Aken Barby

Schnackenburg

Tangermünde

Wittenberge

Dömitz

40000 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Labe [km]

Obr. 7 Růst velikosti plochy povodí Labe po proudu od česko-německé hranice se zahrnutím hlavních přítoků (BfG 2009).

18


1600

Časové řady: Roční hydrogramy Profil Wittenberge (1900-2006) Profil Barby (1900-2006) Profil Drážďany (1931-2006)

1400

průměrný průměrný roční maximální

1200

Průtok [m³/s]

1000

800

600

400

200

0 Leden

Únor

Březen

Duben

Červen

Květen

Červenec

Srpen

Říjen

Září

Listopad

Prosinec

Měsíce

Obr. 8 Průměrný roční hydrogram v profilech Drážďany, Barby a Wittenberge (DGJ, 2009). 50

5000 Q200

Léto

4500

Zima

45 Q100

4000

Q50

3500

35

3000

Q20

30

2500

Q10

25

2000

20

1500

15

1000

10

2010

2004

1998

1992

1986

1980

1974

1968

1962

1956

1950

1944

1938

1932

1926

1920

1914

0 1908

0 1902

5 1896

500 1890

Průtok [m³/s]

40

Rok

Obr. 9 Maximální roční průtoky v hydrometrické stanici v Drážďanech (1890-2011).

Zvláštní význam pro odtok povodňových průtoků v Labi je retence při vybřežení vody v často doširoka rozlehlých záplavových oblastech. Rozdílné procesy mohou generovat v povodí Labe povodně, které mohou mít kratší nebo delší trvání kulminace a povodňové objemy od

19


malých až po velké (viz. Obr. 10). Z tohoto důvodu je důležité, že studie velkých povodní zkoumají nejen jednotlivé události, ale i několik reprezentativních typů povodní. Obr. 9 ukazuje příklady průběhu povodní v Labi, které byly generovány různými procesy, v profilech v Drážďanech a Wittenberge (po proudu od přítoku řeky Havoly). Průtokové hydrogramy povodňových událostí z roku 1988, 2002 a 2006 jsou v tomto obrázku superponovány v čase. Představují povodňové vlny s kulminacemi s krátkou dobou trvání (2002), střednědobou (2006) a trvající velmi dlouhou dobu (1988). Hydrogramy také ilustrují, že povodně z roku 2002 a 2006 se liší nejen ve strmosti nárůstu v Drážďanech, ale ještě výrazněji v objemech vody ve Wittenberge. V závislosti na procesech generujících povodňové průtoky způsobuje efekt retence vody rozdílné zploštění povodňových vln spojené se snížením kulminačních průtoků, které může být mezi Drážďanami a Wittenberge až 500 m³/s. 5000

4500

4000

3500

Průtok [m 3/s]

3000

2500

2000

1500

1000

500

1416

1392

1368

1344

1320

1296

1272

1248

1224

1200

1176

1152

1128

1104

1080

1056

1032

1008

984

960

936

912

888

864

840

816

792

768

744

720

696

672

648

624

600

576

552

528

504

480

456

432

408

0

Čas [hod] Drážďany 1988

Wittenberge 1988

Drážďany 2002

Wittenberge 2002

Drážďany 2006

Wittenberge 2006

Obr. 10 Hydrogramy povodňových událostí 1988, 2002, a 2006 ve stanici Drážďany a Wittenberge použité pro generování modelové povodně (BfG, 2009).

Labe po proudu od česko-německé hranice je federální vodní cesta ve vlastnictví Spolkové republiky Německo. Provoz a údržba této vodní cesty náleží Spolkové vodní a plavební správě (WSV). Podél 723 km dlouhého toku německé řeky WSV provozuje řadu měřících stanic, které poskytují převážně kontinuální pozorování vodní hladiny. Průtoková data z německé části Labe jsou v současné době k dispozici ze 12 profilů mezi Schönou a Zollenspiekerem. Tato poměrně hustá síť měřicích stanic poskytuje databázi pro analýzy průtoků obvykle v odpovídající kvalitě.

20


Tab. 2 Základní hodnoty a extrémy průtoku měřeného ve stanicích na německé části řeky Labe BfG 2009). Profil Labe-km Průtok Qa,min Qa Qa,max Q2 Q5 Q10 Q20 Q50 Q100 Q200 Q300 Q500

Schöna 2.1 [m³/s] 109 313 1542 1721 2310 2769 3250 3900 4415 4960 5320 5800

Drážďany 55.6 [m³/s] 112 327 1534 1580 2110 2520 3000 3690 4260 4860 5240 5740

Torgava 154.2 [m³/s] 121 337 1498 1540 2090 2510 3000 3680 4230 4800 5150 5600

Barby 294.8 [m³/s] 223 558 1950 2270 2970 3410 3850 4360 4710 5040 5220 5440

Wittenberge 453.9 [m³/s] 298 701 1890 2190 2810 3200 3590 4220 4545 4860 5030 5230

Neu Darchau 536.4 [m³/s] 290 710 1830 2130 2740 3110 3500 4130 4450 4760 4940 5140

Zollenspieker 598.3 [m³/s] 289 708 1804 2106 2712 3080 3466 4084 4360 4700 4880 5080

Tab. 2 podává přehled o aktuálně platných základních hodnotách extrémních průtoků mezi minimálními průměrnými průtoky (Qa,min) a 500letou vodou (Q500) na vybraných hydrologických stanicích na Labi mezi Schönou a Zollenspiekerem (BfG, 2009). Podle extrémních statistických hodnot průtoků ( Tab. 2) klesá průtok nad Q100 na 600kilometrovém úseku mezi Schönou a Zollenspiekerem díky vlivu transformace vlny i přes několik velkých přítoků (Schwarze Elster, Mulda, Saala a Havola) vlévajících se do Labe v tomto úseku. Jejich příspěvky a jejich role v oblasti generování a odvádění záplav na Labi v Německu musí být posuzovány odlišně (viz kapitola 2.3).

2.3 Typická geneze povodňového odtoku v celém povodí Labe V období mezi roky 2002 a 2011 se vyskytly tři významné povodňové události na Horním a Středním Labi (srpen 2002, duben 2006 a leden 2011). Pokud porovnáme průtoky v hlavních přítocích, všimneme si, že povodně byly způsobeny velmi odlišných generováním odtoku hydrologickými procesy. Obr. 12 ilustruje tyto rozdílné odtokové poměry na řece Labi a jeho přítocích, zatímco Tab. 3 (strana 27 poskytuje přehled o kulminačních průtocích ve významných stanicích v povodí Labe. Povodeň ze srpna 2002 byl extrémní případ "letní povodně". Jednalo se o největší povodeň v České republice a Německu od roku 1890 s katastrofickým dopadem v obou zemích. Ta byla způsobena rozsáhlými regionálními srážkami a během prvních deseti dnů v měsíci bylo dosaženo dlouhodobého průměrného měsíčního množství spadlých srážek v povodí Labe. Srážky v České republice za 6. až 15. srpen jsou znázorněny na Obr. 11. Vyskytly se dvě srážkové epizody, které po první epizodě vyústily v nasycení povodí a ve zvýšení odtoku v průběhu druhé.

21


Obr. 11 Srážky pro periodu 6. 8. 2002 – 15. 8. 2002 (MŽP, 2003).

Největší průtoky byly naměřeny ve Vltavě a v menších přítocích Ohře (BfG, 2002). První povodňová vlna byla významně ovlivněna nádržemi Vltavské kaskády. Zadržely podstatnou část objemu povodňové vlny na úkor snížení jejich retenční schopnosti. Při příchodu druhévlny byla již retenční kapacita nádrží významně nižší. Především Lipno I a Orlík přispěly k transformaci povodňové vlny, ačkoli v nádrži Orlík byla překročena maximální povolená hladina. Po vyhodnocení povodně bylo zjištěno, že doba opakování podle původních údajů, které nezahrnují tuto povodeň, je asi 500 let, a po zahrnutí této povodně, je doba opakování asi 200 let. Maximální průtok v Praze (Obr. 13a) byl 5160 m3/s, jednalo se o historicky nejvyšší průtok i vodní stav. V Děčíně (Obr. 13b) byla doba opakování stanovena na 100 let po zahrnutí této události. Maximální průtok v Děčíně byl 4770 m3/s. Snížení kulminačních průtoků bylo způsobeno velkými inundačními oblastmi na soutoku Labe s Vltavou a Labe s Ohří. Některá malá povodí ve východních Krušných horách v Německu a extrémní lokální povodně na řece Muldě s kulminací téměř 1000 m³/s v profilu Priorau měly významný vliv na nárůst povodňových průtoků na Středním Labi. Řízená retence vody v nížině řeky Havoly a ve spojení s poldry, jakož i s živelnými protrženími hrází, významně redukovaly kulminační povodňové průtoky na Labi, zejména po proudu od přítoku řeky Havoly (viz Obr. 12. - horní obrázek).

22


Povodeň srpen 2002: Labe a Vltava 5500

Q max Drážďany: Q max Wittenberge: Q max Neu Darchau: Q max Mělník: Q max Ústí: Q max Chuchle: Q max Brandýs:

5000 4500 4000

Povodeň srpen 2002: přítoky Labe 900

4580 m³/s 3830 m³/s 3420 m³/s 5300 m³/s 4700 m³/s 5160 m³/s 529 m³/s

700 500

Průtok [m³/s]

Průtok [m³/s]

3500 3000 2500 2000

Q max Bad Düben: 814 m³/s Q max Calbe-Grizehne: 295 m³/s 156 m³/s Q max Rathenow: Q max Havelberg: 221 m³/s Q max Louny: 174 m³/s

300 100

-100

1500 1000

-300

500 0 5.8.02

9.8.02

13.8.02

17.8.02

21.8.02

Drážďany

Wittenberge

Neu Darchau

Mělník

Chuchle

Brandýs

-500 5.8.02

25.8.02 Ústí n.L.

9.8.02

Povodeň duben 2006: Labe a Vltava 4000 3500

21.8.02

25.8.02

Rathenow (Havela)

Qmax Priorau: 597 m³/s Qmax Calbe-Grizehne: 483 m³/s Qmax Rathenow: 170 m³/s Qmax Havelberg: 219 m³/s Qmax Louny: 250 m³/s

600 500

2500

Průtok [m³/s]

Průtok [m³/s]

3000

2870 m³/s 3705 m³/s 3600 m³/s 2410 m³/s 2540 m³/s 1430 m³/s 1020 m³/s

17.8.02

Calbe-Grizehne (Saale) Louny (Ohře)

Povodeň duben 2006: přítoky Labe

700 Qmax Drážďany: Qmax Wittenberge: Qmax Neu Darchau: Qmax Mělník: Qmax Ústí: Qmax Chuchle: Qmax Kostelec:

13.8.02

Bad Düben (Mulda) Havelberg (Havela)

2000 1500 1000

400 300 200 100

500 0 25.3.06

29.3.06

2.4.06

6.4.06

10.4.06

14.4.06

Drážďany

Wittenberge

Neu Darchau

Mělník

Chuchle

Kostelec

19.4.06

0 25.3.06

23.4.06

29.3.06

10.4.06

Rathenow (Havela)

800

3000

2280 m³/s 3770 m³/s 3600 m³/s 1580 m³/s 1900 m³/s 1010 m³/s 645m³/s

2500 2000 1500

600 500 400 300

1000

200

500

100

13.1.11

19.1.11

25.1.11

1.2.11

7.2.11

Drážďany

Wittenberge

Neu Darchau

Ústí

Chuchle

Kostelec

13.2.11

Mělník

Qmax Priorau: 749 m³/s Qmax Calbe-Grizehne: 728 m³/s Qmax Rathenow: 248 m³/s Qmax Havelberg: 336 m³/s Qmax Louny: 345 m³/s

700

Průtok [m³/s]

Q max Drážďany: Q max Wittenberge: Q max Neu Darchau: Q max Mělník: Q max Ústí: Q max Chuchle: Q max Kostelec:

3500

Průtok [m³/s]

6.4.06

Calbe-Grizehne (Saale) Louny (Ohře)

Povodeň leden 2011: Přítoky Labe

Povodeň leden 2011: Labe a Vltava 4000

0 7.1.11

2.4.06

Priorau (Mulda) Havelberg (Havela)

Ústí n.L.

0 7.1.11

13.1.11

19.1.11

25.1.11

1.2.11

Priorau (Mulda)

Calbe-Grizehne (Saale)

Havelberg (Havela)

Louny (Ohře)

7.2.11

13.2.11

Rathenow (Havela)

Obr. 12 Pozorované hodnoty průtoků během povodně 2002 (horní obrázek), 2006 (střední obrázek) a 2011 (dolní obrázek).

Dlouhotrvající povodeň na Labi na přelomu března a dubna 2006 byla typickou povodní, která se vyskytuje v jarních obdobích ("jarní povodeň"). Během na sníh bohaté zimy 2005/2006 se vytvořila obrovská sněhová pokrývka, a to i v nižších oblastech (MKOL, 2007). Vysoké srážky (až 200% množství dlouhodobého průměru srážek) vedly k rychlému procesu tání sněhu, zejména v nižších a středních polohách. K povodni nejvíce přispěly české přítoky Metuje a Doubrava. Naproti tomu vliv Ohře a zejména řeky Vltavy byl méně významný než v roce 2002. To bylo způsobeno tím, že nádrže (zejména Vltavská kaskáda a

23


Nechranice na Ohři) na obou řekách byly provozovány speciálním protipovodňovým způsobem. Hladina vody na vodním díle Orlík na Vltavě byla během zimy snižována v závislosti na růstu sněhových zásob v povodí (Obr. 18). To umožnilo zachytit povodňovou vlnu s následným posunem kulminačního průtoku. V důsledku toho nebyla překročena kritická hranice průtoku 1500 m³/s v Praze (třetí stupeň povodňové aktivity). V Ústí nad Labem byl dosažen maximální průtok 2540 m3/s. Třetí stupeň povodňové aktivity trval od 28. března do 10. dubna (MKOL, 2007).

Obr. 13 (a) Povodeň 2002 v Praze (levý obrázek) a (b) v Děčíně (pravý obrázek) (Raudenský et al., 2012).

Obr. 14 Soutok Vltavy a Labe 2006 (levý obrázek) a oblast Litoměřic během povodně 2006 (pravý obrázek) (Raudenský et al., 2012).

Na Horním Labi v Německu geneze povodně (vysoké srážky, rychlé tání sněhu) způsobila rozsáhlou povodňovou vlnu s velkým objemem. V německých přítocích Labe byly zaznamenány pozoruhodné události na řece Muldě a na řece Saale, kde byly pozorovány hodnoty povodňových průtoků déle než jeden měsíc i když nedosáhly velikosti povodně z roku 2002. Přestože kulminační průtoky byly nižší na Středním Labi (viz. průtoky ve stanici Neu Darchau v Obr. 12, střední obrázek), dosažené maximální vodní hladiny byly stejně vysoké jako během povodně roku 2002.

24


Povodeň 2011 odpovídá typické "zimní povodni", která vzniká na základě vlhkého a teplého počasí v lednu. K těmto okolnostem došlo v posloupnosti za studenou, na sníh bohatou, brzy začínající zimou, takže tání sněhové pokrývky vedlo k dlouhodobé povodňové vlně v německé části Labe. V týdnu od 3. 1. do 9. 1. bylo počasí ovlivněno tlakovou výší se středem nad Maďarskem a Rumunskem, která se postupně přesunula nad východní Evropu. Od čtvrtka (6. 1.) se prohlubovala brázda nízkého tlaku nad západní Evropou a teplý vzduch proudil od jihozápadu do střední Evropy a ovlivňoval postup frontální vlny. V týdnu od 10.1. - 16. 1. bylo počasí ovlivněno jednotlivými atmosférickými frontami postupujícími přes střední Evropu k východu s nevýraznými výběžky vyššího tlaku vzduchu. V noci na pátek (7. 1.) se teplá fronta přesunula a do střední Evropy proudil do konce týdne od západu teplý vzduch (POH, 2011). V povodí Vltavy byl průtok ovlivněn dvěma povodňovými vlnami a obě vlny byly způsobeny oteplením v kombinaci s deštěm. První povodňová vlna proběhla ve dnech 7. 1. až 10. 1. především v povodí Berounky. Nejvyšší kulminační průtoky dosáhly dobu opakování 5-10 let. Druhá povodňová vlna začala na konci první dekády ledna a kulminace byly zaznamenány především mezi 14. 1. a 17. 1. Na konci druhé dekády většina sledovaných toků vykazovala klesající trend. Nejvýraznější zvýšení hladiny (do 2 m) došlo na přítoku Vltavy Berounce (horní část), Lužnici, Blanici a Sázavě. Maximální doba opakování byla na úrovni 20 let. Během hlavního nárůstu odtoku (od 13. 1. do 17. 1.) došlo k významnému tání akumulovaného sněhu v povodí, zejména ve střední a nižší úrovni (PVL 2011). Vzhledem ke značnému nárůstu teploty na konci první a druhé dekády ledna, kdy noční teploty nepadaly dokonce pod bod mrazu a vzhledem k poměrně intenzivní srážkové činnosti, došlo v povodí Ohře k tání sněhu ve všech nadmořských výškách, což 13. 1. – 14. 1. způsobilo povodňovou situaci. Přirozená retence byla vyčerpána již částečným táním sněhu v prvním lednovém týdnu a tak rychlejší tání zaplnilo koryta vodních toků. K největším povodním došlo na horní a dolní Ohři (POH, 2011). Německé přítoky, které hrály důležitou roli při vzniku povodně, lze nalézt v Krušných horách. Kromě toho řeky Mulda a Saala měly značný vliv na povodňové kulminace v dolní části Středního Labe, kde maximální hladiny vody byly nejvyšší ze tří uvažovaných historických povodní (viz také dolní obrázky na Obr. 12). Kulminační průtoky povodně na Labi a Saale se vyskytly téměř současně na jejich soutoku. Proto byl pozorován významný vliv vzdutí, který byl ještě patrný proti proudu ve stanici Calbe-Grizehne (Saale ŘKM 17.4). V důsledku toho hydrogram průtoku pro stanici CalbeGrizehne, odvozený z naměřených hladin a s použitím oficiální měrné křivky, poskytoval zvýšené hodnoty průtoků, jak je znázorněno na Obr. 12. Vzhledem k tomu, že tento hydrogram nemohl být použit jako okrajová podmínka pro simulace povodně v roce 2011, byl model Labe-Saala použit pro hydrodynamickou simulaci superpozice povodňových průtoků Labe a Saaly při povodni 2011 (kapitola 5.1.3). Vzhledem k tomu, že k povodni 2011 došlo téměř rok po začátku společného projektu, nemohla být uvažována v procesu generování modelové povodně (viz také kapitola 4.2.2). Přes-

25


to jménem německého Společenství oblasti povodí Labe (FGG Elbe) BfG a VÚV provedlo v rámci projektu menší studii, kde byl analyzován vliv nádrží (na Vltavě a Ohři stejně jako na řece Saale) na historickou povodeň roku 2011. Výsledky této studie jsou k dispozici - stejně jako analýza povodní 2002 a 2006 - v kapitole 5.1. Tab. 3 Kulminační průtoky pro povodně 2002, 2006 a 2011 na Labi a jeho důležitých přítocích. Profil

Tok

Labe-km /přítok-km …

Brandýs n. L. Praha-Chuchle Louny Ústí n. L. Drážďany Torgava Priorau Aken Calbe-Grizehne Barby Tangermünde Rathenow Wittenberge Neu Darchau

Labe Vltava Ohře Labe Labe Labe Mulda Labe Saale Labe Labe Havola Labe Labe

865.2 837.2* 792.3* 765.9/-38.2** 55.6 154.2 259.6 274.7 290.8 294.9 388.2 438 453.9 536.4

Srpen 2002 [m³/s] 530 5160 174 4700 4580 4420 971 4020 295 4290 3840 156 3830 3420

(*staničení přítoků Labe, ** podle německého staničení)

26

Duben 2006 [m³/s] 1020 1430 250 2540 2870 2880 607 3180 483 3580 3560 170 3700 3600

Leden 2011 [m³/s] 645 1010 345 1900 2280 2270 749 2820 728 3600 3660 248 3770 3600


3 Vodní nádrže v České republice

3.1 Přehled Většina přehrad v České republice je určena pro víceúčelové použití. Hlavním účelem jejich použití je především: (i) zásobování vodou, (ii) provoz vodních elektráren, (iii) protipovodňová ochrana toku a další. Provoz nádrží vychází z provozních pravidel. Během transformace povodňové vlny je pozornost věnována udržení neškodného odtoku z nádrže, který nezpůsobuje žádné významné škody směrem po proudu. Bezpečný odtok se pohybuje v rozmezí Q1 a Q5. Umístění přehrad, jejichž vliv je uvažován v simulacích, je zobrazeno na Obr. 15. Jejich zahrnutí do simulací se liší pro různé povodně na základě vybraných kritérií, zejména snížení maximálního průtoku a snížení objemu. Souhrn nejdůležitějších nádrží lze pro každou povodňovou událost najít v Tab. 6 - Tab. 9. Sm ědá

Plo učn ice a Úp

na Bíl i

Les Království

Hracholusky

Klabava

Slapy Kamýk Orlík

za a lav Ús

Ú hla va

Radbu

Sá zav a

Švihov

Lo uč ná

Seč

Želivka

Vrané Štěchovice

Chrudi mka

Výrovk a

un ka

va ra ub Do

Střela Mž e

Divoká Orlice

e lic Or

Be ro

Žlutice

há Tic

Jesenice

Metuje

Orlice

Březová

Skalka

Rozkoš

a lin

be La

J izera

Ohře

C id

Nechranice

va Vl ta

a

ice L užn

Bla nic

e

t av O

Malše

Římov

Lipno

. Obr. 15 Mapa říční sítě a nádrže uvažované během simulací (červená: důležité nádrže zahrnuté v simulacích modelových a historických povodní; žlutá: nádrže zahrnuté při simulacích historických povodní).

27


V Tab. 4 je obecný přehled o všech přehradách v české části povodí Labe. Celkový ovladatelný objem 136 přehrad v povodí Labe v rámci České republiky je 2 567 mil. m3 (Tab. 4), což je přibližně 25% z průměrného ročního odtoku z povodí. Ovladatelný ochranný objem k dispozici pro zadržování povodní je v současné době mezi 231 mil. m3 (v létě) a 264 mil. m³ (v zimě). Významný ovladatelný ochranný objem se nachází na Vltavě a Ohři, jmenovitě přehrady Lipno a Orlík na řece Vltavě a přehrada Nechranice na řece Ohři. Na Vltavě je další větší přehrada Slapy, která nemá vymezený žádný ochranný prostor a výrazné předpouštění je možné pouze pro zimní povodně z tání sněhu. Tyto nádrže hrají významnější roli než jiné nádrže, a proto byly vybrány pro simulaci (Novický et al., 2008). Tab. 4 Obecný přehled nádrží v České části Labe (MKOL, 2008). Část povodí Labe nad ústím Vltavy (nádrže) Labe nad ústím Vltavy (retenční nádrže) Labe od ústí Vltavy po státní hranici Česko/Německo Vltava Ohře Mulda Celkem

Ovladatelný ochranný objem Zimní Letní [mil. m³] [mil. m³] 43.81 34.99 4.65 4.65

16 6

Ovladatelný objem [mil. m³] 163.25 4.99

18

27.59

7.13

5.63

72 22 2 136

1895.34 404.33 72.03 2567.53

137.4 69.78 1.27 264.04

137.40 47.14 1.27 231.08

Počet nádrží

V Tab. 5 je popis hlavních nádrží použitých v projektu v simulacích modelových povodní a popis menších přehrad použitých pro rozšířené vyhodnocení historických povodní 2002, 2006 a 2011. Vysvětlení všech důležitých návrhových parametrů nádrže lze nalézt na Obr. 16.

Obr. 16 Základní schéma hladin vodní nádrže a různých prostorů (MKOL, 2005).

28


Kamýk (Vltava)

Vrané (Vltava)

Nechranice (Ohře)

144.65

134.73

91.69

84.32

71.33

103.44

948

12106

12218

12957

13298

17785

3590

Rok uvedení do provozu

1959

1962

1966

1955

1945

1935

1968

Zatopená plocha [ha] Maximální retenční hladina [m n. m.] Hladina ovladatelného prostoru [m n. m.] Hladina zásobního prostoru [m n. m.] Hladina stálého nadržení [m n. m.] Celkový objem [mil. m3] Celkový ovladatelný objem [mil. m3] Ovladatelný ochranný prostor [mil. m3]

4870

2733

195

1163

96

263

1338

725.6

353.6

284.6

270.6

219.4

200.1

273.05

725.6

353.6

284.6

270.6

219.4

200.1

271.9

724.9

351.2

284.6

270.6

219.4

200.1

269

716.1

329.6

282.1

246.6

215.8

199.1

235.4

309.5

716.5

13.0

269.3

10.4

11.1

287.6

309.5

716.5

13.0

269.3

10.4

11.1

272.4

33.2

62.1

0.0

0.0

0.0

0.0

36.6

Hracholusky (Mže)

Švihov (Želivka)

Žlutice (Střela)

Seč (Chrudimka)

Rozkoš (Úpa)

8.21

242.41

4.17

22.673

4.29

70.82

50.72

3.59

Plocha povodí [km²]

294

672

411

1609

1178

214

216

415

532

330

488

Rok uvedení do provozu

1937

1964

1960

1964

1975

1968

1947

1972

1923

1957

1978

760

490

1603

167

220

1001

85

128

211

Zatopená plocha [ha] 77 378 Maximální retenční hladina 431.40 443.60 [m n. m.] Hladina ovladatelného 430.15 442.60 prostoru [m n. m.] 437.6 Hladina zásobního prostoru Z/ 424.50 [m n. m.] 442.2 L Hladina stálého nadržení 422.70 435.60 [m n. m.] 3 Celkový objem [mil m ] 5.7 19.6 Celkový ovladatelný objem 4.7 15.9 [mil. m3] 12.55 Ovladatelný ochranný Z/ 3.1 prostor [mil. m3] 1.349 L

Římov (Malše)

Jesenice (Odrava)

Říční km

Vodní dílo (Tok)

Klabava (Klabava)

Skalka (Ohře)

Slapy (Vltava)

Březová (Teplá)

Říční km

Les Království (Labe)

Orlík (Vltava)

329.54

Plocha povodí [km²]

Vodní dílo (Tok)

Štĕchovice (Vltava)

Lipno I (Vltava)

Tab. 5 Seznam hlavních nádrží a jejich základních charakteristik použitých v projektu.

1041.4 14.735 21.851

440.70 357.97 379.80 509.72 490.11 283.00 324.85 351.10 471.48 439.70 354.70 377.00 507.95 488.61 282.60 323.40 345.70 471.40 437.6 Z/ 439.2 L

354.10 377.00 507.05 486.81 280.50

314.6 Z/ 315.6 L

345.70 470.65

427.30 339.60 343.10 493.60 469.61 272.00 307.60 344.40 442.50 60.2

56.7

309.0

15.6

21.8

76.2

52.8

41.9

266.6

12.8

18.5

3.2

13.150 Z/ 3.486 L

2.4

0.0

1.3

9.2

5.7

33.8

76.2

8.0

1.2

33.6

25.4 Z/ 18.2 L

4.92 Z/ 4.515 L

0.0

1.6

29


V posledních letech se několik studií zaměřilo na hodnocení snížení povodňových vln transformací v řízených nádržích a také byl zjišťován vliv záplavových území v povodí Labe (Hladný et al., 2004; Kašpárek et al., 2006a; Kašpárek et al., 2006b). Tyto studie se soustředily na odhad vlivu nádrží na snížení maximálních průtoků ve významných profilech v České republice a zejména v hraničním profilu Děčín. Vltavská kaskáda představuje systém přehrad na řece Vltavě. Skládá se celkem z 9 nádrží. Vltavská kaskáda zahrnuje největší českou přehradu z hlediska objemu (Orlík) a největší přehradu z hlediska plochy (Lipno I). Pro účely ochrany před povodněmi je v součtu k dispozici 95.23 milionů m3 ovladatelného ochranného prostoru ve Vltavské kaskádě, což představuje 7.0% z celkového ovladatelného prostoru (1 330 mil. m³). Vodní elektrárny v kaskádě produkují elektrický výkon 750 MW. Vzhledem k tomu, že se velké přehrady Vltavské kaskády nacházejí proti proudu nad Prahou, řízené manipulace nádrží poskytují efektivní ochranu před povodněmi pro hlavní město České republiky. Obr. 17 uvádí přehled nádrží Vltavské kaskády.

Obr. 17 Přehled nádrží Vltavské kaskády.

Nádrž Lipno I (Vltava) byla postavena na řece Vltavě v letech 1952 -1959 v ŘKM 329.5. Plocha nádrže zaujímá 4870 ha a je největší nádrží v České republice. Délka vzdutí je 42 km a maximální šířka 5 km. Prostor nádrže je 309.5 mil. m3, z toho 33 mil. m³ představuje ovladatelný ochranný prostor. Hráz nádrže se skládá z jedné třetiny z betonu (gravitační), zbýva-

30


jící dvě třetiny tvoří sypaná zemní hráz. V betonovém základu jsou dvě spodní výpusti (2 x 86.10 m3/s), dva přelivy (148.42 m3/s) a elektrárna (2 x 46 m3/s). Nádrž Lipno II je vyrovnávací a slouží k vyrovnání odtoku z elektrárny přehrady Lipno I. Neposkytuje žádný ovladatelný prostor. Bezpečný odtok z Lipna je 60 - 92 m3/s. Hlavním účelem nádrže Lipno I je (zkráceno): 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

udržovat minimální průtok ve Vltavě pod Lipnem II nadlepšení a dotace průtoku do nádrže Hněvkovice a Kořensko využití odtoku z nádrže k výrobě elektrické energie v době ve špičkové vodní elektrárně dodávky povrchové vody využití odtoku z nádrže k výrobě elektřiny v průtočné elektrárně zlepšení hygienických podmínek a kvality vody ve Vltavě snížení velkých vod na Vltavě a částečná pod přehradou ovlivňování zimního režimu pod přehradou a omezení nežádoucích ledových jevů rekreace a sport rybolov plavba na přehradě

Přehrada Orlík (Vltava) se nachází na řece Vltavě v ŘKM 144.65. Představuje největší nádrž v České republice. Přehrada byla vybudována v letech 1954 až 1960. Hráz Orlické přehrady je betonová gravitační, délky 450 m. Převod vody je zajištěn přes korunu přelivu ve třech polích (2183 m3/s) a pomocí dvou spodních výpustí (371 m3/s). Elektrárna je vybavena čtyřmi turbínami (4x150 m3/s). Přehrada Orlík funguje ve vzájemné spolupráci s vyrovnávací nádrží Kamýk. Výstavba nádrže vytvořila jezero na řece Vltavě o délce 68 km s rozšířením i do Otavy a Lužnice o celkové délce břehů přes 300 km, plocha je 2732.7 ha a objem nádrže 716.5 mil. m3 (62 mil. m³ ovladatelného ochranného prostoru). Předpouštění přehrady pro účely ochrany před povodněmi je závislé na vodním ekvivalentu sněhové pokrývky, především v horských oblastech a může být realizována až do poklesu hladiny vody o 20 m (viz povodeň 2006). Hlavním účelem nádrže Orlík je (zkráceno): 1. 2. 3. 4. 5. 6.

udržovat minimální průtok ve Vltavě využití odtoku z přehrady k výrobě elektřiny ve špičkové elektrárně dodávka povrchové vody snížení velkých vod na Vltavě a částečná ochrana proti následkům povodní (se zvláštním zřetelem na ochranu Prahy, neškodný průtok v Praze je 1500 m³/s) nadlepšování průtoku ve Vltavě a případně Labi pro plavbu vypouštění zvýšení průtoků s cílem zlepšit hygienické podmínky a kvalitu vody ve Vltavě a likvidace následků nehod

31


7. 8. 9.

10.

ovlivňování zimního režimu toku pod přehradou a omezení nežádoucích ledových jevů rekreace a vodní sporty plavba rybolov

Výstavba Slapské přehrady (Vltava) o rozloze 1162.6 ha byla dokončena v roce 1955. Celkový prostor je 269.3 mil. m3. Hlavním účelem přehrady je výroba špičkové elektrické energie, nadržování průtoku, navigace a zásoba pitné a užitkové vody. Přehrada nemá ovladatelný ochranný prostor. Částečnou ochranu území před povodněmi pod hrází a zejména v Praze poskytuje pouze během povodní z tání sněhu v důsledku snížení hladiny vody a vytvořením volného ovladatelného prostoru. Na základě bilance sněhu v povodí a informace z prognózy Českého hydrometeorologického ústavu (ČHMÚ) je možné operativní snížení provozní hladiny v ovladatelném prostoru. Na hrázi jsou dvě spodní výpusti (2 x 185 m3/s), 4 přelivy (3235 m3/s) a elektrárna. Nechranická přehrada (Ohře) má rozlohu 1338 ha a představuje pátou největší přehradu v České republice a také nejdelší zemní hráz ve střední Evropě (3280 m). Výstavba přehrady probíhala v letech 1961-1968. Hlavním účelem VD Nechranice je (zkráceno): 1. 2.

3. 4.

nadlepšování minimálních průtoků v celém toku pod VD nadlepšování k zajištění odběrů pro účely: a. vodárenské, b. průmysl a energetiku, c. zemědělství a rekultivace, snížení velkých na Ohři a částečná ochrana území pod vodním dílem před povodněmi výroba elektrické energie

Vedlejšími účely vodního díla jsou: 1. likvidace následků nehod 2. ovlivňování zimního průtokového režimu pod vodním dílem za účelem omezení nežádoucích ledových jevů 3. vodní sporty a rekreace 4. rybolov Ve hrázi jsou dvě spodní výpusti (2x50.7 m3/s), přeliv (1193 m3/s) a elektrárna (2x16 m3/s). Nechranická přehrada nabízí celkový objem 288 mil. m³, z toho 36.6 mil. m³ tvoří ovladatelný ochranný objem. Bezpečný odtok z Nechranické nádrže je 170 - 200 m3/s.

3.2 Řízení nádrží během povodní 2002, 2006 a 2011 Pravidla pro řízení nádrží se v minulosti několikrát změnila, tak aby odrážela nové poznatky v protipovodňové ochraně a nové zákony ve vodním hospodářství. V průběhu roku se v nádržích mění hladina vody na základě manipulačních pravidel, která se liší pro konkrétní nádrže. Obecně ochranný ovladatelný prostor (viz. Obr. 16) musí být udržován prázdný a pro před-

32


pouštění před povodněmi nejsou stanovena žádná speciální pevná pravidla, ale jen obecná doporučení a zkušenosti. Provoz je založen na současné sou hydrologické situaci a obvykle se liší pro letní a zimní období. Předpouštění některých kterých nádrží (nap (např. Orlík) probíhá postupným zvyšováním odtoku. Hlavním cílem řízení průchodu chodu povodň povodňové vlny nádrží je, aby příslušný povodňový ňový orgán mohl přijmout a organizovat všechna nezbytná opatření opat proti povodni,, zejména v Praze. Podle evakuevak ačních plánů, doby výstavbyy mobilních stěn a dalších ochranných opatření ření musí být udržen maximální přípustný průtok ůtok po určitou dobu, tak aby bylo možné dokončit veškeré požadované a plánované kroky v ochraně ochran před povodněmi. Časový asový harmonogram mů může být změněn v průběhu povodní, pokud je velikost a příchod povodně odlišný od hydrologické prognózy. V letním období je předpouště pouštění možné na základě rozsahu předpokládané edpokládané povodn povodně. Vzhledem ke krátké postupové době povodní a využití kvantitativní předpovědi srážek (QPF) zahrnují hydrologické prognózy vysokou vysokou míru nejistoty (viz také kapitola 5.2.1). Za tohoto předp pokladu je jasné, že není mnoho času na snížení vodní hladiny v nádrži na horních částech toků. Existují také určitá časová časov omezení pro maximální odtok z přehrady. V době zimního období je situace jiná. Předpouštění (např. Obr. 18, povodeň eň 2006) je založeno na výpočtu tu celkového obsahu vody ve sn sněhu v povodí, a proto může ůže být uvolněn uvoln v nádrži větší prostor než ochranný ovladatelný. V následujícím textu a v Tab. 6 až Tab. 9 jsou údaje týkající se důležitých ůležitých provozních dat nádrží, přítoku, odtoku a sezónnosti vysvětlena a ukázána na povodních v roce 2002, 2006 a 2011.

Obr. 18 Předpoušt ředpouštění nádrže Orlík při povodni 2006 (MKOL, 2007). 2007)

U Vltavské kaskády je nejdůležitější nejdů řízení průchodu povodně nádrží Orlík ík. Lipenská přehrada se nacházela před povodní 2002 v normální provozní situaci. i. Hladina vody na Lipně Lipn

33


dosahovala 724.64 m n. m. (71 cm pod maximální hladinou zásobního prostoru pro letní sezónu, která je 725.35 m n. m.). Ochranný povodňový prostor má 12 milionů m3 a byl zcela volný. Celkový volný prostor byl 45 mil. m3. První povodňová vlna byla neškodně transformována v nádrži. Před druhou povodňovou vlnou byl celkový volný prostor v nádrži asi 23 mil. m3. Maximální celkový odtok z Lipna byl 320 m3/s (úroveň Q100) a maximální přítok do nádrže dosáhl 470 m3/s (úroveň Q500). To vedlo ke snížení povodňových maxim o 150 m³/s Lipenskou přehradou (Tab. 7). Přehrada Orlík měla před povodňovou situací v roce 2002 ochranný prostor zcela volný (62.07 mil. m3) a hladina byla na úrovni 348.50 m n. m. (5. 8. 2002), což představuje 126 mil. m3 celkového volného prostoru (Tab. 6). Vzhledem k významným srážkám v horních povodích Otavy, Malše a Lužnice se zvýšil přítok do nádrže během první povodňové vlny až na 1700 m3/s (8. 8. večer). Po všech nezbytných ochranných opatřeních, přijatých proti povodni, během první vlny dosáhl maximální odtok 1120 m3/s (Obr. 19). 4500

356

354

Hladina [m n. m.]

353

Qmax= 3900 m3.s-1

max.kóta retenčního prostoru

351.20 m n.m .

4000 3500

353.60 m n.m.

352 351

Hmax= 355.17 m n.m.

3000

Qmax= 3100 m 3.s-1

2500 2000

max.kóta zásobního prostoru

350

1500

349

1000

348

500

Průtok [m 3/s]

355

0

347 5.8. 6.8. 6.8. 7.8. 8.8. 9.8. 10.8.11.8.11.8.12.8.13.8.14.8.15.8.16.8.16.8.17.8.18.8.19.8.20.8.21.8. Hladina v nádrži

Bilanční přítok do nádrže

Odtok z nádrže

Obr. 19 Řízení nádrže Orlík během povodně 2002 (PVL, 2003).

Od 11. 8. byl pro nepříznivé počasí (významné srážky) odtok zvýšen až na 1200 m3/s. V době nástupu druhé povodňové vlny byla snížena vodní hladina na 349.46 m n. m. a k dispozici bylo asi 104 mil. m3 celkového volného prostrou. Druhá povodňová vlna byla charakteristická extrémně rychlým nárůstem přítoku do maximálního průtoku 3900 m3/s (13. 8. 12:00). Odtok z nádrže byl postupně zvyšován až na maximální hodnotu 3100 m3/s, takže kulminační průtok povodně byl snížen přibližně o 800 m³/s. Povodeň, která byla nad Orlíkem 1000letá, se snížila na úroveň 100leté povodně (Tab. 7). Nejvyšší hladina 355.17 m n. m. byla dosaže-

34


na 14. 8. ve 04:00 hodiny. To znamená, že hladina vody byla asi o 1.5 m vyšší než maximální hladina vody v nádrži (pro srovnání v Tab. 5). Slapská přehrada nemá žádný pevně stanovený ochranný prostor a přítok byl pouze převeden. Díky méně vážné hydrologické situaci dosáhla nádrž Nechranice vysokého snížení přítoku do přehrady. Tab. 6 Maximální hodnoty vodní hladiny, kulminační průtoky a další charakteristiky pro vybrané nádrže pro povodeň roku 2002 - první vlna (MŽP, 2005a; PVL, 2003).

Nádrž (Tok)

Počáteční hladina [mil. m3]

Celkový dostupný volný ovladatelný objem [m³/s]

Maximální hladina [m n. m.]

Maximální přítok [m³/s]

N-letost [rok]

Odtok při maximálním přítoku [m³/s]

Maximální odtok [m³/s]

N-letost [rok]

1. Povodňová vlna

Lipno I (Vltava) Orlík (Vltava) Římov (Malše)

724.64 348.50 467.98

45.0 126.0 6.7

724.96 352.63 471.32

264 1700 447

50 20-50 200-500

15 1120 447

15-30 1120 447

<1 10 200-500

Tab. 7 Maximální hodnoty vodní hladiny, kulminační průtoky a další charakteristiky pro vybrané nádrže pro povodeň roku 2002 – druhá vlna (MŽP, 2005a; PVL, 2003; PLA, 2003; POH, 2003).

Nádrž (Tok)





N-letost [rok]



N-letost [rok]

2. Povodňová vlna

Lipno I (Vltava) Orlík (Vltava) Švihov (Želivka) Hracholusky (Mže) Žlutice (Střela) Nechranice (Ohře) Klabava (Klabava) Seč (Chrudimka)

725.11 349.46 376.00 353.93 505.80 267.80 345.40 485.20

23.0 104.0 56.0 18.0 5.8 62.0 4.6 5.6

725.67 355.17 377.67 355.88 507.48 270.05 351.20 488.61

470 3900 111.8 176 29 335 332 89

500 >1000 2-5 10 5 2-5 >100 20

230 2130 14 80 4* 115 237* 12

320 3100 58.1 126 6.5 154 237 29

100 >100 <1 5 <1 <1 >100 2

Povodeň 2006 proběhla v průběhu března a dubna. Vzhledem k vývoji obsahu vody ve sněhu po celé zimní období 2005-2006 v povodí byly hladiny nádrží od počátku roku 2006 snižovány (Obr. 18) a tak se vytvořil obrovský volný prostor pro snížení povodňových průtoků. V průběhu povodně probíhala ve všech objektech Vltavské kaskády manipulace s cílem maximalizovat využití volného prostoru v nádrži k transformaci povodně. Největší vliv měly přehrady Lipno I a Orlík, kde byly alokovány velké volné prostory k zadržení povodně (Tab. 7).

35


Na začátku povodně dosahovala úroveň hladiny v nádrži Lipno I nadmořskou výšku 721.95 m n. m. (21. 3. 07:00) a celkový volný prostor byl 153 mil. m3. Během vzestupné fáze povodně a později během maximálního přítoku byl odtok z nádrže Lipno II minimální a celá povodeň byla zachycena v nádrži (Tab. 8). Maximální velikost přítoku do nádrže byla vyhodnocena na základně bilance nádrže na 190 m3/s (přibližně Q10 až Q20). Odtok z nádrže byl následně zvýšen, ale nepřekročil hodnotu bezpečného průtoku pod hrází Lipno II, která je 90 m3/s. Ochranný prostor nebyl během povodně využit. Před povodní byla hladina v Orlické přehradě snížena na 338.22 m n. m. (Obr. 18 a Obr. 20) a celkový volný prostor v nádrži byl 320 mil. m3 (Tab. 8). Maximální přítok do nádrže během povodně dosáhl asi 1200 m3/s a postupně byl transformován tak, aby průtok v Praze (profil Malá Chuchle) nepřesáhl hodnotu 1500 m3/s. Všechny manipulace na nádrži probíhaly s ohledem na hydrologickou situaci v celém povodí a s ohledem na vývoj na toku Sázavy a Berounky. Tyto manipulace spolu s transformačním účinkem nádrže Orlík výrazně pomohly zlepšit povodňovou situaci nejenom na dolním toku Vltavy, ale i na Labi.

Obr. 20 Řízení Vltavské kaskády během povodně 2002 (MKOL, 2007).

Na začátku povodně bylo na Slapské přehradě k dispozici 35 mil. m3 volného prostoru. Tato přehrada ve spojení s jinými nádržemi Vltavské kaskády pomohla zmírnit povodňovou situaci. Během povodňové situace se vytvořily dvě hlavní vlny na přítoku do přehrady Hracholusky na řece Mži. Kulminace průtoku první vlny dosáhla 86 m3/s (28. 3.), druhá vlna dosáhla 90.1 m3/s (Q2) během 1. dubna. Maximální odtok byl 55 m3/s (neškodný průtok). Hladina v nádrži se zvýšila o 3.67 m, 0.92 m do ochranného prostoru nádrže. Nádrž zachytila celkem 13.36 mil. m3 vody. Přehrada Žlutice na řece Střela zachytila během povodní 5.79 mil. m3 vody.

36


Maximální přítok do nádrže byl dosažen 27. 3. v 13:00 hodin a byl vyhodnocen na základě bilance na 52.8 m3/s (téměř Q20). V okamžiku maximálního přítoku do nádrže byl udržován odtok 3.7 m3/s. Transformace byla v tomto okamžiku téměř 50 m3/s. Hlavním účelem přehrady Švihov na Želivce je akumulace vody v zásobním prostoru, která slouží jako zdroj pitné vody pro Prahu, střední Čechy a jižní Čechy. Ovládání nádrže je určeno především snahou udržet kvalitu vody k zajištění hladkého zásobování vodou. Před nástupem povodňové vlny se snížila úroveň hladiny v rezervoáru na 375.85 m n. m. a bylo k dispozici 16.1 mil. m3 zásobního prostoru. Objem volného ochranného prostoru před povodněmi byl 42.4 mil m3, celkový objem volného prostoru byl 58.5 mil. m3. V době kulminace průtoku do nádrže 220 m3/s (Q20) byl skutečný odtok 70 m3/s (Q1). Zároveň došlo k výraznému časovému posunu kulminačního průtoku a bylo zamezeno konfliktu kulminační vlny ze Želivky a ze Sázavy. Transformační efekt nádrže velmi výrazně přispěl ke zlepšení povodňové situace pod soutokem Želivky a Sázavy. Na Nechranické přehradě byl celkový dostupný prostor nádrže 81.3 mil. m3 (20. 3.), snížení průtoku 382 m3/s (Q5) bylo na odtok 235 m3/s.

Nádrž (Tok)





N-letost [rok]



N-letost [rok]

Tab. 8 Maximální vodní stavy a kulminační průtoky pro vybrané nádrže pro povodeň 2006 (PVL 2006, POH 2006, PLA 2006).

Lipno I (Vltava) Orlík (Vltava) Slapy (Vltava) Švihov (Želivka) Římov (Malše) Hracholusky (Mže) Žlutice (Střela) Nechranice (Ohře) Skalka (Ohře) Březová (Teplá) Jesenice (Odrava) Horka (Libocký p.) Stanovice (Lomnický p.) Les Království (Labe) Rozkoš (Úpa) Seč (Chrudimka)

721.95 338.22 267.90 375.85 467.31 351.35 504.00 265.60 438.62 424.45 437.30 500.30 509.40 311.90 480.62

153 320 35 59 8 27 8 81 10 3 16 5 7 7 55 14

724.74 352.09 270.35 378.23 471.41 355.02 508.43 271.44 442.25 424.77 439.14 505.00 513.47 321.8 488.31

190 1204 850 220 88.5 90.1 53 382 85 65 36 12.3 25.6 160 49 73

10-20 10 <5 20 1-5 2 20 5 2-5 5-10 1-2 1 2 5-10 10

10.5 500-600 70 40 40 3.7 235 56 58 10 3.4 0.9 77 30

10-33 855 150 73 55 23 235 56 58 13 9 12.6 85 49 40

2-5 . 1-5 <1 2-5 1-2 <1 5 <1 <1 <1 2 2-5

V době před povodní 2011 byla úroveň vodní hladiny v Lipenské přehradě 723.30 m n. m (Tab. 9). Byl dosažen kulminační průtok 89 m3/s 15. ledna. Úroveň hladiny během zvýšeného přítoku se zvedla o cca 40 cm na 723.70 m n. m. V nádrži Orlík byla počáteční hladina

37


345.00 m n. m., která pomalu rostla před nástupem povodně. Volný zásobní prostor v nádrži byl asi 137.6 mil. m3 a celkový volný prostor byl asi 200 mil. m3. Kulminační přítok do nádrže při povodni byl 539 m3/s (> Q1) a byl postupně transformován na odtok, který v PrazeChuchli nepřekročil hodnotu 1000 m3/s (Obr. 21). Hladina vody v nádrži při povodni stoupla asi o 4 metry. Přítok do nádrže Hracholusky na řece Mži dosáhl nejvyšší hodnoty od roku 1959. To bylo způsobeno táním velkého množství sněhu v kombinaci s výrazným oteplováním a několika dny relativně intenzivních srážek (zejména v průběhu druhé vlny). Před příchodem povodňové vlny bylo v nádrži k dispozici téměř 19.0 mil. m3 (60%) volného prostoru, celkem bylo k dispozici 25 mil. m3 volného prostoru. Maximální přítok do nádrže dosáhl 248 m3/s (Q20 - Q50) 14. ledna. Snížení odtoku bylo kolem 144 m3/s (Q5 - Q10). Přehrada zachytila celkem 27 mil. m3 vody. Nádrž Žlutice zachytila 6.66 mil. m3 vody. Snížení kulminačního přítoku do nádrže Švihov 43.2 m3/s dosáhlo na 20 m3/s na odtoku. První povodňová vlna do nádrže Nechranice zaplnila uvolněný prostor. Před příchodem druhé vlny byla hladina vody snížena o 1 metr. Kulminační průtok 495 m3/s byl v ochranném prostoru transformován na hodnotu kolem 314 m3/s.

Obr. 21 Řízení Vltavské kaskády během povodně 2011 (PVL, 2011).

Sečtením snížení kulminačních průtoků u českých nádrží, které jsou uvedeny Tab. 9, došlo výpočtem ke snížení celkového kulminačního průtoku o 977 m³/s. Vzhledem k tomu, že časoprostorové efekty geneze povodně a redukce průtoků hrají důležitou roli, nelze jednotlivé efekty jednoduše sčítat. Proto jsou potřebné modely na bázi simulace s/bez nádrží pro výpočet skutečného snížení kulminačních průtoků, například v Praze nebo v Ústí nad Labem.

38


Nádrž (Tok)





N-letost [rok]



N-letost [rok]

Tab. 9 Maximální vodní hladiny a kulminační průtoky pro vybrané nádrže pro povodeň 2011 (PVL 2011, POH 2011).

Lipno I (Vltava) Orlík (Vltava) Švihov (Želivka) Hracholusky (Mže) Žlutice (Střela) Nechranice (Ohře) Skalka (Ohře) Březová (Teplá) Jesenice (Odrava) Horka (Libocký p.) Stanovice (Lomnický p.)

723.30 345.00 376.12 349.20 506.10 268.25 437.20 424.50 435.30 503.10 511.75

101.00 200.00 56 27 5.5 61 15.85 3.4 31.5 3.95 -

723.70 349.50 376.70 356.06 508.48 271.25 442.00 428.30 438.60 504.83 513.50

89.0 539.0 43.2 248 48.4 495.0 144.4 79.0 57.5 14.3 19.6

1-2 >1 <1 50-100 <5 10-20 5-10 10-20 5-10 <1 -

9.7 220 21.0 50 25.0 310.0 76.3 70.6 12.0 4.4 1.0

9.7 260 21.0 144 31.0 314.0 76.3 70.6 20.0 12.4 8.4

<1 <1 <1 05-10 >1 2-5 >1 10-20 <1 <1 <1

39


40


4 Metodika a modely

V důsledku meziregionální spolupráce na projektu jsou používány nejenom jednotlivé vědecké metody každého z partnerů projektu, které samostatně vedou k určitému stupni složitosti, ale také opakující se pracovní kroky, kde jsou data generována jedním z projektových partnerů převedena druhému partnerovi projektu, pak zpracována a poslána zpět jako nová vstupní data. Takový postup je těžké pochopit bez dalšího vysvětlení. Proto Obr. 22 poskytuje schematický pohled na jednotlivé pracovní kroky.

Základní kroky

Generování modelové povodně

Simulace odtoku (bez vlivu nádrží)

Simulace odtoku (s vlivem nádrží)

Vylepšení a adjustace modelu (4.1)

Odtranění vlivuvlivu nádrží z Odtranění nádrží z historických histo rických povodní (4.2.1) povodní (4.2.1)

Simulace neovlivněné modelové povodně (4.2.2)

Definice reálného řízení nádrží (3)

Identifikace důležitých histor. povodní (2.3)

Generování neovlivněné modelové povodně (4.2.2)

interaktivní proces kroků mezi VUV and BfG (opakovaný transfer dat)

Simulace ovlivněné modelové povodně (5.2)

jednorázový transfer dat mezi VUV and Bf G

Obr. 22 Schematické zobrazení pracovních kroků projektu (v závorkách: čísla kapitol).

V prvním kroku musely být stávající modely proudění vody v Labi, Vltavě a Ohři přizpůsobeny specifickým úkolům projektu. Speciálně v české části modelu byla realizována podstatná opatření tak, aby byly modely připraveny k výpočtu (viz kapitola 4.1, zejm. 4.1.1). Poté musely být identifikovány historické povodně, které by mohly být vybrány jako hydrologický základ pro vývoj modelové povodně. Více informací o těchto povodních lze nalézt v kapitole 2.3. Sama identifikace modelové povodně může být rozdělena do dvou dílčích kroků. Za prvé musely být upraveny okrajové podmínky (vstupní hydrogramy ve stanicích) v české části modelu vzhledem k významnému účinku nádrží ležících mimo hranice modelu. Vzhledem k těmto nádržím byl eliminován jejich vliv na historické povodně (viz kapitola 4.2.1). Na základě výsledných neovlivněných historických povodní byly vytvořeny okrajové podmínky modelu povodní pomocí iterační metody, která je popsána v kapitole 4.2.2. Výsledky neovlivněných simulací (bez nádrží) pro Prahu (Vltava) a pro celý tok Labe jsou uvedeny také v kapitole 4.2.2. Zahrnutím současných reálných manipulačních pravidel pro všechny uvažované nádrže (kapitola 3) mohl být zahájen druhý běh simulací, jehož výsledky ukazují pro každou modelovou povodeň výsledky (hydrogramy) včetně protipovodňového ochranného použití nádrží (viz

41


kapitola 5.2). Porovnáním ovlivněných (s nádrží) a neovlivněných (bez nádrží) výsledků simulace může být odhadnut vliv uvažovaných nádrží pro každou modelovou povodeň.

4.1 Použité modely Část českého modelu, který byl použit k provedení této studie, se skládá ze dvou dílčích modelů, které byly propojeny. Hydrodynamický, jednorozměrný model Labe, Ohře a Vltavy (neovlivněný stav) je postaven na základě softwaru HEC-RAS, zatímco softwarový nástroj sMAN simuluje operace na nádržích na řece Vltavě v rámci modelu kaskády (ovlivněný stav). Stejně jako model na českém území i německá část Labe byla navržena jako hydrodynamický jednorozměrný model využívající software Sobek.

4.1.1 Použité modely pro českou část toku Labe Program HEC-RAS River Analysis System (HEC-RAS) je určen pro simulaci stacionárního a nestacionárního proudění v otevřených korytech. Systém byl vyvinut armádním sborem amerických inženýrů (USACE) v Hydrological Engineering Centre (HEC) a je k dispozici na internetu (http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/index.html). HEC-RAS systém obsahuje čtyři základní komponenty pro analýzu jednorozměrného proudění: (1) stacionární výpočty profilů průtoků, (2) simulace nestacionárního proudění, (3) simulace pohyblivé hranice transportu splavenin a (4) analýza kvality vody. Pro nestacionární proudění řeší HEC-RAS kompletní Saint-Venantovi rovnice pomocí implicitní metody konečných diferencí. Klíčovým prvkem je, že všechny čtyři komponenty používají společnou geometrickou reprezentaci dat a společné geometrické a hydraulické výpočetní funkce. Kromě čtyř složek říční analýzy obsahuje systém několik hydraulických návrhových procedur, které mohou být vyvolány pro spočítané základní profily vodních hladin (US Army Corps of Engineers 2011). Program AquaLog AquaLog je víceúčelový modelovací systém, v současné době používaný ČHMÚ pro předpověď průtoku v české části povodí Labe. AquaLog poskytuje nástroj pro integrované modelování komplexních hydrologických systémů ve vodním hospodářství. Různé modelovací techniky používané v hydrologii povodí, říčních systémech, jezerech a vodních nádržích jsou automaticky sestaveny do jednoho subjektu vytvářejícího případový model systému. Tříúrovňová dekompozice probíhá na makro-, mezzo- a mikro- úrovni rozlišení. Uživatel může vytvořit libovolnou a v běhu automaticky generovanou nestacionárního konfiguraci modelu v závislosti na dostupnosti dat časových řad a na omezení v reálném čase. AquaLog tak poskytuje ucelený rámec pro všechny hlavní fáze zpracování dat. Hlavní jednotka AquaLogu zastřešuje čtyři skupiny modelování založené buď na konceptu soustředěných parametrů, nebo na distribuovaném přístupu: (i) akumulace a tání sněhu, (ii) srážko-

42


odtoková transformace, (iii) hydrologické a hydrodynamické proudění v říčním korytu a (iv) provoz nádrží ( sMAN). SMAN je interaktivní model vodní nádrže používající nestacionární topologické kódování individuálních jednotek systému vodních zdrojů založených na algoritmu Petriho sítí. Poskytuje dekompozici nádrže nebo řízení systému nádrží do jednotek řízení toku a vodní rovnice bilance při synchronizaci jejich výpočtu. Model sMAN navíc umožňuje interaktivní výpočet celého systému nádrží v interaktivním režimu pro každou výpočtovou úroveň. SMAN zahrnuje následující seznam (sub) modelů: (i) RES - model bilance nádrže (typicky diferenciální forma, zahrnující 4 stavové proměnné: hladina nádrže, příliv, odtok a batygrafické křivky), (ii) MS3 - přeliv, (iii) MB3 - spodní výpusti, (iv) ELN – vodní elektrárna, (v) DMY- pomocný model pro převod vody, (vi) QVH – měrná křivka odtokových objektů a (vii) říční model TDR nebo Muskingum - Cunge. Hlavní technika RES může být napsána v běžném diferenciálním tvaru (neuvažuje klínovou retenci), který zahrnuje čtyři stavové proměnné: hladina v nádrži H1, I přítok nádrže, O odtok nádrže a zatopená plocha S pro alternativní výpočetní struktury techniky modelování RES. Na základě dostupnosti vstupů je automaticky vybrána varianta výpočtu pro výpočet chybějících údajů. Propojení mezi sMAN a HEC-RAS se provádí pomocí databáze formátu DSS, která je implementována jako podpora databázového systému HEC-DSSVue. Z hlediska vodních nádrží je možné použít dvě úrovně schematizace. Zjednodušení používá jediný odtok z nádrže, která je součtem všech odtoků a pouze maximální fyzikálně možný odtok je kontrolován. Při komplexní schematizaci průtoků jsou uvažovány jednotlivé odtoky na základě otevření objektů nebo jejich nastavení (AquaLogic Consulting, 2011). Konfigurace modelu Pro simulaci ovlivněného a neovlivněného stavu byly vytvořeny dva různé modely pro různé okrajové podmínky a také využívající různý modelovací software. Model pro simulaci neovlivněného stavu (Obr. 24, obrázek vlevo) byl založen pouze na hydraulickém modelu v HEC-RASu. Okrajové podmínky byly vypočteny modelem Muskingum - Cunge (AquaLog). Druhý model (ovlivněný stav, viz také Obr. 24) se skládá z hydraulického modelu propojeného s modelem nádrží. V modelu nejsou zahrnuty žádné další procesy jako srážko-odtokové modely nebo sněhové modely. Pouze významné nádrže (Vltavská kaskáda a Nechranice (Ohře)) jsou uvažovány v základním režimu simulace modelových povodní. Navíc vliv nádrže Lipno I, ležící mimo hranice modelu, byl zahrnut v rámci procedury pro odvozování neovlivněného přítoku (srov. kapitola 4.2.1). Pro simulaci historických povodní roku z 2002, 2006 a 2011 jsou zahrnuty další nádrže. Ty jsou popsány v kapitole 3. Použití těchto nádrží v simulacích se liší pro jednotlivé povodně. Transformace a translace odtoku z těchto nádrží až na okrajové podmínky hydraulického modelu je založena na využití modelu Muskingum Cunge. Hydraulické modely Labe, Ohře a Vltavy zahrnují zátopové oblasti vymezené největší povodní ve 20. století, povodní z roku 2002. Model je určen hlavně pro simulace povodňových

43


průtoků, kdy je uzavřena vodní cesta a jsou vyhrazeny jezy. Model byl postaven z digitálního modelu terénu z let po povodni roku 2002 a zaměřených příčných profilů a nakalibrován s daty z povodní 2002 a 2006. Standardní vzdálenost mezi příčnými profily je 50 až 350 metrů. Pro kalibraci byly k dispozici pozorované průtoky, stavy vody ve stanicích a povodňové značky. Původně byl vyvinut model pouze pro Labe a Vltavu (MŽP 2005b). Pro účely tohoto projektu byl tento model rozšířen o řeku Ohři v úseku od nádrže Nechranice k soutoku s Labem. Záplavové území je součástí příčných profilů. Část hydraulického modelu mezi horní okrajovou podmínkou tvořenou přítokem do nádrže Orlík a dolní okrajovou podmínkou v profilu nad Prahou je založena na geometrických datech z let 1902-1911. Tento geometrický podklad, který byl použit pro upřesnění postupové doby a byl základem pro implementaci morfologického stavu před realizací Vltavské kaskády, byl dokumentován a analyzován v předchozích projektech (Studie vltavské vodní cesty, 1911; Krejčí et al., 2003). V modelu uvažujeme dva typy okrajových podmínek: (i) hlavní přítoky toku a (ii) laterální přítok ze sousedících povodí. Plocha povodí hlavních přítoků modelu představuje cca 41839 km2. Hlavní pozorované přítoky v okrajových podmínkách (Tab. 10) jsou: (i) Brandýs nad Labem, (ii) přítok do Vltavské kaskády, (iii) Beroun na Berounce, (iv) Nespeky na řeky Sázavě a (v) přítok do Nechranické nádrže na řece Ohři. Systém HEC-RAS umožňuje jako dolní okrajovou podmínku použít kritickou nebo normální hloubku, která může být kombinována s posunutím dolní hranice modelu. Tab. 10 Okrajové podmínky – bodové přítoky do modelu (modely pro ovlivněný a neovlivněný stav). Povodí

Vltava

Ohře Labe

Přítok / Mezipovodí Vltava Brzina Mastník Kocába Nespeky Berounka Ohře Labe

Okrajová podmínka Orlík Hrachov Radíč Štěchovice Sázava Beroun Nechranice Brandýs

Plocha povodí [km2] 12105.9 133.1 268.1 308.0 4038.3 8284.7 3590.0 13111.4

Zahrnut byl také přítok ze sousedních povodí modelovaných řek. Plocha laterálního přítoku, který je rovnoměrně rozložen v hydrodynamickém modelu, je 16970 km2. Většinou tyto laterální přítoky v dolní části modelu nemají vzhledem k časovému posunu kulminace velmi významný vliv na povodňové kulminační průtoky. Byly zahrnuty, protože představují téměř 34% simulované plochy odtoku (viz Obr. 23). Boční přítoky byly vypočteny na základě srážek srážko-odtokovým modelem Sacramento a přizpůsobeny na základě vodní bilance v profilu s pozorovaným průtokem pro povodně 2002 a 2006. Pro povodeň 2011 byl výpočet laterálního přítoku založený pouze na hmotnostní bilanci mezi pozorovanými a simulovanými daty.

44


Obr. 23 Uniformně distribuované boční přítoky.

87.7

53.4

Žatec

Louny

Nechranice 98.9

Vraňany

Berounka

Chuchle

Kocába Slapy

Orlík

39.3 64.9

Mělník

Vltava

109.5 110.2

137.9

11.3

Labe

Brandýs

63.4 60.1

144.6

Labe

137.9

11.3

Sázava 82.8 78.3

Brandýs

63.4 60.1

Brzina Mastník 126.9 104.6

144.6

110.2

Brzina Mastník

Vraňany

Berounka

Chuchle

109.5

Mělník

Vltava

Ústí nad Labem

Ohre

64.9

Kocába

VD Orlík

39.3

Sázava

53.4 Louny

Ústí nad Labem

Ohre

126.9 104.6 91.6 82.8 78.3

87.7 Žatec

Nechranice 98.9

Pro podpůrné simulace mimo okrajové podmínky základního modelu byl použit model Muskingum-Cunge využívající metodu variabilních parametrů pro simulaci povodně v říčním korytu pro úseky neovlivněné dolními okrajovými podmínkami a vzdutím.

pozorovaný průtok pozorovaný průtok hydraulický model boční přítok

model nádrže hydraulický model boční přítok

Obr. 24 HEC-RAS – schéma modelu pro českou část Labe – neovlivněná simulace (vlevo) a ovlivněná simulace (vpravo).

45


AA

01

BB

02

CC

03

DD

04

LL

05

EE

06

FF

07

GG

08

HH

09

MM

10

II

11

JJ

12

pozorovaná/simulovaná promì nná 13

NN

14

03

uzlový bod

KK

model øíèního toku model nádrže

15

Obr. 25 Schéma modelu Vltavské kaskády.

Model Vltavské kaskády (Obr. 25) obsahuje dvě hlavní nádrže: Orlík, Slapy a tři malé nádrže: Kamýk, Štěchovice a Vrané na Vltavě. Pouze Orlík má retenční ochranný prostor (viz také kapitola 3). Slapská nádrž může za určitých okolností (pro období tání sněhu) snížit hladinu vody v nádrži ke zvýšení transformace povodně. Horní okrajová podmínka modelu Vltavské kaskády je tvořena přítokem do přehrady Orlík a dolní okrajová podmínka profilem Praha - Chuchle. Horní okrajové podmínky jsou vypočteny modelem Muskingum-Cunge a zahrnují vliv Lipenské přehrady. Jak již bylo zmíněno dříve, hlavní přítok tvoří Sázava a Berounka, které jsou transformovány modelem Muskingum-Cunge a vytváří přítok do Vltav-

46


ské kaskády a Vltavy (Berounka). Model umožňuje manuální simulaci krok za krokem, tak jak probíhá v realitě. Hlavním cílem řízení průchodu povodňové vlny nádržemi je poskytnutí času, aby příslušné orgány přijaly všechna nezbytná opatření proti povodni. V časovém harmonogramu jsou orientační časy pro průběh maximálních povolených průtoků ve stanici Praha-Chuchle a trvající po určitou dobu od začátku povodně. Obvykle jsou během simulace v hodinovém časovém kroku zadávány odtoky z jednotlivých nádrží s následující kontrolou průtoku v Praze. Pokud jsou stanovené podmínky pro průtok Prahou splněny, pokračuje se do dalšího výpočetního kroku. Většinou jsou simulace odtoku z nádrží založeny na podobném principu jako v reálném čase. To znamená, že pro určitý časový horizont jsou k dispozici pouze omezené informace prognózy. Simulace musí být nejblíže realitě, jak je to jen možné. Tento postup pravděpodobně poskytuje výsledky, které se liší od ideální manipulace.

4.1.2 Použitý model pro Německou část Labe Od konce roku 2009 Německý federální hydrologický ústav používá numerický, jednorozměrný model pro celý tok německé části Labe, který je propojen s důležitými přítoky (Schwarze Elster, Mulda, Saale a Havola). Model je založen na softwaru SOBEK. Je základem pro hydraulické a morfologické výpočty jak ve velkých měřítkách, tak pro široké spektrum průtoků mezi minimálními průtoky a extrémními povodněmi. Zpracování vhodných úprav, neustálený vliv nádrží (řízené/neřízené) a vliv vzdutí ve zmíněných přítocích je bráno v úvahu. Model může být použit jak pro diagnostiku (hydrologický popis současného stavu), tak pro prognostické účely (výpočet scénářů), jak je používán v této studii nebo v dalších studiích v rámci projektu LABEL (BfG, 2011). Software SOBEK SOBEK je vyvinut WL/Delft Hydraulics a Rijkswaterstaat-Riza (RWS-RIZA). Pro výpočty software řeší soustavu Saint Venantových rovnic (soubor hyperbolických parciálních diferenciálních rovnic), které integrují rovnici kontinuity a pohybovou rovnice pomocí numerického řešení nazývaného "Staggered-Grid-Method" (Stelling et al, 2003). Základní informace o SOBEKu lze nalézt na webových stránkách WL/Delft Hydraulics (http://delftsoftware.wldelft.nl) nebo v rámci funkcí nápovědy k softwaru, kde je mimo jiné k dispozici technická příručka. Podrobné informace o strukturách a funkcích celého softwaru SOBEK lze nalézt ve zprávě projektu, která se zabývá vývojem modelu Labe (Björnsen Beratende Ingenieure, 2009). Úpravy modelu a jeho schéma V této studii byl použit celý model SOBEK od českého města Ústí nad Labem (Labe, ŘKM (-37.4)) do Geesthachtu v Dolním Sasku (Labe, ŘKM 583.4). V některých úsecích řek musel být upraven původní model s cílem integrovat více detailů (např. přítoky na Horním Labi), ostatní části modelu mohly být zachovány jednodušší (např. přítok Saale nebo Havola).

47


Přítok - km

Labe - km

Dolní okrajová podmínka

583,4

Neu Darchau

536,4

Wittenberge

453,9

P

P

Havel

103,9 - 166,4

0-17,4

Priorau

P

P

Rathenow

438,0

P

Tangermünde

388,2

P

Magdeburg-Strombrücke

326,6

P

Barby

294,9

P

Aken

Saale

290,8

Mulde

274,7

259,6

Elbe

0-23,9

Calbe

P

P

Schwarze P Elster

0-9,6 (21,6)

P

Wittenberg

214,4

Löben

198,6

Torgava

154,2

Döllnitz Jahna

109,5 107,5

Triebisch

89,0

Weisseritz

61,5 P

Drážďany

Lockwitzbach

44,7

Müglitz

39,2 37,5

Wesenitz Gottleuba

35,4 17,2

Biela Lachsbach P

2,1 -14,1 -38,3

P

hlavní profil

Ploučnice

12,0 Schöna Horní okrajová podmínka

Bílina

P

55,6

Ústí nad Labem

-38.7

bodový, laterální přítok

Obr. 26 SOBEK – schéma modelu pro Německou část Labe.

48


Obr. 26 znázorňuje obecné schéma modelu a poskytuje informaci o hranicích modelu, pozorovaných profilech a přítocích. Horní hranice se nachází na Labi ŘKM (-37.4). Vzhledem k tomu, že české výsledky jsou pro profil Ústí nad Labem, Labe ŘKM (-38,7), musel být úsek 1.3 km mezi oběma modely překlenut. Do tohoto úseku spadá soutok Bíliny s Labem. Jak časový průběh, tak rychlost proudění byla v tomto úseku uvažována s cílem odhadu vstupního hydrogramu pro německou část modelu založeného na českých datech pro stanici Ústí. Kromě toho bylo zahrnuto patnáct přítoků mezi Ústím a Geesthachtem jako boční přítoky ve schématu modelu. Vzhledem k tomu řeky Schwarze Elster (soutok s Labem ŘKM 198.6), Muldou (soutok s Labem ŘKM 259.6), Saale (soutok s Labem ŘKM 290.8) a Havolou (soutok s Labem ŘKM 438.0) byly simulovány hydrodynamicky jako říční úseky (slabá modrá čára v Obr. 26), jeden český (Ploučnice, Labe ŘKM (-14.1)) a dalších deset německých přítoků mezi stanicí Ústí nad Labem a stanicí Torgau (Labe ŘKM 154.2) byly navrženy jako bodový laterální přítok (tmavě modrá čára v Obr. 26). Morfologická situace byla odvozena především z digitálního modelu terénu z údajů z roku 2007 (DGM-W, 2007 z: BfG 2008). Kalibrace modelu je popsána v Björnsen Beratende Ingenieure (2009). Přesnost modelu byla považována za dostatečnou pro simulaci povodní 2002, 2006 a 2011 (Obr. 27). 4000

Povodeň 2006

3500

3500

3000

3000

Průtok [m³/s]

Průtok [m³/s]

4000

2500 2000 1500

2500 2000 1500

1000

1000

500

500

0 19.03.06

26.03.06

02.04.06

Schöna - pozorování 2006 Barby - pozorování 2006

09.04.06

16.04.06

23.04.06

Schöna - simulace 2006 Barby - simulace 2006

Povodeň 2011

0 09.01.11

14.01.11

19.01.11

Schöna - pozorování 2011 Barby - pozorování 2011

24.01.11

29.01.11

03.02.11

Schöna - simulace 2011 Barby - simulace 2011

Obr. 27 Porovnání výsledků měření a simulace na vybraných profilech na Labi v Německu pro povodňové události v roce 2006 (levý obrázek) a 2011 (obrázek vpravo).

Žádné plánované (např. MKOL, 2003) nebo v poslední době realizované nádrže a posuny hrází na Labi (jako posun pobřežní hráze v oblasti Lenzen na Středním Labi v roce 2010) nebyly zohledněny. Požadované okrajové podmínky pro téměř všechny přítoky jsou založeny na historických povodňových hydrogramech a tak v některých případech zahrnují vliv ochranných protipovodňových opatření v dílčích povodích. V důsledku toho neovlivněné historické povodně, které jsou vytvořeny v českém modelu jako vstupní data pro německý modelovací systém, nezůstanou skutečně neovlivněná. Nicméně, toto je méně důležité, protože pro německé přítoky jsou použita stejná vstupní data pro neovlivněné a ovlivněné modelové povodně. Proto rozdíly mezi oběma scénáři (s/bez nádrží) jsou výsledky ovlivněné pouze významnými nádržemi v České republice. Identifikace jejich účinků byla cílem této studie.

49


4.2 Metodika vývoje modelové povodně V podstatě odvození modelových povodní je vždy založeno na datech pro neovlivněný stav. Historické povodně z roku 2002, 2006 a 2011, které jsou zobrazeny v kapitole 2.3, ukazují, že povodně na Labi mohou být rozlišeny podle jejich vzniku na "zimní povodně", "jarní povodně" a "letní povodně". Studie se soustředí na zjištění pozitivních dopadů zachycení povodní nádržemi a v důsledku toho vyžaduje analýzu více než jedné historické povodně. Zahrnutí několika charakteristických typů povodní je nezbytné pro modelové vyhodnocení, jehož výsledky lze považovat za všeobecně platné. Proto by důležité analýzy měly být zpracovány s modelovými povodněmi, které • jsou založeny na odlišném typu vzniku povodně v povodí Labe (s ohledem na sezónní, regionální, meteorologické a hydrologické rozdíly) • generují v definovaných místech (pozorované profily) kulminační průtoky, které jsou v blízkosti statisticky vypočítaných průtoků, jako Q100 nebo Q200 (BfG, 2006). V rámci tohoto projektu byl vývoj modelové povodně založen na základě historických povodní z roku 2002 a 2006 (viz kapitola 2.3). Pěti definovaných maximálních průtoků (Q10, Q50, Q100, Q200 a Q500) by mělo být dosaženo ve stanicích Praha-Chuchle (Vltava), Drážďany a Barby (oba Labe), takže byl zkoumán celkový počet 30 modelových povodní (2 události, 3 stanice a 5 statistických průtoků). Metodika vypracování modelové povodně je vysvětlena v následujících kapitolách 4.2.1 a 4.2.2.

4.2.1 Odvození neovlivněných povodňových průtoků z ovlivněných Hranice modelu zahrnuje pouze tři hlavní přehrady Orlík, Slapy a Nechranice. Další přehrady, které mají určitý dopad na ovlivněné průtoky, leží mimo hranice. Toto uspořádání modelu bylo vybráno, protože uvažuje nejdůležitější přehrady pro simulaci modelové povodně a nejdůležitější říční úseky, kde jsou k dispozici dostatečná data. U simulace modelové povodně 2002 a 2006 byl vliv Lipenské přehrady zahrnut a realizován v rámci metodiky pro tvorbu neovlivněného přítoku do nádrže Orlík. Cílem metodiky bylo najít vztah mezi přítokem a odtokem do/z nádrže Lipno pro jednotlivé typy povodní a různé koeficienty modelové povodně. Pro koeficient modelové povodně roven jedné, což představuje reálné povodňové podmínky, transformace přítoku do Lipna modelem Muskingum Cunge poskytla základní hydrogram neovlivněného přítoku do přehrady Orlík (Obr. 28). Místo modelu Vltavské kaskády byl použit hydraulický model v HEC-RASu pro říční úsek mezi Orlickou přehradou a profilem Malá Chuchle. K transformaci a translaci povodňových vln z Lipna do Orlíku (184.9 km) byl použit upravený model, který je založen na operativním předpovědním modelu. Pro simulace ovlivněných průtoků musel být zahrnut do přítoku do nádrže Orlík vliv nádrže Lipno. Metodika vytváření ovlivněného přítoku do Orlíku byla založena na simulaci řízení nádrže a transformaci odtoku do nádrže Orlík pro některé vybrané koeficienty modelových povodní. Výběr událostí definovaných povodňovými koeficienty byl založen na jejich rozdílu. Vzhledem ke stejné počá-

50


teční hladině na Lipenské přehradě pro všechny modelové povodně stejného typu byl odvozen vztah mezi povodňovým koeficientem a snížením objemu povodně. Tento vztah byl následně použit k odvození objemu ovlivněné povodně. Tato metodika byla použita pro povodně 2002 a 2006. Pro historické povodně 2002, 2006 a 2011 byl podobný koncept uplatněn pro nádrž Hracholusky, Žlutice a Klabava v povodí Berounky, pro vodní nádrže Švihov v povodí Sázavy a pro přehrady Rozkoš, Seč a Les Království v povodí Labe. Transformace neovlivněných a ovlivněných průtoků na hranici hydraulického modelu byly simulovány modelem MuskingumCunge. Řízení nádrží bylo jako ve skutečnosti. V případě řeky Ohře a povodně 2006 a 2011 byla poskytnuta data z vyhodnocení povodně, které se skládají z obou simulací, jak ovlivněné tak neovlivněné (POH, 2011; POH, 2012). 1600 1200 1000 800 600

Průtok [m³/s]

Průtok [m³/s]

1400

400 200

Neovlivněný přítok Orlik Přítok Lipno

Přítok Orlik Odtok Lipno

Neovlivněný přítok Orlik Přítok Lipno

13.4.06

11.4.06

9.4.06

7.4.06

5.4.06

3.4.06

1.4.06

30.3.06

28.3.06

26.3.06

24.3.06

24.8.02

22.8.02

20.8.02

18.8.02

16.8.02

14.8.02

12.8.02

10.8.02

8.8.02

6.8.02

0

4.8.02

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0

Přítok Orlik Odtok Lipno

Obr. 28 Ovlivněný a neovlivněný přítok do nádrže Orlík pro povodně 2002 a 2006.

4.2.2 Odvození modelových povodní Metodika vypracování modelových povodní představuje opakující se sérii pracovních kroků, která je pro německou část modelu vysvětlena na Obr. 29. Příklad se zabývá reálnými čísly vypočtenými v tomto projektu, ale vzhledem k důvodům týkajícím se přehlednosti ukazuje pouze část konfigurace modelu s vybranými přítoky. V prvním kroku (popsáno v horní části obrázku) je numerický hydrodynamický model používaný pro simulaci historické, neovlivněné povodňové události ze srpna 2002 (hranice/konfigurace nádrží: typ modelové povodně). Proto se německá část modelu zabývá vstupními daty, která jsou vypočítávána pro stanici Ústí nad Labem pomocí českého modelu. Historická pozorovaná data jsou také použita jako vstupní přítoky. Ve stanici Drážďany ukazují výsledky simulací kulminační průtok 5183 m³/s, tj. průtok větší než Q200. Spodní část Obr. 29 ukazuje postup odvození vstupních dat pro modelovou povodeň s názvem "DD-100-2002", virtuální událost, která se opírá o historickou povodeň z roku 2002 (v horní části Obr. 29) a dosahuje v Drážďanech kulminačního průtoku Q100 (4260 m³/s). Skutečnost, že historická povodeň z Q200 je transformována na menší statistickou povodeň vyžaduje - podle metodiky - násobení všech vstupních dat koeficientem menším než jedna. To se provádí v české části modelu při použití koeficientu 0.819, tak aby mohl být simulován kul-

51


minační průtok 4319 m³/s ve stanici Ústí nad Labem. Tato metodika byla také použita v německém modelu pro všechny přítoky nad stanicí Drážďany, kde modelovací proces vyprodukoval kulminační průtok 4248 m³/s, hodnotu, která je blízko (kritérium v tomto projektu: rozdíl musí být menší než 20 m³/s) k Q100. Po proudu od Drážďan jsou pro všechny přítoky používány (jako Schwarze Elster) historické vstupní údaje. To znamená koeficient 1.000. Vzhledem k tomu, že tento přístup je založen jak na odborných hydrologických znalostech, tak také popisuje postup pokus-omyl, není možné optimální koeficient ve většině případů identifikovat v rámci jednoho běhu simulace. Vzhledem k uváděnému příkladu byly použity tři simulační běhy pro určení koeficientu 0.819. Samozřejmě, modelář se musí zabývat následujícími problémy: •

•

•

V závislosti na historickém kulminačním průtoku existuje situace, kdy se zvětšují historické povodně. V tomto případě musí modelář zajistit, že zejména v malých přítocích, není velikost průtoku a objemu vlny přeceňována a nepřesahuje reálné hodnoty. Někdy může být také nereálné, pokud průtoky kulminují v přítocích a na hlavním toku současně době v ústí přítoku. Pokud ano, data přítoku musí být transformována umělým časovým posunem. Zvětšení vstupních hydrogramů může být realizováno pro celý hydrogram nebo pouze pro část, kdy průtok překročí definovanou základní úroveň. To se provádí proto, aby se vyhnulo nerealistickým objemům povodňových vln. Vzhledem k tomu, že zkoumané hydrogramy pokrývají velmi úzké časové rozpětí (neobsahují průměrný průtok před a po povodňové události), není aplikováno.

Zvolená metodika pro generování modelových povodní již byla použita pro výzkumné studie v rámci projektu ELLA (BfG, 2006) a je rovněž schválena Mezinárodní komisí pro ochranu Rýna (MKOR) pro dokumentaci vlivu stávajících retenčních opatření při extrémních povodních na Rýnu podle "Akčního plánu povodňové ochrany" (Busch et al., 2004). Tab. 11 udává koeficienty a kulminační průtoky pro tři definované lokality (Praha, Drážďany a Barby) a další zajímavé stanice podél Labe pro všechny neovlivněné modelové povodně. Stanice Praha byla vybrána pro ty případy, v nichž především povodí Vltavy ovlivňuje vývoj povodní na Labi. Stanice Drážďany je důležitá pro genezi povodně na německé části Labe, která má svůj hlavní původ v povodí Horního Labe, Vltavy, Ohře a východních Krušných horách. Povodně na Labi v Německu, které jsou téměř všechny ovlivněny všemi horskými oblastmi v povodí Labe, lze pozorovat ve stanici Barby.

52

Horní okrajová podmínka

Ústí n.L.

P

Horní okrajová podmínka

Qmax,2002,bez nádrží = 462 m³/s

P

Qmax,2002,bez nádrží = 5183 m³/s

Qmax,2002,bez nádrží x 0.819 = Qmax,DD-100-2002,bez nádrží = 28 m³/s

~ HQ 200 - HQ 500

Q max,2002,bez nádrží x 0.819 = Q max,DD-100-2002,bez nádrží = 378 m³/s

P

Q max,2002,bez nádrží = 79 m³/s

pro historickou povodeň 2002 bez vlivu nádrží

Q max,2002,bez nádrží x 1.000 = Q max,DD-100-2002,bez nádrží = 79 m³/s

HQ 100 v profilu Drážďany, založené na historické povodni 2002 (DD-100-2002)

Qmax,DD-100-2002,bez nádrží = 4248 m³/s

Modelová povodeň: DD-100-2002


Q max,DD-100-2002,bez nádrží = 4319 m³/s

Ústí n.L.

P

Wesenitz Wesenitz

Müglitz Müglitz


Schwarze

Drážďany Drážďany

Schwarze

Historická povodeň: srpen 2002 (bez nádrží)


Zpráva BfG-1725

Obr. 29 Metodika postupu odvození modelové povodně z historické povodně.

Pro zachování přehlednosti v tabulce a dalších kapitolách této zprávy jsou modelové povodně pojmenované podle následujícího vzorce: 1. definované místo: PR (Praha), DD (Drážďany), BB (Barby) 2. statistický kulminační průtok: 10 (Q10), 50 (Q50), 100 (Q100), 200 (Q200), 500 (Q500) 3. geneze povodně: 2002 (povodeň srpen 2002), 2006 (povodeň duben 2006)

53


Příklad: Modelová povodeň odvozená z historické povodně v srpnu 2002 v profilu Drážďany, která dosahuje kulminačního průtoku Q200 se jmenuje "DD_200_2002". Tab. 11 Koeficienty a kulminační průtoky pro analyzované modelové povodně. Modelová povodeň PR_10_2002 PR_50_2002 PR_100_2002 PR_200_2002 PR_500_2002 DD_10_2002 DD_50_2002 DD_100_2002 DD_200_2002 DD_500_2002 BB_10_2002 BB_50_2002 BB_100_2002 BB_200_2002 BB_500_2002 PR_10_2006 PR_50_2006 PR_100_2006 PR_200_2006 PR_500_2006 DD_10_2006 DD_50_2006 DD_100_2006 DD_200_2006 DD_500_2006 BB_10_2006 BB_50_2006 BB_100_2006 BB_200_2006 BB_500_2006 N-letost průtoku Q10 Q50 Q100 Q200 Q500

Maximální průtok [m³/s] Faktor [-] 0.373 0.579 0.678 0.785 0.935 0.460 0.700 0.819 0.951 1.128 0.605 0.779 0.849 0.913 0.991 1.060 1.620 1.900 2.200 2.620 0.767 1.132 1.321 1.514 1.796 0.798 1.020 1.101 1.180 1.280

PrahaChuchle 2245 3455 4034 4657 5529 2758 4163 4854 5622 6646 3607 4622 5029 5216 5854 2237 3419 4010 4622 5530 1619 2389 2788 3195 3790 1684 2153 2324 2490 2701

-

2230 3440 4020 4640 5530

Ústí n. L.

Drážďany

Aken

Barby

Wittenberge

2600 3504 3899 4409 4896 2575 3752 4319 4917 5874 3306 4133 4458 4748 5114 3091 4176 4693 5226 6112 2311 3399 3942 4510 5350 2404 3059 3302 3532 3822

2506 3410 3815 4322 4832 2514 3685 4248 4855 5725 3235 4058 4389 4685 5045 3390 4463 4972 5491 6359 2521 3704 4257 4852 5741 2623 3338 3595 3839 4134

2920 3749 4120 4570 5049 2898 3999 4513 5072 5825 3311 4200 4546 4857 5235 3942 4967 5469 5967 6757 3091 4245 4800 5378 6231 3061 3908 4208 4497 4854

3149 3951 4325 4775 5255 3115 4198 4719 5277 6031 3395 4338 4709 5039 5438 4390 5419 5922 6420 7206 3534 4695 5254 5833 6685 3410 4368 4708 5035 5442

3127 3770 4065 4410 4812 3046 3938 4360 4828 5479 3205 3999 4313 4606 4965 4392 5355 5816 6241 6805 3607 4698 5246 5800 6532 3493 4382 4706 5017 5406

2670 3780 4290 4820 5540

2520 3690 4260 4860 5740

2972 3928 4431 4880 5465

3410 4360 4710 5040 5440

3200 4220 4545 4860 5230

Tabulka ukazuje, že většině povodní typu 2002 musel být snížen koeficient, zatímco historické povodně z roku 2006 musely být zvětšeny, aby bylo dosaženo požadovaných statistických hodnot. Každopádně kulminační průtoky podél celého toku ukazují, že v roce 2002 byl vliv povodní z řeky Saale docela malý, zatímco v roce 2006 se podstatně zvýšily kulminační prů

54


7000 DD_10_2002 DD_50_2002 DD_100_2002 DD_200_2002 DD_500_2002 DD_HIS_2002

6000

Průtok [m³/s]

5000 4000 3000 2000 1000

16.8.02

18.8.02

20.8.02

22.8.02

24.8.02

26.8.02

1.4.06

3.4.06

5.4.06

7.4.06

9.4.06

11.4.06

14.8.02

12.8.02

0

7000 DD_10_2006 DD_50_2006 DD_100_2006 DD_200_2006 DD_500_2006 DD_HIS_2006

6000

Průtok [m³/s]

5000 4000 3000 2000 1000

30.3.06

28.3.06

0

Obr. 30 Modelová povodeň pro povodňové hydrogramy povodně typu „2002“ (a, nahoře) a „2006“ (b, dole) v profilu Aken nad soutokem se Saalou.

toky po proudu od soutoku s řekou Saale. Proto je zřejmé, že povodeň typu 2002, která dosáhne Q100 v Akenu (proti proudu od řeky Saale, např. model povodně DD_100_2002), vede

55


k maximálnímu průtoku ve Wittenberge (po proudu od řeky Saale) menšímu než Q100. V kontrastu s tím vytváří záplava Q100 (také v Akenu) na základě typu povodně z roku 2006 (např. BB_200_2006) kulminační průtok 5017 m³/s v profilu Wittenberge, Q200. Další charakteristiku modelových povodní lze najít, pokud uvažujeme povodeň DD_200_2006. Byl použit koeficient 1.514; Q200 bylo dosaženo v Drážďanech. Jako další výsledek je, že byly vypočítány teoretické kulminační průtoky v Akenu a Wittenberge, které jsou blízko Q500. Takové povodně nelze zvládat stávajícím systémem hrází na Labi. Při analýze těchto dat je třeba mít na paměti, že německá část simulačního systému pracuje s hrázemi bez omezení výšky. Ty nebudou zničeny a přelity za žádného povodňového stavu (na rozdíl od povodní 2002). Obr. 30 ukazuje výběr hydrogramu modelových povodní ve stanici Aken. Modelové povodně jsou rozlišeny různými barvami, zatímco historická povodeň je označena hnědou barvou. Kulminační průtoky z obou historických povodní se liší od těch, které jsou uvedeny v Tab. 12 a Tab. 14, protože uvažují různé nádrže v modelových a historických simulacích povodní. Krátké vlny s prudce rostoucími hydrogramy - typické pro model založený na povodni 2002 jsou uvedeny v Obr. 30a. V porovnání Obr. 30b zobrazuje modelovou povodeň typu 2006, která se vyznačuje širokým hydrogramem a dlouhým časovým rozpětím s nejvyššími průtoky. Vzhledem k obsahu Obr. 30 a Obr. 31 je prokazatelně k dispozici velké množství modelových povodní, které pokrývají různé druhy geneze, povodňové objemy a kulminační průtoky, aby mohly být analyzovány dopady českých přehrad na povodňová rizika na Labi za použití navržených statistických povodní.

56


5 Výsledky simulací

Identifikace pozitivních vlivů českých retenčních opatření k zachycování povodní na Labi analýzou virtuálních modelových povodní (které pokrývají širokou škálu kulminačních průtoků mezi Q10 a Q500) byla hlavním cílem této studie (kapitola 5.2). Navíc německé Společenství oblasti povodí Labe (FGG Elbe) požádalo Spolkový institut pro hydrologii a jeho české partnery o simulaci a identifikaci pozitivního účinku pro tři významné a reprezentativní povodně na Labi v posledních deseti letech: povodni 2002, povodni 2006 a povodni 2011 (kapitola 5.1).

5.1 Historické povodně Konfigurace použitého modelu a odpovídající vstupní data pro historické povodně se mírně liší od výzkumu, který byl proveden pro modelové povodně (viz také kapitola 4). To je způsobeno tím, že pro analýzu historických povodní by měl být uvažován rovněž dopad přehrad na Saale "Hohenwarte" a "Bleiloch" a rovněž další české přehrady byly vzaty v úvahu v závislosti na jejich významu pro každou povodeň. Tyto přehrady jsou uvedeny v kapitole 3, Tab. 6 až Tab. 9. Navíc historické počáteční hladiny vody v nádržích před příchodem povodně se liší od těch, které jsou použity (a považovány za realistické) pro události modelových povodní (viz Tab. 18). Na základě vstupních dat lze definovat čtyři různé běhy modelu, jeden simuluje skutečný průběh historické povodně a tři jsou pro výpočet scénářů, které lze počítat. Mohou být rozlišeny podle rozsahu retenčních opatření, které jsou uvažovány ve specifickém běhu modelu: • • •

•

"HW_2002/2006/2011_S": skutečný průběh povodně 2002/2006/2011, to znamená zahrnutí všech uvedených nádrží na Saale, Labi, Ohři, Vltavě a jejich přítocích. "HW_2002/2006/2011_BEZ": upravený průběh povodně 2002/2006/2011 bez zahrnutí opatření k zadržování povodní na Saale, Labi, Ohři, Vltavě a jejich přítocích. "HW_2002/2006/2011_SAALE": upravený průběh povodně 2002/2006/2011 zahrnující vliv přehrad na Saale, ale nebere v úvahu dopady přehrad na Labi, Ohři a Vltavě a jejich přítocích. "HW_2002/2006/2011_CZ": upravený průběh povodně 2002/2006/2011 zahrnující vliv českých nádrží na Labi, Ohři, Vltavě a jejich přítocích, ale nikoliv vliv přehrad na Saale.

Všechny potřebné informace o meteorologických a hydrologických genezích historických povodní lze nalézt v kapitole 2. Informace o nádržích a jejich manipulace v průběhu historic-

57


kých povodní je popsán v kapitole 3. Následující kapitoly 5.1.1 až 5.1.3 se soustředí především na výsledky simulace.

5.1.1 Povodeň v srpnu 2002 Povodeň, ke které došlo v srpnu 2002, byla letní povodeň, která byla způsobena mimořádnou meteorologickou situací v povodí Labe. Ve srovnání s povodněmi v roce 2006 a 2011, které jsou popsány v následujících kapitolách 5.1.2 a 5.1.3, se celkově liší nejenom meteorologické a hydrologické podmínky (letní povodně vs. zimní povodně), ale také manipulace na nádržích (zejména předpouštění nádrže), které závisí na ročním období. Hlavní tři vlivy jsou: •

•

Předpouštění nádrže v letní sezóně závisí především na předpovědi povodňových průtoků. Proto je předpouštění méně intenzivní než v zimním období, kdy většinou ovlivňuje tento proces dlouhodobý vývoj sněhové pokrývky. Vzhledem k této skutečnosti a vzhledem k vlivu menší povodňové vlny na začátku srpna 2002 (Obr. 31) byl k dispozici menší volný prostor v nádržích pro snížení kulminačních průtoků. Z analýzy hydrogramu v Ústí nad Labem vyplývá, že během povodně 2002 mohl být objem 162 milionů m³ zachycen v českých nádržích v hlavní vlně. Přehrady na Saale "Bleiloch" a "Hohenwarte" neměly téměř žádný pozitivní vliv na zachycení povodně. Hodnocení ovlivněných a neovlivněných hydrogramů v HalleTrotha ukazuje, že během povodně 2002 mohlo být zachyceno v nádržích pouze 7 mil. m³ vody. 7000 QN500

6000

QN500

QN300

Průtok [m³/s]

5000

QN300

QN200

4000 3000 2000 1000

Wittenberge: bez opatření

Wittenberge: jen opatření na Saale

Wittenberge: jen opatření v Čechách

Wittenberge: s opatřeními

Drážďany: bez opatření

Drážďany: s opatřeními

31.8.02

29.8.02

27.8.02

25.8.02

23.8.02

21.8.02

19.8.02

17.8.02

15.8.02

13.8.02

11.8.02

9.8.02

7.8.02

0

Obr. 31 Hydrogramy (s/bez vlivu nádrží) ve stanici Drážďany a Wittenberge.

Obr. 31 porovnává příklady různých scénářů pro stanice Drážďany (Labe ŘKM 55.6, modrý hydrogram) a stanice Wittenberge (Labe ŘKM 454.8, červený a žlutý hydrogram). Vliv českých přehrad může být identifikován v profilu Drážďany: kulminační průtok roku 2002 byl výrazně snížen o 888 m³/s, což odpovídá poklesu hladiny vody o 72 cm (Tab. 12 a

58


Obr. 32 Kulminační vodní hladiny (ovlivněné a neovlivněné) pro historickou povodeň 2002 v ŘKM Labe 55.7 v Drážďanech (zdroj obrázku: MKOL, 2005, zdroj příčného profilu: FLYS, 2012).

Obr. 32 ukazuje, že po realizaci nové mobilní protipovodňové ochrany v Drážďanech z roku 2007 (do bezpečné výšky ochranných opatření 974 cm v profilu Drážďany) by vnitřní město s jeho barokními stavbami bylo ochráněno během povodně stejné velikosti jako v roce 2002

59


(940 cm ve stanici Drážďany). Jestliže by se povodeň z roku 2002 udála bez českých nádrží (1012 cm v profilu Drážďany), tak by nové mobilní protipovodňové ochrany byly přelity a vnitřní město by bylo zaplaveno. Tab. 12 Vliv retenčních opatření v České republice na řece Saale při povodni 2002.

4651 4693 4825 4926 4963 5348 5416 5316 5198 4964

[m³/s]

[m³/s]

[m³/s]

[m³/s]

Q100

+981

0

+981

6141

> Q500

Q100-Q200 Q100-Q200 ~Q200 Q200-Q500 Q200-Q300 Q300-Q500 ~Q500 ~Q500
+ 853 + 851 + 888 + 815 +796 + 700 + 668 + 576 + 572 + 520

0 0 0 0 0 0 +2 +2 +3 +3

+ 853 + 851 + 888 + 815 +796 + 700 + 670 + 578 + 574 + 523

5504 5544 5712 5741 5758 6049 6085 5894 5772 5487

~Q500 >Q300 ~Q500 >Q500 >Q500 >>Q500 >>Q500 >>Q500 >>Q500 >>Q500

Extrémní hodnota statistické klasifikace modelových hodnot Povodeň 2002 "BEZ"

4697 4790 4580 4420 4120 4020 4290 3840 3830 3420

Modelové hodnoty Povodeň 2002 "BEZ"

5160

Zvýšení odtoku (bez vlivu opatření na Saale i v Čechách) Povodeň 2002 "BEZ"

5160

Zvýšení odtoku (bez vlivu opatření na Saale, jen nádrže v Čechách) Povodeň 2002"CZ"

[m³/s]

Zvýšení odtoku (bez vlivu opatření v Čechách, jen nádrže na Saale) Povodeň 2002 "SAALE"

[m³/s]

Extrémní hodnota statistické klasifikace modelových hodnot Povodeň 2002 "S"

Modelové hodnoty Povodeň 2002"S"

-37.4 2.1 55.6 154.6 214.1 274.8 295.5 388.2 454.8 536.4

PrahaChuchle Ústí Schöna Drážďany Torgava Wittenberg Aken Barby Tangermünde Wittenberge Neu Darchau

Naměřené hodnoty Povodeň 2002 "S"

61.6*

Profil

Labe-ŘKM (* ŘKM Vltavy)

Průtoky/rozdíly průtoků pro různé scénáře pro povodeň 2002 na vybraných profilech

Zbývající otázkou zůstává, je-li nová mobilní protipovodňová ochrana na Labi ve starém městě v Drážďanech dostatečně dimenzována s cílem chránit vnitřní město proti povodním v případě nové 100leté povodně srovnatelné s tou v srpnu 2002. Výsledky česko-německé analýzy ukazují, že zvolená úroveň ochrany je dostačující, protože ta již zahrnuje - vědomě nebo nevědomě - ochranné účinky způsobené nádržemi na horním toku Labe a Vltavy v České republice. Tato opatření se zaměřují na místní nebo regionální účinky ochrany (např. v Praze), ale také poskytují zlepšení povodňové situace daleko po proudu v Německu (např. v Drážďanech): Dobré pro Prahu znamená také dobré pro Drážďany! Vzhledem k výsledkům v profilu Wittenberge může být potvrzeno, že české přehrady nejen přináší pozitivní přeshraniční dopad na region Drážďany (srov. MKOL, 2009), ale také mají dalekosáhlé účinky na spodní části toku Středního Labe v Německu. Například v profilu Wittenberge je snížení kulminačního průtoku díky českým přehradám stále 572 m3/s (43 cm). Je zřejmé, že skutečná povodeň, která byla bez ohledu na protržení hrází událostí, která vykazuje interval opakování méně než 500 let ve Wittenberge (
60


přehrad (a bez protržení hrází) byla povodní typu s N-letostí mnohem větší než 500 let. (>> Q500, viz Tab. 13 a Obr. 31). Tab. 12 (průtoky) a Tab. 13 (vodní stavy) shrnují výsledky simulace povodně 2002. Tab. 13 Vypočítané snížení vodní hladiny při povodni 2002.

Pokles hladiny (vlivem všech opatření na Saale i v Čechách)

[cm]

[cm]

- 82 - 84 - 102 - 72 - 54 - 34 - 52 - 33 - 39 - 43 - 42

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

- 82 - 84 - 102 - 72 - 54 - 34 - 52 - 33 - 39 - 43 - 42

Praha - Chuchle Ústí Schöna Drážďany Torgava Wittenberg Aken Barby Tangermünde Wittenberge Neu Darchau

Extrémní hodnota statistické klasifikace povodní s účinkem opatření

Pokles hladiny (vlivem opatření na Saale)

[cm]

Extrémní hodnota statistické klasifikace povodní bez účinku opatření

Pokles hladiny (vlivem opatření v Čechách)

61.6* -37.4 2.1 55.6 154.6 214.1 274.8 295.5 388.2 454.8 536.4

Profil


Pokles hladiny vlivem nádrží při povodni 2002

Q100 ~Q500 >Q300 ~Q500 >Q500 >Q500 >>Q500 >>Q500 >>Q500 >>Q500 >>Q500

> Q500 Q100-Q200 Q100-Q200 ~Q200 Q200-Q500 Q200-Q300 Q300-Q500 ~Q500 ~Q500 Q300

Při interpretaci těchto výsledků, si nelze nevšimnout, že použitý německý model nebere v úvahu protržení hrází (viz rozdíl mezi pozorovanými a simulovanými kulminačními vrcholy v Tab. 12), které se široce vyskytly během povodně 2002. Proto by se počítané ovlivněné a neovlivněné kulminační průtoky během reálné situace z roku 2002 nemohly vyskytnout.

5.1.2 Povodeň v dubnu 2006 Ve srovnání s povodní 2002, povodeň z dubna 2006 byla typická jarní povodeň, která nastala po dlouhé a na sníh bohaté zimě. Jak již bylo popsáno v kapitole 3, došlo v době před výskytem povodně k významnému předpouštění nádrží. Toto bylo možné vzhledem ke skutečnosti, že se mohl dlouhodobě pozorovat vývoj sněhové pokrývky v zimním období 2005/2006 a tak byly hladiny nádrží výrazně sníženy (Obr. 18). Během této povodně bylo v Dolním Sasku zaplaveno město Hitzacker, protože výstavba nové protipovodňové ochrany nebyla ještě dokončena.

61


Stejnou analýzu jako pro povodeň z roku 2002 lze nalézt pro povodeň 2006 na Obr. 33, kde jsou porovnávány různé scénáře pro profily Drážďany (Labe ŘKM 55.6, modrý hydrogram) a Wittenberge (červený a žlutý hydrogram Labe ŘKM 454.8). Dva vlivy českých nádrží jsou zřejmé v profilu Drážďany: (1) bez vlivu nádrží na povodeň roku 2006 by došlo ke dvěma povodňovým vrcholům: první by dosáhl 3511 m³/s a druhý by vedl k 3200 m³/s. Vzhledem k manipulaci na přehradách byl první vrchol víceméně úplně odstraněn a druhý vrchol byl snížen na 2757 m³/s. Celkové snížení kulminací celé povodně proto bylo v Drážďanech 754 m3/s (76 cm) (Tab. 14 a Tab. 15) 5000 QN100

4500

QN50

4000 QN50

QN20

Průtok [m³/s]

3500 QN20

3000

QN10

2500 2000 1500 1000 500







25.4.06

23.4.06

21.4.06

19.4.06

17.4.06

15.4.06

13.4.06

11.4.06

9.4.06

7.4.06

5.4.06

3.4.06

1.4.06

30.3.06

28.3.06

26.3.06

24.3.06

0

Obr. 33 Hydrogram (s/bez vlivu nádrží) v profilu Drážďany a Wittenberge.

Na rozdíl od povodně 2002, kdy největší snížení průtoku bylo v profilu Ústí a klesalo po proudu toku řeky Labe, byl zaznamenán odlišný jev: k nárůstu snížení (způsobené pouze českými opatřeními) docházelo podél toku Labe z Ústí (664 m3/s) směrem do Barby (891 m3/s) pod soutokem se Saale. Hlavní důvod je vidět na Obr. 34. V profilu Drážďany bylo snížení prvního povodňového vrcholu (o cca 1000 m³/s) mnohem větší než druhého (cca 500 m3/s). To vedlo k efektu, že pro ovlivněný stav byl druhý vrchol povodně vyšší než ten první (viz výše). Snížení 754 m³/s se proto uvádí jako snížení maximálních vrcholů, nikoliv snížení identických vrcholů. V případě profilu Barby se pro ovlivněný stav vytvořila široká vlna trvající 5 dnů, protože záplavy přicházející ze Saaly a dalších německých přítoků Labe přispěly k povodni a měly vliv hlavně na první povodňový vrchol. Snížení kulminace v Drážďanech, které je způsobeno transformací vlny, neukazuje maximální možné snížení. S ohledem na maximální snížení kulminací (první vrchol v Drážďanech oproti vrcholu v Barby) je možné pozorovat již známý vzor: pokles snížení kulminací po proudu řeky v důsledku přirozených retenčních účinků.

62


5000

1200

4500

3500

800

1. vrchol v Drážďanech

3000

2. vrchol v Drážďanech

2500

600

2000 400

1500 1000

Průtok - přítoky [m³/s]

Průtok - Labe [m³/s]

1000

vrchol v Barby

4000

200

500

Drážďany - bez opatření Barby - bez opatření Mulde

18.4.2006

15.4.2006

13.4.2006

10.4.2006

8.4.2006

5.4.2006

3.4.2006

31.3.2006

29.3.2006

26.3.2006

0

24.3.2006

0

Drážďany - s opatřeními Barby - s opatřeními v Čechách Saale

Obr. 34 Hydrogramy (s/bez vlivu nádrží) v profilu Drážďany, Wittenberge a na přítocích. Tab. 14 Vliv retenčních opatření v České Republice a na řece Saale při povodni 2006.

2639 2704 2757 2778 2813 3153 3528 3515 3660 3651

[m³/s]

[m³/s]

[m³/s]

[m³/s]

Q1 - Q5

+ 971

0

+ 971

2401

> Q10

~Q10 ~Q10 Q10 - Q20 Q10 - Q20 Q10 - Q20 Q10 - Q20 Q10 - Q20 ~Q20 >Q20 ~Q25

+ 664 + 703 + 754 + 726 + 742 + 874 + 891 + 836 + 721 + 696

0 0 0 0 0 +1 + 89 + 80 + 46 + 42

+ 664 + 703 + 754 + 726 + 742 + 874 + 972 + 921 + 840 + 774

3303 3406 3511 3503 3554 4027 4501 4436 4465 4425

Q10 - Q50 Q20 - Q50 < Q50 < Q50 < Q50 > Q50 Q50 - Q100 < Q100 < Q100 ~Q100


2540 2740 2870 2880 2940 3180 3580 3560 3700 3600


1430


1430


[m³/s]


[m³/s]



-37.4 2.1 55.6 154.6 214.1 274.8 295.5 388.2 454.8 536.4

PrahaChuchle Ústí Schöna Drážďany Torgava Wittenberg Aken Barby Tangermünde Wittenberge Neu Darchau


61.6*

Profil



63


Vzhledem k výsledkům ve stanici Wittenberge ( Tab. 14a Tab. 15) byl potvrzen déletrvající vliv, identifikovaný analýzou povodně z roku 2002. Ve Wittenbergu zajistily české nádrže snížení kulminace o 721 m3/s. Navíc jednotlivé účinky přehrad na Saale umožnily další snížení kulminačních průtoků o 89 m3/s v profilu Barby tak, že bylo dosaženo celkové snížení o 840 m3/s ve Wittenbergu. Reálná povodeň z dubna 2006, která ukazuje na interval opakování 20 let ve Wittenbergu (Q20), by bez použití uvažovaných nádrží byla považována za povodeň typu téměř 100leté doby opakování (
Pokles hladiny (vlivem všech opatření na Saale i v Čechách)



Praha-Chuchle Ústí Schöna Drážďany Torgava Wittenberg Aken Barby Tangermünde Wittenberge Neu Darchau


Profil

61.6* -37.4 2.1 55.6 154.6 214.1 274.8 295.5 388.2 454.8 536.4




[cm] - 141 - 104 - 114 - 76 - 66 - 44 - 77 - 56 - 67 - 64 - 64

[cm] 0 0 0 0 0 0 0 -6 -7 -4 -4

[cm] - 141 - 104 - 114 - 76 - 66 - 44 - 78 - 61 - 74 - 71 - 71

Q1 - Q5 Q10 - Q50 Q20 - Q50 < Q50 < Q50 < Q50 > Q50 Q50 - Q100 < Q100 < Q100 ~Q100

> Q10 ~Q10 ~Q10 Q10 - Q20 Q10 - Q20 Q10 - Q20 Q10 - Q20 Q10 - Q20 ~Q20 >Q20 ~Q25

Analýza hydrogramů v Ústí nad Labem a v Halle-Trotha (Saale) ukazují, že během povodní roku 2006 byl celkový objem asi 518 milionů m³ vody zachycen v retenčních prostorech! Zatímco nádrže na Saale přispěly přehrady 77 mil. m³, české přehrady hrály s více než 440 mil. m³ nejdůležitější roli. Vzhledem k předpouštění českých nádrží je k dispozici pro zachycení povodní větší prostor než pouze ochranný. To má velmi důležitý pozitivní vliv na kulminační vodní stavy na Labi v Německu. Vzhledem k jejich vlivu může být dosaženo snížení vodní hladiny od 141 cm v profilu Praha do 44 cm v profilu Wittenberg (ŘKM 214.1). Na dolním toku Středního Labe vedly účinky přehrad na Saale a v Čechách ke snížení o 71 cm ve stanici Wittenberge (ŘKM 454.8) a Neu Darchau.

64


5.1.3 Povodeň v lednu 2011 Povodeň, ke které došlo v lednu 2011 v povodí Labe, byla typickou zimní povodní. Vznikla v důsledku teplého období, které vedlo ke značnému tání sněhové pokrývky v horách. Jak již bylo popsáno v kapitole 3, před příchodem povodně došlo k předpouštění nádrží. Obr. 35 porovnává příklady různých scénářů pro stanice Drážďany (Labe ŘKM 55.6, modrý hydrogram) a Wittenberge (Labe ŘKM 454.8, červený a žlutý hydrogram). Účinky českých přehrad lze identifikovat v profilu v Drážďanech: kulminační průtok povodně z roku 2011 byl výrazně snížen o 569 m³/s (Tab. 16), což odpovídá poklesu hladiny vody o 68 cm (Tab. 17). S ohledem na výsledky v profilu Wittenberge lze potvrdit dalekosáhlý vliv na spodní části toku Středního Labe v Německu. Po proudu toku řeky Labe od soutoku se Saale lze účinky českých přehrad (366 m3/s) superponovat s pozitivními dopady přehrady na Saale v (102 m3/s), takže je dosaženo celkové maximální snížení o 452 m³/s (asi 40 cm). Reálná povodeň z ledna 2011 byla událostí s intervalem opakování 25 let (Q25), a bez použití uvažovaných přehrad by se jednalo o povodeň typu s ročním opakováním 50 let (Q50). 4500 QN50 4000 QN20

3500 QN20

Průtok [m³/s]

3000

QN10

2500

QN5 2000 1500 1000 500







2.2.11

31.1.11

29.1.11

27.1.11

25.1.11

23.1.11

21.1.11

19.1.11

17.1.11

15.1.11

13.1.11

11.1.11

0

Obr. 35 Hydrogramy (s/bez vlivu nádrží) v profilu Drážďany a Wittenberge.

V Tab. 16 a Tab. 17 jsou výsledky pro jedenáct hlavních profilů v České republice a v Německu. Lze rozlišovat následující účinky: •

Vliv všech uvažovaných českých nádrží je zřejmý v profilu Ústí nad Labem. Vypočítané maximální snížení při povodni 2011 je 624 m³/s, což odpovídá snížení hladiny vody o více než jeden metr. Analýza ovlivněných a neovlivněných grafů hydrogramů

65


•

•

(hlavní povodňové vlny) v profilu Ústí nad Labem ukazuje na objem vody 192 mil. m3, která byla v českých nádržích zachycena během povodně 2011. Dalekosáhlý vliv, který lze pozorovat v profilu Wittenberge, lze pozorovat podél celého toku volně proudící řeky Labe. I kdyby přehrady na Saale neměly žádný vliv na povodně, české retenční opatření by umožnilo snížení kulminační hladiny o 30 cm pod soutokem s řekou Saale. Pouze s ohledem na přehrady na horním toku řeky Saaly by došlo ke snížení o 10 cm na říčním úseku mezi Barby a Neu Darchau. Objem 136 mil. m3 byl zachycen v nádržích "Bleiloch" a "Hohenwarte" během povodní 2011.

Obr. 36 shrnuje dopady tří historických povodní. Místo dosavadních tabulek a grafů, které poskytují místní informaci v profilech, ukazuje průměrné snížení vodní hladiny na částech toku řeky v sousedství stanic. Tyto ověřené regionální výsledky potvrzují lokální hodnoty a jejich korelaci. Zvláště důležitá byla možnost pozorovat vliv řeky Saale během povodní roku 2006. Tab. 16 Vliv retenčních opatření v České Republice a na řece Saale při povodni 2011.

66


[m³/s]

[m³/s]

[m³/s]

[m³/s]

Q2-Q5 Q2-Q5 Q5 Q5-Q10 Q5-Q10 Q5-Q10 Q10-Q20 Q20 Q25 Q25

+ 624 + 599 + 569 + 527 +506 + 421 + 380 +358 + 366 + 352

0 0 0 0 0 0 + 114 + 112 + 102 + 99

+ 624 + 599 + 569 + 527 +506 + 421 + 469 + 448 + 452 + 437

2571 2657 2756 2752 2869 3217 4130 4062 4246 4196



1948 2058 2186 2225 2363 2796 3661 3614 3794 3760


[m³/s]

1910 2020 2280 2270 2400 2820 3600 3660 3770 3600


[m³/s]



-37.4 Ústí 2.1 Schöna 55.6 Drážďany 154.6 Torgava 214.1 Wittenberg 274.8 Aken 295.5 Barby 388.2 Tangermünde 454.8 Wittenberge 536.4 Neu Darchau


Profil



Q10 Q10 Q10-Q20 Q10-Q20 Q10-Q20 Q10-Q20 Q20-Q50 Q20-Q50 Q50 Q50


Tab. 17 Počítané snížení vodní hladiny pro povodeň 2011. Pokles hladiny (vlivem všech opatření na Saale i v Čechách)



Ústí Schöna Drážďany Torgava Wittenberg Aken Barby Tangermünde Wittenberge Neu Darchau


-37.4 2.1 55.6 154.6 214.1 274.8 295.5 388.2 454.8 536.4


Profil



[cm] - 104 - 110 - 68 - 57 - 33 - 39 - 28 - 29 - 33 - 33

[cm] 0 0 0 0 0 -1 - 11 -9 -9 -9

[cm] - 104 - 110 - 68 - 57 - 33 - 40 - 34 - 37 - 40 - 40

Q10 Q10 Q10-Q20 Q10-Q20 Q10-Q20 Q10-Q20 Q20-Q50 Q20-Q50 Q50 Q50

Q2-Q5 Q2-Q5 Q5 Q5-Q10 Q5-Q10 Q5-Q10 Q10-Q20 Q20 Q25 Q25

Průměrné snížení hladiny [m]

1.2 1.1

1,07

1

1,00 0,96

0.9

2002

2006

2011

0.88 0,80

0.8

0,73

0,77

0.7

0,68

0,67

0,68

0,68

0,60

0.6

0,53

0.5

0,48 0,50

0,43

0,37

0.4 0,38

0.3 Schöna

Drážďany

Torgava

Wittenberg

0,33 Aken

Barby

100

200

300

0,38

0,33 Tangermünde

0.1 0

0,41

0,39

0,38

0,31

0.2

0,42 0,37

400

Witten -berge

Neu Darchau

500

600

Labe [km]

Obr. 36 Průměrné snížení vodní hladiny na Labi pro historické povodně 2002, 2006 a 2011.

5.2 Modelové povodně V následující kapitole jsou uvedeny výsledky simulace pro třicet modelových povodní, zahrnujících podle povodňové směrnice EU (ES, 2007) povodně s nízkou, střední a vysokou pravděpodobností výskytu. Tato část zprávy je rozdělena do dvou podkapitol, jedna je pro

67


české výsledky simulací a druhá pro německou část výsledků simulací. Důvodem je fakt, že výsledky proti proudu od profilu Ústí nad Labem poskytují informace, které zejména ukazují na účinky retenčních opatření na krátké vzdálenosti. Naproti tomu se analýza německé části Labe zaměřuje na regionální přeshraniční dopady a vlivy dlouhodobého charakteru až do dolních úseků Středního Labe. Simulace modelových povodní zohledňují pouze česká retenční opatření.

5.2.1 Výsledky pro Vltavu a českou část řeky Labe Na základě metodiky využívající povodňové koeficienty bylo spočítáno 30 variant simulací, a to jak ovlivněné, tak i neovlivněné stavy, a byly analyzovány především pro posouzení vlivu nádrží na snížení kulminačních průtoků ve vybraných profilech (Ústí nad Labem na řece Labi, Praha-Chuchle na Vltavě). Kromě toho byly uvažovány vlivy transformace povodní v přirozených inundačních územích v České republice. Rozsah snížení kulminačních průtoků prostřednictvím řízení nádrží závisí na přítoku, a to jak na kulminaci, tak i na objemu vlny a na dostupném volném prostoru v nádrži. Za předpokladu povodní s podobnou velikostí existují dva základní scénáře: i) zimní povodně od tání sněhu a (ii) letní povodně, většinou od regionálních intenzivních srážek dlouhého trvání. Z pohledu nádrže se zimní povodně vyznačují vyšším zachyceným objemem povodňové vlny v důsledku rozsáhlého volného prostoru v nádržích, který závisí především v zimním období na množství vody ve sněhu. Letní povodně, jako roku 2002 (ve srovnání se zimní povodní), se vyznačují nižším zadrženým objemem povodňové vlny, protože v nádrži je k dispozici méně celkového volného prostoru (typicky je k dispozici pouze volný ochranný prostor před povodněmi). Přesto může být snížení maximálních průtoků vyšší, protože tvary vln v létě jsou často menší a strmé (ve srovnání s tvary vln zimních povodní). Typicky v létě může být zvýšené zadržení povodňové vlny pouze v případě snížení hladiny vody na základě operativní předpovědi vyšších průtoků. Vzhledem k tomu, že vyprazdňování jde většinou pomalu, nelze očekávat významné snížení hladiny vody. Vltavská kaskáda může při 24hodinovém prázdnění uvolnit prostor 10 až 20 mil. m3 (Kašpárek, 2003). Počáteční podmínky hladiny vody v nádržích (Tab. 18), používané v simulacích modelových povodní, byly velmi podobné skutečné historické události. Hlavní rozdíl byl na Orlíku pro rok 2002 pro modelovou povodeň, kdy byla hladina zvýšena o 0.50 m (v porovnání s úrovní 348.50 m n. m. před první povodňovou vlnnou 2002) na základě dohody se zástupci podniku povodí. Zvýšení hladiny nádrže Orlík u povodně v roce 2002 představuje typickou situaci v průběhu srpna. Počáteční úroveň nádrže na Lipnu I (jak pro model povodně 2002 a 2006) byla snížena o 0.40 – 0.45 m tak, aby byl simulován vliv zvýšené retence Lipna I o 32 mil. m3 (doplňující stávajících 33.16 mil. m3 ochranného prostoru) zvýšením maximální hladiny nádrže o 40 cm. Ostatní počáteční hladiny zůstávají stejné. Z Tab. 18 je vidět, že pro modelovou povodeň 2002 bylo k dispozici 238 mil. m3 volného prostoru v hlavních nádržích, zatímco pro modelovou povodeň 2006 to bylo 607 mil. m3.

68


Tab. 18 Počáteční hladina a celkový volný prostor v nádržích zahrnutých v modelu.

[m n. m.] [m n. m.]

[m]

[mil. m³] [m n. m.] [m n. m.]

[m]

Dostupný objem v nádrži model

Hladina vody na začátku povodně - pozorování

Povodeň 2011 Dostupný objem v nádrži model

Diference Model - pozorování


Hladina vody na začátku povodně - model

Povodeň 2006 Dostupný objem v nádrži model

Diference Model - Pozorování


Nádrž

Hladina vody na začátku povodně - model

Povodeň 2002

[mil. m³] [m n. m.] [mil. m³]

Lipno I Orlík Slapy

724.20 349.00 269.90

724.60 348.50 269.90

-0.40 +0.50 0.00

64 112 0

721.50 338.00 267.90

721.95 338.22 267.90

-0.45 -0.22 0.00

167 320 35

723.30 345.00

102 198

Nechranice

267.80

267.80

0.00

62

265.60

265.60

0.00

85

268.25

50

Celkem

238

607

>350

Objem vody zachycený na velkých přehradách je uveden v Tab. 19. Vzhledem ke stejné počáteční úrovni hladiny v nádrži a velikosti modelové povodně se množství zachycené vody liší v závislosti na maximální hladině, které bylo dosaženo v průběhu simulace. Převážně pro menší přítoky nebyla maximální hladina nádrže dosažena, zatímco pro větší přítoky k jejímu dosažení došlo. Pouze pro scénáře DD_500_2002 byla maximální přípustná hladina nádrže překročena u Orlické přehrady. Snížení hladiny vody pro zachycení povodní z tání sněhu je založeno na výpočtu celkového množství vody ve sněhu v kombinaci s použitím empirických faktorů, který také obsahují nejistotu zahrnout v měření a výpočtu vodní zásoby ve sněhu. S rostoucí dobou opakování povodně se zvyšuje příspěvek povodně ze srážek. Záplavy vyšší než historická povodeň roku 2006 by jistě mohla být způsobena vyšším obsahem vody ve sněhu, ale především srážkami s vysokou intenzitou. Kombinace počátečních podmínek (sníh, půdní vlhkost) z roku 2006 a různých historických srážkových epizod prokázaly zvýšení kulminačních průtoků povodňových vln (RIMAX, 2008). Obvykle je předpuštění nádrže založeno na výpočtu objemu vody uložené ve sněhu. Tání sněhu tvoří komplexní nelineární proces výměny energie, kde hlavní roli hrají faktory jako je teplota, srážky a vítr. V konceptu modelové povodně známe průtok, ale neznáme podíl množství vody přicházející ze sněhu a ze srážek. Pokus o vyřešení tohoto úkolu použitím opačně probíhajících přírodních procesů by vedl k mnoha scénářům. V tomto projektu zaměřeném na hydraulické simulace takový postup nepřicházel v úvahu. Protože vstupní údaje pro modelové povodně jsou vytvářené násobením pozorovaných průtoků, nebyl vztah mezi velikostí povodně a množstvím sněhu na daném povodí uvažován pro modelovou povodeň typu "2006" a stejné počáteční podmínky byly použity pro různé doby opakování povodně.

69


Tab. 19 Prostor využitý během simulace modelových povodní. Modelová povodeň

Orlík [mil. m³] 86 109 109 109 111 108 108 105 109 128 108 109 110 111 112


Povodeň 2002 Lipno [mil. m³] 30 50 57 61 63 40 58 62 63 63 52 61 63 63 62

Nechranice [mil. m³] 36 36 36 36 36 24 26 30 34 36 24 24 32 36 36

Orlík [mil. m³] 302 301 302 305 310 307 311 311 309 309 302 301 306 309 311

Povodeň 2006 Lipno [mil. m³] 55 96 118 133 150 27 51 65 82 88 39 45 51 52 74

Nechranice [mil. m³] 78 78 78 78 78 75 78 78 78 78 77 78 78 78 78

4000 3500

5000

3000

Průtok [m³/s]

7000 6000

4000 3000

Průtok [m³/s]

Příklady snížení povodňových průtoků v profilu Praha-Chuchle pro povodně 2002 a 2006 jsou uvedeny na Obr. 37. Pro celkové snížení v profilu Praha-Chuchle hraje především roli načasování kulminačních průtoků přicházejících z Vltavské kaskády a z řeky Berounky a tvar povodňových hydrogramů.

2500 2000 1500

2000

1000

1000

500

DD_10_2002 neovlivněný DD_50_2002 neovlivněný DD_100_2002 neovlivněný DD_200_2002 neovlivněný DD_500_2002 neovlivněný

DD_10_2002 ovlivněný DD_50_2002 ovlivněný DD_100_2002 ovlivněný DD_200_2002 ovlivněný DD_500_2002 ovlivněný

DD_10_2006 neovlivněný DD_50_2006 neovlivněný DD_100_2006 neovlivněný DD_200_2006 neovlivněný DD_500_2006 neovlivněný

11.4.06

9.4.06

7.4.06

5.4.06

3.4.06

1.4.06

30.3.06

28.3.06

0

26.3.06

21.8.02

19.8.02

17.8.02

15.8.02

13.8.02

11.8.02

9.8.02

7.8.02

0

DD_10_2006 ovlivněný DD_50_2006 ovlivněný DD_100_2006 ovlivněný DD_200_2006 ovlivněný DD_500_2006 ovlivněný

Obr. 37 Neovlivněný a ovlivněný průtok v profilu Praha–Chuchle.

Na Obr. 38 je snížení průtoku a vodních stavů uvedeno pro profil Praha-Chuchle a Ústí nad Labem. Srovnání obou příkladů modelové povodně ukazuje jiný průběh snížení průtoků mezi Prahou-Chuchlí a Ústím nad Labem. V případě výsledků pro profil Ústí je nutné uvažovat vlastně dvě různé simulace, které se liší v povodňových koeficientech používaných pod profilem Chuchle. Pokud je použitý koeficient odlišný od jedné, tak je rovněž zahrnuto rozdílné snížení průtoku v nádrži Nechranice. Pro povodňové koeficienty rovné jedné je snížení totožné.

70


Z hlediska maximálního snížení kulminačního průtoku v nádrži Orlík a v profilu PrahaChuchle byl pozorován následující rozdíl mezi těmito dvěma povodněmi. Pro povodeň z roku 2002 je vyšší snížení v nádrži (o 4%), zatímco u povodně z roku 2006 je vyšší snížení v profilu Praha-Chuchle (o 20%). Stejné srovnání pro profil Praha-Chuchle a Ústí ukazuje, že snížení průměrného maximálního průtoku v Ústí je o 50% nižší než v Praze-Chuchli pro povodeň 2002 a pro povodeň 2006 dosahuje více než 70%. Scénář DD_500_2002 představuje výjimku z této analýzy. Snížení průtoku v Ústí je téměř totožné jako snížení v Praze-Chuchli. K maximálnímu snížení v profilu Chuchle v absolutních hodnotách průtoku dochází pro povodňové koeficienty 0.6 – 0.85 pro povodeň 2002 a pro povodeň 2006 je maximální snížení dosaženo pro koeficienty 1.1 – 1.8. Pokud vezmeme v úvahu relativní vztah mezi koeficientem a snížením povodňových průtoků, s rostoucím průtokem lze pozorovat pokles redukce průtoku (Obr. 40). V profilu Ústí není průběh snižování tak jednoznačný jako v Chuchli. Pro povodně 2002 dochází více či méně k poklesu snížení průtoků s rostoucími hodnotami povodňových koeficientů. Okolo povodňového koeficientu 0.8 je malý nárůst a pak opět klesá snížení. Pro povodňový koeficient 1.128 dochází opět k nárůstu snížení. Hlavním důvod spočívá patrně na různém průchodu povodňové vlny inundačními územími pro různé velikosti průtoku. Pro povodně 2006 není podobný průběh zřejmý. S rostoucími povodňovými koeficienty snížení průtoku klesá kromě koeficientu 2.620, kdy se snížení se opět zvyšuje. Rozdíl ve snížení kulminačního průtoku mezi dvěma typy modelových povodní 2002 a 2006 je zřejmý. Objem povodní hraje nejdůležitější roli. I s mnohem větším volným prostorem, který byl k dispozici v nádržích během povodní roku 2006, je snížení povodňových vrcholů menší než u povodně 2002. Snížení kulminačních průtoků řízením nádrží jsou uvedeny v Tab. 20 pro nádrže Orlík a Nechranice. Vyšší snížení kulminačních průtoků povodně v roce 2002 je způsobeno tvarem hydrogramu a objemem povodně. Nádrž Nechranice hraje důležitou roli hlavně při povodni 2006. Při povodni roku 2002 se průtoky v povodí Ohře na hlavních tocích dramaticky nezvýšily. Odtok z Nechranické nádrže pro modelové povodně PR_2006 je identický, protože pro tyto simulace se na Ohři používá povodňový koeficient 1.00 (historické povodně) podle metodiky modelové povodně (viz také kapitola 4.2.2).

71


Praha-Chuchle 1.6

1600

2002

1.4

2006

Snížení Q

1400

800

0.6

600

0.4

400

0.2

200

0.0

0

BB_10_2002 BB_50_2002 BB_100_2002 BB_200_2002 BB_500_2002

Snížení Q [m³/s]

0.8

BB_10_2006 BB_50_2006 BB_100_2006 BB_200_2006 BB_500_2006

1000

DD_10_2006 DD_50_2006 DD_100_2006 DD_200_2006 DD_500_2006

1.0

PR_10_2006 PR_50_2006 PR_100_2006 PR_200_2006 PR_500_2006

1200

DD_10_2002 DD_50_2002 DD_100_2002 DD_200_2002 DD_500_2002

1.2

PR_10_2002 PR_50_2002 PR_100_2002 PR_200_2002 PR_500_2002

Snížení H [m]

Snížení H

Ústí 900

2002

1.6

2006

Snížení Q Snížení H

800 700

0.6

300

0.4

200

0.2

100

0.0

0

BB_10_2006 BB_50_2006 BB_100_2006 BB_200_2006 BB_500_2006

400

DD_10_2006 DD_50_2006 DD_100_2006 DD_200_2006 DD_500_2006

500

0.8

PR_10_2006 PR_50_2006 PR_100_2006 PR_200_2006 PR_500_2006

1.0

BB_10_2002 BB_50_2002 BB_100_2002 BB_200_2002 BB_500_2002

600

DD_10_2002 DD_50_2002 DD_100_2002 DD_200_2002 DD_500_2002

1.2

PR_10_2002 PR_50_2002 PR_100_2002 PR_200_2002 PR_500_2002

Snížení H [m]

1.4

Snížení Q [m³/s]

1.8

Obr. 38 Snížení průtoku a vodní hladiny v profilech Chuchle a Ústí.

Přirozené záplavové oblasti hrají důležitou roli při snížení kulminačních průtoků. Přirozené povodňové území je definováno jako oblast přiléhající k řece s minimální změnou výšky terénu, kde mohou nastat obrovské záplavy, pokud průtok překročí kapacitu koryta řeky. Na Labi lze identifikovat dvě oblasti, kde vznikají významné záplavy po vybřežení vody z koryta. První z nich se nachází v okolí soutoku Labe a Vltavy. Hranice záplavového území lze definovat profily Vraňany, Brandýs nad Labem a profilem pod stanicí Mělník. Druhá inundační oblast vzniká kolem soutoku Labe a Ohře. Horní hranice u Labe se nachází v obci Židovice (ŘKM 30.30) a dolní hranice ve Velkých Žernosekách (ŘKM 55.20). Druhá horní hranice se nachází na řece Ohři na ŘKM 6.14.

72


Tab. 20 Snížení kulminačních průtoků v nádrži Orlík a Nechranice. Povodeň 2002

Modelová povodeň


Povodeň 2006

Maximální přítok do nádrže Orlík

Rozdíl mezi maximálním přítokem a odtokem z nádrže Orlík

Maximální přítok do nádrže Orlík

Rozdíl mezi maximálním přítokem a odtokem z nádrže Orlík

Maximální přítok do nádrže Nechranice

Rozdíl mezi maximálním přítokem a odtokem z nádrže Nechranice

[m³/s] 1443 2262 2613 3042 3627 1794 2730 3198 3705 4407 2340 3042 3276 3549 3861

[m³/s] 845 1202 1257 1260 939 1024 1284 1296 754 850 1220 1287 1270 1071 773

[m³/s] 1318 1998 2331 2709 3239 969 1419 1648 1878 2241 993 1279 1379 1481 1581

[m³/s] 468 648 581 609 533 519 569 628 628 591 523 429 509 571 581

[m³/s] 375 375 375 375 375 285 424 495 568 674 299 383 413 443 480

[m³/s] 145 145 145 145 145 125 164 185 198 214 134 158 173 174 175

Tyto záplavové oblasti mají obvykle vliv na snížení kulminačního průtoku a na translaci vlny. Objem zachycený v záplavových oblastech závisí hlavně na velikosti vodního stavu a povodňového průtoku. K nárůstu obvykle dochází s rostoucím kulminačním průtokem. Záplavová území přispívají pro identickou modelovou povodeň pro ovlivněný nebo neovlivněný stav různým podílem ke snížení kulminačního průtoku. Tyto účinky mohou být považovány za vedlejší efekt k manipulacím na nádržích. V záplavových územích dochází k dvěma vzájemně propojeným účinkům: i) snížení kulminačního průtoku a také (ii) zpomalení rychlosti kulminačního průtoku. Na Obr. 39 je uvedeno snížení povodňových hydrogramů v záplavových územích pro ovlivněný a neovlivněný průtok. Podobně jako je tomu při snížení průtoku v nádržích, má oblast přirozené inundace větší vliv na snížení povodně 2002, než na povodeň 2006. U modelu povodní BB_500_2002 (Obr. 39, levý obrázek) pro ovlivněné simulace je snížení téměř 450 m³/s a pro neovlivněné simulace je 750 m³/s při soutoku s Vltavou. Snížení průtoku pro scénář BB_500_2002 (ovlivněná) byl 250 m³/s a pro neovlivněný průtok byl 350 m³/s při soutoku s Ohří. Pro povodně 2006 je účinek záplavových území z hlediska kulminačního průtoku téměř zanedbatelný (Obr. 39, pravý obrázek).

73


6000

Čas [hod] Celkový ovlivněný odtok Celkový neovlivněný odtok

433

409

385

361

337

313

289

265

241

217

193

1

625

577

529

481

433

385

337

289

241

193

97

145

0

1

1000

0

49

1000

169

2000

2000

145

3000

97

4000

121

3000

Průtok [m³/s]

4000

25

Průtok [m³/s]

5000

Soutok Labe s Ohří

2006

5000

73

Soutok Labe s Ohří

2002

6000

49

7000

Čas [hod] Celkový ovlivněný přítok Celkový neovlivněný přítok

Celkový ovlivněný odtok Celkový neovlivněný odtok

7000

Celkový ovlivněný přítok Celkový neovlivněný přítok

4000 Soutok Labe s Vltavou

2002

3000

Průtok [m³/s]

5000 4000 3000

2500 2000 1500

2000

Soutok Labe s Vltavou

2006

3500

Průtok [m³/s]

6000

Čas [hod] Celkový ovlivněný odtok Celkový neovlivněný odtok

433

409

385

361

337

313

289

265

241

217

193

169

145

121

97

73

49

1

625

577

529

481

433

385

337

289

241

193

97

145

1

0

49

500

0

25

1000

1000

Čas hod] Celkový ovlivněný přítok Celkový neovlivněný přítok

Celkový ovlivněný odtok Celkový neovlivněný odtok

Celkový ovlivněný přítok Celkový neovlivněný přítok

Obr. 39 Transformační účinek inundačních oblastí pro scénáře BB_500_2002/2006 (Mělník: soutok s Vltavou) a scénář DD_500_2002/2006 (Litoměřice: soutok s Ohří).

Výsledky simulace modelových povodní ukazují, že snížení kulminačních průtoků manipulacemi na Vltavské kaskádě je nejúčinnější pro typy povodní, jejichž doba opakování je 10 let (snížení o 40%). S rostoucí dobou procentuální snížení klesá. Tento efekt je evidentní při vyjádření procentuálního snížení z neovlivněných N-letých průtoků (Obr. 40).

74


0.40

0.35

Snížení průtoku [%]


2006 Praha-Chuchle

2002 Praha-Chuchle

0.40 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05

Q10

Q50

0.00 2000

3000

Q100

Q200

4000

Q500 5000

0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05

Q10

Q50

0.00 2000

6000

3000

Průtok [m³/s]

2002 Ústí

5000

6000

2006 Ústí

Q10

Q50

Q100

Q200

Q500



Q500

0.40

0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 2000

4000

Q200

Průtok [m³/s]

0.40 0.35

Q100

3000

4000

Průtok [m³/s]

5000

6000

0.35

Q10

Q50

Q100

Q200

Q500

0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 2000

3000

4000

5000

6000

Průtok [m³/s]

Obr. 40 Snížení kulminačních průtoků vyjádřeno v procentech snížení od neovlivněného průtoku.

Pro 100leté průtoky v Ústí je relativní snížení přibližně 10% pro modelovou povodeň 2006 a 17% u modelové povodně roku 2002, obě snížení jsou vztažena k neovlivněné povodni. Výsledky simulací jsou ovlivněny několika zdroji nejistoty. 1.

Nejvýznamnějším zdrojem nejistoty je simulace neovlivněného stavu v říčním korytu před výstavbou Vltavské kaskády. Hydraulický model využívá informace z projektů, které zpracovávají situaci před výstavbou přehrad. Pro hodnocení tohoto modelu nejsou k dispozici dostatečné údaje. Nad Prahou na soutoku Vltavy s Berounkou je široká inundační oblast a načasování kulminací z Berounky a z Vltavy velmi ovlivňuje konečné kulminační průtoky pod soutokem. V případě povodně roku 2006 s širokou vlnou a dlouhotrvající kulminací není časování tak významné, zatímco při povodni 2002, a zejména při druhé vlně s velmi strmým vrcholem, hraje načasování velmi důležitou roli. Model byl kalibrován pouze s využitím poznatků z povodně ze září 1890 (Obr. 41). Při kalibraci byl použit pozorovaný průtok u hlavních přítoků, výstupy ze srážkoodtokového modelu pro drobné přítoky a uniformní laterální přítok. Pokud uvažujeme povodeň z roku 2002, jedná se o povodeň, kdy načasování kulminací na soutoku Berounky a Vltavy dosahuje takřka maximálního možného průtoku.

75


2.

Povodně s vyšší hodnotou průtoku, než ke kterému přibližně došlo při reálné povodni roku 2002, překračují kapacitu říčních profilů (geometrie) a tak je určitá chyba zahrnuta do simulace (BB_500_2002, DD_500_2002, PR_200_2006, PR_500_2006 a historický neovlivněný průtok pro povodeň 2002). Rozsah této chyby nebyl vyčíslen a pravděpodobně neovlivněné simulace poskytují vyšší maximální hodnoty v důsledku omezených hranic v záplavových oblastech hydraulického modelu.

Vzhledem k soutoku Vltavy a Berounky analýza povodně 2002 ukazuje, že pravděpodobně k nejvyššímu možnému snížení kulminačních průtoků došlo z důvodu načasování neovlivněných kulminačních průtoků z Berounky a Vltavy, které vytváří maximální průtok v profilu Chuchle. Oba vrcholy dosahují soutoku téměř současně. Časový posunu jedné z povodňových vln o ± 12 hodin by způsobil pokles maximálního průtok v Chuchli o cca 150 m3/s. 4500 4000 3500

Průtok [m³/s]

3000 2500 2000 1500 1000 500 0 1.9.1890 1.9.1890 2.9.1890 3.9.1890 4.9.1890 5.9.1890 6.9.1890 6.9.1890 7.9.1890 8.9.1890 01:00 21:00 17:00 13:00 09:00 05:00 01:00 21:00 17:00 13:00 Pozorovaný průtok Modřany

Simulovaný neovlivněný průtok Chuchle

Obr. 41 Simulace povodně 1890 hydraulickým modelem.

Srovnání s podobnými projekty (vyhodnocení neovlivněného a ovlivněného průtoku) na VÚV TGM (Kašpárek et al., 2006a) ukazuje podobný trend v relativním snížení. Přímé srovnání vzhledem k odlišné metodice není možné, protože v tomto projektu byly použity pouze dva typy virtuálních povodňových modelů, které oba prochází Vltavskou kaskádou. V předchozích projektech byly použity pouze skutečné historické povodně, zatímco v současném projektu se používá koncepce modelové povodně (kapitola 4). Metodika předchozího projektu využívala největší zimní a letní povodeň pro každý rok v období 1890-2002. Simulace používala několik konfigurací simulačního modelu. Okrajové podmínky byly proměnlivé podle dostupných dat. Simulační model zahrnoval také srážkoodtokové a sněhové modely. Časový krok simulace byl 6 hodin. Namísto použití hydraulického modelu jako v aktuálním projektu byly použity modely Muskingum-Cunge a transport difúzní model pro simulaci říčního proudění. Model simuloval kontinuálně celé období 1890-2002 a pouze pro vybrané

76


povodňové epizody byly prováděny transformace v nádržích implementovaných v systému. Řízení nádrže bylo simulováno automaticky v závislosti na použitých skriptech pro popis základních manipulačních pravidel. Počáteční úroveň hladiny se v průběhu roku měnila v závislosti na statistické analýze historických pozorovaných hladin. Pro vybrané období 1890-2002 je druhá největší povodeň ze září 1890 (první je ze srpna 2002). Srovnání neovlivněného a ovlivněného průtoku pro profil Chuchle je uveden na Obr. 42. Porovnání těchto dvou největších povodní ukazuje velký rozdíl ve snížení průtoku v profilu Chuchle. Zatímco pro povodeň 2002 je pro podobný kulminační průtok (PR_200_2002, DD_50_2002) snížení více než 1100 m3/s, pro povodeň z roku 1890 je to pouze 550 m3/s s relativním snížením o 14%. Simulace povodní 1890 používá stejnou konfiguraci modelu jako simulace modelové povodně. 4500

2002 Praha-Chuchle

1890 Praha-Chuchle 0.40


4000

Průtok [m3/s]

3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0

1.9.1990 0:00

2.9.1990 16:00

4.9.1990 8:00

Chuchle-ovlivněný průtok

6.9.1990 0:00

7.9.1990 16:00

Chuchle-neovlivněný průtok

0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05

Q10

0.00 2000

Q50 3000

Q100 4000

Q200

Q500 5000

6000

Průtok [m³/s]

Obr. 42 Porovnání neovlivněného a ovlivněného průtoku v profilu Chuchle - povodeň ze září 1890 s maximálním rozdílem 550 m3/s (obrázek vlevo). Relativní snížení pro modelové povodně typu 2002 a skutečné povodně 1890 (obrázek vpravo).

Povodně 1890 a 2002 jsou typické letní povodně, kde se významné předpouštění nedá předpokládat. Hlavní rozdíl je v trvání kulminace, která je mnohem delší (cca 3 dny) než v roce 2002. Tento příklad ilustruje vliv variability tvaru povodňové vlny a povodňového objemu na snížení maximálních průtoků a odhaluje, že závěry založené na modelu povodní 2002 a 2006 musí být posuzovány z tohoto hlediska a neměly by být posuzovány obecně (viz také Obr. 41). Proto lze navrhnout analýzu většího množství typů geneze historických povodní, aby se získaly obecnější výsledky.

5.2.2 Výsledky pro německou část Labe Výsledky v kapitole 5.2.1 potvrdily a rozšířily znalosti, které existovaly v důsledku dřívějších výzkumných projektů v České republice (Kašpárek et al, 2006a, MKOL, 2009). Pro německou část Labe byl dlouhodobý efekt prokázán na historických povodních v roce 2002, 2006 a 2011 a mohl být potvrzen analýzou simulací modelových povodní. To zdůrazňuje, že Vltavská kaskáda a Nechranice na řece Ohři způsobují pozitivní vliv na oblast kolem Drážďan, jak je popsáno v MKOLu (2009). Navíc pozitivní účinky pokračují do dolních částí toku Středního Labe.

77


Tab. 21 Kulminační průtoky a jejich snížení pro modelovou povodeň typu 2002 a 2006.

741 766 617 675 590 580 653 789 820 734 599 667 822 806 759 580 822

Snížení průtoku

2237 3149 4010 4622 5530 1619 2389 2788 3195 3790 1684 2153 2324 2490 2701

Maximální průtok

PR_HQ10 PR_ HQ50 PR_ HQ100 PR_ HQ200 PR_ HQ500 DD_ HQ10 DD_ HQ50 DD_ HQ100 DD_ HQ200 DD_ HQ500 BB_ HQ10 BB_ HQ50 BB_ HQ100 BB_ HQ200 BB_ HQ500 Min. Max.

Wittenberge

Snížení průtoku

889 1091 1174 1169 894 1064 1144 1187 864 763 1139 1159 1160 985 849 763 1187

[m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] Modelová povodeň "Typ 2002" 2600 732 2506 610 3504 799 3410 714 3899 720 3815 667 4409 846 4322 757 4896 658 4832 602 2575 737 2514 681 3752 634 3685 595 4319 689 4248 628 4917 540 4855 494 5874 693 5725 545 3306 678 3235 627 4133 701 4058 635 4458 701 4389 640 4748 651 4685 599 5114 525 5045 472 525 472 846 757 Modelová povodeň "Typ 2006" 3091 453 3390 525 4176 461 4463 568 4693 396 4972 496 5226 359 5491 445 6112 461 6359 499 2311 462 2521 530 3399 472 3704 566 3942 419 4257 492 4510 382 4852 446 5350 292 5741 359 2404 480 2623 551 3059 423 3338 519 3302 454 3595 548 3532 411 3839 503 3822 398 4134 475 292 359 480 568

Barby Maximální průtok

2245 3455 4034 4657 5529 2758 4163 4854 5622 6646 3607 4622 5029 5216 5854

Snížení průtoku


Drážďany Maximální průtok

[m³/s]

Snížení průtoku

Snížení průtoku

[m³/s]

Ústí nad Labem Maximální průtok

Maximální průtok

Praha-Chuchle

[m³/s]

[m³/s]

[m³/s]

[m³/s]

3149 3951 4325 4775 5255 3115 4198 4719 5277 6031 3395 4338 4709 5039 5438

197 546 507 580 468 465 442 478 377 395 449 487 491 464 352 197 580

3127 3770 4065 4410 4812 3046 3938 4360 4828 5479 3205 3999 4313 4606 4965

337 359 321 343 261 357 267 267 203 244 289 276 271 256 183 183 359

4390 5419 5922 6420 7206 3534 4695 5254 5833 6685 3410 4368 4708 5035 5442

677 675 555 507 464 601 642 713 676 547 619 652 713 731 701 464 731

4392 5355 5816 6241 6805 3607 4698 5246 5800 6532 3493 4382 4706 5017 5406

562 526 431 354 295 530 564 582 528 383 547 571 616 612 579 295 616

Tab. 21 uvádí v přehledu kulminace a jejich snížení spočítané pro 30 modelových povodní. Ukazuje se, že snížení pro modelové povodně typu "2002" je největší v České republice

78


(profil Praha-Chuchle: až 1187 m3/s pro modelovou povodeň DD_100) a snižuje se v důsledku přírodních retenčních účinků směrem po proudu. Tab. 22 Kulminační vodní stavy a jejich snížení pro modelovou povodeň typu 2002 a 2006.

108 101 77 82 62 89 98 119 116 106 92 98 119 116 106 62 119

Snížení

412 571 645 719 818 322 401 425 449 477 333 401 425 449 477

Maximální hladina


Wittenberge Snížení

131 145 149 143 96 150 145 144 91 38 151 142 139 114 80 38 151

[cm] [cm] [cm] [cm] Modelová povodeň "Typ 2002" 818 123 701 81 942 108 793 71 989 89 832 63 1047 98 880 71 1097 69 925 54 814 124 701 91 972 80 820 56 1037 79 873 59 1100 57 927 43 1185 59 993 40 917 95 776 64 1016 83 854 59 1052 79 886 60 1082 70 913 56 1119 53 942 38 53 38 124 91 Modelová povodeň "Typ 2006" 907 76 792 52 1030 62 893 54 1081 46 937 42 1129 34 977 34 1202 33 1041 35 773 81 702 69 929 63 822 54 995 51 874 47 1058 42 928 40 1142 28 997 28 788 82 713 69 884 60 787 52 917 62 812 53 946 53 835 48 981 49 862 44 28 28 82 69

Barby Maximální hladina

414 576 648 723 817 484 664 746 826 885 595 719 766 787 844

Snížení


Drážďany Maximální hladina

[cm]

Snížení

Snížení

[cm]

Ústí nad Labem Maximální hladina

Maximální hladina

Praha-Chuchle

[cm]

[cm]

[cm]

[cm]

626 681 704 731 758 624 696 727 759 798 643 705 727 746 768

15 36 32 35 26 35 28 28 21 20 31 31 29 27 19 15 36

661 723 749 780 813 653 738 775 815 867 668 743 772 796 826

34 34 28 30 21 37 24 23 17 19 29 25 25 22 15 15 37

708 767 793 817 855 654 727 758 789 830 645 707 727 746 768

42 37 28 24 22 43 39 40 36 26 44 41 43 43 39 22 44

779 858 894 899 967 708 805 850 893 947 697 778 805 831 862

50 42 33 27 21 52 49 48 41 28 54 51 52 51 46 21 54

79


Snížení v Drážďanech je stále mezi 472 m3/s a 757 m3/s. Také dlouhotrvající vliv, který byl prokázán na historických povodních 2002, 2006 a 2011 byl potvrzen. Ve Wittenbergu tento vliv dosahuje účinku mezi 183 m3/s až 359 m3/s. Modelová povodeň typu "2006" ukazuje maximální účinek snížení v Praze-Chuchli. Ten se ještě zvyšuje v Ústí nad Labem (snížení mezi 292 m3/s a 480 m3/s) a Barby (snížení mezi 464 m3/s a 731 m3/s). To je způsobeno v důsledku dvou povodňových vrcholů v roce 2006, které již bylo popsáno pro historickou povodeň v roce 2006 (viz kapitola 5.1.2). Obecně modelová povodeň typu "2002" vykazuje vyšší snížení než modelové povodně typu "2006". V případě analyzovaných modelových povodní je malý a strmý tvar povodní (produkující pouze malé objemy) důležitější než možnost předpouštění a zachycení velkého objemu, jak tomu bylo fakticky pro modelovou povodeň typu "2006". Odpovídající vodní stavy jsou uvedeny v Tab. 22. Lze si všimnout, že snížení kulminačních stavů hladiny pro obě povodně u modelových povodní "2002" a "2006" je v Drážďanech v rozmezí od několika decimetrů až téměř po jeden metr (DD_10_2002: 91 cm). Grafický přehled všech výsledků lze nalézt na následujícím Obr. 43a Obr. 44.

80

PR_500

DD_10

DD_100

DD_200

BB_10

BB_50

BB_200

BB_500

Ústi n.L. (∆H)

Praha-Chuchle (∆H)

Drážďany (∆H)

Barby (∆H)

Wittenberge (∆H)

Wittenberge (∆Q)

-170

-2500

Wittenberge (Q)

-110

-1500

Barby (∆Q)

-50

-500

Barby (Q)

10

500

Praha-Chuchle (∆Q)

70

1500

Drážďany (∆Q)

130

2500

Praha-Chuchle (Q)

190

3500

Drážďany (Q)

BB_100

250

Ústí n.L. (∆Q)

DD_500

4500

Ústí n.L. (Q)

DD_50

310

PR_200

5500

PR_100 370

PR_50

6500

PR_10


Zpráva BfG-1725

Obr. 43 Výsledky simulace pro povodeň typu „2002“.

81

Snížení hladiny [cm]

Průtok / Snížení průtoku [m³/s]

82 BB_10

BB_200

Obr. 44 Výsledky simulace pro povodeň typu „2006“. Ústi n.L. (∆H)

Praha-Chuchle (∆H)

Drážďany (∆H)

Barby (∆Q)

Barby (∆H)

Wittenberge (Q)

Wittenberge (∆H)

Wittenberge (∆Q)

-125

-2500

Barby (Q)

-75

-1500

Praha-Chuchle (∆Q)

-25

-500

Drážďany (∆Q)

25

500

Praha-Chuchle (Q)

75

375

1500

BB_500

125

Drážďany (Q)

BB_100

2500

BB_50

175

Ústí n.L. (∆Q)

DD_100 DD_200 DD_500

Ústí n.L. (Q)

DD_50

3500

DD_10

225

PR_500

4500

PR_200

275

PR_100

5500

PR_50

325

PR_10

6500

7500


Zpráva BfG-1725

Snížení hladiny [cm]

Průtok / Snížení průtoku [m³/s]


6 Perspektivy a doporučení

Povodně v povodí řeky Labe jsou vždy existenciální hrozbou pro lidské životy a majetek postižených obyvatel, stejně jako pro průmysl, zemědělství a pro další infrastrukturní zařízení v potenciálních záplavových územích. Ochrana před povodněmi a zvládání povodňových rizik jsou proto záležitostí týkající se celé společnosti. Aby na sebe mohly vzít zúčastněné strany odpovědnost, musí mít základní znalosti o vývoji, průběhu a antropogenním vlivu na povodňové vlny v povodí řeky Labe. Vzhledem k těmto cílům, poskytla nadnárodní vědecká studie, ve velkém rozsahu provedená Německou stranou (Spolkový institut pro hydrologii) a českými výzkumnými subjekty (Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka a AquaLogic Consulting) v rámci projektu LABEL, významný zdroj poznatků. Studie ukazuje poprvé na základě analýzy jak historických povodní, tak statisticky vyvinutých modelových povodní, že vlivy českých a durynských retenčních opatření na kulminační vodní stavy jsou výrazně vyšší, než se dosud předpokládalo a že rovněž způsobují dlouhotrvající dopad na německé po proudu ležící části Labe (MKOL, 2009). Dokonce níže po toku položená spolková země v blízkosti města Hamburk může významně těžit z pozitivních účinků přehrad národních zemí podél toku (Česká republika) a spolkových zemí (např. Durynsko) na horním toku. Vzhledem k těmto výsledkům, a to jak německá strana, tak čeští projektoví partneři, doporučují zahájit následující kroky: (1) Vyšší zajištění protipovodňových informací jako základ povědomí o povodňových rizikách. (2) Zintenzivnit spolupráci mezi Německem a Českou republikou na politické, odborné a administrativní úrovni s cílem posílit vzájemné porozumění pro zvládání povodňových rizik. (3) Re-analýza a homogenizace dlouhodobé časové řady (1890-2012) povodňových událostí ve stanicích v Německu pro aktualizaci povodňových statistik. (4) Výzkum zaměřený na zlepšení ochrany před povodněmi na Labi přehodnocením stávajících a plánovaných retenčních opatření. Zvyšování povědomí o povodňových rizikách: •

Instituce provozující vodních nádrže v povodí řeky Labe by měly poskytovat v reálném čase data o přítoku a odtoku prostřednictvím propojených internetových platforem (např. http://www.pegelonline.de, http://www.ltv.smul.sachsen.de/TMZ/uebersicht.html nebo http://voda.gov.cz/portal/cz/). Země podél toku tak mají možnost být informovány o vypouštění a objemech, které jsou zachyceny v nádržích během výskytu povodně.

83


•

•

Výsledky a poznatky získané výzkumem v rámci projektu LABEL by měly být zveřejněny nejen v médiích projektu (časopis LABEL, webové stránky LABEL) a v národních (Společenství povodí oblasti Labe, FGG) a mezinárodních (MKOL) odborných skupinách. Navíc zástupci vědeckých institucí, jakož i zainteresované obyvatelstvo by měli být významně zapojeny do současné diskuse. Další oficiální zprávy o jednotlivých historických povodních vydané státy nebo mezinárodními komisemi (např. MKOL, 2004; MKOL, 2007) by vždy měly poskytovat modelově založené hodnocení vlivů nádrží během posuzovaných povodní. Detailnější model kvantifikace účinků na kulminační průtoky a vodní hladiny a hydrologické analýzy s důrazem na snížení povodňových rizik je nezbytný jako standard těchto zpráv.

Intenzifikace spolupráce mezi Německem a Českou republikou •

•

•

Čeští partneři projektu vždy měli porozumění pro zájem po toku níže položených zemí získat více informací o použitých opatřeních a jejich následných efektech. Vzhledem k tomu, že se dodnes používal rozdílný modelovací software a rozdílné hydrologické metodiky každým výzkumným subjektem, musí být dále tyto postupy rozvíjeny. Dosavadní výsledky modelových simulací historických povodní 2002, 2006 a 2011 poskytují velmi rozdílné výsledky pro analýzy dopadů povodní na kulminační průtoky, které jsou způsobeny nádržemi na Vltavě, Poohří a řece Saale. Vzhledem k řadě historických povodní v povodí Labe zbývá nyní otázka, zda a jak mohou být výsledky zobecněny. Proto je třeba analyzovat větší počet historických povodní (počet mezi 20 a 25 událostmi) vzájemnými modelovými simulacemi s ohledem na snižování dopadu na celé Labe, speciálně vzhledem na kulminační průtoky. Vždy existují různé specifické cíle, které jsou sledované při provozu nádrží. Jejich implementace je realizována na základě manipulačních řádů. Po dokončení dalších výpočtů a vygenerování jistých, kvantifikovaných výsledků, by se mělo jednat na mezinárodní politické úrovni o používání těchto nádrží jako dalším retenčním prostoru v případě katastrofických povodní v německém povodí.

Analýza a homogenizace dlouhých časových řad (1890-2012) Česko-německá výzkumná studie v rámci projektu LABEL zobrazuje bez jakékoliv pochyby, že německé země podél Horního a Středního Labe mají extrémní prospěch z retenčních opatření v České republice a Durynsku. Snížení kulminačního průtoku až několik stovek m³/s je reálný. Je také zřejmé, že časové řady ročních maximálních průtoků (1890 - 2006) v nejvýznamnějších německých stanicích na Labi (Drážďany, Torgau, Barby, Wittenberge, Neu Darchau) nejsou homogenní. To je způsobeno skutečností, že od roku 1932 byly stavěny durynské přehrady a od roku 1960 nejvýznamnější české přehrady. Jak je vidět na Obr. 45, jsou některé povodně, jež jsou zahrnuty v časové řadě, ovlivněny všemi existujícími významnými přehradami (1968 - 2006), některé nejsou ovlivněny (před rokem 1932) a některé jsou jen částečně ovlivněny (události mezi 1932 a 1968). Je zřejmé, že časová řada se nevztahuje

84


na jediný stav. Jako nehomogenní datová základna by neměla být používána pro povodňové statistiky. Jednotlivé události v časové řadě musí být zpracovány tak, aby byly srovnatelné, to znamená homogenní.

Obr. 45 Časové řady ročních maximálních průtoků (1890-2006) ve stanici Barby (Labe).

Obr. 46 ukazuje stejné hodnoty (jako na Obr. 45) ve stanici Barby, ale seřazené v rostoucím pořadí průtoků. Můžeme si všimnout, že ke značnému počtu povodní, jejichž povodňové kulminace překročují maximální průměrný průtok (Qavg,max), došlo před (1932) nebo v průběhu výstavby hlavních přehrad (1932 - 1968). Můžeme tedy v podstatě předpokládat, že tyto povodně by dnes (po zprovoznění všech přehrad) proběhly odlišným způsobem (např. s různými povodňovými kulminacemi). V posledních letech bylo na problém nehomogenních řad N-letých průtoků několikrát poukázáno (Simon, 1996; DWA, 2008). Ale konkrétní kroky vedoucí k re-analýze N-letých průtoků nebyly nikdy realizovány. Proto se doporučuje homogenizace časové řady maximálních průtoků, jak pro současný stav (s vlivem přehrad), tak pro bývalý stav (bez vlivu přehrad). Analýza a homogenizace časových řad povodňových kulminací vyžaduje důkladný model využívající numerické hydrodynamické modely proudění pro simulaci povodňových vln na Labi, Vltavě a Saale v České republice a Německu s a bez zahrnutí nádrží. Tyto výzkumné projekty mohou být realizovány v rámci mezinárodní spolupráce, kde by měly být využity a zlepšeny metody a modely vytvořené v projektu LABEL. Výsledky se pak stanou základem pro druhý cyklus provádění povodňové směrnice EU pro předběžné vyhodnocení povodňových rizik (od 2016).

85


Obr. 46 Roční kulminační průtoky ve stanici Barby na Labi (1890-2006), seřazené podle velikosti průtoku.

Výzkum zaměřený na posouzení stávajících a plánovaných retenčních opatření V této fázi stávající protipovodňová opatření v povodí mezinárodního Labe významně přispívají k ochraně před povodněmi na Labi v Německu. Výsledky výzkumu projektu LABEL ukazují, že retenční opatření, která poskytují pozitivní účinky pro Českou republiku a zejména pro Prahu, také přispívají k ochraně před povodněmi v Drážďanech, Magdeburku a celém toku řeky Labe v Německu. Není pochyb o tom, že povodňové objemy, které mohou být zachyceny stávajícími přehradami v České republice a Durynsku způsobují snížení hladiny vody na meziregionální úrovni. Zveřejněním "Akčního plánu povodňové ochrany v povodí Labe " (2003), vyjádřil MKOL na politické úrovni, že výstavba a používání regulovatelných poldrů v Sasku a Sasku-Anhaltsku je nejlepším krokem ke zlepšení protipovodňové ochrany v Německu. Možný meziregionální účinek těchto opatření na pokles hladiny vody byl již analyzován a potvrzen během projektu ELLA. Nicméně skutečnost, že realizace retenčních poldrů není oficiálním cílem MKOLu, finanční omezení a negativní zkušenosti v realizaci velkých infrastrukturních projektů v Německu vedou k předpokladu, že v blízké budoucnosti nebudou plánovaná opatření uvedena do provozu. Proto se také doporučuje analyzovat možnosti, jak dosáhnout podobných účinků optimalizací stávajících přehrad v České republice a Německu namísto výstavby přehrad nových. To možná povede ke změně hlavního účelu nádrží, takže je nezbytné vzít v úvahu finanční a právní důsledky v rámci tohoto výzkumu a diskuse. Pouze v případě, že lze toto zaručit, je možné kvantifikovat vyrovnání zátěže rovným dílem mezi výše a níže ležícími státy a regiony podél toku. Vzhledem k politické citlivosti této diskuse se doporučuje realizovat tento druh analýz

86


pod dohledem MKOLu. Přesto musí být vědecko-technické aspekty takového výzkumného programu vypracovány a zpracovány nezávislou, nepolitickou skupinou expertů.

87


88


7 Závěr

Velký počet důležitých nádrží, které měly značný vliv na průběh extrémních povodní v roce 2002, 2006 a 2011 podél řeky Labe, existuje jak v povodí Saaly v Německé spolkové zemi Durynsko, tak v České republice v povodí Vltavy a Ohře. "Druhá zpráva o plnění Akčního plánu povodňové ochrany v povodí Labe v letech 2006-2008" (MKOL, 2009) popisuje pozitivní účinky v poněkud zobecněné podobě, pokud jde o účinky během povodní v dubnu 2006 na Labi. S cílem zpodrobnit dostupné poznatky Německý federální hydrologický institut (BfG) a Výzkumný ústav vodohospodářský T.G. Masaryka uzavřely smlouvu v rámci projektu LABEL (2010 - 2012) - spolu s firmou AquaLogic Consulting – o spolupráci, která se zaměřila jako první na stanovení vlivu nejvýznamnějších českých vodních nádrží na extrémní povodně v České republice a v Německu. Česko-německý modelovací systém byl propojen a použit k analýze těchto efektů pomocí hydrodynamicko-numerických simulací průtoku. Byly použity dva různé typy povodní (historické a modelové povodně) s cílem analyzovat dopady nádrží. Vzhledem k tomu, že historické povodně v roce 2002, 2006 a 2011 představují nejvýznamnější povodně v povodí Labe během posledních 10 let, aplikace hydrogramů modelových povodní, které byly odvozeny od historických povodní (2002, 2006) a dosáhly maximálních průtoků (mimo jiné Q10 a Q100, Qextreme), poskytují velké množství různých povodňových objemů a kulminačních průtoků. Vzhledem k snížení kulminačních průtoků povodní je možné identifikovat krátkodobý účinek v České republice i dlouhodobé efekty na Středním Labi v Německu: •

•

Krátkodobý účinek: Snížení kulminace jsou pro uvažované české profily mezi 580 m³/s a 1187 m³/s pro Prahu-Chuchli (Vltava) a pro Ústí nad Labem (Labe) mezi 292 m³/s a 846 m³/s. To odpovídá maximálnímu snížení hladiny vody o 38 cm až 151 cm (Praha-Chuchle), respektive 28 cm až 124 cm (Ústí nad Labem). Dlouhodobý účinek: Snížení kulminace ve stanici Drážďany byla dosažena mezi 359 m³/s a 757 m³/s (28 cm až 91 cm). I v oblasti dolního toku Středního Labe (např. stanice Wittenberge) může být identifikováno maximální snížení mezi 183 m³/s a 616 m³/s (15 cm až 54 cm) i když se retenční opatření nachází několik set kilometrů proti proudu od této části řeky. Proto lze usuzovat, že opatření v České republice, která způsobují pozitivní vliv v Českém regionu (krátkodobý účinek), vždy způsobí pozitivní dopad na německé části Labe (dlouhodobý účinek): fakt, který nebyl dosud znám.

Tyto účinky, které jsou identifikovány analýzou 30 modelových povodní, mohly být potvrzeny simulacemi historických povodní z roku 2002, 2006 a 2011, kde zachycené povodňové

89


objemy mezi 169 mil. m³ (2002) a 518 mil. m³ (2006) způsobily pokles kulminačních vodních stavů v následujícím rozsahu: • • • •

stanice Praha-Chuchle: stanice Ústí nad Labem: stanice Drážďany: stanice Wittenberge:

78 cm až 141 cm (502 m³/s až 981 m³ /s), 84 cm až 104 cm (624 m³/s až 853 m³/s), 68 cm až 76 cm (569 m³/s až 888 m³/s), 40 cm až 71 cm (452 m³/s až 840 m³/s)

U těchto tří uvažovaných historických povodní byly použity nejenom protipovodňové ochranné prostory nádrží ale i další prostory vytvořené pomocí předpouštění, které byly úspěšně zaplněny. Kromě těchto zřejmých výsledků, simulace rovněž ukazují dva nejdůležitější vlivy na potenciál zachycování povodní: •

•

Předpouštění nádrží může být realizováno intenzivněji pro zimní/jarní povodně, protože ty závisí především na velikosti vodní hodnoty sněhu ve sněhové pokrývce na horách. Proto jsou možné zachycené objemy větší pro zimní povodňové situace než pro letní. Snížení kulminačních průtoků povodňových vln je nejúčinnější pro povodně s malým a strmým tvarem vlny (např. modelová povodeň typu "2002"). Vyžadují méně volného prostoru v nádržích než široké tvary vln modelové povodně roku 2006.

Několik milionů lidí v Německu žije za hrázemi a jsou tak chráněny před povodněmi až do určité úrovně. Tato českou-německá povodňová analýza ukazuje, že na německé části Labe v této fázi existuje druhé účinné ochranné opatření - české nádrže - a již významně přispívá k ochraně před povodněmi. Vzhledem k obrovské velikosti stávajících retenčních objemů a pod vlivem faktu, že německé přítoky Labe ve většině případů hrají obecně pouze vedlejší roli pro hydrologickou genezi povodně v Německu, se povodí Labe ocitá ve vynikající situaci. Na žádné z dalších německých řek (Rýn, Dunaj, Weser nebo Odra) obyvatelé nevyužívají tak rozsáhlá opatření na výše položených částech toku, jako u Labe. Tváří v tvář těmto nadnárodní dopadům, jak němečtí, tak čeští partneři projektu doporučují zahájit tento postup: (1) Vyšší zajištění přes-hraničních informací (v reálném čase údaje o přehradách, hydrologické údaje, společné výsledky výzkumu pro analýzu vyskytujících povodní) jako základ informovanosti o povodňových rizikách. (2) Posílení spolupráce mezi Německem a Českou republikou na politické, odborné a administrativní úrovni v rámci stálé institucionální úrovně a na úrovni projektů. (3) Analýza a homogenizace velkých časových řad (1890-2010) pro maximální průtoky v profilech v Německu, které až dodnes neberou v úvahu dopady nádrží, a proto jsou nehomogenní, pro aktualizaci povodňových statistik. (4) Výzkum zaměřený na zlepšení ochrany před povodněmi na Labi podle hodnocení stávajících a plánovaných retenčních opatření; projekty odpovídající na politické, finanční a technické dotazy.

90


8 Reference

AQUALOGIC CONSULTING (2011): AquaLog - teorie a referenční manuál BJÖRNSEN BERATENDE INGENIEURE (2009): Erstellung des eindimensionalen Feststofftransportmodells für die Elbe. Dokumentation des hydraulischen Modells. Im Auftrag der Bundesanstalt für Gewässerkunde. Unveröffentlicht. BUNDESANSTALT FÜR GEWÄSSERKUNDE (2002): Das Augusthochwasser 2002 im Elbegebiet. Koblenz: BfG BUNDESANSTALT FÜR GEWÄSSERKUNDE (2006): Modellgestützter Nachweis der Auswirkungen von geplanten Rückhaltemaßnahmen in Sachsen und Sachsen-Anhalt auf Hochwasser der Elbe. BfG-Bericht 1542. Koblenz: BfG BUNDESANSTALT FÜR GEWÄSSERKUNDE (2008): Auswertung digitaler Fernerkundungsaufnahmen des Elbe-Wasserlaufes (FE-Datenauswertung Elbe). BfG-Bericht 1580. Koblenz: BfG BUNDESANSTALT FÜR GEWÄSSERKUNDE (2009): Einheitliche Grundlage für die Festlegung der Bemessungswasserspiegellage der Elbe auf der frei fließenden Strecke in Deutschland. BfG-Bericht 1650. Koblenz: BfG BUNDESANSTALT FÜR GEWÄSSERKUNDE (2011): Ermittlung des Einflusses der Flutung der Havelniederung auf Hochwasser an der Elbe im Bereich des HQ100. BfG-Bericht 1726. Koblenz: BfG BUSCH, N., MEIßNER, D., MEUSER, A. (2004): Instrument zum Nachweis der Wirkungen von Maßnahmen zur Minderung extremer Rheinhochwasserstände gemäß Aktionsplan Hochwasser der Internationalen Kommission zum Schutz des Rheins. Hydrologie und Wasserbewirtschaftung, Ausgabe 48 (2004). Heft 6, Seite 235-240 DEUTSCHES GEWÄSSERKUNDLICHES JAHRBUCH (2009): Elbegebiet, Teil I Von der Grenze zur CR bis zur Havelmündung 2006. Magdeburg: Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-Anhalt DWA (2008) (HRSG.): Erschließung und Einbeziehung historischer Informationen für die Ermittlung extremer Hochwasserabflüsse. Fallbeispiele und Empfehlungen. DWAThemen, Mai 2008 ELLA GEMEINSCHAFTSINITIATIVE (2006) (1):Vorsorgende Hochwasserschutzmaßnahmen durch transnationale Raumordnung: Ergebnisse und Handlungsvorschläge. Dresden

91


ELLA GEMEINSCHAFTSINITIATIVE (2006) (2):Vorsorgende Hochwasserschutzmaßnahmen durch transnationale Raumordnung: Elbe-Atlas. Dresden ELLEDER, L. (2010): Historické extrémní případy povodní v povodí Labe a Vltavy. [online], [cit: 01.01.2012] http://web.natur.cuni.cz/geografie/vzgr/monografie/povodne/povodne_elleder.pdf EU EUROPÄISCHE UNION (2007): Richtlinie 2007/60/EG des europäischen Parlaments und des Rates vom 23. Oktober 2007 über die Bewertung und das Management von Hochwasserrisiken. Amtsblatt der Europäischen Union, Seite 27-34, 6. November 2007 FLYS (2012): Flusshydrologische Software FLYS 2.1.3 der Bundesanstalt für Gewässerkunde. Daten zu den Bemessungswasserspiegellagen der Bundesländern. Stand der Datengrundlage: 2012 HLADNÝ, J., KRÁTKÁ, M. AND KAŠPÁREK, L. (2004): August 2002 catastrophic flood in the Czech Republic, ISBN 80-7212-343-2. Prague: T.G. Masaryk Water Research Institute INTERNATIONALE KOMMISSION ZUM SCHUTZ DER ELBE (2003): Aktionsplan Hochwasserschutz Elbe. Magdeburg: IKSE INTERNATIONALE KOMMISSION ZUM SCHUTZ DER ELBE (2004): Dokumentation des Hochwassers vom August 2002 im Einzugsgebiet der Elbe. Magdeburg: IKSE INTERNATIONALE KOMMISSION ZUM SCHUTZ DER ELBE (2005): Die Elbe und ihr Einzugsgebiet. Ein geografisch, hydrologischer und wasserwirtschaftlicher Überblick. Magdeburg: IKSE INTERNATIONALE KOMMISSION ZUM SCHUTZ DER ELBE (2007): Hydrologische Auswertung des Frühjahrshochwassers 2006 im Einzugsgebiet der Elbe. Magdeburg: IKSE INTERNATIONALE KOMMISSION ZUM SCHUTZ DER ELBE (2009): Zweiter Bericht über die Erfüllung des Aktionsplans Hochwasserschutz Elbe im Zeitraum 2006 bis 2008. Magdeburg: IKSE KAŠPÁREK, L. (2003): Vliv, analýza a možnosti využití ochranné funkce údolních nádrží pro ochranu před povodněmi v povodí Labe. Závěrečná zpráva za rok 2003 projektu Vav/650/6/03, MŽP Praha KAŠPÁREK, L., NOVICKÝ, O., HANEL, M. AND HORÁČEK, S. (2006A): 2006 Spring Flood in the Czech Republic, ISBN 80-85900-71-8. Prague: T.G. Masaryk Water Research Institute KAŠPÁREK, L., NOVICKÝ, O., JENÍČEK, M. AND BUCHTELA, Š. (2006B): Influence of large reservoirs in the Elbe River basin on reduction of flood flows, ISBN 80-85900-60-2. Prague: T.G. Masaryk Water Research Institute

92


KOTYZA,O., CVRK, F., PAŽOUREK, V. (1995): Historické povodně na dolním Labi a Vltavě KREJČÍ, J., ZEZULÁK, J., BUCHTELE, J. (2003): Vyhodnocení povodně v srpnu 2002 z pohledu průchodu povodňové vlny Vltavskou kaskádou ČZU, ISBN 80-213-1110-X LABEL GEMEINSCHAFTSINITIATIVE (2009): Anpassung an das Hochwasserrisiko im Elbegebiet, Projektantrag. Dresden LAWA GERMAN LÄNDER WORKING PARTY ON WATER (1995): Leitlinien für einen zukunftsweisenden Hochwasserschutz. Stuttgart: LAWA (Länderarbeitsgemeinschaft Wasser) MŽP (2002, 2003): Hydrometeorologické vyhodnocení katastrofální povodně v srpnu. [online], [cit: 01.01.2012] http://old.chmi.cz/hydro/pov02/2etapa/hlavni_zprava/kap9.pdf MŽP (2005A): Katastrofální povodeň v České republice v srpnu, [online], [cit: 01.01.2012], http://www.mzp.cz/osv/edice.nsf/B6D9A32B97767AC7C1256FC5003B9AFF/$file/P OVODNOVA%20PUBLIKACE.PDF MŽP (2005B): Vliv velkých údolních nádrží v povodí Labe na snížení povodňových průtoků NOVICKÝ, O., KAŠPÁREK, L., KREJČÍ, J. (2008): Potentials for flood flow reduction by retention capacities in reservoirs and flood plain areas. In Water Resource Systems Management under Extreme Conditions, ISBN 978-5-9900677-6-9. Moskva PLA (2003): Povodí Labe, státní podnik Hradec Králové, vodohospodářský dispečink. Souhrnná zpráva o povodni v srpnu 2002 za ucelené povodí Labe. Hradec Králové. PLA (2006): Povodí Labe, státní podnik Hradec Králové, vodohospodářský dispečink. Souhrnná zpráva o povodni v březnu 2006 v oblasti povodí Horního a středního Labe a na vlastním toku Labe v oblasti povodí Ohře a Dolního Labe (24.3.-13.4.2006). Hradec Králové. PLA (2011): Povodí Labe, státní podnik Hradec Králové, vodohospodářský dispečink. Souhrnná zpráva o povodni v červenci 2011 v oblasti povodí Horního a středního Labe a na vlastním toku Labe v oblasti povodí Ohře a Dolního Labe (20.7.- 31.7.2011). Hradec Králové. POH (2003): Povodí Ohře, státní podnik, vodohospodářský dispečink. Souhrnná zpráva o povodni za ucelené povodí Ohře, srpen 2002. POH (2006): Povodí Ohře, státní podnik, vodohospodářský dispečink. Zpráva o povodňové situaci, jaro 2006. POH (2011): Povodí Ohře, státní podnik, vodohospodářský dispečink. Zpráva o povodni, 01/2011, povodňová situace 13. - 14. 1.2011.

93


PVL (2003): Vodohospodářský dispečink Povodí Vltavy, státní podnik. Souhrnná zpráva o povodni v srpnu 2002 za Povodí Vltavy. Praha: PVL (2006): Povodí Vltavy, státní podnik, útvar centrálního vodohospodářského dispečinku. Souhrnná zpráva o povodni v oblastech povodí Horní Vltavy, Berounky a Dolní Vltavy, Povodeň březen-duben 2006. Praha. PVL (2011): Povodí Vltavy, státní podnik, útvar centrálního vodohospodářského dispečinku. Souhrnná zpráva o povodni v oblastech povodí Horní Vltavy, Berounky a Dolní Vltavy – Povodeň leden 2011. Praha: RAUDENSKÝ, M., DORAZIL, I., POVODNĚ (2002): [online], [cit: 01.01.2012], http://www.zam.fme.vutbr.cz/~raud/povodne/index.php?co=Pr# RIMAX (2008): Runoff scenarios for the Czech part of Elbe river basin. In “Operationelles Hochwassermanagement in großräumigen Extremsituationen am Beispiel der Mittleren Elbe“. project RIMAX SIMON, M. (1996): Anthropogene Einflüsse auf das Hochwasserabflussverhalten im Einzugsgebiet der Elbe. Wasser und Boden, Heft 2 (1996), Seiten 19-23 STELLING, G. S.; DUINMEIJER, S. P. A. (2003): A staggered conservative scheme for every Froude number in rapidly varied shallow water flows. International journal for numerical methods in fluids, Vol. 43 (2003). Heft 12, Seite 1329-1354 STUDIE VLTAVSKÉ VODNÍ CESTY V PRAZE (1911): Expozitura c.k. ředitelství pro stavbu vodních cest v Praze TECHNISCHE UNIVERSITÄT DRESDEN (2007): Fünf Jahre nach der Flut. Hochwasserschutzkonzepte – Planung, Berechnung, Realisierung. Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen Heft 35. US ARMY CORPS OF ENGINEERS (2011): HEC-RAS River Analysis System, verze 4.1 Leden 2010. Davis: Hydrologic Engineering Center

94

BfG Erstellt im Rahmen des EU-Interreg-Projekts LABEL Anpassung an das Hochwasserrisiko im Elbeeinzugsgebiet

Recommend Documents