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19.05.2011, FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA Margret Johst (UDATA, Neustadt/Weinstr.) Michael Schuhmacher (SGD Nord,

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1 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA Margret Johst (UDATA, Neustadt/Weinstr.) Michael Schuhmacher (SGD Nord, Trier) Frankelbach-Einzugsgebiet Burscheider Mauer

2 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA Gliederung 1.Einführung zur hydrologischen Prozessforschung 2.Hydrologische Untersuchungsgebiete der Region 3.Fallbeispiel Frankelbach-Einzugsgebiet Messnetz und Datengrundlage Dominierende Abflussprozesse 4.Beobachtung von gewässerseitigem Hochwasser Frankelbach Burscheider Mauer 5.Fazit zur Abschätzung von Außengebietszuflüssen

3 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA 1.1 Problemspezifizierung Überlastung des Kanalnetzes durch Außengebiets- zuflüsse Verfahren zur Abschätzung der Außengebiets- zuflüsse müssen auf Messungen beruhen Kleinsteinzugsgebiete (10 ha – 1 km²) können als repräsentativ für Außengebiete gesehen werden Hydrologische Messnetze der Länder enthalten kaum Pegel in Kleinsteinzugsgebieten Abflussmessungen und Prozessuntersuchungen im Rahmen von Forschungsprojekten Austausch von Forschung und Praxis!

4 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA 1.2 Hydrologische Repräsentativgebiete Einrichtung zahlreicher hydrologischer Forschungsgebiete während der Internationalen Hydrologischen Dekade (1965 – 1974) Fragestellungen: –Wasserhaushalt (insbes. mittl. jährliche Verdunstung) –Zusammenhang Bewirtschaftung/Nutzung – Abfluss –Abflussbildung Kleinstgebiete mit langjährigen Messungen: –Sperbelgraben und Rappengraben (Alpenvorland): > 100 Jahre –Lange Bramke (Oberharz): > 60 Jahre

5 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA 1.3 Hydrologische Prozessforschung

6 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA 2.1 Kleinsteinzugsgebiete der Region GebietGröße [km²]NutzungBetreiber Frankelbach0,08 – 5,00 Wald, Grünland, Acker Uni Trier (Phys. Geographie), FAWF Trippstadt Burscheider Mauer0,57Wald FP Spangdahlem, SGD Nord, FH Trier Detzem / Enkirch0,19 / 0,16Weinberg SGD Nord Kartelbornsbach3,00Acker, Grünland Uni Trier (Hydrologie) Zemmer0,05Acker Uni Trier (Bodenkunde) Holzbach4,20Wald FH Trier, Ing-Büro ihg Baasem0,33Wald Land Nordrhein-Westf. Berk0,49Wald Land Nordrhein-Westf. Huewelerbach2,70Wald CRP Lippmann, Luxemburg

7 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA 2.2 Datenlage (Niederschlag, Abfluss) GebietZeitraumLiteratur Frankelbachseit 10/2004 Johst & Casper (2007) 1, Segatz et al. (2009) 2, Johst (2011) Burscheider Mauerseit 01/ Detzem / EnkirchSommer Kartelbornsbachseit den 80er Jahren Symader et al. (1999), Symader et al. (2002), Symader (2007) 1 Zemmer06/2005 – 12/2007 Müller et al. (2009) 2, Müller (2010) Holzbachseit 07/2004 Sartor & Kreiter (2007) 1, Segatz et al. (2009) 2 Baasem1975 – , gemäß DWA-Arbeitsgruppe ES-2.6 (2008) Berk1963 – , gemäß DWA-Arbeitsgruppe ES-2.6 (2008) Huewelerbachseit 09/2002 Hellebrand & Juilleret (2009) 2 1 : in Schüler et al. (2007) 2 : in Seeling et al. (2009)

8 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA 3.1 Einzugsgebiet Frankelbach

9 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA 3.1 Messnetz Ausstattung: 8 Pegel (0,08 – 5 km²) 1 Klimastation 1 Niederschlagswippe 10-minütige Auflösung Messungen seit Abflussereignisse

10 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA 3.2 Abflussereignisse HHq = 142 l/s/km² (Pegel GA mit 5 km²) 375 l/s/km² (Pegel WI mit 30 ha)

11 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA 3.3 Schwellenwertverhalten Dauerregenereignis Dez 2008

12 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA 3.3 Dauerregenereignis Dezember 2008

13 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA 3.3 Dominanz des unterirdischen Zuflusses KÖLLA, E. (1987): Estimating flood peaks from small rural catchments in Switzerland. Journal of Hydrology 95, S

14 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA 4.1 Gewässerseitiges Hochwasser Jan 1995: Nds 50 mm 2d -1 Hq 1000 l s -1 km -2 Mai 2002: Nds 40 mm 4h -1 Hq 1000 l s -1 km -2 März 2008: Nds = 38 mm d -1 Hq = 150 l s -1 km -2 Ψ = 0,5

15 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA 4.1 Hochwasser Jan 1995 SCS-Verfahren nach Zaiß: CNII = 70 Bodenspeicherkapazität = 108 mm Vorregenindex 21 = 19 mm Anfangsverlust = 12 mm Regen 50 mm 2d -1 Ψ = 0,20 ©Klaus Schneeschmelzbeeinflusstes Hochwasser großflächige Überflutungen

16 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA 4.1 Hochwasser Mai 2002 SCS-Verfahren nach Zaiß: CNII = 70 Bodenspeicherkapazität = 108 mm Vorregenindex 21 = 33 mm Anfangsverlust = 11 mm Regen 40 mm 4h -1 Ψ = 0,15 Mehrere Gewitter bei nassem Ausgangszustand Erosionsschäden und Schäden an der Infrastruktur

17 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA 4.1 Vorfeuchte und Scheiteldurchfluss Vorereignisdurchfluss [l s -1 ] Scheiteldurchfluss [l s -1 ] 21-tägig. Vorregenindex [mm] VorereignisabflussVorregenindex Ereignisse im Winterhalbjahr (Nov-April) Ereignisse im Sommerhalbjahr (Mai-Oktober) Korrelationskoeffizient * rc: rc = 0.44rc = 0.08

18 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA 4.2 Einzugsgebiet Burscheider Mauer Jan 2011: Nds = 80 mm 3d -1 Hq = 161 l s -1 km -2 Buntsandstein Relativ flach

19 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA 5.1 Fazit zur Abflussbildung In humiden Mittelgebirgen hat der unterirdische Abfluss einen großen Anteil am Scheiteldurchfluss ABER: Dominanz der Abflussprozesse ist skalen- und ereignisabhängig ( Stauwasserkörper angeschnitten? Niederschlagsintensität? Wellenüberlagerung?) Sprunghafter Abflussanstieg wenn Bodenfeuchte nahe Sättigung ( Sättigungsflächenabfluss, schneller Zwischenabfluss ) Einzelne Ereignisse sind nicht unbedingt repräsentativ für größere Hochwasser Einrichtung kontinuierlich messender Pegel!

20 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA 5.2 Fazit zur Abschätzung von Außengebietszuflüssen Verfahren sollten anhand der vorliegenden Abflussmessungen für Kleineinzugsgebiete geprüft werden ( Abflussbeiwerte, Erstellung von Einheitsganglinien) Problem: nur wenige große Ereignisse Stärkere Integration der Saisonalität (Analyse getrennt für Sommer und Winter) Berücksichtigung der schneeschmelzbegründeten Vorfeuchte im Vorregenindex Alternativer Ansatz: Verwendung von Abflussprozesskarten (z.B. Bodenhydrologische Potentialkarte RLP) oder gebietsspezifischen Schlüsseln zur Herleitung des Abflussbeiwerts

21 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA Literatur zu den genannten Einzugsgebieten DWA-Arbeitsgruppe ES-2.6 (2008): Abflüsse aus Außengebieten der Kanalisation. Arbeitsbericht der DWA-Arbeitsgruppe ES-2.6 Abfluss- und Schmutzfrachtsimulation. Korrespondenz Abwasser, Abfall, Nr. 8. Johst, M. (2011): Experimentelle und modellgestützte Untersuchungen zur Hochwasserentstehung im Nordpfälzer Bergland unter Verwendung eines neuartigen Spatial-TDR-Bodenfeuchtemessgeräts. Dissertation an der Universität Trier. Online- Publikation Universitätsbibliothek Trier. Müller, C. (2010): Hochwasserschutz in der Landwirtschaft – Validierung und Modellierung ausgewählter Maßnahmen. Trierer Bodenkundliche Schriften, Universität Trier. Schüler, G., Gellweiler, I. & Seeling, S. (Hrsg.) (2007): Dezentraler Wasserrückhalt in der Landschaft durch vorbeugende Maßnahmen der Waldwirtschaft der Landwirtschaft und im Siedlungswesen. Mitteilungen der Forschungsanstalt für Waldökologie und Frostwirtschaft Rheinland-Pfalz, Nr. 64/07. Seeling, S., Gellweiler, I., Hill, J. & Schüler, G. (Hrsg.) (2009): Wege zum dezentralen Hochwasserschutz. Trierer Geographische Studien, Heft 31. Symader W., Bierl R. & Gasparini F. (1999): Abflussereignisse, eine skalenabhängige, multiple Ant-wort von Einzugsgebieten auf Niederschläge. - Acta hydrochim. Hydrobiol., 27, 2, Symader, W., Bierl, R., Gasparini, F. & Krein, A. (2002): Effective monitoring of small river basins. Sci. World. - Internetzeitschrift. (www.scientificworld.com)

22 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA

23 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA

24 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA Niederschlag und Scheiteldurchfluss Ereignisse im Winterhalbjahr (Nov-April) Ereignisse im Sommerhalbjahr (Mai-Oktober) Korrelationskoeffizient * Nds-Summe [mm] Scheiteldurchfluss [l/s] max. Nds-Intensität [mm/30 min] SummeIntensität r = 0.5r = r:

25 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA 3.2 HHQ nach Sturmtief Emma

26 , FH Trier Abflussmessdaten aus Kleinsteinzugsgebieten der RegionUDATA


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