Simulationsgestützte Entwicklung eines Staustufenmanagements zum Hochwasserrückhalt

In der vorliegenden Arbeit wird die Möglichkeit zur Hochwasserminderung durch einen angepassten Betrieb der Staustufen einer großen Staustufenkette im Alpenvorland, dem bayerischen Inn mit rund 210 km Länge, untersucht und simulationsgestützt ein Staustufenmanagement zum Hochwasserrückhalt entwickelt. Dazu findet ein komplexes Simulations- und Modellierungswerkzeug Anwendung; basierend auf einem 1D-HN-Verfahren, das über eine Schnittstelle zur Kopplung mit regelungstechnischen Elementen verfügt. Das verwendete Werkzeug ermöglicht damit die Analyse der Wechselwirkung von Betriebsvorgaben an den Staustufen und den Strömungsverhältnissen im Stauraum sowie die Simulation und Analyse eines breiten Variantenspektrums von Sensitivitätsuntersuchungen zu unterschiedlichen Parametern und Messwerten. Das entwickelte Staustufenmanagement gliedert sich in einen gezielten Ab- und Aufstauprozess des Oberwasserstandes an den Staustufen, um im Vorhinein des Hochwassers Volumen im Stauraum zur Verfügung zu stellen, welches zur Hochwasserminderung bei Scheiteldurchgang genutzt wird. Eine Analyse von operationell verfügbaren Daten zeigt, dass der Abstauprozess auf Vorhersagen gestützt werden kann, während für den zeitsensitiven Aufstauprozess messwertbasierte Vorgaben notwendig sind. Zur Untersuchung des kombinierten Betriebes von Staustufenmanagement und Flutpolderbetrieb wurde ein Flutpolder in das Modell implementiert und Steuerungsvorgaben für dessen Betrieb entwickelt. Die Ergebnisse der Untersuchungen mit zahlreichen Abflussszenarien zeigen, dass das Staustufenmanagement ein aussichtsreiches Werkzeug zum Hochwasserrückhalt im Abflussbereich bis zum HQ₁₀₀ darstellt, dessen Wirkung auch bei Überlagerung mit dem Betrieb eines Flutpolders im direkten Einsatzbereich des Staustufenmanagements erhalten bleibt. Bei alleinigem Staustufenmanagement werden je nach Szenario am Pegel Schärding Wasserstandsreduzierungen von 17 cm bis 46 cm erzielt, während die Reduzierungen am Pegel Passau/Donau zwischen 9 cm und 25 cm betragen. Beim kombinierten Betrieb ergeben sich am Pegel Schärding Wasserstandsreduzierungen zwischen 23 cm und 68 cm, während die Reduzierungen des Maximalwasserstandes am Pegel Passau an der Donau zwischen 17 cm und 36 cm liegen. Die entwickelte Methode des Staustufenmanagements und der Poldersteuerung ist auf andere staugeregelte Flüsse übertragbar.