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Ökologie

1.4.04 Unterschätzte Gefahr Grundhochwasser – Schadensbewertung und -vorsorge nach der Jahrhundertflut

Infolge des Hochwassers im August 2002 hatte Dresden nicht nur mit den Schäden an Bauwerken und Infrastruktur zu kämpfen. Auch das Grundwasser war teilweise um bis zu sechs Meter gestiegen und ging nur langsam zurück. Deshalb machte sich ein Team aus Dresdner Forschern und Ingenieuren daran, die Folgen der Flut im Untergrund zu untersuchen. Ziel war, künftige Gefahren für unterirdische Anlagen sowie das Grundwasser frühzeitig zu erkennen, um Schutzmaßnahmen einleiten zu können. Zu diesem Zweck modellierten die Experten die Dynamik des Grundwasseranstiegs und analysierten die Beschaffenheit des Grundwassers hinsichtlich der Trinkwasserversorgung sowie möglicher Gefahren durch eingesickerte Schadstoffe.

Während des Hochwassers 2002 bildeten sich im Elbtaluntergrund Grundwasserstände, die alles in den letzten Jahrzehnten Beobachtete weit übertrafen. Auslöser waren die starken Regenfälle vom 12. und 13. August, die dadurch entstandenen Überflutungen der Elbenebenflüsse und das Elbehochwasser. Betroffen waren unter- und oberirdische Bauwerke – ihre Funktionsfähigkeit und Stabilität waren aufgrund des schnellen Grundwasseranstiegs erheblich beeinträchtigt.

Hochwasser der Elbe bei Kaditz. Grundwassermessstellen sind von der Flut eingeschlossen.

Hochwasser der Elbe bei Kaditz. Grundwassermessstellen sind von der Flut eingeschlossen.
Hochwasser der Elbe bei Kaditz. Grundwassermessstellen sind von der Flut eingeschlossen.
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Als die oberirdische Wasserflut zurückging, galt es, die Konsequenzen des unterirdischen Hochwassers für den Grundwasserkörper unterhalb der Stadt Dresden abzuschätzen. Dieser spielt eine große Rolle für die Trink- und Brauchwassergewinnung, für die Stabilität der Bauwerke sowie den urbanen Naturhaushalt. Wissenschaftler und Ingenieure der TU Dresden und des Dresdner Grundwasserforschungszentrums e. V. sowie örtliche Ingenieurbüros widmeten sich im Forschungsprojekt „Hochwassernachsorge Grundwasser Dresden“ dieser Aufgabe. Die Leitung des Projekts lag beim städtischen Umweltamt. Die Experten gingen von kurz- und mittelfristigen Folgen aus, die sie anhand folgender Schwerpunkte untersuchten:

  • Weiterentwicklung des Grundwassermodells, um die Auswirkungen der Grundwasserdynamik auf Bauwerke und mögliche Bauwerksschäden zu erfassen,
  • Untersuchung von Veränderungen der Grundwasserbeschaffenheit infolge stark gestiegener Grundwasserstände,
  • Analyse und Bewertung möglicher Grundwasserschäden, die – bedingt durch Hochwasser – durch schadstoffbelastete Flächen (Altlasten), abgelagerte Schlämme oder Abfall entstehen,
  • Bewertung der Gefahren, die von undichten Abwasserkanälen ausgehen (Schadstoffaustrag).

Ziel war es, am Beispiel von Dresden erstmals hochwasserbedingte Schäden an einem unter der Stadt liegenden Grundwasserkörper zu bewerten und daraus Handlungsempfehlungen für Verwaltung, betroffene Unternehmen und Bürger abzuleiten.

Modell erfasst Grundwasserdynamik

Ausprägung und Verlauf des Grundhochwassers zeigten sich im Stadtgebiet auf unterschiedliche Weise. Weite Bereiche verzeichneten nach der Hochwasserwelle einen Anstieg und einen stark verzögerten Rückgang des Grundwasserstands. Diese Gebiete lagen meist mehr als einen Kilometer vom Vorfluter entfernt. In anderen zeigte sich ein kurzzeitiger und hoher Anstieg mit schnellem Rückgang. Um diese unterschiedlichen Dynamiken zu erfassen, entwickelten die Experten ein Computer- Grundwassermodell, das auch die unterirdische Bausubstanz – vor allem der historischen Innenstadt und der Infrastruktur – berücksichtigte. Damit konnte das Projektteam auch die Wirkung differenzierter Hochwasserschutzmaßnahmen auf das Grundwasser simulieren.

Bauwerkssicherung gegen aufsteigendes Grundwasser in einem Dresdner Gymnasium (Quelle: www.benno-gym.de)

Bauwerkssicherung gegen aufsteigendes Grundwasser in einem Dresdner Gymnasium (Quelle: www.benno-gym.de)
Bauwerkssicherung gegen aufsteigendes Grundwasser in einem Dresdner Gymnasium (Quelle: www.benno-gym.de)
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Die Untersuchungen der Grundwasserbeschaffenheit erfolgten auf drei Ebenen: Im Herbst 2002 sowie im Frühjahr und Herbst 2003 nahm die Arbeitsgruppe flächendeckende Beprobungen vor, um zu prüfen, wie sich die Qualität entwickelt hatte. Zudem fanden Untersuchungen zu punktuellen Schadstoffeinträgen an Altlastenstandorten statt. Die dritte Säule bildeten exemplarische standortbezogene Untersuchungen im Labormaßstab am natürlichen Sediment. Dieses Vorgehen sollte Aussagen zu Stoffaustrag und -umwandlung für den Fall ermöglichen, dass schadstoffbelastetes Abwasser aus der Kanalisation in das Grundwasser gelangt. Die Forscher simulierten Szenarien bei unterschiedlichen Wasserständen und -drücken in Kanal und Grundwasserleiter.

Trinkwasser nicht gefährdet

Sorgen im Hinblick auf die Beschaffenheit des Grundwassers konnten die Experten ausräumen, indem sie Messergebnisse zu bestimmten Wassereigenschaften und Schadstoffen den vor der Flut ermittelten Werten gegenüberstellten. Demnach waren hochwasserbedingte Veränderungen nur etwa drei Monate lang erkennbar. Sie stellten für die Trinkwassergewinnung keine Gefahr dar.

An den untersuchten Altlastenstandorten ergaben sich je nach Stoffinventar und Strömungsverhältnissen unterschiedliche Ergebnisse. Erhöhte Grundwasserstände und eine höhere Fließgeschwindigkeit setzten Schadstoffe aus dem jeweiligen Quellbereich frei. Im oberen Grundwasserbereich wiesen die Experten daher leicht erhöhte Schadstoffkonzentrationen nach, für bestimmte Stoffgruppen zudem vertikale Stoffverlagerungen. Eine signifikante hochwasserbedingte seitliche Schadstoffausbreitung war nicht zu beobachten.

Um die von undichten Kanälen ausgehenden Gefahren für den Grundwasserleiter zu untersuchen, simulierte das Projektteam das Verhalten einer lokal undichten Kanalisation unter den hochwasserbedingten Druck- und Strömungsbedingungen. Es zeigte sich, dass sich die für städtische Abwässer typische Ammoniumbelastung aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit und der begrenzten undichten Stellen nur wenig ausbreiten konnte.

Gefahren erkennen, Schutzmaßnahmen entwickeln

Ausgehend von den Abständen des Grundwasserspiegels zur Geländeoberkante (Grundwasserflurabstand) von August 2002 bis Dezember 2003, entwickelten die Experten eine Methodik, um Gefahren für den unterirdischen Bauraum zu erkennen. Als Parameter verwendeten sie unter anderem Intensität und Dauer des Grundhochwassers, die höchsten Wasserstände, die Anstiegsgeschwindigkeit und die minimalen Grundwasserflurabstände. Damit konnten sie an 68 Messstellen im Stadtgebiet das Gefahrenpotenzial bestimmen.

Die Auswertung des Grundwasserverhaltens und der Strömungsmodellierung am Beispiel unterschiedlicher Hochwasserszenarien erlaubte Schlussfolgerungen für die Bauleitplanung. Diese sollte nach den Erkenntnissen des Projektteams immer die Gefährdung durch ansteigendes Grundwasser berücksichtigen. Außerdem bestätigten die Untersuchungen die Wirksamkeit der geplanten Schutzmaßnahmen „Mobiler Verbau der Dresdner Innenstadt“ und „Hochwasserentlastungsbrunnen“.

Die Forscher empfehlen im Ergebnis der Untersuchungen, die Prozesse des Grundwasseranstiegs bei der Vorbereitung und Durchführung von Maßnahmen zur Hochwasserbekämpfung dauerhaft zu berücksichtigen. Insbesondere der Bauvorsorge kommt hier eine Schlüsselstellung zu. Die Ausweisung von Gefahrenzonen, in denen erhöhte Grundwasserstände zu erwarten sind, bildet hierfür eine Grundlage. Dazu sind zeitnahe Messungen der Grundwasserdynamik und die Identifizierung der höchsten Grundwasserstände anhand eines aktuellen Grundwasserströmungsmodells erforderlich.

Projekt-Website www.gwz-dresden.de/grundwasser-zentrum-start.html

Projektleitung
Landeshauptstadt Dresden, Umweltamt

Dr. Kirsten Ullrich
Grunaer Straße 2
01069 Dresden
Tel.: 03 51/4 88 62 78
E-Mail: kullrich@dresden.d
Internet: www.dresden.de/Hochwasser
Förderkennzeichen: 0330493

Projektkoordination
Dresdner Grundwasserforschungszentrum e.V.

Dr. Thomas Sommer
Meraner Straße 10
01217 Dresden
Tel.: 03 51/4 05 06 65
E-Mail: tsommer@dgfz.de
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