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Inhaltsverzeichnis

Ursachen und Faktoren von Hochwasser

Physikalische Abhängigkeiten

Grundsätzlich gilt das Verhältnis zwischen Wasservolumen und zur Verfügung stehendem Raum als Faktor für Hochwasser. Aber auch Zulauf und Abfluss spielen eine Rolle. Unter diesen Bedingungen kann Hochwasser auf verschiedene Art und Weise entstehen: 1.) Der Wasser - Einfluss (INPUT) in das Gewässer ist höher als gewöhnlich (zum Beispiel durch extrem viel Regen oder Schmelzwasser), während gleichzeitig der Abfluss (OUTPUT) nicht schnell genug erfolgt. Der Wasser-Input ist also höher als der Wasser- Output! Resultat: Das Wasser staut sich auf, da es nicht gleich schnell abfließen kann.

2.) Das gleiche kann genau andersherum passieren, wenn man die Abflussmöglichkeit bzw. den OUTPUT verringert. Es fließt zwar normal viel Wasser ein, aber zu wenig hinaus. Resultat: Das Wasser staut sich auf, da es nicht schnell genug abfließen kann.

Eigentliche Vorraussetzung für diese unter 1.) und 2.) angestellten Rechnungen ist die Größe, oder besser: Das Fassungsvermögen des Flussbettes. Dieses bestimmt, wie viel Wasser an welcher Stelle sowie auch insgesamt von dem Fluss aufgenommen werden kann. Wird dieses Volumen überschritten, zum Beispiel aufgrund der Szenarien in 1.) und 2.), dann läuft das Wasser über die Ufer.

3.) Die dritte Möglichkeit für ein Hochwasser ist, dass INPUT sowie OUTPUT zwar gleich bleiben, aber das Fassungsvermögen des Flussbettes verringert wird (zum Beispiel durch Sedimentation oder Einengung des Flusses). Nun kann der Fluss seine eigentlich normale Wassermenge nicht mehr aufnehmen. Resultat: Das Wasser steigt über das Ufer.

NAJU/www.selbstversuch-special.de

Selbstexperiment Eigentlich funktioniert eine Badewanne wie ein Fluss, nur in klein. Ihr könnt das ja mal ausprobieren: Stöpsel rein in den Abfluss und Wasser marsch! Na, schwappt das Wasser schon über den Badewannenrand? Ihr seht: Durch den Wasserhahn kommt ständig neues Wasser, welches aber nicht abfließen kann. Und der Raum für das Wasser ist nun mal begrenzt. Das gleiche passiert mit dem Fluss, wenn er zu viel Wasser führt. Er tritt über die Ufer und da heutzutage viele ursprüngliche Auen-Gebiete besiedelt sind, richtet das Hochwasser große Schäden an.

Wassermenge

Sicher habt ihr auch schon mal gemerkt, dass der Fluss vor eurer Haustür unterschiedlich viel Wasser führen kann. Durch saisonale natürliche Inputs (z.B. durch die Frühjahrs-Schneeschmelze) oder auch durch Eingriffe des Menschen kann sich der Wasserstand verändern. Da fast alle Abschnitte der größeren Flüsse irgendwie vom Menschen technisch geregelt werden, ist der Wasserstand (bis zu einem gewissen Grad) meist wasserbaulich kontrolliert.

Versiegelung/Flächenverbrauch

Normalerweise wird der Niederschlag und anderes oberirdisches Wasser von den Böden, und vor allem auch der Vegetation, besonders von Wäldern, aufgenommen und eine Zeit lang gespeichert. Das geschieht, da sowohl die Bodenpartikel, als auch die Pflanzen das Wasser aufnehmen. Nur an felsigen Berghängen würde das Wasser natürlicherweise glatt drüber laufen, ohne einzusickern. Aber durch die Versiegelung der Landschaft steigt der Anteil des Oberflächenabflusses, also des Wassers, welches einfach nicht versickern kann, da nun ein Großteil unseres Bodens durch die Straßen und den Beton wie felsiges Gestein wirken. Dem Wasser bleibt also nichts anderes übrig, als sich im Rinnstein deiner Straße zu sammeln, mit anderen Rinnsälen zusammen bergab zu fließen, immer schneller, bis es direkt in den nächsten Fluss läuft. Auf diese Weise gelangt zum Beispiel nach einem starken Regen oberirdisch viel mehr Wasser viel schneller in den nächsten Fluss und die Gefahr eines Hochwasserereignisses ist deutlich höher. Lösungsansätze zum Thema Flächenverbrauch findest du in dem gleichnamigen Artikel.

Durch Versiegelung der Landschaft steigt also der Anteil des Niederschlags, der direkt abfließt. Damit erhöht sich die Abhängigkeit der Wassermenge vom Wetter erheblich. Auen, Wälder und (zu geringerem Teil) auch naturnah bewirtschaftete Wiesen können die Regenmenge verteilen und zwischenspeichern. Hauptursache für Versiegelung sind Verkehrswege, Bauland und die Verdichtung durch schwere landwirtschaftliche Maschinen.

Verbauung/Begradigung

Die Verbauung von Flüssen und Bächen (z.B. für die Schifffahrt) schränkt die Fläche von Auen und damit die Ausbreitungsgebiete (so genannte "Retentionsflächen") für Hochwasser stark ein. Die Verbauung von großen Flüssen ist stark vorangeschritten, aber auch kleinere Gewässer werden immer noch begradigt und betoniert, grade weil sie (fälschlicherweise) als unbedeutend für den Hochwasserschutz gelten. Begradigungen bedingen eine schnellere Fließgeschwindigkeit, da auf diese Weise Länge und Breite des Flusses verringert werden (Der Fluss kann nicht mehr mäandrieren, oder gegebenenfalls breiter werden). Außerdem fehlt die Rauheit eines natürlichen vegetationsreichen Flussufers, welches normalerweise als eine Art "Bremse" für die Fließgeschwindigkeit wirkt. Durch viele dieser Verbauungen wird die Geschwindigkeit der Hochwasserwelle erhöht und deren Abflusscharakteristik verändert. Daher ist es wichtig, möglichst viele Bäche und Flüsse zu renaturieren, denn unverbaute Fließgewässer sind Hochwasserdämpfer.

Schneeschmelze

Gletscherwasser Foto von Joujou/pixelio.de
Hast du schon mal darüber nachgedacht, dass eine riesige Menge Wasser auf unserem Planeten als Schnee und Eis gelagert ist? Wenn all diese Eiskristalle auf einmal schmelzen würden, würde der Meeresspiegel um fast 80 Meter ansteigen!!

Bei besonders starken Minusgraden bleibt der Niederschlag als Schnee liegen und sogar manche Flüsse frieren zu. Das Wasser wird als Eis gebunden und kann so über mehrere Wochen nicht abfließen. Diese "Hypothek" an Wasser löst sich relativ schnell, wenn die Temperaturen wieder steigen und die Schneeschmelze einsetzt. Besonders kritisch ist es, wenn das Wasser (auch bei unversiegelter Fläche) nicht im Boden versickert, weil dieser noch gefroren ist. Diese Ausnahmesituation schafft natürlicherweise starke Hochwasserschübe, da die Speicherfunktion des Bodens nicht arbeiten kann. Der Speicherfaktor, den gefrorenes Wasser einnimmt, ist also ziemlich wichtig. Apropos Speicher: Die alpinen Gletscher haben bisher einen recht guten Wasserspeicher gebildet. In warmen und trockenen Wintern schmolzen sie ab und speisten die Flüsse, in kühl-feuchten Wintern speicherten sie den Niederschlag als Eis und entlasteten die Flüsse von zu viel Wasser. Leider schmelzen die alpinen Gletscher seit Jahrzehnten unaufhaltsam wegen der Erderwärmung. Jetzt kannst du dir ausmalen, was für schlimme Folgen eine Klimaerwärmung auch auf die Wasserverteilung der Erde haben kann!!

Klimaveränderung

Global gesehen: Bei Katastrophen wird häufig der Zusammenhang zwischen Hochwasser und Klimaveränderung genannt. Aber was ist dran? Die durchschnittliche Temperatur der letzten Jahre ist leicht gestiegen. Zudem geht man davon aus, dass Niederschläge zunehmen und/oder in heftigeren Regen-Ereignissen niedergehen. Dies - so vermuten Wissenschaftler mit einiger Wahrscheinlichkeit - wird negativ auf die Häufigkeit von Hochwasserkatastrophen wirken. In welchem Ausmaß das sein wird, weiß momentan keiner so genau. Generell kann wärmere Luft mehr Wasser speichern, so dass vermutet wird, dass der Wasser-Umsatz zwischen Meer und Land sich verschnellert bzw. mehr Wasser pro Zeiteinheit bewegt wird. Damit wird wohl auch schneller und mehr Regen fallen.Die Zunahme extremer Wetter-Ereignisse ist jedoch ein deutliches Indiz für diesen Zusammenhang. So gab es im letzten Jahrzehnt ungewöhnlich viele "Klima-Rekorde" weltweit: In Europa beispielsweise mehrfach den wärmsten Tag oder den wärmsten Sommer seit Beginn der Aufzeichnungen. Auch andere extreme Klimaauswirkungen wie Stürme und Dürren sind zu beobachten und werden vorausgesagt. Es kann gut sein, dass wir es in Zukunft öfter mit Hochwasserkatastrophen zu tun haben werden - es kann also nicht schaden, endlich etwas für den Hochwasserschutz zu tun!

Hochwasserwellen

Zunächst einmal ist die Wassermenge grundsätzlich für den Wasserstand entscheidend, die Wassermenge schwankt aber regelmäßig. Die Schwankungen der Pegel werden von Behörden zeitnah registriert, sofern ein Meldenetz vorhanden ist. Besonders starke Schwankungen haben Fließgewässer, die einen großen Wassereinzugsbereich haben. Hier kommt selbst bei mittlerem Platzregen einiges zusammen. Ein besonderes Problem für größere Fließgewässer-Systeme ist aber auch die Überlagerung von mehreren Hochwasserwellen. Grade die großen Flüsse müssen dann die Ladung von mehreren Zuflüssen gleichzeitig verkraften.

Ein Rohr kann bei Verstopfung zum Wasserstau führen

Beispiel: 1993 begann aus Schneeschmelze im Rhein eine kleine Hochwasserwelle (2-jährig), parallel aber im Neckar eine 50-jährige, die sich nach Zusammentreffen zu einem beachtlichen Hochwasser vereinigten. 1995 kam eine (20-jährige) Hochwasserwelle vom Oberrhein, die vom angeschwollenen Main noch verstärkt wurde. Ab Koblenz wurde das ganze durch eine relativ niedrige Moselhochwasserabführung entspannt, aber nach der Mündung der Sieg wieder so "aufgefüllt", dass in Köln der nach 1926 und 1993 höchste Wasserstand gemessen wurde.

Dass die Hochwasserwellen kaum noch verzögert und verteilt werden, ist Folge des massiven Ausbaus im Sinne von Wasserautobahnen. Kein Wunder, dass ohne Kurven höhere Geschwindigkeiten nicht nur für Schiffe möglich sind. Je schneller das Wasser kommt, desto weniger Reaktionszeit hat man. Noch ein Katastrophenfaktor ist das, was die Hochwasser mit sich führen: Mehrere Tonnen Öl und giftige Substanzen (DDT/Schwermetalle) aus zerstörten Anlagen aber auch ausgeschwemmt aus den Böden.

In seltenen Fällen ist die Aufschlagkraft der Hochwasserwelle unabhängig von der tatsächlichen Höhe des Pegels gefährlich. Bei plötzlichen Brüchen von Wehren oder Dämmen können solche Wellen entstehen. Gleichzeitig gefährden sie genau solche Anlagen stromabwärts. Denn nur wo ein kurzfristiger Wellenscheitel (auch "peak" genannt) geballt auftreffen kann, ist er am gefährlichsten.

Ein Rohr kann bei Verstopfung zum Wasserstau führen, hier ein Beispiel. Aus der Perspektive von Wanderfischen ist es auch ein Hindernis auf dem Weg zum Laicherfolg.

Bei natürlichen Fließgewässern wird ein solcher unnatürlich hoher Hochwasserwellenkamm gebremst, weil er am Ufer stark auf Reibung trifft und sich dadurch verteilt bzw. abflacht. Ist der Rand allerdings begradigt, bleibt der Wasserberg relativ lange stabil. Seine Schlagkraft ist dann meist höher. Auch wenn ein Strom z.B. Baumstämme mitführt, kann dies bei Stauungswehren wie ein Rammbock oder wie ein Pfropfen wirken. Staudämme haben in der Regel einen Notablass und einen Überflusszylinder, wenn der Notablass ausgelöst wird, gibt es eine Hochwasser-Welle.

Ein weiterer Spezialfall sind die sogenannten "Muren", die aus Schlamm bestehen und in Bergregionen abgehen. Ausgelöst durch Starkregen und verursacht durch mangelnden Bewuchs kommen diese Schlammlawinen besonders mächtig zu Tal und führen meist Holz und Steine mit, was besonders feststehende Gebäude und Brücken beschädigen und/oder verstopfen kann. Sie sind eine Art Mittelding zwischen Hochwasser und Bergrutsch. Durch den hohen "Feststoffanteil" sind sie - selbst wenn es keine großen Schäden gibt- oft nur mit schwerem Gerät zu räumen. Denn ihre mitgeschleppte Fracht wird nach Ablauf des Wassers fast betonhart.

Nebenaspekte

Faktor Wind

Er ist bei Flüssen praktisch unwichtig und es ist für viele Menschen wenig vorstellbar, aber auf- oder ablandiger Wind kann bei großen Seen und am Meer ("Springflut") für durchaus wesentliche Wasserschwankungen sorgen. Zum Beispiel drückte starker Wind im Dezember 2003 an der Ostsee das Wasser so an die Küste, dass ein Parkplatz überschwemmt wurde und Autos beschädigt wurden. (Wiederum ein Zeichen für fehlgeplante Küstenverbauung). Auch z.B. auf dem Bodensee ist der Wind ein ernstzunehmender Mitspieler.

Faktor Rückstau

Ein Fluss kann auch dann Hochwasser führen, wenn er selber kaum Wasser führt! Für die in den Rhein mündende Mosel oder auch die Lippe gilt beispielsweise, dass sie im Mündungsbereich abhängig sind vom Rhein und dessen Wasserstand. Führt der Rhein Hochwasser, fließen Wassermassen über die Mündung hoch in die Nebenflüsse. Ist das Rheinhochwasser sehr stark, kann es den Input des zuführenden Flusses übersteigen - das Wasser steht oder fließt rückwärts.

Faktor Uferrauheit

Ist das Ufer rauer, hält es Wasser länger zurück. Dadurch steigt der Pegel an. Insbesondere bei Auwäldern und ihrem "Gestrüpp" wird Hochwasser gebremst. Im Grunde also nicht schlecht, da somit Wasserwellen nicht so schnell ablaufen - dies ist ein weiterer Faktor pro Auwälder zum Retentionseffekt.

Faktor Erdbeben

In Japan als Tsunamis bekannt, werden diese Wellen durch Erdstöße ausgelöst, sind also in seismisch aktiven Zonen verbreitet. Zunächst sind sie nur wenig höher als andere Wellen, laufen sie aber auf flache Küstengebiete auf, steigen sie sehr hoch auf und schlagen mit gewaltiger Kraft auf das Land

Faktor Hangrutsch

Sobald eine große Menge Felsen, Erde oder Eis von einem Berg herabrutscht und auf das Wasser trifft, verdrängt er das Wasser schlagartig. Die ausgelöste Welle kann dadurch Wellen oder rapide Strömungen auslösen. Dies ist auch der Grund, warum man in Baggerseen, die im Abbau sind, nicht schwimmen soll. Hier wird Sand abgebaggert und das meist über mehrere Wochen an einem Punkt. Rutscht dann ein unter dem Wasser liegender Kamm ab (vergleichbar einer Lawine), so entstehen hohe Wellen gefolgt von relativ lang anhaltenden starken Querströmungen. Diese Querströmungen verlaufen nicht (wie z.B. bei Bächen) horizontal sondern vertikal und "ziehen" somit unter Wasser.

Faktor Grundwasserdruck

Wenn ein Gewässer in der Nähe eines Dammes stark Hochwasser führt, so steigt mit etwas Verzögerung der Grundwasserspiegel an. Liegt ein Haus z.B. hinter einem hochwasserbelasteten Deich, so kann Wasser über das Grundwasser unter dem Deich hindurchfließen. So kann sich in Kellergruben aufgrund des Drucks langsam Wasser bilden, eine Art indirektes Hochwasser. Diese "Überschwemmungen" sind meist recht langsam und daher gut (z.B. mit Pumpen) beherrschbar. Bsp: Im sog. "Weihnachtshochwasser" in Köln 1993 wurden 4500 Haushalte in der City überschwemmt, davon wurden etwa 9000 weiter durch ansteigenden Grundwasserspiegel beeinträchtigt.

Faktor Eis

Auch große Flüsse wie Elbe oder Rhein sind hin und wieder völlig eingefroren. Eis kann auf verschiedene Weise zum Hochwasser führen. Schichten sich die Eisplatten über- und gegeneinander, kann es zu einer Art Eisdamm kommen, hinter dem sich das Wasser staut. Durch den Widerstand der Eisflächen verlangsamt sich das Wasser, der Fluss kann anschwellen. Mittelbar kann durch Eisschollentrieb an Wehren oder Deichen Undichtigkeiten entstehen. Das (nach dem August02-Hochwasser) nächstgrößte Hochwasser in Dresden war auf Eis zurückzuführen.

Faktor Menschliches Versagen/Sabotage

Bei technischen, vom Menschen hergestellten Hochwasserschutzsystemen (Deiche, Wehre,...) besteht immer das Problem, dass durch Fehlberechnung, Fehlbedienung oder Sabotage künstliche Hochwasser ausgelöst werden. In Folge des Hochwassers 2002 wurden zwei Männer verurteilt, die einen Damm vorsätzlich angestochen haben, um ihre Häuser (vermeintlich) zu retten.

Faktor Planetensystem

Hört sich schräg an, aber jeder hat es in der Nordsee schon mal gesehen. Dadurch, dass Mond und Sonne in einer bestimmten Linie stehen, potenzieren sich deren Massekräfte. Und Massen ziehen sich minimal an. Im Wattenmeer, wo wenige Zentimeter Kilometer ausmachen können, kann dies regelmäßig Ebbe und Flut hervorbringen. Kommt übrigens noch Sturm hinzu, hat man eine "Springflut".

Aktionsideen

Links zum Weiterlesen

Quellen

htttp://www.hochwasser-special