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Dr.-Ing. Ronald Haselsteiner(FICHTNER GmbH & Co. KG, Turkey)

Bau

en +

Nat

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Tec

hnik

Universität für Bodenkultur WienDepartment für Bautechnik + Naturgefahren

ThemaBewuchs auf und an Hochwasserschutzdeichen

Vortrag für die Departmentreihe„Bauen + Natur + Technik“ am 10.12.2009 in Wien

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Bewuchs an und auf HochwasserschutzdeichenDepartmentreihe “Bauen + Technik + Natur”, 10.12.2009, Wien

Gliederung

• Normen + Regelwerke• Deiche in der Praxis• Bemessung von Deichen• Unterhalt & Überwachung• Deichertüchtigung• Bewuchskonzepte• Forschung

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Normen + Regelwerke – Wie soll/muss ein HWS-Deich sein?

Deutsche Regelwerke

Deich- / WasserbauDIN 19712/1997 In ÜberarbeitungDWA M 507/2007 (Gelbdruck) In Überarbeitung (früher: DVWK 210/1986)DVWK 226/1993 In ÜberarbeitungDVWK 215/1990 In Überarbeitung…

WasserbauDWA (2005)BAW MSD (2005)DIN 19700/2004

GeotechnikDIN 1054/2005 In ÜberarbeitungEC 7 In Überarbeitung

Normen+RegelwerkeDeiche in der Praxis

Bemessung von DeichenUnterhalt & Überwachung

DeichertüchtigungBewuchskonzepte

Forschung

4


Normen + Regelwerke – Wie soll/muss ein HWS-Deich sein? Normen+RegelwerkeDeiche in der Praxis


DeichertüchtigungZulässiger Bewuchs

Erosionssichernder BewuchsForschung

Internationale Regelwerke

US Army Corps of Engineers (USACE)

US Bureau of Reclamation (USBR)

Technical Advisory Committee for Flood Defense of the Netherlands (TAW)

…

5


Normen + Regelwerke – Wie soll/muss ein HWS-Deich sein?

Bewuchsregelungen nach DVWK 226/1993(siehe auch DIN 19712/1997)

Normen+RegelwerkeDeiche in der Praxis



Forschung

5 m

10 m

31

31 3 m

3 m Berme(befahrbar)

5 m

10 m

Landseitige Böschung(Magerrasen)

Wasserseitige Böschung(Rasen)

Krone(befahrbar)

Gehölz1)

(Pappeln > 30 m)Sträucher1) Gehölz1)

(Pappeln > 30 mSträucher1)

(Wurzeln dürfen nicht in dem erdstatischen

Querschnitt eindringen.)

Deichschutzstreifen(Nutzungs-

einschränkung)

Deichschutzstreifen(Nutzungs-

einschränkung)

Rasen auf 10 – 25 cmOberboden

(intensive Pflege)

Sträucher1)Fahrbahn-Aufbau /

Kein Gehölz

Fahrbahn-aufbau

Wasserstand(bei Hochwasser)

1 m3

m

Magerrasen(extensive Pflege)

KeinGehölz

KeinGehölz

KeinGehölz

KeinGehölz

KeinGehölz

Überdimensionierter Bereich

< H/3

Gehölze im Vorland dürfen nicht zu einer unzulässigen Beeinflussung des Hochwasserabflusses führen.

1) Bepflanzungen sollten nur in Gruppen vorgenommen werden.

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Deiche in der Praxis - Bewuchsbeispiele Normen+RegelwerkeDeiche in der Praxis



Forschung

Völlig zugewachsener Deich in einem Naturschutzgebiet an der Donau bei Dillingen (Quelle: StUGV)

Zugewachsener Deich an der Iller bei Altenstadt mit Trampelpfad auf der

Deichkrone (Quelle: TUM)

7





Forschung

Großer, einzelner Baum mit Büschen umringt auf der wasserseitigen

Böschung an einem Deich an der Loisach in der Nähe von Schlehdorf

(Quelle: Haselsteiner)

Deich an der Mangfall vor der Sanierung im Jahre 2002(Quelle: WWA Rosenheim)

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Forschung

Flood protection dike at the river Koeßnachnear with poplars and meadow (year 1985, taken from Hacker et al. 1999)

Poplar row on an backflow dike at the river Danube (taken from Seethaler 1999)

Flood protection dike at the river Danube with landside poplar row and waterside bushes and grass/meadow (year 1985, taken from Hacker et al. 1999)

9





Forschung

Wasserseitig und im Vorland bestehende Gehölze an einem Deich an der Loisach in der Nähe von Schlehdorf mit landwirtschaftlichem Gebäude am landseitigen Deichfuß(Quelle: Haselsteiner)

Böschungsrutschung im Bereich einer Rampe am Leitdeich Winzer während des Hochwassers 1988

an der Donau (Quelle: WWA Deggendorf)

10


Deiche in der Praxis – Schäden und Deichbrüche Normen+RegelwerkeDeiche in der Praxis



Forschung

Deichbruch bei Höselhurst (Donau) während Hochwasser 1988

(Quelle: TUM)

Deichbruch an der Ammer während Hochwasser 1999(Quelle: WWA Weilheim)

11





Forschung

Überströmung des Deiches bei Eschenlohe (Loisach) während des Hochwassers 1999 (Quelle: WWA Weilheim) (Anmerkung: Die Gehölze befinden sich auf der Krone des Deiches!)

Deichbruchstelle bei Eschenlohe (Loisach) nach dem Hochwasser

1999 mit Gehölzen im Bereich der Deichkrone und mit Kabel

oberen Bereich des Deiches (Quelle: WWA Weilheim)

12





Forschung

Überströmung eines Deiches bei Straubing während eines Sommerhochwassers im Jahre 1994 (Quelle: WWA Deggendorf)

Beginnende Überströmung an einem Deich an der Ammer

während des Hochwassers 2005 (Quelle: Haselsteiner)

13





Forschung

Böschungsschaden bei vorhandener Sicherung im Bereich von Ettenau nach dem Hochwasser 2002 an der Salzach (Quelle: LfW)

Erosionsschaden an der Deichkrone im Bereich von

Tittmoning nach dem Hochwasser 2002 an der

Salzach (Quelle: LfW)

14





Forschung

Teilweise Erosion einer bewachsenen landseitigen Böschung während des Hochwassers 1999 an der Ammer (Quelle: WWA Weilheim)

Erosionsschäden im Kronen-und Böschungsbereich an

einem Deich an der Salzach nach dem Hochwasser 2002

(Quelle: LfW)

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Forschung

Fehlende Vegetationsdecke an einem Deich an der Loisach in der Nähe von Schlehdorf (Quelle: Haselsteiner)

Sickerwasseraustritt im Bereich abgestorbener und teilweise

verrotteter Wurzeln an einem Deich bei Ruckasing an der Donau während

des Hochwassers 1988(Quelle: WWA Deggendorf)

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Bemessung von Deichen Normen+RegelwerkeDeiche in der Praxis



Forschung

Bildung von Belastungsszenarien / Lastfällen

ausHASELSTEINER, R. (2007): Hochwasserschutzdeiche an Fließgewässern undihre Durchsickerung. Dissertation, Lehrstuhl und Versuchsanstalt fürWasserbau und Wasserwirtschaft, Technische Universität München, Band 111

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Forschung

Lastfall “Windwurf”

Versagen / Wurf von Bäumen aúf der Wasserseite + Erosion des Deichstützkörpers

HD [m]

hÜ [m]

dW[m]

HE [m] hÜ [m]: ÜberströmhöheHD [m]: DeichhöheHE [m]: EinbindetiefedW [m]: WanddickeHER [m]: Erosionshöhe

erodierterDeichkörper

GOK

Deichkörper

Untergrund

Dichtung

HER [m]

18





Forschung

Lastfall “Durchwurzelung von Dichtungen”

Dichtungsart 12 12 12 12

Ja + Ja +

Nein - Nein -

Ja + Ja +

Nein - Nein -

Ja +

Nein -

Ja +

Nein -

Ja +

Nein -

Ja +

Nein -1Innendichtungen übernimmt der Deichkörper die Sicherung

Bewertungsschema:

+ gut "durchwurzelungshemmend"o neutral "u. U. von anderen Randbedingungen abhängig"- schlecht "kein größerer Widerstand"

+

Boden-vermörtelung

Inne

ndic

htun

gen1

Sic

heru

ngs-

maß

nahm

en(K

riter

ium

2)

+

NatürlicheDichtung

Obe

rfläc

hen-

dich

tung

en

GTD

++++

Spundwand

Einphasen-schlitzwand

Schmalwand

++

1 1

+++++

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+ +

Summe

-- o o ++

keine Berücksichtigung

+

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5

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riter

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3)

1 2 3 4

Sic

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1)

+++

+

+

+

+

+++

++

o

o +

19


Unterhalt & Überwachung Normen+RegelwerkeDeiche in der Praxis



Forschung

Regelungen / Vorgaben

„Flussdeiche sind so zu unterhalten, dass ihre Sicherheit ständig gegeben ist. Zu unterhalten sind insbesondere die Deichoberflächen. Dazu gehören die Pflege des Bewuchses sowie das Beseitigen und Verhindern von Wühltierschäden.“ “ (DIN 19712/1997)

„Die Grasnarbe ist dauerhaft und dicht zu erhalten, zu pflegen und vor Beschädigung zu schützen. … Stark beanspruchte Flächen, wie z. B. die wasserseitigen Böschungen, sind … je nach Bedarf ein- bis mehrmals jährlich zu mähen.“ (aus DIN 19712)

Herstellung günstiger Zustände

1. Wahl einer geeigneten Ansaatmischung2. Anpassung der Böschungsneigungen3. Ausreichend Zugangswege4. Vermeidung von Gehölzen (abhängig vom Konzept!)5. Sicherung von mit Gehölzen bewachsenen Deichen6. Gestaltung der Deichgeometrie und –lage

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Forschung

Deiche … sind im Hinblick auf ihre Funktions- und Betriebssicherheit durch den Träger der Bau- und Unterhaltungslastzu überwachen … festgestellte Schäden sind zu beheben. … Deiche regelmäßig … mindestens einmal jährlich … begehen.

Führung eines sog. Deichbuches (Erläuterungen, Übersichtskarten, Lagepläne, Pegelverzeichnis, Tagebuch, Betriebsvorschriften, Rechtsbestimmungen etc.) Einsatz von GIS

Deichschau + jährlicher Statusbericht (regelmäßig, mindestens 1 Jahr nach Hochwasserperiode)

Dabei sind festzuhalten:

WühltierbefallZustand der Vegetation auf Deich und SchutzstreifenBeschaffenheit aller DeichwegeMateriallager für Deichverteidigungetc. ...

21





Forschung

Deichüberwachung & -verteidigung

• Überwachung im Hochwasserfall Wege

• Austritt von Sickerwasser im unteren Drittel der landseitigen Böschung

• Zugang für Deichverteidigung befestigte Wege

Deichkörper

S, g, u

Durchlässige Schicht

G, s

Deichüberwachung

Auelehm T, s,g

Sandsäcke

HW

Sickerlinie

Sickerströmung

Austritt von Sickerwasser

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Deichertüchtigung Normen+RegelwerkeDeiche in der Praxis



Forschung

Finanzieller Bedarf von Bayern

KemptenWeilheim

Krumbach München

Rosenheim

Donau-wörth

Freising

Traun-stein

Pfarr-kirchen

Landshut

Deggendorf

PassauIngolstadt

Ansbach

Nürnberg

Regensburg

Amberg

Würzburg

Schweinfurt

Weiden

Bayreuth

Bamberg

Aschaffen-burg

Hof

Stand: Dezember 2002

1 - 100

0

101 - 1.000

1.001 - 10.000

10.001 - 50.000

> 50.000

Tausend Euro

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Forschung

Übersicht I

Erdb

aulic

heM

aßna

hmen

Deichrück-verlegung /

Neutrassierung

Anordnung Drän/Filter

(Teil-)Abtrag /Neubau /

Bodenaustausch

Deichweg / Berme/Verbreitung der

Krone

Abflachung derBöschungen

ErdbaulicheErhöhung

Bau

wer

ke

Stützbau-werke

Dichtungen

Mauern /Mobile

Elemente

alteDeich-trasse

neueDeich-trasse

Alt-deich

Anschüttungen

311

3

Alt-deich

Bodenaustausch

311

3

Anschüttungen

11

2

2

1

Alt-deich

Anschüttung

Alt-deich

Anschüttung3,0 m

Krone

Berme

Anschüttungen

311

3

Erhöhung

Alt-deich

Alt-deich

z. B. Gabionen

Alt-deich

Innendichtung

Untergrund

Alt-deich

Oberflächen-dichtung

Untergrund

Alt-deich

Mauer

24





Forschung

Übersicht II

Mat

eria

l-Ve

rbes

-se

rung

GeokunststoffeBoden- /

Baugrund-verbesserung

Obe

r-flä

chen

-si

cher

ung

Erosions-Sicherung

wasserseitigeBöschung

Überströmstrecken

Sich

erun

g vo

nD

eich

en m

it G

ehöl

zen Überprofil

Sicherungvon

Einzelbäumen

Wurzelhemm-schichten

Statischwirksame

Sicherungselemente

Alt-deich

2

1 3

1 Filtern, Trennen, Dränen2 Bewehren 3 Vegetationshilfe

Alt-deich

z. B.Steinwurf

Alt-deich

z. B.Steinwurf

14

Alt-deich

z. B.Schachtring

Einzel-baum

Alt-deich

statischwirksameDichtung

Gehölze

Alt-deich

z. B.Kies-

grabenBaum

Alt-deich

Überprofil

Gehölze

Alt-deich

Kies-säule

z. B.Kalkzugabe

!!

25





Forschung

Beeinträchtigung der Standsicherheit durch Gehölze:(DIN 19712/1997)

- Lockerung des Bodens durch Baumwurzeln vor allem bei Sturm

- Umstürzende Bäume reißen Löcher in den Deich (Windwurf)

- Begünstigung von Oberflächenerosion hervorgerufen durch Strömung und Wellenschlag

- Bildung von Hohlräumen und Sickerwegen durch

- Wurzelfraß von Wühltieren

- Verrottende Wurzeln

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Forschung

Beeinträchtigung der Standsicherheit durch Gehölze:(DIN 19712/1997)

- Erschwernis bei Überwachung, Deichverteidigung und Unterhalt

- Beeinflussung des Graswuchses bzw. der Grasnarbe durch Beschattung

- Durchwurzelung von Böden und Dichtungen (Erhöhung der Durchlässigkeit und der Erosionsanfälligkeit)

- Gefährdung von Entwässerungsvorrichtungen durch Wurzelwachstum

- Ggf. Begünstigung des Auftretens von Wühltieren

- Zusätzliche statische Belastung der Böschung (übertragbares Windmoment)

- Beschädigung von Bauwerken im Deich

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Forschung

Sicherung von Deichen mit Gehölzen

12,2

2,21

Kronenweg / DVW> 3,0 m

Einbindetiefe te statischwirksameDichtung

Gehölze(landseitig)

Gehölze(wasserseitig)

Statisch wirksame DichtungLastfall: Windwurf

28





Forschung

Sicherung von Deichen mit GehölzenStatisch wirksame DichtungLastfall: Windwurf

13 DVW

31

31

Dichter Untergrund

Durchlässige Untergrundschicht

DeichkörperDrän

Kronenweg

Innendichtung (z. B. Spundwand, Schmalwand,Schlitzwand, Bodenvermörtelung …)

Niederaltaich an der Donau(TUM)

Deich an der „Kleinen Donau“(WWA Ingolstadt)

Winterdeiche an Rhein und Main(DWA (2005))

Vohburg an der Donau(WWA Ingolstadt)

29





Forschung

Sicherung von Deichen mit GehölzenStatisch wirksame DichtungLastfall: Windwurf

Einbau einer statisch wirksamen MIP-Wand in Isardeich im Stadtbereich München(Quelle: WWA München)

30





Forschung


13

Kronenweg> 3,0 m

Niedrigwachsende

Gehölze(landseitig)

Kein Gehölz!(wasserseitig)

31

DVWH

Grobkörnige, nichtbindigeSchicht als „Wurzelsperre“

(dränfähig, filterfest)

H/3

2*H/33

1

≈ 1,0 m

Altdeich

Geotextilien (nach Bedarf)

bWR

b‘

bWR: Wurzelraumbreite

b‘: zusätzliche Kronenbreite

Verbreiterung des DeichesDurchwurzelungshemmende SchichtNiedrig wachsende Gehölze

31





Forschung


13

31

31Altdeich

DVW

NatürlicheOberflächendichtung

Kronenweg

Wurzelsperre(z. B. undurchlässige

Spundwand)

Wurzelsperre(z. B. durchlässiger

mit Vlies ummantelterKiesgraben)

Gehölze deichnahWurzelhemmschichten

32





Forschung


Schachtring(Beton / Stahl)

Statisch wirksameDichtung 3,0 m

KronenwegDVW

13 2,5

1

Einbindetiefe te

Kein Gehölz(wasserseitig)

Altdeich

Alleebepflanzung mitGehölzen

ggf. MobilerHochwasserschutz

Einzelsicherung

33





Forschung

Sicherung von Deichen mit GehölzenEinzelsicherung

Gesicherter Baum auf einem Deich im Stadtbereich München(Quelle: WWA München)

Gesicherter Baum auf einem Deich an der Donau

(Quelle: WWA Donauwörth)(aus Kleber-Lerchbaumer, 2007)

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Bewuchskonzepte Normen+RegelwerkeDeiche in der Praxis



Forschung

Identifikation der Schnittstellen (räumlich und inhaltlich)

Bewuchs (Flora)

Flussufer am/auf dem Deich Hinterland

Uferbefestigung /-schutz

(Fremd-)Nutzungen

Abflussquerschnitt

HydraulikBHW

Standsicher-heit

Vorland HinterlandDeichGewässer

Hochwasserschutz FaunaNaherholungStädte-/Landschaftsbild

Andere Nutzungen

35





Forschung

Schnittstelle: Hydraulik

Die Donau bei Hochwasser(Quelle: StMUGV)

36





Forschung

Schnittstelle: Standsicherheit des Deiches

Windwurf an einem Deich an der Ammer während des Hochwassers 2005(Quelle: Haselsteiner)

37





Forschung

Schnittstelle: Landschaftsgestaltung

Bewaldeter Deich im Stadtgebiet München im Jahr 2009(Quelle: Haselsteiner)

Bewaldeter Deich im Stadtgebiet Stuttgart im Jahr 2009(Quelle: Haselsteiner)

38





Forschung

Schnittstelle: Naherholung

Bewaldeter Deich im Stadtgebiet München im Jahr 2009 am Tierpark, gestaltet für Freizeitnutzungen (Quelle: Haselsteiner)

39





Forschung

Schnittstelle: Naturhaushalt / Ökologie

Fertiggestellte Deichbaumaßnahme im Bereich der Mangfall(Quelle: WWA Rosenheim)

40





Forschung

Schnittstelle: Uferbefestigung

41





Forschung

Entscheidungsmatrix für Volldeiche(Alternativen für Teilschutzdeiche…)

5 m

10 m

Berme 5 m

10 m

Landseitige BöschungWasserseitige Böschung KroneDeichschutz-streifen10)

Wasserstand(bei Hochwasser)

< H/3

30 m30 m

> H/3

Deichschutz-streifen10)

HinterlandVorland

Zone11)

0Zone10)11)

L1Zone5)10)11)

L2Zone

L3Zone

L4Zone

L5Zone

L6Zone9)10)11)

W1Zone9)

W2Zone9)

W3Zone9)

W4Zone9)

W5

GeK1

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GeK2

-

-

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4

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-

-

GeK6)11)

4

GeK6)11)

4

-

-

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-

GeK2

GeK2

GeK2

GeK2

GeK3

GeK3

GeK3

GeK3

-

-

-

-

-

GeK4

GeK4

GeK4

-

-

GeK4)

4

GeK4)

4

Deich-querschnitt2)3)

Sicherungs-maßnahmen1)8)10)

Keine(Nur erdstatisch erforderlicherDeichquerschnitt)

LandseitigesÜberprofil

Landseitiges undwasserseitigesÜberprofil

Statisch wirksamesSicherungselement

Zulässigkeit von Gehölzen auf Deichen nach GeKGeK: GefahrenKlassen7)8)

(Einteilung von Bäumen und Sträuchern aus BAW MSD (2005) in Anbetracht von Größe, Wurzelausbreitung und Wachstumsrate)

1

2

3

4

Sicherungsmaßnahmen

Einteilung in Zonen

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Forschungsthemen Normen+RegelwerkeDeiche in der Praxis



Forschung

Themengebiete im Zusammenhang mit Bewuchs

A. Wasserhaushalt von temporär durchströmten ErdbauwerkenDeponiebau

B. Standsicherheit von BäumenForstwissenschaften

C. Einfluss von Wurzeln auf BodenparameterGeotechnik

D. Erosionsfestigkeit von Bewuchsformen bei (Über)StrömungGeotechnik/Wasserbau

E. Einfluss von Bewuchs auf die StrömungHydraulik

F. Einfluss von Gehölzen auf Wellen und FreibordHydraulik

…. Forschung

Ingenieurbiologie!

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Forschung

Erosionsschutz der Vegetationsdecke (bei Überströmung)

Gebrochener Deichquerschnitt am Kößnach-Ableiter bei Kößnach (Straubing) nach dem Donauhochwasser 1988 (Quelle: WWA Deggendorf)

Gebrochener Deich an der Salzach nach dem

Augusthochwasser 2002 (Quelle: LfW)

Forschung

44





Forschung

Erosionsschutz der Vegetationsdecke (bei Überströmung)

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 m0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 m

Sandkörper(0/4 mm)

Untergrund (0 /4 mm)

Kies(8/32 mm)

12,8

Kies(8/32 mm)

Erosionsschutzsystem

12,5

Kies(8/32 mm)

Trennvlies(Sand – Kies)

Fertigrasen

Kies(8/32 mm)

HumoserOberboden

Fertigrasen

OhneGeokunststoff

MitGeokunststoff

10 cm

2 cm

3D-Wirrgelege

Forschung

45


Forschungsthemen - Überströmung Normen+RegelwerkeDeiche in der Praxis



Forschung

Naturnahe Bauweisen zur Sicherung von überströmten Erdbauwerken(Andreas Bieberstein)

Forschungsvorhaben "Sicherer Deich“ Untersuchungen zur Überströmungvon Deichen mit Sicherung von Geokunststoffen(Tobias Kubetzek)

Neue naturnahe Bauweisen für überströmbare Dämme an dezentralen Hochwasserrückhaltebecken und Erprobung von Erkundungsmethoden zur Beurteilung der Sicherung von Absperrdämmen BMBF(Rüdiger Siebel)

GeoDeich – Überströmungssicherung an Deichen mit Geokunststoffen(Theodor Strobl)

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Ende

Präventiver Hochwasserschutz (Unterhalt!) erfordert Druck auf die politischen Entscheidungen

„Vor dem Hochwasser ist nach dem Hochwasser“

Deichbau ist eine interdisziplinäre Aufgabe, die vom Dialog lebt „Optimale“ Kompromisse

Besonders in der Forschung ist mit Sicherheit die interdisziplinäre Zusammenarbeit erforderlich

Der Beitrag ist als pdf erhältlich unter: www.dr-haselsteiner.de

thema bewuchs auf und an hochwasserschutzdeichen...dvwk 226/1993 Æin Überarbeitung dvwk 215/1990...

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