Operativer Hochwasserschutz – Eignung, Einsatz und Leistungsfähigkeit von Sandsackersatzsystemen in praxisorientierten Versuchsreihen
Creators: name: Massolle, Christopher
Publisher: name: Hannover : Institutionelles Repositorium der Leibniz Universität Hannover
Year: 2023
Subjects: subject: Operative Flood Defense
subject: Sandbag Dam
subject: Sandbag Replacement Systems
subject: Test Setups
subject: Cerfication
subject: Zertifizierung
subject: Operativer Hochwasserschutz
subject: Sandsackdamm
subject: Sandsackersatzsysteme
subject: Versuchsaufbauten
subject: Dewey Decimal Classification::500 | Naturwissenschaften

description: Extreme Hochwasserereignisse wie 2013 in Mitteleuropa oder 2017 im südlichen Niedersachsen zeigen, dass ein enormer materieller und personeller Aufwand für den Einsatz von Sandsacksystemen zur Verteidigung von bruchgefährdeten Deichlinien sowie zum Schutz von Lebensräumen und Objekten in tiefliegenden Gebieten gegen Überflutungen erforderlich sind. Der Aufbau erfordert zudem Zeit, die insbesondere bei Hochwasser nur sehr begrenzt zur Verfügung steht. So kommt es trotz aller Anstrengungen immer wieder zu Überflutungsschäden in Millionenhöhe, weil die erforderlichen Schutzmaßnahmen nicht in ausreichender Menge zeitgerecht vor Ort eingesetzt werden können. Mit der erwarteten Häufung von Extremwetterlagen infolge des Klimawandels ist zudem von einer zukünftigen Verschärfung des Problems auszugehen. Im operativen Hochwasserschutz können neben Sandsacksystemen auch sogenannte Sandsackersatzsysteme (SSES) Verwendung finden, wobei letztere um ein Vielfaches schneller sowie personal- und ressourcenschonender zu installieren und demontieren sind. Dementsprechend kann mit der Verwendung von SSES eine größere Strecke in kürzerer Zeit geschützt werden. Jedoch ist der Einsatz vieler verfügbarer Systeme wie wassergefüllte Schlauchsysteme oder einfache Klappsysteme strittig, und sie finden aufgrund des fehlenden Vertrauens in die Konstruktionen bzw. fehlender Zertifizierungsprogramme in Deutschland zumeist keine Verwendung. Auf nationaler Ebene existieren bisher keine und auf internationaler Ebene zwei Zertifizierungsprogramme für SSES, wobei letztere nur bedingt eine realitätsnahe Versuchsdurchführung wie Versuchsbewertung beinhalten. So werden die Versuche beispielsweise generell auf einem glatten und gereinigten Betonuntergrund durchgeführt, obwohl Systeme im operativen Hochwasserschutz auf vielfältigen Untergründen wie Rasen, Schotter und Pflastersteine, ggf. mit Geländesprüngen in Form von Bürgersteigen etc., eingesetzt werden. Zudem wird als maßgebendes und sehr streng gehaltenes Bewertungskriterium die Wasserdurchlässigkeit des zu testenden Systems herangezogen, was dazu führt, dass z. B. der im operativen Hochwasserschutz ausgesprochen bewährte Sandsackdamm nach beiden Zertifizierungsprogrammen keine Zertifizierung als mobiles Hochwasserschutzsystem erhalten würde. Zur Prüfung von Eignung, Einsatz und Funktionstauglichkeit von SSES für die Verteidigung von bruchgefährdeten Deichabschnitten und zum Schutz von tiefliegenden Gebieten unter praxisnahen Randbedingungen wurde eine speziell hierfür konzipierte Testanlage in Kooperation mit dem Ausbildungszentrum des Technischen Hilfswerks THW in Hoya errichtet. Die Anlage besteht aus einem 15 m langen und 3 m hohen, homogen aufgebauten und mit spezieller Sensorik ausgestatteten Deich sowie einem Einstaubereich, in dem Hochwasserereignisse beliebig oft simuliert werden können. An der Testanlage können Deichverteidigungssysteme, aufgebracht auf der Binnen- oder Außenböschung des Deichs, mit unterschiedlichen Wasserständen belastet und die Sickerlinienlagen im Deichkörper sowie die anfallenden Sickerwassermengen gemessen werden. Im Einstaubereich der Testanlage ist es möglich vollmobile linienförmige Hochwasserschutzsysteme, aufgestellt auf einem Rasenuntergrund, hinsichtlich der Parameter Auf- und Abbauzeit, Standsicherheit und Wasserdurchlässigkeit zu testen. Insgesamt wurden 14 SSES sowie vier Sandsackkonstruktionen als Referenzsysteme an der Testanlage auf Eignung, Einsatz und Funktionstauglichkeit im operativen Hochwasserschutz geprüft. Die Prüfungen zeigten, dass sämtliche SSES im Vergleich zu den Sandsackkonstruktionen in deutlich kürzerer Zeit und mit geringerem Personalaufwand errichtet sowie zurückgebaut werden konnten. Bei den drei untersuchten Deichverteidigungsmaßnahmen wurde jedoch festgestellt, dass eine wasserseitige Planenauflage auf der Deichböschung keine positive Auswirkung auf die Reduzierung der Sickerlinienlage aufweist und aus diesem Grund nicht für den Praxiseinsatz zu empfehlen ist. Die beiden anderen alternativen Deichschutzsysteme zeigten hingegen sehr positive Ergebnisse und eine Empfehlung für den praktischen Einsatz dieser SSES zur Erzielung eines effektiven und ressourcenschonenden Einsatzes vermehrt Eingang finden. Die Versuchsreihen mit den linienförmigen Schutzsysteme zeigten, dass unter Berücksichtigung der beiden bisher verfügbaren und international im Einsatz befindlichen Zertifizierungsprogramme insbesondere der bewährte und im operativen Hochwasserschutz üblicherweise eingesetzte Sandsackdamm sowie je nach betrachtetem Zertifizierungsprogramm vier bzw. acht SSES keine Zertifizierung wegen einer erhöhten, jedoch technisch beherrschbaren Wasserdurchlässigkeit trotz ausreichender Standsicherheit und positiver Bewertung der Handhabbarkeit erhalten hätten. Zudem konnten Erkenntnisse hinsichtlich der Standsicherheit von SSES auf einem weichen Untergrund gewonnen werden. Im Gegensatz zum Einsatz auf einem festen Untergrund wie Beton weisen insbesondere punktuell gelagerte Systeme auf einem weichen, durchfeuchteten Untergrund Defizite auf, so dass die Standsicherheit gemäß Herstellerangaben z. T. nicht eingehalten werden konnte. Unter Berücksichtigung der Testergebnisse kann dem überwiegenden Teil der untersuchten SSES eine gute Einsatzfähigkeit attestiert werden, fraglich ist jedoch, ob die beiden bisher im internationalen Raum verfügbaren Zertifizierungsprogramme eine Praxistauglichkeit aufweisen.
description: Operational Flood Protection - Suitability, use and Performance of Sandbag Replacement Systems in Practice-Oriented Test Series Extreme flood events such as the 2013 flooding in Central Europe and 2017 flooding in southern Lower Saxony demonstrate that an enormous amount of material and personnel is required for the deployment of sandbag systems to defend dyke lines at risk of breaching and to protect low-lying habitats and objects against flooding. Their construction also requires time, which is available in limited supply during a flood scenario. Therefore, despite all efforts, flood damage amounting to millions of Euros occurs over and over because the necessary protective measures cannot be sufficiently deployed on site in a timely manner. Due to the expected increased frequency of extreme weather events resulting from climate change, it can be assumed that this problem will worsen in the future. In addition to sandbag systems, so-called sandbag replacement systems (SBRS) can also be used in operational flood protection, whereby the latter can be installed and dismantled many times faster and with less strain on personnel and resources. Consequently SBRS enable the protection of a greater distance in a shorter time. However, the use of many available systems such as water-filled hose systems or simple folding systems is considered debatable, and they are mostly not used in Germany due to a lack of confidence in the designs or a lack of certification programmes. In Germany, there is no certification programme for SBRS so far, although two certification programmes for SRBS exist at the international level, whereby the latter only include a realistic test implementation and test evaluation to a limited extent. For example, the international certification tests are generally carried out on a smooth and cleaned concrete substrate, whereas systems in operational flood protection are used on a wide variety of substrates such as grass, gravel and cobblestones, and possibly with terrain variations in the form of pavements, etc. Furthermore, testing for the international certification requires meeting a decisive and very strict evaluation criterion for water permeability of the system. This means that the sandbag dam, which has proven itself in operational flood protection, would not receive certification as a mobile flood protection system under either international certification scheme.In order to test the suitability, use and functional capability of SBRS for the defence of dyke sections at risk of breaching and for the protection of low-lying areas under practical boundary conditions, a test facility specially designed for this purpose was set up in cooperation with the training centre of the Technisches Hilfswerk (THW) in Hoya. The facility consists of a 15 m long and 3 m high homogeneously constructed dyke equipped with sensor technology, and a water impoundment area in which flood events can be simulated as often as desired. At the test facility, dyke defence systems installed on the inner or outer slope of the dyke can be loaded with different water levels, and the resulting seepage line locations within the dyke body as well as the seepage volumes can be measured. At the test facility, it is also possible to test fully mobile linear flood protection systems set up on a grass subsoil, with regard to the parameters of assembly and dismantling time, stability and water permeability. A total of 14 SBRS and four sandbag constructions were tested as reference systems at the test facility for suitability, use and functional capability in operational flood protection. The tests showed that all SBRS could be erected and dismantled in a significantly shorter time and with less labour than the sandbag constructions. Of the three tested dyke defence measures, it was found that installation of tarpaulin sheeting on the wet side of the dyke embankment does not have a positive effect on the reduction of the seepage line position and is therefore not recommended for practical use. On the other hand, the two alternative dyke defence measures showed very positive results and a recommendation is made for the practical adoption of these SBRS as an effective and resource-saving application. According to the strict evaluation criteria of the two international certification programmes, sandbag dam protection is not certifiable because water permeability limits are exceeded, despite being operationally usable. Similarly, testing of the linear defence systems showed that, depending on the certification, four or eight SBRS would not have received certification because water permeability limits are exceeded. However it is considered that the exceeded water permeability volumes were practically controllable and the systems sufficiently stable. In addition, findings were obtained regarding the stability of SBRS on a soft subsoil. In contrast to their use on solid ground such as concrete, systems supported at points were deficient on soft, soaking wet subsoil, showing instability, despite system manufacturer's specifications indicating these systems would be stable. Taking into account the test results, the majority of the tested SBRS are deemed to have a good usability, but it is debatable whether the two international certification programmes available so far are practically suitable.