Erläuterungsbericht Hydraulik Fendlbach

Gemeinde Herrsching
Ortsteil Lochschwab
Landkreis Weilheim-Schongau
Studie
Gemeinde Herrsching – Hydraulische Überrechnung des Fendlbaches im Bereich des Bebauungsplanes Nr. 66 „Lochschwab Nord/Ost
AUßENGEBIETSBETRACHTUNG
Vorhabensträger:
, den .......................
(Stempel, Unterschrift)
aufgestellt:
Neusäß, 31.03.2015
Projekt-Nr. 115108
SSTE/MTRA/mtra
Steinbacher-Consult
Ingenieurgesellschaft mbH & Co. KG
Richard-Wagner-Straße 6
86356 Neusäß
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Hochwasserschutz
INHALTSVERZEICHNIS
1. Vorhabensträger ..................................................................................................................... 4
2. Anlass und Zweck des Vorhabens ........................................................................................ 4
3. Bestehende Verhältnisse ....................................................................................................... 4
3.1 Lage des Vorhabens ......................................................................................................... 4
3.2 Geologische, bodenkundliche, morphologische und sonstige Grundlagen ........................ 5
3.3 Land- und forstwirtschaftliche Bodennutzung .................................................................... 7
3.4 Hydrologische und topographische Daten ......................................................................... 7
3.4.1 Klimatische Verhältnisse ........................................................................................ 7
3.4.2 Hydrologische Informationen ................................................................................. 8
3.5 Sparten- und Kreuzungsbauwerke .................................................................................. 11
3.6 Grundwasserverhältnisse ................................................................................................ 11
4. Hydraulische Untersuchung ................................................................................................ 12
4.1 Hydraulische Grundlagen ................................................................................................ 12
4.2 Vorgehensweise .............................................................................................................. 14
4.3 Ergebnisse der hydraulischen Überrechnung des Fendlbaches ...................................... 16
5. Schlussbemerkung .............................................................................................................. 18
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ABBILDUNGS- UND TABELLENVERZEICHNIS
Abbildung 1: Lage des zukünftigen Baugebietes „Lochschwab Nord/Ost“. Ausschnitt aus der
Digitalen Ortskarte 1:10.000 (Quelle: Landesamt für Vermessung und
Geoinformation Bayern). .......................................................................................... 5
Abbildung 2: Ausschnitt aus der Standortkundlichen Bodenkarte im Maßstab 1:50.000 mit
Legendenausschnitt (Quelle: Bayerisches Landesamt für Umwelt). ......................... 7
Abbildung 3: Klimadiagramm für die Gemeinde Herrsching am Ammersee (Station Wielenbach) im
langjährigen Mittel für den Zeitraum 2005 – 2015 (Quelle: www.wetterdienst.de)..... 8
Abbildung 4: Einzugsgebiete des Fendlbaches und potentielle Fließwege von wild abfließendem
Oberflächenwasser. ............................................................................................... 10
Abbildung 5: HQ100-Überschwemmungssituation im Bereich des zukünftigen Baugebietes
Lochschwab Nord/Ost und Volumen des Retentionsraumes im Bereich des
betroffenen Gebäudes............................................................................................ 17
Tabelle 1: Starkniederschlagshöhen für Herrsching am Ammersee aus dem Kostra-DWD-Atlas .... 9
Tabelle 2: Einzugsgebietsparameter der Einzugsgebiete des Bereiches Lochschwab Nord/Ost ... 11
Tabelle 3: HQ100-Maximalabfluss, Zeitpunkt des Maximalabflusses und Gesamtabflussvolumen
der Einzugsgebiete des Bereiches Lochschwab Nord/Ost ..................................... 11
Tabelle 4: Rauhigkeiten im hydraulischen Modell (Quelle terrestrische Fotoaufnahmen:
Steinbacher-Consult 2015; Quelle Luftbild: Bayerische Vermessungsverwaltung) . 12
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1.
Vorhabensträger
Vorhabensträger der vorliegenden hydrologischen Untersuchung auf regionalen Gebietsparametern und hydraulischen Überrechnung des Fendlbaches ist die
Gemeinde Herrsching am Ammersee
Bahnhofstraße 12
82211 Herrsching am Ammersee
vertreten durch Herrn Bürgermeister Christian Schiller.
2.
Anlass und Zweck des Vorhabens
Im Zusammenhang mit der Erstellung des Bebauungsplanes Nr. 66 Lochschwab Nord-Ost
wurde der Gemeinde Herrsching von Seiten des Wasserwirtschaftsamtes Weilheim empfohlen, die HQ100-Überschwemmungsgrenzen für den Fendlbach in diesem Bereich zu
ermitteln.
3.
Bestehende Verhältnisse
3.1
Lage des Vorhabens
Die Gemeinde Herrsching am Ammersee gehört zum Landkreis Starnberg. Herrsching liegt
etwa 34 km südöstlich von München und 12 km westlich von Starnberg. Das zukünftige
Baugebiet „Lochschwab Nord/Ost“ befindet sich im nordwestlichen Bereich der Siedlungsfläche von Herrsching (vgl. Abb. 1).
Naturräumlich ist das Gemeindegebiet Teil des Ammer-Loisach-Hügellandes, einer durch
würmzeitliche End- und Grundmoräne des Isarvorlandgletschers geprägten, stark reliefierten Landschaft.
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Abbildung 1: Lage des zukünftigen Baugebietes „Lochschwab Nord/Ost“. Ausschnitt aus
der Digitalen Ortskarte 1:10.000 (Quelle: Landesamt für Vermessung und Geoinformation
Bayern).
3.2
Geologische, bodenkundliche, morphologische und sonstige Grundlagen
Die Böden und der geologische Untergrund bestimmen über Substrateigenschaften, Porenvolumen, Bodenfeuchte und Lagerungsdichte die Infiltrationskapazität und damit das Niederschlagsrückhaltepotenzial der Einzugsgebiete. Bodenkundliche und geologische Informationen sind unter anderem dem GeoFachdatenAtlas des Bodeninformationssystems
Bayern entnommen (online verfügbar unter www.bis.bayern.de).
Den geologischen Untergrund im Raum Herrsching ist durch die würmzeitlichen Jungmoränen geprägt, deren Korngrößenspektrum die Spanne zwischen sandigem Kies und kiesig-
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sandigem Schluff umfasst und schlecht sortiert vorliegen. Dabei haben sich auf den wasserdurchlässigen Endmoränen vor allem Parabraunerden, z.T. auch Braunerden auf den
mittel- bis tiefgründig, schluffig-lehmigem bis sandig-lehmigem Moränenverwitterungshorizont gebildet. Stellenweise haben sich auf der Grundmoräne, die ein feinkörniges und bindiges Ausgangsmaterial besitzen, staunasse Böden, sogenannte Pseudogleye entwickelt,
die in tieferen Lagen und Senken oftmals in Gleye und Moorböden übergehen (vgl. Abb. 2).
Diese Böden sind relativ stark erosionsanfällig, so dass in Muldenlagen oder im Bereich der
Hangfüße Kolluvien abgelagert sind, die abhängig vom umgelagerten Bodenmaterial mehr
oder weniger anfällig für Staunässe sind. Da die Genese der Böden stark vom geologischen
Untergrund, dem Klima, Relief und weitere Faktoren abhängig ist, können kleinräumig unterschiedlichste Bodentypen entwickelt sein, die auf kleinmaßstäblichen Karten nur unzureichend wiedergegeben werden können.
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Abbildung 2: Ausschnitt aus der Standortkundlichen Bodenkarte im Maßstab 1:50.000 mit
Legendenausschnitt (Quelle: Bayerisches Landesamt für Umwelt).
3.3
Land- und forstwirtschaftliche Bodennutzung
Die Landnutzung im nahen Ortsbereich wird von der Landwirtschaft dominiert. Um die Siedlungsfläche von Herrsching und dem Ortsteil Lochschwab werden die Flächen landwirtschaftlich genutzt, während die nördlich und westlich daran angrenzenden, topographisch
höher gelegenen Flächen forstwirtschaftlich genutzt werden. Diese liegen teilweise außerhalb des Einzugsgebietes des Fendlbaches.
3.4
Hydrologische und topographische Daten
3.4.1 Klimatische Verhältnisse
Klimatisch gesehen liegt das Untersuchungsgebiet im Bereich des feucht-kühlen Alpenvorlandes – ein feuchtgemäßigtes Klima mit warmen Sommern. Die Klimaklassifikation nach
Köppen ist Cfb. Die durchschnittliche Jahresniederschlagsmenge beträgt ca. 944 mm, wobei selbst der trockenste Monat noch hohe Niederschlagsmengen aufweist. Die Jahresdurchschnittstemperatur beträgt ca. 8,3 °C, wobei die Durchschnittstemperatur in der Vegetationszeit (Mai bis September) ca. 15 °C erreicht (vgl. Abb. 3).
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Diese Klimadaten sind langjährige statistische meteorologische Mittelwerte für den Zeitraum
2005 – 2015. Extremereignisse mit Extremwerten für Niederschlagshöhe und Temperatur
bilden diese nicht ab.
Abbildung 3: Klimadiagramm für die Gemeinde Herrsching am Ammersee (Station Wielenbach) im langjährigen Mittel für den Zeitraum 2005 – 2015 (Quelle: www.wetterdienst.de).
3.4.2 Hydrologische Informationen
Einzugsgebiete und Abflussganglinien für das Niederschlags-Abfluss-Modell im Bereich
Lochschwab der Gemeinde Herrsching wurden von Steinbacher-Consult mit einem GISgestützten N/A-Modell nach regionalisiertem SCS-Verfahren auf Grundlage der Ermittlungsvorgaben der DVWK aufgestellt. Als Modellregen wurden die KOSTRA-DWD 2000
2.2.1 Niederschlagshöhen für das Rasterfeld Spalte 46, Zeile 95 der Jährlichkeit 100 in einer DVWK-Niederschlagsintentsitätsverteilung (mittenbetont) angesetzt (vgl. Tabelle 1).
Nach Rücksprache mit dem Wasserwirtschaftsamt Weilheim wurde ein weiterer Rechenlauf
mit den KOSTRA-DWD Niederschlagshöhen für das Rasterfeld Spalte 45, Zeile 95 mit im
Vergleich zum ersten Rechenlauf um ca. 10% erhöhten CN-Werten durchgeführt. Für die
hydraulische Überrechnung des Fendlbaches wurde der Mittelwert aus den beiden Rechenläufen verwendet.
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Die Abflüsse im Ist-Zustand wurden für ein HQ100 ermittelt und mit dem Wasserwirtschaftsamtes Weilheim abgestimmt (Email Natalie Stahl vom 06.03.2015). Da es sich um
ein nicht beobachtetes Einzugsgebiet handelt, liegen keine langjährigen Messreihen der
Abflusshöhe und des Abflussganges des Fendlbaches vor, so dass die Abflusskenngrößen
des Gewässers nicht bekannt sind. Zudem sind die Abflussmengen stark durch die Nutzung
des Einzugsgebietsraums geprägt.
Tabelle 1: Starkniederschlagshöhen für Herrsching am Ammersee aus dem Kostra-DWDAtlas
Abbildung 4 zeigt eine Übersicht der mit Hilfe von WMS (Watershed Modelling System 8.1.
HEC1, USACE) abgegrenzten Einzugsgebiete, welche für diese Untersuchung als Berechnungsgrundlage diente. Die wichtigsten Gebietsparameter sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Jene Teileinzugsgebiete, deren Fließrichtung auf den Fendlbach gerichtet ist, umfassen insgesamt 0,39 km2.
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Abbildung 4: Einzugsgebiete des Fendlbaches und potentielle Fließwege von wild abfließendem Oberflächenwasser.
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Tabelle 2: Einzugsgebietsparameter der Einzugsgebiete des Bereiches Lochschwab
Nord/Ost
Einzugsgebiet
Fläche [km²]
Maximale Fließlänge [m]
Durchschnittliches Gefälle [m/m]
CN-Wert Rechenlauf I [-]
HQ100 Rechenlauf I [m³/s]
CN-Wert Rechenlauf II [-]
HQ100 Rechenlauf II [m³/s]
HQ100-Mittelwert aus RL I+II [m³/s]
Dauerstufe [h]
West
0,17
917
0,054
66,2
0,59
73,5
1,03
0,81
1
Mitte
0,1
912
0,052
68,2
0,40
75,7
0,69
0,55
1
Ost
0,13
703
0,051
69,4
0,59
77,1
1,03
0,81
1
Gesamt
0,39
1225
0,052
67,8
1,57
75,3
2,74
2,16
1
Maximalwerte der Abflüsse ergeben sich bei einer Niederschlagsdauer von 60 min und einer Niederschlagshöhe nach KOSTRA-DWD 2000 von 72 mm. Dabei tritt der Zeitpunkt des
maximalen Abflusses für das Gesamteinzugsgebiet nach rund 70 Minuten auf (vgl. Tabelle
3).
Tabelle 3: HQ100-Maximalabfluss, Zeitpunkt des Maximalabflusses und Gesamtabflussvolumen der Einzugsgebiete des Bereiches Lochschwab Nord/Ost
Einzugsgebiet
HQ100 [m³/s]
T des HQ100 [min]
Gesamtvolumen HQ100 [m³]
3.5
West
0,81
70
2631
Mitte
0,55
72
1774
Ost
0,81
65
2559
Gesamt
2,16
70
6964
Sparten- und Kreuzungsbauwerke
Detailbetrachtungen zu Sparten und Kreuzungsbauwerke und damit verbundene Zwangspunkte in der Umsetzung von Maßnahmen sind nicht Bestandteil der Studie.
3.6
Grundwasserverhältnisse
Steinbacher-Consult sind keine Daten zum Grundwasser bekannt und sind nicht Bestandteil
dieser Auswertung.
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4.
Hydraulische Untersuchung
4.1
Hydraulische Grundlagen
Die hydraulische Überrechnung des Fendlbaches wurden mit Hilfe des Programms Hydro_AS-2d (V.3.15) an einem zweidimensionalen Strömungsmodell durchgeführt und mit
dem Programm SMS 10.0 (Surface-Modeling-System) ausgewertet. Das Berechnungsnetz
basiert auf den digitalen Geländedaten des Landesamtes für Vermessung und Geoinformation Bayern (DGM 1 m Raster) und Querprofilaufnahmen des Gewässers im Abstand von
ca. 5 m. Die Vermessungsdaten wurden von Steinbacher-Consult im Juli 2014 sowie März
2015 aufgenommen.
Die Zuweisung von Rauheiten erfolgte gemäß den Maßgaben des Bayerischen Landesamts für Umwelt anhand von Luftbildern (Stand Juli 2012) sowie terrestrischen Fotoaufnahmen (Stand März 2015). Dabei wurde der Bewuchs am und im Gerinne und das
Sohlsubstrat sowie die Vegetationsbedeckung des Vorlandes durch entsprechende Anpassungen bei der Rauigkeit im hydraulischen Modell berücksichtigt.
Im Modell wurden folgende Rauhigkeiten angesetzt:
Tabelle 4: Rauhigkeiten im hydraulischen Modell (Quelle terrestrische Fotoaufnahmen:
Steinbacher-Consult 2015; Quelle Luftbilder: Bayerische Vermessungsverwaltung 2012)
Material / Oberfläche
Gerinne,
mäßig
Strickler-
Beispiel (Lochhauser Fischbach)
Beiwert
22
stark bewachsen,
Feinsedimente
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Uferbereiche,
22
mäßig stark bewachsen
Auewald/Wald,
12
dicht bewachsen
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Grünfläche
24
Verkehrsflä-
45
che/Asphalt
4.2
Vorgehensweise
Für die Ermittlung der HQ100- Überflutungsflächen wurde ein zweidimensionales hydrodynamisch-numerisches Modell aufgebaut. Eingesetzt wurde das 2D-Strömungsmodell HYDRO_AS-2D, welches auf der numerischen Lösung der zweidimensionalen tiefengemittelten
Strömungsgleichungen mit der Finite-Volumen-Diskretisierung basiert.
Für die Netzgenerierung wurde in einem ersten Schritt aus aufgenommenen Querprofildaten des Fendlbaches das Flussschlauchnetz erstellt und in das, aus den DGM 1-Daten triangulierte Vorlandnetz eingebunden. Den Netzelementen wurden anhand von Luftbildaufnahmen (Stand Juli 2012) und Fotoaufnahmen des Gewässers und des Vorlandes (Stand
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März 2015) Rauheitsbeiwerte zugeordnet. Die verwendeten Strickler-Werte sind in Tabelle
4 aufgeführt.
Das hydrodynamisch-numerische Modell erfasst die Geometrie des Gerinnes und bildet und
simuliert die hydraulischen Eigenschaften von Sonderbauwerke, wie z.B. Brücken äußerst
exakt nach. Durchlassbauwerke (Verrohrungen) wurden über eine 1d-Abflussbeziehung
(Poleni) als eine Nodestring-Bedingung im Modell berücksichtigt. Aufgrund der Sedimentbelastung der Rohrsohlen und zugewachsenen Ein- und Ausläufen wurde für die Durchlässe
ein Abflusskoeffizient von 0,75 gewählt.
Als Zuflussrandbedingung wurden die mit Hilfe des Niederschlags-Abfluss-Modells ermittelten HQ100-Abflusshöhen stationär angesetzt. Dabei wurde der Abfluss aus dem EZG West
und EZG Mitte zu Beginn der Gewässerstrecke mit Q = 1,36 m³/s angesetzt. Der Abfluss
aus dem EZG Ost wurde an einem Seitenzulauf des Fendlbaches mit Q = 0,81 m³/s angesetzt (vgl. Abb. 5).
Abbildung 5: Lage und Höhe der angesetzten Zuflüsse im hydraulischen Modell
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4.3
Ergebnisse der hydraulischen Überrechnung des Fendlbaches
Die hydraulische Leistungsfähigkeit eines Fließgewässers ist insbesondere abhängig von
der Gerinnedimension, dem Gefälle, der morphologischen Gerinnestruktur, der Bewuchsund Sohlstruktur (Rauheit), dem Böschungsmaterial und Böschungsbewuchs (Rauheit) und
der Linienführung (Laufkrümmung) sowie der darin befindlichen Bauwerken und Kreuzungsbauwerken. Die Leistungsfähigkeit der Bauwerke (Verrohrungen) ist abhängig von der
Nennweite der Durchlässe bzw. der lichten Höhe und Weite kreuzender Brückenbauwerke
und dem Gefälle sowie der Ein- und Auslaufsituation und ihrer Lage im Gerinne.
Die Gerinneabmessungen des Fendlbaches sind im Bereich des Bebauungsplanes Nr. 66
Lochschwab Nord/Ost für den HQ100-Abfluss nicht ausreichend, so dass stellenweise Ausuferungen auftreten und das ausgeuferte Wasser streckenweise gerinneparallel von West
nach Ost fließt.
Zudem sind die im Untersuchungsraum befindlichen drei Verrohrungen nicht leistungsfähig
genug um den HQ100-Abfluss ohne Rückstau und dadurch ausgelöste oberstromige Ausuferungen abzuleiten. Die hydraulische Leistungsfähigkeit des westlichen Betonrohres DN
300 beträgt rund 0,15 m³/s bei einem HQ100-Abfluss von 1,36 m³/s für diesen Gerinneabschnitt. Die weiter unterstrom folgende Verrohrung mit der Nennweite DN 400 ist in der Lage 0,16 m³/s abzuleiten. Das östliche Betonrohr DN 600 führt bei einem HQ100-Abfluss von
2,16 m³/s rund 0,51 m³/s ab. Das restliche Wasser ufert aus und strömt nördlich und südlich
am Bauwerk vorbei und unterhalb des Bauwerks zurück in das Gerinne. Somit stellen vor
allem die Verrohrungen aufgrund ihrer geringen Leistungsfähigkeit die hydraulischen
Zwangspunkte des Fendlbaches im Untersuchungsraum dar.
Aufgrund der Topographie sind die Ausuferungen des Fendlbaches im Untersuchungsraum
auf einen schmalen, gerinneparallelen Bereich des Vorlandes begrenzt, der sich maximal
rund 13 m in das Vorland ausdehnt. Sollte der Bebauungsplan Nr.66 Lochschwab Nord/Ost
entsprechend der Planung des Planungsverbandes Äußerer Wirtschaftsraum München vom
15.12.2014 umgesetzt werden, wäre bei einer derzeitigen HQ100-Ereignisbewertung ein
Wohngebäude betroffen.
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Durch die Errichtung dieses Wohngebäudes im HQ100- Überschwemmungsgebiet des
Fendlbaches geht ein vernachlässigbarer Retentionsraum von ca. 0,15 m³ verloren (vgl.
Abb. 5). Daher sind bei Umsetzung des Bebauungsplanes keine negativen Auswirkungen
hinsichtlich der Überschwemmungsflächen auf Unterlieger zu erwarten.
Die sich aufgrund der unzureichenden Gerinnedimensionierung und unzureichend leistungsfähigen Verrohrungen ergebenden HQ100-Überschwemmungsflächen sind in folgendem Planausschnitt des Planes 115108-02-KP dargestellt (Abb. 6).
Abbildung 6: HQ100-Überschwemmungssituation im Bereich des zukünftigen Baugebietes
Lochschwab Nord/Ost und Volumen des Retentionsraumes im Bereich des betroffenen Gebäudes.
Es wird darauf hingewiesen das die vorliegende HQ100 Betrachtung eine derzeitige hydrologische Bewertung darstellt. Hydrologische Ansätze können sich auf Grund der Klimaveränderung ändern und somit zu veränderten Betroffenheiten führen.
Auch wenn andere Gebäude derzeit nicht durch den Abfluss betroffen sind, kann dies nicht
vollständig ausgeschlossen werden. Hydrologische Veränderungen, Verklausungen an
Durchlässen oder Verschlechterungen der hydraulischen Gerinneleistungsfähigkeit können
zu höheren Wasserspiegellagen und Schäden an der Bebauung führen.
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5.
Schlussbemerkung
Im Rahmen der hydraulischen Überrechnung des Fendlbaches wurde eine hydrologische
Untersuchung für das Einzugsgebiet des Fendlbaches im Bereich des Bebauungsplanes
Nr. 66 Lochschwab Nord/Ost durchgeführt. Es sollte die hydrologische Belastung für ein
HQ100-Ereigniss für den Fendlbach und das angrenzende zukünftige Baugebiet Lochschwab Nord/Ost ermittelt werden und die Überschwemmungsflächen dargestellt werden.
Das Einzugsgebiet des Fendlbaches bis kurz vor Unterquerung des Oberen Stocketweges
beträgt 0,39 km². Nach Untersuchung mit einem Niederschlagsabfluss-Modell sind bei einem HN100-Niederschlagsereignis und der maßgebenden Dauerstufe von 60 min ein
Hochwasserscheitelabfluss von 2,16 m³/s zu erwarten. Dieser HQ100-Abfluss führt streckenweise zu Überflutung der gerinnenahen Vorlandbereiche. Die nach Bebauungsplan Nr.
66 Lochschwab Nord/Ost vorgesehene Bebauung greift nur minimal in den Retentionsraum
des
Fendlbaches
ein.
Lediglich
ein
Gebäude,
welches
im
HQ100-
Überschwemmungsbereich des Fendlbaches errichtet werden soll, würde ein Retentionsraum von maximal 0,15 m³ verdrängen. Aufgrund der geplanten Erdgeschossrohfußbodenhöhe von 543,00 müNN sind bei einer HQ100-Wasserspiegellage von 542,73 müNN in diesem Bereich und bei derzeitiger hydrologischer und hydraulischer Bewertung die Gebäude
als nicht im unmittelbaren Hochwasserabflussbereich zu bewerten.
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