Deutsches Talsperrenkomitee (DTK)


MITGLIED DER INTERNATIONALEN TALSPERRENKOMMISSION (ICOLD)

Auswirkungen des Extremhochwassers vom August 2002 auf die Sicherheit der Talsperren, Hochwasserrückhaltebecken und Wasserspeicher der Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen - eine erste Einschätzung

Hans - Ulrich Sieber

1 Beanspruchungssituation

Durch das Hochwasser vom 11. bis 15. August 2002 wurden viele Talsperren, Wasserspeicher und Hochwasserrückhaltebecken der sächsischen Landestalsperrenverwaltung (LTV) außergewöhnlichen Beanspruchungen ausgesetzt. Infolge dergroßflächigen Starkniederschläge vor allem im gesamten Erzgebirge kam es zu extremen Hochwasserzuflüssen zu den Stauanlagen, die die der Bemessung der Stauanlagen zu Grunde liegenden Hochwasserbemessungszuflüsse in einer Reihe vonFällen erreichten oder sogar überschritten.

Als Bemessungshochwasserzufluss (BHQ1) für die Bemessung der Hochwasserentlastungsanlage einer Talsperre gilt nach der zurzeit geltenden einschlägigen technischen Regel DIN 19700-11 (01/1986) "Stauanlagen-Talsperren" ein Zufluss mit einem statistischen Wiederkehrsintervall von 1000 Jahren (HQ1000). Nach der noch nicht in Kraft befindlichen überarbeiteten Fassung der o.g. Norm E DIN 19700-11 (08/2001) ist zusätzlich nachzuweisen, dass die Stand-bzw. Tragsicherheit einer Talsperre auch bei Auftreten eines 10000 jährigen Hochwasserereignisses (BHQ2 = HQ10000) gewährleistet seinmuss. Darüber hinausgehende Forderungen bleiben individuellen Risikoabwägungen vorbehalten, die insbesondere das mit dem Bestand der Stauanlage verbundene Gefährdungspotential berücksichtigen müssen. Die geforderten Bemessungshochwasserzuflüsse für die Stauanlagen der LTV sind in hydrologischen Gutachten angegeben, die von einem unabhängigen Ingenieurbüro erarbeitet und von den zuständigen Behörden geprüft und 1999 bestätigt wurden.

Nach ersten Auswertungen sind infolge des flächendeckenden Hochwasserereignissesim August 18 Talsperren u. Speicher, 10 Kunstteiche der Revierwasserlaufanstalt Freiberg (RWA) und 4 Hochwasserrückhaltebecken nahezu gleichzeitig "übergelaufen", d.h. ihre Hochwasserentlastungsanlagen waren angesprungen. Im einzelnen waren das die in Tabelle 1 aufgeführten insgesamt 32 Stauanlagen!
Dies ist eine in der Geschichte der sächsischen Stauanlagen bislang einmalige Situation.

Sowieso im Überlauf betriebene Vorsperren und Vorbecken von Talsperren und die zurzeit ebenso betriebene Talsperre Windischleuba bleiben in vorstehender Aufzählung unberücksichtigt. Die Bilder 1 und 2 zeigen die Talsperren Klingenberg und Eibenstock in der Überlaufphase.

Extremhochwasser Dresden 2002 / 1
Bild 1: Talsperre Klingenberg

Extremhochwasser Dresden 2002 / 2
Bild 2: Talsperre Eibenstock

Es ist davon auszugehen, dass von den o.g. hochwasserbedingt "übergelaufenen" Stauanlagen über 50 % durch Hochwasserereignisse beansprucht wurden, die ein 100-jähriges Ereignis (HQ100) überschritten. Eine Auswahl der Talsperren, die den größten Ereignissen ausgesetzt waren, beinhaltet Tabelle 2. In dieser Tabelle 2 sind für die enthaltenen Talsperren die Hochwasserbemessungsgrößen und die Parameter der tatsächlich eingetretenen Hochwasserereignisse gegenübergestellt.

Es ist festzustellen, dass vorbehaltlich weiterer Analysen (insbesondere die RWA -Teiche und die Hochwasserrückhaltebecken betreffend) mindestens 6 Talsperren den Bemessungsfall "erlebt" haben, und zwar – entsprechend den hydrologischen Gutachten von 1999 – sogar den sogenannten Hochwasserbemessungsfall 2 mit BHQ2 = HQ10000. Dabei handelt es sich um folgende Talsperren: Als Besonderheit ist zu vermerken, dass die Talsperre Rauschenbach trotz des extremen Hochwasserzuflusses nicht übergelaufen ist. Sie war wegen Brückenbauarbeiten im Stauraum bis auf einen Restinhalt von 3,02 Mio m³ entleert und konnte die zufließende Hochwasserwelle mit ca. 11 Mio m³ Volumen vollständig aufnehmen ohne Vollstau zu erreichen. Der sehr schnelle Stauspiegelanstieg stellt jedoch ebenfalls eine außergewöhnliche Belastung dar.

Bei den nach aktueller Gutachtenlage von HQ10000 betroffenen Talsperren fällt auf, dass es sich um Talsperren mit für hiesige Verhältnisse relativ großen Einzugsgebieten handelt. Das deutet möglicherweise darauf hin, dass in den aktuellen hydrologischen Gutachten großflächig wirkende Hochwasserabflüsse unterschätzt wurden. Hier zeigt sich Überprüfungsbedarf.
Weiter ist aus den Angaben in Tabelle 2 zu erkennen, dass an vier Talsperren die nominellen Kapazitäten der Hochwasserentlastungsanlagen erreicht bzw. überschritten wurden.

Wie eingangs erwähnt, sind für die Stand- bzw. Tragsicherheit der Absperrbauwerke von Stauanlagen die aus der Hochwasserbeanspruchung resultierenden Wasserstände (Stauhöhen) und damit Wasserdrücke maßgebend.
Tabelle 1 zeigt für alle Talsperren und Wasserspeicher, bei denen infolge des Hochwassers die Hochwasserentlastungsanlage angesprungen war, die resultierenden Stauhöhen im Vergleich zu den in den aktuellen Standsicherheitsnachweisen nach geltender Norm DIN 19700-11 (01/1986) zu berücksichtigenden höchsten Stauzielen ZH1 infolge HQ1000.

Aus der Gegenüberstellung dieser Stauhöhen geht hervor, dass das Stauziel ZH1 in 14 Stauanlagen erreicht oder überschritten wurde, davon allein an 8 Kunstteichen der Revierwasserlaufanstalt (RWA). Aus letzterem kann in Ergänzung zu den obigen

Aussagen zu den Hochwasserzuflussgrößen trotz notwendiger weiterer Analysen betreffs der RWA -Teiche bereits darauf geschlossen werden, dass auch diese Stauanlagen praktisch durchweg mehr als einem HQ1000 – wahrscheinlich wie die o.g. Talsperren in diesem Gebiet ebenfalls einem HQ10000 – ausgesetzt waren.

Eine Überschreitung von ZH1 bedeutet die Inanspruchnahme des Freibordes der jeweiligen Stauanlage für die Beherrschung des Hochwasserzuflusses. Nach E DIN 19700-11 (08/2001) ist dies zulässig im Hochwasserbemessungsfall 2, d.h. wenn der Hochwasserzufluss BHQ1 = HQ1000 überschreitet bis hin zur Größe von BHQ2 = HQ10000.

Da an den Stauanlagen, in denen der Freibord partiell in Anspruch genommen wurde, die Hochwasserzuflüsse während des Augusthochwassers praktisch BHQ2 entsprochen haben, kann diese Freibordinanspruchnahme grundsätzlich als zulässig bewertet werden. Da jedoch der verbleibende Freibord in vier Fällen sogar weniger als 50 cm betrug, bleibt zu prüfen, ob dies künftig unter Sicherheitsgesichtspunkten hinnehmbar ist. Die Größe des im Freibordmaß enthaltenen Sicherheitszuschlages muss in diesen und weiteren Fällen möglicherweise neu definiert und festgelegt werden.

An der Talsperre Klingenberg wurde bei einem verbleibenden Freibord von nur noch 6 cm nahezu Kronenstau erreicht. In statischer Hinsicht ist dies jedoch unbedenklich, da die Staumauer der Talsperre Klingenberg (wie übrigens auch die der Talsperre Malter) so bemessen und gestaltet wurde, dass selbst bei Kronenstau und vollem Sohlenwasserdruckansatz ausreichende Tragreserven gegeben sind und die erforderliche Sicherheit nachgewiesen werden kann.

2 Verhaltens- und Sicherheitsbewertung

In Anbetracht der in Abschn. 1 beschriebenen Beanspruchungssituation an einer Vielzahl von Stauanlagen der LTV ist es geboten, eine Einschätzung dahingehend vorzunehmen, wie die vom Hochwasser beanspruchten Stauanlagen unter den er-höhten bis extremen Belastungen reagiert haben und ob es stand-bzw. tragsicherheitsgefährdende Auswirkungen gegeben hat.

Zu diesem Zweck wurden in der LTV zeitnah nach Ablauf des Hochwassers erste Einschätzungen der Ergebnisse der messtechnischen Überwachung der vom Hoch-wasser betroffenen Absperrbauwerke vorgenommen. Diesen Einschätzungen liegen sowohl die Ergebnisse von Messungen unmittelbar während des Zeitraumes der er-höhten hochwasserbedingten Beanspruchung als auch Vergleiche der Messergebnisse von Messungen vor und nach der Hochwasserbeanspruchung zu Grunde. Messungen unter Höchstbelastungsbedingungen, d.h. direkt zum Zeitpunkt der höchsten Wasserstände, stehen trotz ereignisabhängig verdichteter Messungen nur begrenzt zur Verfügung, da insbesondere manuelle Messungen oftmals hinter anderen dringend erforderlichen Tätigkeiten des Staupersonals zurückstehen mussten. Als von Vorteil haben sich automatisierte Messverfahren erwiesen, die praktisch kontinuierliche Messergebnisse lieferten, sofern die Stromversorgung erhalten blieb.

Im Fall des Vergleiches von Messergebnissen von vor und nach den Belastungsmaxima durchgeführten Messungen wird unterstellt, dass bei quantitativ vergleichbaren Messergebnissen entweder belastungsabhängige Messergebnisänderungen nicht zu verzeichnen waren oder bereits wieder rückgestellt sind. Gefahrdrohende Messergebnisse werden insoweit ausgeschlossen.

Aus den anlagenkonkret vorgenommenen Ergebniseinschätzungen lässt sich folgende zusammenfassende Bewertung vornehmen:

  1. Die Absperrbauwerke der Talsperren und Speicher haben auf den hochwasser-bedingten Belastungszuwachs reagiert. Insbesondere kam es zu Zunahmen des Sickerwasseranfalls, zu Deformationen in Richtung Luftseite und zu Sohlenwasserdruckerhöhungen. In Fällen bisher noch nicht erreichter Belastungsbedingungen wurden bisher gemessene Maxi-malwerte von Messgrößen überschritten. Die registrierten Messwertveränderungen sind durchweg als der Belastungsart entsprechend und der Belastungsgröße angemessen zu beurteilen. Soweit bis jetzt erkennbar, sind atypische Bauwerksreaktionen nicht aufgetreten.
  2. Nach der bisherigen Kenntnislage ist das an den Absperrbauwerken gemessene belastungsabhängige Verhalten als reversibel zu bezeichnen (vgl. Bild 3 zur Talsperre Lehnmühle). In vielen Fällen haben sich die Messwertgrößen von vor der Hochwasserbeanspruchung bereits wieder eingestellt. In den anderen Fällen ist zumindest eine rückläufige Tendenz der Messwertentwicklung zu beobachten. Die Rückstellungszeiträume sind von den Entlastungsgeschwindigkeiten und den jeweiligen Baukonstruktionen abhängig. Weitere Folgemessungen sind für abschließende Beurteilungen abzuwarten und in den anlagenkonkreten Sicherheitsberichten für das Jahr 2002 zu bewerten.

    Extremhochwasser Dresden 2002 / 3
    Bild 3

  3. Aus den Ergebnissen der messtechnischen Bauwerksüberwachung vor, während und nach der Hochwasserbeanspruchung im August 2002 ergeben sich keine Hinweise auf die Stand-bzw. Tragsicherheit und die Gebrauchstauglichkeit der Absperrbauwerke gefährdende Zustände oder Schäden. Die globale Sicherheit der Talsperren und Speicher der LTV war während des Hochwasserereignisses gegeben. Nachhaltige Beeinträchtigungen der Stand-bzw. Tragsicherheit durch dieses Ereignis sind nach jetzigem Kenntnisstand nicht zu erwarten.

3 Hochwasserschäden

Ungeachtet der vorstehenden Sicherheitsaussagen hat das Hochwasser an den Stauanlagen der LTV seine Spuren in Form von Schäden hinterlassen. Die eingetretenen Schäden wurden in der LTV anlagenkonkret zusammengestellt und in einer Fotodokumentation veranschaulicht. Als Beispiele daraus zeigen die Bilder 4 bis 7 Schäden an der Talsperre Klingenberg und am Hochwasserrückhaltebecken Buschbach.

Extremhochwasser Dresden 2002 / 4
Bild 4: Klingenberg, beschädigte HWE -Kaskade

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Bild 5: Vorsperre Klingenberg, Ausspülungen an der Luftseite

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Bild 6: Klingenberg, zerstörte Laubrechenanlage

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Bild 7: Hochwasserrückhaltebecken Buschbach, Rutschungen an der selben Stelle wie 1999, durch Regen am Beginn des Unwetters entstanden


Aus der Schadensaufstellung geht zusammengefasst folgendes hervor:
  1. An den unmittelbaren Absperrbauwerken (Staumauern/Staudämme) der Stauanlagen der LTV sind infolge des Hochwassers nur geringe oder unbedeutende Schäden entstanden. Die weitaus meisten Bauwerke blieben unbeschädigt. Größere Beschädigungen betreffen lediglich die Vorsperren Klingenberg, Lichtenberg und Saidenbach sowie das Hochwasserrückhaltebecken Buschbach.
  2. Die meisten und schwersten Schäden sind an Hochwasserentlastungsanlagen (insbes. Entlastungsgerinne und Tosbecken) sowie in den Zulauf- und Ablaufbereichen der Stauanlagen einschl. der Zu- und Ablaufpegel entstanden.
Insgesamt sind die Talsperren Klingenberg, Lehnmühle, Malter und Windischleuba (provisorischer Fangedamm) am meisten betroffen. Insbesondere bei den Weißeritz-Talsperren Klingenberg, Lehnmühle und Malter sind die großen Schäden an den Hochwasserentlastungsgerinnen, an den Tosbecken und in den Ablaufbereichen auf die erhebliche Überbeanspruchung der Hochwasserentlastungsanlagen zurückzuführen. Die nominellen Bemessungsabflüsse wurden um bis zu 70 % überschritten (vgl. Tabelle 2). Dank der hydraulischen Überlastbarkeit der Hochwasserüberfälle an diesen Talsperren blieb die Entlastungswirkung der Hochwasserentlastungsanlagen aber voll erhalten. Auch wenn die Überbeanspruchung auf eine Überschreitung der regelgerecht zu Grunde zu legenden Bemessungshochwasserzuflüsse (HQZ >> HQ1000 nach aktueller Gutachtenlage, vgl. Tabelle 2) zurück geht, sind die Hochwasserentlastungsanlagen dieser Talsperren hinsichtlich eventueller Unterbemessung zu überprüfen und ggf. zu ertüchtigen.

Es ist festzustellen, dass die an den Stauanlagen eingetretenen Hochwasserschäden keine Gefahr für die Stand-bzw. Tragsicherheit der Absperrbauwerke und mithin fürdie Gesamtanlage darstellen. Damit bestätigt sich die aus den Ergebnissen dermesstechnischen Bauwerksüberwachung gezogene gleichartige Schlussfolgerung. Im Kontext zum technischen Regelwerk (E DIN 19700-11 (08/2001)) sind die eingetretenen lokalen, nicht standsicherheitsgefährdenden Schäden infolge Extremhochwassers im wesentlichen als hinnehmbar zu bezeichnen.
Die schwere Beschädigung der Vorsperre Klingenberg ist in Anbetracht keines vonder Vorsperre ausgehenden Gefährdungspotentials eher ein technisch-wirtschaftliches als ein Sicherheitsproblem.

Auch wenn die eingetretenen Hochwasserschäden für die Stauanlagensicherheitkeine signifikante Relevanz besitzen, ist ihre möglichst kurzfristige Beseitigung fürdie Wiederherstellung der vollen Funktionsfähigkeit der Anlagen in all ihren Bestandteilen zwingend notwendig.

4 Erste Schlussfolgerungen

In Auswertung des extremen Hochwasserereignisses vom August 2002 sind trotz des bezüglich der LTV-Stauanlagen glimpflichen Verlaufes Konsequenzen zu ziehen, die die Sicherheit gegenüber in Zukunft auftretenden Hochwassern nachhaltig gewährleisten und weiter erhöhen. Vorbehaltlich weitergehender Analysen zeichnen sich bereits heute folgende Erfordernisse ab:
  1. Die hydrologischen Gutachten für die Stauanlagen der LTV sind unter Beachtung des Hochwasserereignisses vom August 2002 zu überprüfen und erforderlichenfalls zu überarbeiten. Insbesondere betrifft das die Größen der Bemessungszuflüsse für die Hochwasserbemessungsfälle 1 und 2 (BHQ1/BHQ2) gemäß E DIN 19700-11 (08/2001).
  2. Für eine Reihe von Stauanlagen sind die im Freibord vorzusehenden Sicherheitszuschläge auf der Grundlage der Einstaubedingungen während des Augusthochwassers zu quantifizieren und neu festzulegen.
  3. Im Ergebnis der aus a) und b) gewonnenen Erkenntnisse sind die Überflutungssicherheitsnachweise für eine ganze Reihe von Stauanlagen neu zu führen.
  4. An einigen Stauanlagen (insbes. Weißeritztalsperren und RWA -Teiche) sind Erfordernisse zur Anpassung der Hochwasserentlastungsanlage zu prüfen und ggf. bauliche oder betriebliche Anpassungsmaßnahmen einzuleiten.
  5. Die Ergebnisse der messtechnischen Bauwerksüberwachung an den Stauanlagen der LTV sind im Rahmen der Sicherheitsberichterstattung für 2002 nochmals abschließend hinsichtlich des Einflusses des Augusthochwassers zu beurteilen. Falls notwendig, sind vertiefte Überprüfungen durchzuführen.
  6. Die messtechnische Ausstattung einer Reihe von Stauanlagen der LTV, insbesondere Staudämme von Talsperren und Hochwasserrückhaltebecken, ist verbesserungs-bzw. ergänzungsbedürftig. An einigen Anlagen sind Erstausstattungen vorzusehen.
  7. Der Automatisierung von wichtigen Messeinrichtungen an Stauanlagen ist ein höherer Stellenwert beizumessen als bisher. Nur mit Hilfe von quasi kontinuierlichen Messungen sind Extrembedingungen repräsentierende Messergebnisse zuverlässig erhältlich.
  8. In der Diskussion um die Vergrößerung der gewöhnlichen Hochwasserrückhalteräume in Stauanlagen sind neben den Hochwasserschutzanforderungen der Unterlieger auch "Sicherheitsinteressen" der Stauanlagen selbst verstärkt zu beachten.
Abschließend sei im Zusammenhang mit der Bewertung des Augusthochwassers im Erzgebirge noch festgestellt, dass uns die Natur gezeigt hat, dass mit dem Auftreten extremer Niederschlags- und Hochwasserereignisse nicht nur theoretisch sondern auch praktisch zu rechnen ist. So gesehen ist die Notwendigkeit der Berücksichtigung von Bemessungshochwasserzuflüssen bis zur Größe von HQ 10000 im Normentwurf E DIN 19700 - 11 (08/2001) eindrucksvoll bestätigt worden. Auch die übrigen Randbedingungen des Talsperrenbetriebes während des abgelaufenen Hochwasserereignisses belegen die Sinnhaftigkeit des im o.g. Normentwurf verankerten zweistufigen Hochwasserbemessungskonzeptes bis hin zu den Festlegungen zur Freibordinanspruchnahme. Die vielen Fragen nach der Katastrophe trotz "stehengebliebener" Talsperren und die nicht auszudenkenden Folgen des Versagens einer Talsperre lassen es dringend geboten erscheinen, sich mit der Sicherheit von Stauanlagen auch bei Extremhochwasser zu befassen.

Anschrift des Verfassers:
Dr. Hans - Ulrich Sieber
Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen
Bahnhofstraße 14
01796 Pirna

Tabelle 1: Stauanlagen der LTV mit angesprungener Hochwasserentlastungsanlage
Stauanlage Maximaler Becken-wasserstand ZH während des Hochwassers August 2002 Höchstes Stauziel ZH1 bei Bemessungshochwasser HQ1.000 Höhe der Absperr- bauwerks- krone Freibord während des Hochwassers August 2002 Hochwasser- entlastungs- anlage HWE angesprungen Vor- entlastung über die Grundablässe Parallel- entlastung über die Grundablässe
mNN mNN mNN m ja/nein ja/nein ja/nein
TS Eibenstock 540,31 541,75 543,00 2,69 ja ja ja
TS Carlsfeld 904,24 904,15 905,55 1,31 ja ja ja
TS Sosa 638,13 639,00 640,00 1,87 ja nein nein
TS Stollberg 444,40 444,53 446,00 1,60 ja ja ja
TS Koberbach 275,11 275,40 277,00 1,89 ja ja ja
TS Pirk 384,29 384,50 386,22 1,93 ja ja nein (schrittweise gedrosselt)
TS Falkenstein 562,24 562,70 564,50 2,26 ja nein ja
TS Saidenbach 439,30 439,20 440,30 1,00 ja nein nein
TS Neunzehnhain I 430,71 430,80 431,50 0,79 ja nein nein
TS Neunzehnhain II 525,25 525,32 526,31 1,06 ja nein nein
TS Einsiedel 383,84 384,05 384,44 0,60 ja nein nein
TS Lichtenberg 494,83 494,83 497,00 2,17 ja ja nein
TS Lehnmühle 525,05 524,67 525,60 0,55 ja ja ja
TS Klingenberg 393,94 392,62 394,00 0,06 ja ja nein
TS Malter 334,34 334,00 335,00 0,66 ja ja ja
TS Gottleuba 427,50 428,44 430,24 2,74 ja nein nein
Sp. Altenberg 777,96 778,00 779,50 1,54 ja ja ja
Sp. Großer Galgenteich 788,94 788,99 789,60 0,66 ja ja ja


Tabelle 1 Fortsetzung: Stauanlagen der LTV mit angesprungener Hochwasserentlastungsanlage

Stauanlage Maximaler Becken-wasserstand ZH während des Hochwassers August 2002 Höchstes Stauziel ZH1 bei Bemessungshochwasser HQ1.000 Höhe der Absperr- bauwerks- krone Freibord während des Hochwassers August 2002 Hochwasser- entlastungs- anlage HWE angesprungen Vor- entlastung über die Grundablässe Parallel- entlastung über die Grundablässe
mNN mNN mNN m ja/nein ja/nein ja/nein
HRB Liebstadt 387,40 387,80 389,27 1,87 ja ja ja
HRB Friedrichswalde -Ottendorf 260,94 261,70 263,00 2,06 ja ja ja
HRB Buschbach 421,99 423,20 425,00 3,01 ja ja ja
HRB Reinhardtsgrimma 378,46 378,49 380,00 1,54 ja ja ja
Dittmannsdorfer Teich 570,44 569,90 571,60 1,16 ja ja ja
Dörnthaler Teich 561,47 561,04 561,80 0,33 ja ja ja
Obersaidaer Teich 549,65 549,30 550,20 0,55 ja nein nein
Oberer Großhartmannsdorfer Teich 533,68 533,66 534,60 0,92 ja ja ja
Mittlerer Großhartmannsdorfer Teich 503,36 503,60 504,70 1,34 ja ja ja
Unterer Großhartmannsdorfer Teich 491,48 491,18 492,20 0,72 ja ja ja
Erzengler Teich 495,00 495,00 496,10 1,10 ja nein nein
Rothbächer Teich 482,36 481,90 482,80 0,44 ja ja ja
Konstantin Teich 474,15 474,55 475,13 0,98 ja nein nein
Hütten Teich 446,11 445,65 446,45 ca. 0,30 ja ja ja


Tabelle 2: Bewirtschaftungsdaten ausgewählter Talsperren der LTV Sachsen / Hochwasserereignis 12./13.08.02

Extremhochwasser Dresden 2002 / 8

Donnerstag, 30.03.2017 | http://talsperrenkomitee.de/extremhochwasser_2002/auswirkungen_des_extremhochwassers_auf_talsperrren_der_ltv_sachsen.htm