An analysis of hydraulic, environmental and economic impacts of flood polder management at the Elbe River

Flood polders are part of the flood risk management strategy for many lowland rivers. They are used for the controlled storage of flood water so as to lower peak discharges of large floods. Consequently, the flood hazard in adjacent and downstream river reaches is decreased in the case of flood polder utilisation. Flood polders are usually dry storage reservoirs that are typically characterised by agricultural activities or other land use of low economic and ecological vulnerability. The objective of this thesis is to analyse hydraulic, environmental and economic impacts of the utilisation of flood polders in order to draw conclusions for their management. For this purpose, hydrodynamic and water quality modelling as well as an economic vulnerability assessment are employed in two study areas on the Middle Elbe River in Germany. One study area is an existing flood polder system on the tributary Havel, which was put into operation during the Elbe flood in summer 2002. The second study area is a planned flood polder, which is currently in the early planning stages. Furthermore, numerical models of different spatial dimensionality, ranging from zero- to two-dimensional, are applied in order to evaluate their suitability for hydrodynamic and water quality simulations of flood polders in regard to performance and modelling effort. The thesis concludes with overall recommendations on the management of flood polders, including operational schemes and land use. In view of future changes in flood frequency and further increasing values of private and public assets in flood-prone areas, flood polders may be effective and flexible technical flood protection measures that contribute to a successful flood risk management for large lowland rivers.

Flutpolder werden zum gezielten Rückhalt von Wasser eingesetzt, um Spitzenabflüsse von großen Hochwassern zu senken. Dadurch wird im Falle des Flutpoldereinsatzes die Hochwassergefährdung für flussab gelegene Flussabschnitte verringert. Flutpolder sind meist trockene Staubecken, die typischerweise durch landwirtschaftliche Nutzung gekennzeichnet sind.Ziel der Dissertation ist die Analyse von hydraulischen, ökologischen und ökonomischen Auswirkungen des Einsatzes von Flutpoldern, um daraus Schlussfolgerungen für ihre Bewirtschaftung zu ziehen. Dazu werden numerische Modelle zur Simulation der Hydrodynamik und Wassergüte sowie ein landwirtschaftliches Schadenmodell gemeinsam in einem integrativen Ansatz eingesetzt. Ein Untersuchungsgebiet ist ein existierendes Flutpoldersystem am Nebenfluss Havel, welches während der Elbeflut im Sommer 2002 zum Einsatz kam. Das zweite Untersuchungsgebiet ist ein geplanter Flutpolder, welcher sich bisher noch in einem frühen Planungsstadium befindet.Darüber hinaus werden numerische Modelle verschiedener räumlicher Dimensionalität von null- bis zwei-dimensional angewandt, um ihre Eignung für hydrodynamische und Wassergütesimulationen von Flutpoldern hinsichtlich der Leistungsfähigkeit und des Modellierungsaufwands zu bewerten.Die Dissertation schließt mit übergreifenden Empfehlungen zur Bewirtschaftung von Flutpoldern einschließlich Kontrollstrategien und Landnutzung ab. Im Hinblick auf zukünftige Änderungen in der Auftretenshäufigkeit von Hochwassern und weiterhin ansteigenden Werten von privatem und öffentlichem Vermögen in überflutungsgefährdeten Gebieten stellen Flutpolder ein effektive und flexible Maßnahmen des technischen Hochwasserschutzes dar, welche zu einem erfolgreichen Hochwasserrisikomanagement großer Tieflandflüsse beitragen.