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Detaillierte hydrologische Nachweise nach BWK M3/M7 für Gewässer der Niederungs- und Sandergebiete am Beispiel des
Knippertzbachs (Schwalmeinzugsgebiet)
Dipl.-Ing. Robert MittelstädtHydrotec Ingenieurgesellschaft für Wasser und Umwelt mbH
05.03.2009 1/17Dipl.-Ing. Robert Mittelstädt
05.03.2009 2/17Dipl.-Ing. Robert Mittelstädt
Detaillierter hydrologischer Nachweis nach BWK M3/M7Niederschlag-Abfluss-Modell Knippertzbach / Hellbach
Im Auftrag von
Detaillierter hydrologischer Nachweis nach BWK M3/M7Niederschlag-Abfluss-Modell Knippertzbach / Hellbach
05.03.2009 Dipl.-Ing. Robert Mittelstädt 3/17
Übersicht / Kenndaten:Einzugsgebiet: 22 km² davon 219 ha versiegelt (164 ha kalibriert)2 Pegel (Wyenhütte und Rickelrath), mehrere Niederschlagsschreiber45 Niederschlagswassereinleitungen (viele Direkteinleitungen)Gewässer: Knippertzbach (ca. 7 km), Hellbach, Gerkerather GrabenBauwerke: mehrere RRB, 1 HRB
Sehr gute Datengrundlage
Verfahren / NachweiseVereinfachte stoffliche und hydrologische NachweiseErmittlung der Herkunftsflächen und MaßnahmenDetaillierte hydrologische NachweiseHydraulischer Nachweis (Sohlschubspannungen)Dimensionierung von Retentionsbodenfilter
Detaillierter hydrologischer Nachweis nach BWK M3/M7Niederschlag-Abfluss-Modell Knippertzbach / Hellbach
Pegel Wyenhütte (ab 1998)
Grundlagendaten: Abflüsse
Abflussbeiwert: nur 9 %
Pegel Rickelrath (ab 1990)
Abflussbeiwert: nur 18%
05.03.2009 4/17Dipl.-Ing. Robert Mittelstädt
05.03.2009 Dipl.-Ing. Robert Mittelstädt 5/17
ZFLGewässergef. 0,5 %
LNTZÜberwiegend Acker
Detaillierter hydrologischer Nachweis nach BWK M3/M7 Niederschlag-Abfluss-Modell Knippertzbach / Hellbach
DGM 5Höhe: 50 bis 83 mNN
BodenSandige Schluffe
Grundlagendaten für das N-A-Modell
Detaillierter hydrologischer Nachweis nach BWK M3/M7Niederschlag-Abfluss-Modell Knippertzbach / Hellbach
Grundwasser:
Grundwasserabdrift (extern)
Beeinflussung durch Tagebau Garzweiler
Grundwasserflurabstände > 2 m bis 20 m
Beginn GW-Anschluss
05.03.2009 6/17Dipl.-Ing. Robert Mittelstädt
Detaillierter hydrologischer Nachweis nach BWK M3/M7Niederschlag-Abfluss-Modell Knippertzbach / Hellbach
05.03.2009 Dipl.-Ing. Robert Mittelstädt 7/17
Modellaufbau und KalibrierungZunächst 2 Modelle: Rheindahlen und JHQ (wegen laufender Vermessungsarbeiten)
Tageswertkalibrierung, Hochwasserkalibrierung, Langzeitsimulation Ist-Zustand, Prognose, Sanierung, Varianten 5+1
185 Systemlemente davon 110 TeilgebieteMittl. TG-Größe: 0,2 km²
Detaillierter hydrologischer Nachweis nach BWK M3/M7Niederschlag-Abfluss-Modell Knippertzbach / Hellbach
Zusammenwirken (Restriktionen):Anforderung an die Niederschlagsentwässerung im TrennverfahrenWasserschutzgebiet (40 von 45 Einleitungen liegen in Zone 3A)BWK M3/M7 stofflich und hydrologisch -> HQ1Prog <= HQ2pnat
Wiederbesiedlungspotenzial geringEinleitungsfrei zu haltende Gewässerabschnitte Quellen u. organisch geprägtes Gewässer
Naturschutzgebiet (FFH-Gebiet im Bereich der JHQ)Retentionsbodenfilter (Handbuch Anforderungen)Wasserführung (Eigendynamik, Feuchtgebiete)Örtliche Verhältnisse (Platzbedarf, Gefälle)Kosten
05.03.2009 8/17Dipl.-Ing. Robert Mittelstädt
Detaillierter hydrologischer Nachweis nach BWK M3/M7Niederschlag-Abfluss-Modell Knippertzbach / Hellbach
05.03.2009
Herkunftsflächen Rheindahlen:grün = unbelastet, gelb belastet, rot stark belastetFlächen lassen sich nicht separieren
Einleitung Broicherstr. Behandlung notwendig (RKBmD, RKBoD, BF)
Herkunftsflächen JHQ:Im Süden: schwach belastet aber unerheblichEinleitungen Hellbach: belastet
behandlungsbedürftig
Dipl.-Ing. Robert Mittelstädt 9/17
Detaillierter hydrologischer Nachweis nach BWK M3/M7Niederschlag-Abfluss-Modell Knippertzbach / Hellbach
BWK M3 – Vereinfachter stofflicher und hydrologischer Nachweis
ProjektbezeichnungEinleitung
Kenndaten Einleitstelle: Lageplan Einleitstelle (M. 1:4000)BezeichnungStraßeRechtsHochDN 300 mmHöhe Auslauf Sohle 75,54 mNNAEo 8 haAEK Ist-Zustand 0,75 haAu Ist-Zustand 0,71 haAu Prognose-Zustand 1,12 haEinleitung inGewässer-kmBauwerk
Bauwerk Ist-Zustand:Volumen RRB Vvorh. 0 m³Drossel Qdvorh. - l/s
Hydraulischer Nachweis: Foto: EinleitungQE1,zul. (x=0,1)
1) Ist-Zustand 0,1 l/sQE1,Prognose (r15,1 = 91 l/(s*ha)) 64,6 l/sGewässerabfl. Faktor 87,2 * HQ1pnat
Maßnahmen:Retentionsbauwerke (A128)Drossel Qderf.
2) 0,1 l/sMaßnahmen zur Minderung von NH3:Maßnahmen zur Erhöhung von O2:
Einleitungsfrei zu haltende Gewässerabschnitte:Quellschutzregel:Schutzbereich 150 - 300 m
Temporärgewässer:
1) Ohne Bewirtschaftung bei HQ1,pnat = 9 l/(s*km²) Oberhalb gelegene Einleitung: keine
0+314
nicht erforderlich
nicht erforderlich
Vossengraben
Direkteinleitung
5668860
Ableitung von immissionsorientierten Anforderungen an Misch- und Niederschlagswassereinleitungen in
Fließgewässer Durchführung vereinfachter hydraulischer u. stofflicher Nachweise für die Einleitungssituation am KnippertzbachEinleitung Genhülsen M3-Nr.: 1
Merkblatt BWK M3, Vereinfachter Nachweis
Genhülsen11601
2527003
Wasserführung anthropogen bedingt bzw. häufig und kurzzeitig.
Einleitung nicht im Quellbereich. Grundwasserabstände > 10 m.
Bemerkung:Regenwasser nur von der Straße
Der Vossengraben ist ein periodisch wasserführender Entwässerungsgraben anthropogenen Ursprungs. Eine lokale Überschreitung des zulässigen Gewässerabflusses kann zugelassen werden.
651 m³ evtl. erforderlich
Ergebnisse stofflicher Nachweis:Alle Ziele eingehalten (NH3, O2 )
2.5 Ergebnisdarstellung Gewässerabfluß: 87,21 * HQ1pnat
Gewässerkonzentration O2
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
0,5 1 2 4 8 16 32 64 128
Regenabflußspende qr l/(s*ha)
c mg/l
c < c_krit c > c_krit. c_krit
Gewässerkonzentration NH3-N
0,000
0,020
0,040
0,060
0,080
0,100
0,120
0,5 1 2 4 8 16 32 64 128
Regenabflußspende qr l/(s*ha)
c mg/l
c > c_krit c < c_krit c_krit
Gewässerkonzentration AFS
0
50
100
150
200
0,5 1 2 4 8 16 32 64 128
Regenabflußspende qr l/(s*ha)
c mg/l
c (kein Grenzwert definiert)
Ergebnis vereinfachter hydrologischer Nachweis:
Nachweis an kaum einer Einleitung erfüllt
Erforderliches Volumen: 41.800 m³ Rhd.
und 36.000 m³ JHQ
05.03.2009 10/17Dipl.-Ing. Robert Mittelstädt
Detaillierter hydrologischer Nachweis nach BWK M3/M7Niederschlag-Abfluss-Modell Knippertzbach / Hellbach
05.03.2009 Dipl.-Ing. Robert Mittelstädt 11/17
BWK M3/M7-Nachweis über Langzeitsimulation und StatistikLangzeitsimulation 1.11.1994 bis 31.10.2004
Ist-Zustand (heutiges System/Bauwerke)Potenziell natürlicher Zustand (keine Bauwerke, keine urbane Gebiete)Prognose-Zustand (mit geplanten Bauwerken, höherer Versieglungsgrad)Sanierungs-Zustand mit vielen Varianten
Nachweis ist erfüllt, wenn HQ1Prognose ≤ HQ2pnat
Ist-Zustand – potenziell natürlicher Zustand Sanierungs-Zustand – potenziell natürlicher Zustand
05.03.2009 Dipl.-Ing. Robert Mittelstädt
Detaillierter hydrologischer Nachweis nach BWK M3/M7Niederschlag-Abfluss-Modell Knippertzbach / Hellbach
Maßnahmen Rheindahlen 86 ha Au: Variante 1: RKB + RRB Wyenhütte 23.800 m³ Qd = 95 l/sVariante 2: Retentionsbodenfilter 23.800 m³ Qd = 95 l/s Einstaudauer > 48 h !Variante 3: Kombi RBF + RRB mit je 12.000 m³ Qd = 95 + 30 l/s (8,5 Mio. €)Variante 4: RRB Wyenhütte 15.200 m³ Qd = bis 320 l/sVariante 5: RRB Wyenhütte 18.000 m³ Qd = bis 320 l/s (mit Hochwasserschutz)
(8,7 Mio. €)
Rheindahlen
geplantesGewerbegbiet
BroichKnippertzbach
RRB
RT260
RKBoD
(6 Mio. €)
(5,4 Mio. €)
(5,7 Mio. €)akt. Planungen: wieder 24.000 m³ -> n < 0,2
Häufigkeitsverteilung der Drosselabflüsse RRB Wyenhütte (Variante 4)hydrologisch unabhängiger Ereignisse
1
40,5
30,7
14,9
7,4
3,71,5
00
5
10
15
20
25
30
35
40
45
bis 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 bis 0,32 > 0,32
Drosselabfluss m³/s (Klassen: 0,05 m³/s Schnit tweite)
Stat
. Anz
ahl d
er E
reig
niss
e pr
o Ja
hr
12/17
Detaillierter hydrologischer Nachweis nach BWK M3/M7Niederschlag-Abfluss-Modell Knippertzbach / Hellbach
Hydraulik: Sohlschubspannungen
13/17Dipl.-Ing. Robert Mittelstädt
NA-Modell Krananbach - Detaillierter hydraulischer Nachweis nach BWK-M3 -
Berechnung der bordvollen Leistungsfähigkeit / Tape18
Profil-Nr. 23760Kilometer 2.381X-Maßstab 1 : 1000Y-Maßstab 1 : 50Bordvoll mNN 40.55
Teilabschnitte Vorland links Vorland rechts
Rauheiten Ks [mm] 1000 1000
X-Koordinaten
-81.33
-71.33
-61.33
-51.33
-41.33
-31.33
-21.33
-11.33
-1.33
18.53
28.53
38.53
48.53
58.53
68.53
78.53
83.53
88.53
Y-Koordinaten
41.78
41.64
41.64
41.46
41.28
41.20
41.10
40.91
40.79
40.47
40.38
40.33
40.30
40.30
40.23
40.90
40.90
41.64
40
41
42
43
44
mNN
-75 -50 -25 0 25 50 75m
WSP [mNN] Q [m³/s]
40.64 8.00
40.60 7.00
40.54 6.00
40.47 5.00
40.36 4.00
40.18 3.00
40.01 2.00
39.67 1.00
39.47 0.50
40.55
05.03.2009
Detaillierter hydrologischer Nachweis nach BWK M3/M7Niederschlag-Abfluss-Modell Knippertzbach / Hellbach
Maßnahmen JHQ 77 ha Au:Rhd: V5, JHQ: 4 RRB + 5 RBF mit insg. 7.610 m³Qd nach BWK M7 nicht klar bestimmbar Bestimmung über Spendeauch hier bei RBF Qd anhängig von Einstaudauer u.a. Faktoren
Reduzierung der Abflüsse im Hellbach um 75 %
Q PegelIst-ZustandVar5 RhdV5 + JHQ
05.03.2009 14/17Dipl.-Ing. Robert Mittelstädt
Detaillierter hydrologischer Nachweis nach BWK M3/M7Niederschlag-Abfluss-Modell Knippertzbach / Hellbach
05.03.2009 Dipl.-Ing. Robert Mittelstädt 15/17
Hydrologischer Längsschnitt Knippertzbach
Detaillierter hydrologischer Nachweis nach BWK M3/M7Niederschlag-Abfluss-Modell Knippertzbach / Hellbach
05.03.2009 Dipl.-Ing. Robert Mittelstädt
Fazit:Maßnahme Rheindahlen V5: bester Kompromiss mit HW-Schutz (200 % HQ2pnat)Kleine Einleitungen unterhalb Rhd: Lokale Maßnahmen (Stoffrückhalt)Maßnahmen JHQ: 4 RRB + 5 RBF (140 % HQ2pnat)Kleine JHQ-Einl. im NSG: keine weiteren MaßnahmenEinsparung von 47.400 m³ gegenüber dem vereinfachten Nachweis
Weitere Vorteile der UntersuchungNA-Modell kann für weitere Untersuchungen benutzt werden
Hochwasser, Erosionsgefährdung, Niedrigwasser, Versickerung, Hydraulikmodell
Überschwemmungsflächen, Gefahrenkarten, Renaturierungsmaßnahmen
16/17
05.03.2009 Dipl.-Ing. Robert Mittelstädt 17/17
Detaillierter hydrologischer Nachweis nach BWK M3/M7Niederschlag-Abfluss-Modell Knippertzbach / Hellbach
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Knippertzbach im Bereich des Naturschutzgebiets (© Holger Klaes, Bildjournalist)
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