Ent­wäs­se­rungs­pla­nung für Regen­was­ser­netz mit GeoCPM

Kanal­netz­be­rech­nung mit hydro­dy­na­mi­schem Modell

Geo­wis­sen­schaft­li­che Simu­la­ti­on städ­ti­scher Abfluss­vor­gän­ge am Bei­spiel der Inte­gra­len Ent­wäs­se­rungs­pla­nung für das Regen­was­ser­netz Bad Bent­heim und Gildehaus.

Über­las­tung der Regenwasserkanalisation

Nicht zuletzt die wie­der­hol­te Über­las­tung der Regen­was­ser­ka­na­li­sa­ti­on und des Haupt­vor­flu­ters Kop­pel­be­cke ver­an­lass­te den Trink- und Abwas­ser­ver­band Bad Bent­heim, Schüt­torf, Salz­ber­gen und Ems­bü­ren (TAV) zur Auf­stel­lung eines Inte­gra­len Ent­wäs­se­rungs­plans, in dem die was­ser­wirt­schaft­li­chen Zusam­men­hän­ge und die hydrau­li­sche Leis­tungs­fä­hig­keit der Regen­was­ser­ka­na­li­sa­ti­on für Bad Bent­heim und Gil­de­haus zu über­prü­fen sind. LINDSCHULTE Nord­horn wur­de beauf­tragt, eine Kanal­netz­be­rech­nung unter Berück­sich­ti­gung der Vor­flut­ver­hält­nis­se der Kop­pel­be­cke mit Hil­fe eines hydro­dy­na­mi­schen Modells durchzuführen.

Mit­tels neu­er hydro­dy­na­mi­scher Simu­la­ti­ons­mo­del­le (GeoCPM) las­sen sich kom­ple­xe Ent­wäs­se­rungs­sys­te­me als Gesamt­sys­tem rea­lis­tisch nach­wei­sen – mit allen Einstau‑, Über­stau- und Überflutungsvorgängen.

Die wesent­li­chen Arbeitsschritte

  • Import der vor­han­de­nen Kanal­da­ten­bank in das Hydraulikprogramm
  • Prü­fung des Kanal­sys­tems auf Plau­si­bi­li­tät (Höhen, Nenn­wei­ten etc.)
  • Ver­mes­sung offe­ner Entwässerungsgräben
  • Durch­füh­rung einer Niederschlags-Abflussmesskampagne
  • Luft­bild­di­gi­ta­li­sie­rung und Import der Flä­chen­da­ten in das Hydraulikprogramm
  • Zuwei­sung der ein­zel­nen Flä­chen zu den Haltungen
  • Zuwei­sung der unter­schied­li­chen Abfluss­pa­ra­me­ter zu den Flächen
  • Kali­brie­rung des Berech­nungs­mo­dells für den IST-Zustand
  • Gene­rie­rung von Modell-Regen und Berech­nung des IST-Zustandes
  • Berech­nung des Prognose-Zustandes
  • Berech­nung des sanier­ten Netzes
  • Über­flu­tungs­nach­weis im Bereich der Kop­pel­be­cke mit­tels gekop­pel­ter 2D-Strömungssimulation
  • Zusam­men­stel­lung der Einleitmengen
  • Umfas­sen­de Dokumentation

Bad Bentheim/Gildehaus

Das nahe der nie­der­län­di­schen Gren­ze gele­ge­ne Unter­su­chungs­ge­biet unter­teilt sich in die Stadt Bad Bent­heim, den Orts­teil Gil­de­haus sowie das Gewer­be­ge­biet A30/K20. Die in West-Ost-Rich­tung ver­lau­fen­de Kop­pel­be­cke ver­bin­det den Orts­teil mit der Stadt. Die Gebiets­struk­tur besteht über­wie­gend aus Wohn- und Misch­ge­bie­ten sowie ver­ein­zel­ten Gewerbegebieten.

Die vor­han­de­ne Kana­li­sa­ti­on ist im Trenn­sys­tem ange­legt. Die Ablei­tung des Regen­was­sers erfolgt aus­schließ­lich im Frei­spie­gel­ge­fäl­le. Das Regen­was­ser­netz besteht sowohl aus geschlos­se­nen Kanä­len als auch aus offe­nen Fließ­quer­schnit­ten – ins­ge­samt ca. 95.000 Meter RW-Kanal, ca. 27.000 Meter Gra­ben­sys­te­me ein­schließ­lich der Kop­pel­be­cke sowie ca. 5.000 Meter Stra­ßen­hal­tun­gen. Dazu wur­den 20 Regen­rück­hal­te­be­cken mit unter­schied­li­chen Volu­mi­na eingerechnet.

Luft­bild­di­gi­ta­li­sie­rung

Im Rah­men einer umfang­rei­chen Luft­bild­di­gi­ta­li­sie­rung wur­den die abfluss­wirk­sa­men Flä­chen (ins­ge­samt 1.001 ha = 1.410 „Fuß­ball­feld-Ein­hei­ten“) ermit­telt und in fünf Kate­go­rien unter­teilt: Dach­flä­chen, Stra­ßen­flä­chen, mit Auto befahr­bar (priv_schmutzig) und nicht mit Auto befahr­bar (priv_sauber).

Modell­ka­li­brie­rung

Um das Rechen­mo­dell mög­lichst nah an die Rea­li­tät anzu­glei­chen, wur­den an zuvor auf­wän­dig ermit­tel­ten Test­punk­ten zeit­lich begrenz­te Durch­fluss­mes­sun­gen instal­liert und das Rechen­mo­dell anschlie­ßend in meh­re­ren Stu­fen sorg­fäl­tig auf die gemes­se­nen Wer­te ange­passt. So kann davon aus­ge­gan­gen wer­den, dass das erzeug­te Berech­nungs­mo­dell qua­li­ta­tiv hoch­wer­ti­ge und belast­ba­re Ergeb­nis­se lie­fert und sämt­li­che Abfluss­vor­gän­ge rea­li­täts­nah wiederspiegelt.

IST-Zustand

Anhand die­ses Modells wur­de die Leis­tungs­fä­hig­keit des vor­han­de­nen Gesamt­sys­tems nach­voll­zo­gen. Im Ergeb­nis zeigt sich ein­deu­tig, dass das vor­han­de­ne Regen­was­ser­netz in wei­ten Tei­len unter­di­men­sio­niert ist und das anfal­len­de Nie­der­schlags­was­ser nicht gesi­chert abfüh­ren kann. Auch ohne Berück­sich­ti­gung wei­te­rer Flä­chen­ver­sie­ge­lun­gen ergibt sich ein deut­li­cher hydrau­li­scher Sanie­rungs­be­darf, der sich in der Pro­gno­se-Berech­nung (Berück­sich­ti­gung von poten­zi­el­len Neu­bau­ge­bie­ten sowie Nach­ver­dich­tun­gen) nur noch gering­fü­gig – im Bereich bereits vor­han­de­ner Eng­päs­se – verschärft.

Sanie­rungs­pla­nung

Die hydrau­li­sche Simu­la­ti­on ergibt teils deut­lich über­stau­te Berei­che. Ziel der hydrau­li­schen Kanal­sa­nie­rung ist ein Kon­zept, das die Inves­ti­ti­ons­kos­ten für den Kanal­netz­be­trei­ber mög­lichst gering hält, dabei aber die fest­ge­stell­ten Defi­zi­te beseitigt.

Umbau statt Neubau

Hier­bei gilt es vor­ran­gig, vor­han­de­ne Netz­re­ser­ven zu akti­vie­ren, z.B. mit­tels Bypäs­sen oder Rück­hal­tun­gen im Kanal­sys­tem. Aus­zugs­wei­se genannt sei dazu die Erwei­te­rung eines vor­han­de­nen Regen­rück­hal­te­be­ckens von etwa 14.000 m³ auf 20.000 m³. Eine Erhö­hung der Ein­leit­men­gen soll­te zum Schutz der Gewäs­ser mög­lichst ver­mie­den werden.

 

Gewäs­ser­schutz

Die Aus­wir­kun­gen der Kanal­sa­nie­rung auf die hydrau­li­sche Situa­ti­on im Haupt­vor­flu­ter Kop­pel­be­cke wur­den mit­tels 2D-Strö­mungs­si­mu­la­ti­on über­prüft. Zur Behe­bung der im Gewäs­ser fest­ge­stell­ten Eng­päs­se wur­den Sanie­rungs­maß­nah­men, vor­wie­gend die Schaf­fung von natür­li­chen Reten­ti­ons­räu­men, ausgearbeitet.

Opti­ma­le Sanierungspakete

Auf die­ser Basis schnür­te das LINDSCHULTE- Team ins­ge­samt 84 Ein­zel­maß­nah­men bzw. „Sanie­rungs­pa­ke­te“, die jeweils im hydrau­li­schen Gesamt­sys­tem nach­ge­wie­sen wur­den und damit die opti­ma­le Sanie­rungs­va­ri­an­te darstellen.

Inves­ti­ti­ons­si­cher­heit für Auftraggeber

Der TAV erhält damit eine ver­läss­li­che Basis für bau­li­che Sanie­rungs­maß­nah­men, aber auch für den Nach­weis von Gebietserweiterungen.