577 Bericht DB Flutgraben BSS - rp-darmstadt.hessen.de · PKP...

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OQKMQKOMNR

Inhaltsverzeichnis N sÉêaåäaëëìåÖ= P

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OQKMQKOMNR

N sÉêaåäaëëìåÖ=

NKN qê®ÖÉê=ÇÉê=ja≈åaÜãÉ=Träger der Maßnahme ist die DB ProjektBau GmbH I.BV-MI-P(K), Hahnstraße 52 in

60528 Frankfurt am Main. Ansprechpartner ist Frau Julia Riemenschneider, Telefon:

069 265-43330.

NKO sÉêaåäaëëìåÖ=ìåÇ=^ìÑÖaÄÉåëíÉääìåÖ=Seitens der DB ProjektBau GmbH wird die Erneuerung der EÜ Flutgraben Bad Soden-

Salmünster auf der Strecke 3600 von Frankfurt nach Göttingen (Bahn-km 58,601)

geplant, da der bauliche Zustand der bestehenden Eisenbahnüberführung keine

langfristige weitere Nutzung zulässt. Eine Erneuerung der EÜ Flutgraben wird daher im

Jahr 2017 angestrebt. Im Rahmen der Vorplanung zur Erneuerung der EÜ Flutgraben

wurde daher die Realisierung mittels eines Stahlbetonhalbrahmens mit Herstellung

einer Tiefgründung bei ausgebautem Überbau mit Zentrierbalken unter Überbau und

anschließendem halbseitigen Einschub bei ausgebautem Überbau vorgeschlagen.

Die EÜ Flutgraben dient zur Hochwasserentlastung bei einem Kinzig-Rückstau in der

Gemarkung „Unter der Kinzig“. Im Bestand weist das Bauwerk eine lichte Weite von 2 x

7,12 m sowie eine lichte Höhe von 2,64 m auf. Zum Kolk- und Erosionsschutz sind der

Untergrund im Bereich der Eisenbahnüberführung mit einer Betonsohle sowie der

Böschungskegel mit Wildpflaster befestigt.

Das geplante Bauwerk soll auch in Zukunft das gleiche Abflussvermögen wie im

Bestand aufweisen. Der Nachweis dazu erfolgt über einen Vergleich des

Abflussvermögens im Ist – Zustand und im Plan – Zustand. Weiterhin ist vorgesehen,

die bestehende Verrohrung des Gewässers 3. Ordnung, welches in einem Kanal DN

800 durch die EÜ Flutgraben geführt wird, durch ein offenes Gerinne mit Stahlbeton-U-

Profilen zu ersetzen. Auch diese Vorgabe wird im hydraulischen 2d-Simulationsmodell

umgesetzt. /1/

NKP mêçàÉâíëíaåÇçêí=Der nachfolgende Ausschnitt aus der TK25 zeigt den Standort der

Eisenbahnüberführung Flutgraben südwestlich der Ortslage von Bad Soden –

Salmünster.


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OQKMQKOMNR

Abbildung 1: Übersicht Standort EÜ Flutgraben Bad Soden – Salmünster TK25


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OQKMQKOMNR

O dÉÄáÉíëÄÉëÅÜêÉáÄìåÖ=

OKN §ÄÉêëáÅÜí=éêçàÉâíáÉêíÉê=dÉï®ëëÉê=Es wurden innerhalb des Projektgebietes folgende Gewässer im 2d-Strömungsmodell

berücksichtigt /2/:

• Kinzig: Fkm. 55,750 bis 51,200

• Klingbach: Fkm: 0,530 bis 0,000

• Salz: Fkm: 0,160 bis 0,000

OKO hìêòÄÉëÅÜêÉáÄìåÖ=ÇÉë=báåòìÖëÖÉÄáÉíÉë=ÇÉê=háåòáÖ=Der nächstgelegene Pegel der Kinzig befindet sich im Bad Soden – Salmünsterer Ortsteil

Ahl. Bis dort umfasst die Kinzig ein Einzugsgebiet von ca. 232 km². /3/

Tabelle 1: Kenndaten der Kinzig

Parameter Größe

Länge: ca. 89,7 km

Gewässerkennzahl: 2478

Quelle: Sinntal – Sterbfritz

Quellhöhe: ~400 m+NN

Mündung: Bei Hanau in den Main auf ca.

100 m+NN

Höhenunterschied: ca. 300 m

Einzugsgebiet 921,2 km² von der Quelle bis zur

Mündung

Als Zuflüsse der Kinzig oberhalb der Ortslage von Bad Soden – Salmünster sind

beginnend ab der Quelle zu nennen: Ramholzer Wasser (rechts), Grennelbach (rechts),

Ahlersbach (links), Elmbach (rechts), Riedbach (rechts), Auerbach (links), Ahlersbach

(links), Steinebach (rechts), Hellgraben (links) und Ulmbach (rechts). Im projektierten

Bereich folgen dann noch Salz (rechts) sowie Klingbach (links).


pÉáíÉ=S=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

Der Standort des Kinzig-Pegels in Bad Soden-Salmünster – Ortsteil Ahl befindet sich im

Bereich der Kinzigtalsperre. Weitere Details sind der nachfolgenden Tabelle zu

entnehmen.

Tabelle 2: Pegelstammdaten /3/

Stammdaten

Pegelnullpunkt [m+NN] 154,58

Einzugsgebiet [km²] 232,0

Entfernung v. d. Mündung [km] 60,0

Betreiber WV Kinzig

Messstellennummer 24781206

Stationstyp Pegel

HHW [cm] 282

Die nachfolgende Tabelle enthält eine Auflistung der gemäß HLUG 10 extremsten

Hochwasserereignisse am Pegel Ahl mit Informationen hinsichtlich Abflussmengen und

zugehörigen Wassertiefen.

Tabelle 3: Die 10 extremsten Hochwasserereignisse für Ahl [3]

Stammdaten

Datum Abfluss [m³/s] Wassertiefe [cm]

08.12.1981 93,6 282

07.02.1984 91,2 280

31.12.1978 60,8 249

08.04.1983 60,0 248

16.12.1982 56,1 243

30.12.1986 55,6 249

02.01.1987 54,0 247

11.12.1979 53,0 239

31.01.1980 52,2 238

03.01.1981 51,4 237


pÉáíÉ=T=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

OKP eóÇêçäçÖáÉ=ÇÉê=háåòáÖ=Für die Kinzig liegen im Projektgebiet hydrologische Angaben unterschiedlicher Quellen

vor. Die gewässerkundlich relevanten Daten zum Einzugsgebiet sowie Pegelstammdaten

können, basierend auf den Daten, welche auf der Internetpräsenz des Hessischen

Landesamtes für Umwelt und Geologie bereitgestellt werden, den voranstehenden

Tabellen entnommen werden.

Klimatisch gesehen zeigt sich eine Höhenabhängigkeit der Elemente Temperatur und

Niederschlag. Das Gebiet ist dem gemäßigten Klimabereich in der Westwindzone

zuzuordnen. Der Zyklonenaktivität im Winter und der monsunartigen Drehung des

Windes im Sommer entsprechend gibt es zwei Niederschlagsmaxima im Jahresverlauf.

Die Niederschläge nehmen mit zunehmender Geländehöhe in den am Kinzigtal

angrenzenden Hanglagen, hier insbesondere aus den Einzugsgebieten von Bracht und

Salz zu, während die Temperatur tendenziell abnimmt.

Mit ansteigender Höhenlage gewinnt der Abfluss als Klimaelement in der Wasserbilanz

an Bedeutung, während sich der Einfluss der Verdunstung eher verringert. Der mittlere

Abfluss MQ für die Reihe 1963 – 2004 beträgt 346,1 mm. Bei einer mittleren, korrigierten

Gebietsniederschlagshöhe von etwa 900 – 1.000 mm beträgt die Verdunstung ca. 550 –

650 mm. Ein Vergleich mit Angaben aus dem Hydrologischen Atlas von Deutschland /4/

bestätigen diese Angaben.

Das Abflussregime ist als pluvial bis nivo-pluvial einzustufen, da im Winter über längere

Zeiträume Niederschläge in der Schneedecke gespeichert werden und erst zeitversetzt

abgegeben werden. Im Lauf der letzten beiden Dekaden ist jedoch tendenziell eine

Verschiebung des Regimes in den pluvialen Bereich zu beobachten, was wahrscheinlich

auf den Klimawandel zurückzuführen ist.


pÉáíÉ=U=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

P bêëíÉääìåÖ=ÇÉë=OÇJpíê∏ãìåÖëãçÇÉääë=

PKN aaíÉåaìÑÄÉêÉáíìåÖ=

PKNKNK aaíÉåÖêìåÇäaÖÉå=ÑΩê=sçêäaåÇ=ìåÇ=_aìïÉêâÉ=Als Datengrundlage für die Modellnetzerstellung dienten aus einer Laserscanbefliegung

der Hessischen Verwaltung für Bodenmanagement und Geoinformation (HVBG)

abgeleitete DGM 1-Daten. Aufgrund des großen Datenvolumens wurden diese Daten

ausgedünnt und für die weitere Verwendung aufbereitet. /5/

Um die Flutbrücke möglichst detailliert abbilden zu können, wurde im Rahmen der

Vorplanung eine Detailvermessung durch den Auftraggeber bereitgestellt, welche

ebenfalls zur Erstellung des Geländemodells genutzt wurde. In Randbereichen wurden

fehlende Informationen hinsichtlich abflussrelevanter Bauwerke durch eigene

Vermessungen ergänzt (beispielsweise Abmessungen von Rohrleitungen).

Die nachfolgende Abbildung zeigt exemplarisch einen Auszug aus dem hydraulischen

Simulationsmodell der Kinzig, der Salz sowie des Klingbachs mit 5-facher Überhöhung.

Durch die Überhöhung erfolgt eine klarere Strukturierung der Teilbereiche, sodass

Bruchkanten deutlicher zu erkennen sind. Dargestellt ist der Bereich etwa von der

Mündung der Salz in die Kinzig bis zur EÜ Flutgraben.

Abbildung 2: Auszug Geländemodell auf Grundlage Laserscandaten HVBG, 5-fach überhöht

EÜ Flutgraben

Kinzig

Salz Klingbach


pÉáíÉ=V=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

Für die Abbildung des Planungs-Zustandes wurde seitens der DB ProjektBau GmbH der

Plan GP_IB_LT „Erneuerung EÜ Flutgraben – Leitungsplan Draufsicht“ mit Stand vom

Februar 2015 bereitgestellt.

PKNKOK ^ìÑÄÉêÉáíìåÖ=ÇÉê=dÉï®ëëÉêéêçÑáäÇaíÉå=Die Gewässerprofildaten des Hessischen Landesamtes für Umwelt und Geologie /6/

liegen je nach Veränderung des Gewässers im Längs- bzw. Querschnitt in

unterschiedlichen Abständen vor. So sind beispielsweise im Bereich von Brücken mehr

Profile aufgemessen als in Abschnitten mit regelmäßigen Vorländern. Zur Erstellung des

Geländemodells musste daher zwischen den einzelnen Profilen interpoliert werden, um

eine adäquate räumliche Auflösung zu erzielen. Die Interpolation setzt eine sorgfältige

Analyse der Gewässerprofildaten voraus, da Bruchkanten nicht explizit aufgelöst sind.

Diese sind mit Hilfe der Punktbezeichnungen unter Berücksichtigung topographischer

Karten und Luftbildern vom Bearbeiter manuell ins Modell einzuarbeiten.

Abbildung 3: Berücksichtigte Gewässerprofile der Kinzig [HLUG, 2013]


pÉáíÉ=NM=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

Auch ein großer Teil der im Geländemodell vorhandenen Gräben konnte an Hand der

Gewässerprofildaten im Geländemodell detailliert abgebildet werden, da aufgrund der

Ausdehnung der Querprofile, welche in der voranstehenden Abbildung dargestellt sind

und annähernd den gesamten Talraum einnehmen, auch die umgebenden Gräben

erfasst wurden.

PKNKPK eaäÄaìíçãaíáëÅÜÉ=dÉä®åÇÉãçÇÉääÖÉåÉêáÉêìåÖ=Für die Erstellung des Berechnungsnetzes wurde die Software Laser-AS-2d eingesetzt

/7/. Mit dieser Software lässt sich aus Polylinien unter Einhaltung der

Qualitätsanforderungen ein unregelmäßiges Dreiecksnetz erstellen (siehe Kapitel 3.5).

Für die Ortslage konnte somit ein relativ feinmaschiges DGM erstellt werden. Anders als

bei den Punktdaten bestand die Vorarbeit nicht darin, die Punkte zu interpolieren,

sondern die Bruchkanten nachzubearbeiten. Diese dürfen sich bei der automatisierten

Netzgenerierung nicht überschneiden. Desweiteren muss gewährleistet sein, dass es

keine Überschneidung mit Gebäudeumrissen gibt, da Gebäude i. A. als undurchströmbar

angesehen werden und damit als Modellränder fungieren. Die Häuserumrisse aus den

ALK-Daten wurden zunächst GIS-gestützt generalisiert, um komplizierte Umrisse so zu

vereinfachen, dass lokal keine zu feinen Netzstrukturen entstehen. Auf diese Weise

stimmen die grundlegenden Formen noch mit den ALK-Daten überein. Die vereinfachten

Gebäudeumrisse werden mit den Bruchkanten kombiniert und ein DGM erzeugt.

PKNKQK cäìëëåÉíòÉêëíÉääìåÖ=Für die Erstellung des Flussnetzes fanden beinahe ausnahmslos Gewässerprofildaten

Verwendung. Die Interpolation erfolgte halbautomatisch indem jeweils zwischen zwei

Profilen ein Netz mit einer speziell dafür vorgesehenen Berechnungsroutine generiert

wurde. Nach der Isolierung der Uferlinien der Kinzig, der Salz und des Klingbachs aus

den Laserscandaten konnte unter Einsatz der Software Flussnetz – 2D /8/ eine

automatisierte Erstellung der Flussschläuche vorgenommen werden. Diese eignet sich

allerdings nur für regelmäßige Querschnittsgeometrien und nicht zur Abbildung von

Brückenquerschnitten. Letztere müssen vom Bearbeiter händisch ins Modell integriert

werden. Aufgrund der vorhandenen Brückenquerschnitte wurde das Flussnetz der Kinzig

profilweise erstellt.

PKO jçÇÉääÄÉëÅÜêÉáÄìåÖ=OÇJpíê∏ãìåÖëãçÇÉää=

PKOKNK _ÉëÅÜêÉáÄìåÖ=ÇÉë=oÉÅÜÉåãçÇÉääë=Bei der hydraulischen Berechnung ist zwischen der Benutzeroberfläche des Programms

SMS und dem hydraulischen Berechnungskern Hydro_As-2d zu unterscheiden.


pÉáíÉ=NN=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

SMS

Zur Modellnetzerstellung wurde das Programm SMS (Surface Modelling System) der

Firma Aquaveo, Utah / USA, in der Version 10.1 verwendet.

Die Höhendaten wurden als xyz-Werte in SMS eingelesen und im Bereich der

Flussschläuche zu quadratischen Elementen verbunden, bzw. im Vorland und in der

Ortslage entsprechend dreieckig vermascht. Der größte Arbeitsaufwand in der

Modellerstellung bestand darin, die Elemente in ihrer Geometrie zu optimieren und so

anzuordnen, dass diese ein realitätsgetreues 3d-Geländemodell mit realen Bruchkanten

darstellen. Häuser sowie weitere abflussbestimmende Bauwerke wie z. B. Brückenpfeiler

wurden als nicht durchströmbare Elemente abgebildet. Das gesamte Modellnetz setzt

sich aus über 160.000 Einzelelementen zusammen.

Hydro_As-2d

Der Name Hydro_As-2d steht für ein zweidimensionales hydrodynamisches Abfluss- und

Simulationsmodell /9/ und fand für die Berechnung des vorliegenden Modells in der

Version 2.2.2 Anwendung. Es ermöglicht eine instationäre nach xy-Koordinaten

differenzierte Simulation der Abflussverhältnisse in Abhängigkeit von den

Randbedingungen der Zu- und Ausstromränder. Hydro_As-2d basiert auf der

numerischen Lösung der 2d-tiefengemittelten Strömungsgleichung (Impuls + Kontinuität)

mit der räumlichen Diskretisierung nach der Finite-Volumen-Methode. Die

Zeitdiskretisierung entspricht dem expliziten Runge-Kutta-Verfahren zweiter Ordnung.

Grundlage für die numerische 2d-Modellierung sind die 2d-tiefengemittelten

Strömungsgleichungen, die auch als Flachwassergleichung (FWG) bekannt sind. Diese

Gleichungen entstehen durch die Integration der dreidimensionalen Kontinuitätsgleichung

und der Reynolds- bzw. der Navier-Stokes-Gleichung für inkompressible Flüssigkeiten

über die Wassertiefe und unter Annahme einer hydrostatischen Druckverteilung.

Die Berücksichtigung der Dissipation erfolgt über die Darcy-Weisbach-Beziehung,

desweiteren geschieht eine Umrechnung mit der Formel nach Manning und Strickler, um

die üblichen Rauigkeitsbeiwerte nach Strickler im Modell zu parametrisieren. Das Modell

berücksichtigt zudem eine Variabilität der Viskosität zur adäquaten Beschreibung des

Impulstransportes. Diese wird aus einem konstanten Wert und einer auf Versuchen an

Gewässern ermittelten empirischen Beziehung berechnet. Somit kann Situationen mit

erhöhter Durchmischung und bedeutenden Scherströmungen Rechnung getragen

werden. /10/

PKOKOK däçÄaäÉ=jçÇÉääéaêaãÉíÉê=Die Globalen Parameter regeln sämtliche für die jeweilige Berechnung erforderlichen

Parameter und wurden für die Berechnung folgendermaßen eingestellt:


pÉáíÉ=NO=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

Tabelle 4: Globale Modellparameter in SMS/Hydro_As-2d

Parameter Wert Erläuterung

Zeitschritt Q_strg.dat, Pegel.dat 1.800 Sekunden (30 min) Ergebnisausgabe Zeitreihendaten

Zeitschritt SMS 1.800 Sekunden (30 min) Ergebnisausgabe SMS-Import

Gesamtzeitschritt 86.400 Sekunden (24 h) Gesamtdauer Berechnung

Hmin 0,01 m minimale berechnete Wassertiefe

VELMAX 15,0 m/s max. zulässige Fließgeschwindigkeit

Amin 0,5 m²

kleinste erlaubte Elementgröße des Modellnetzes

CMUVISC 0,6 Koeffizient für Formel der Viskosität, Standardwert

SCF 1,0 Rechenbeschleunigung

Zwar umfasst die gesamte Rechenzeit 24 Stunden, die zeitliche Diskretisierung der

Ausgabe beträgt hingegen 30 Minuten, um eine möglichst detaillierte Abbildung der

Strömungsvorgänge zu ermöglichen. Dabei gilt es zu berücksichtigen, dass der

tatsächliche Rechenzeitschritt bei der Lösung der Strömungsgleichungen nach dem

Courant-Kriterium dynamisch unter Berücksichtigung der Wellenausbreitungs-

geschwindigkeit und der räumlichen Diskretisierung ermittelt wird. Maßgebend dafür ist

die minimale Flächengröße im Modell, welche jedoch mit dem Amin-Wert vom Anwender

beeinflusst werden kann.

Der Amin-Wert wurde so gewählt, dass die weitestgehend von Wasser benetzten

Elemente (z. B. Fließgewässer sowie Rohrleitungen) größtenteils oberhalb dieses Wertes

liegen. Damit wird auch bei feiner Diskretisierung ein möglichst genaues

Berechnungsergebnis erzielt. Die Rechenbeschleunigung wurde durch Einstellung des

Beschleunigungsfaktors auf den Faktor 1 deaktiviert, sodass keine Vereinfachungen bei

der Lösung der Gleichungssysteme durchgeführt werden, um negative Auswirkungen auf

die Güte der Berechnung ausschließen zu können.

PKOKPK dÉï®ÜäíÉë=åìãÉêáëÅÜÉë=i∏ëìåÖëîÉêÑaÜêÉå=eóÇêç|^ëJOÇ=Zur Anwendung kam der Hydro_as-2d - Lösungsalgorithmus 1. Ordnung, dessen

numerische Lösung der Flachwassergleichungen sich insbesondere für stationäre

Berechnungsverfahren eignet.

PKOKQK taÜä=îçå=oaìáÖâÉáíÉå=Durch die Wahl der Gelände-Rauigkeiten wird das Abflussverhalten der Oberflächen

beeinflusst Dieser Parameter ist für die Berechnungsergebnisse von signifikanter

Bedeutung. Für das vorliegend beschriebene Geländemodell wurden folgende

Rauigkeiten im hydraulischen Simulationsmodell berücksichtigt:


pÉáíÉ=NP=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

Tabelle 5: Übersicht der verwendeten Rauigkeitsbeiwerte nach Strickler

Rauigkeitsklasse kst-Wert

Ackerland 20,0 m1/3/s

Bahndamm 20,5 m1/3/s

Bebauung 15,0 m1/3/s

Flussaue 24,0 m1/3/s

Gewässer 18,5 m1/3/s

Grünland 19,5 m1/3/s

Industriebebauung 14,5 m1/3/s

Rasenfläche 23,0 m1/3/s

Sportplatz 26,0 m1/3/s

Steinschüttung mit Bewuchs 23,0 m1/3/s

Straße 40,0 m1/3/s

Teich 38,0 m1/3/s

Unbefestigter Weg 28,5 m1/3/s

Wald 8,0 m1/3/s

Die unterhalb befindliche Abbildung zeigt die Aufteilung der Rauigkeiten im Modellnetz.

Abbildung 4: Übersicht der Rauigkeiten im Geländemodell


pÉáíÉ=NQ=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

PKP oaåÇÄÉÇáåÖìåÖÉå=ÇÉë=OÇJpíê∏ãìåÖëãçÇÉääë=Für die Lösung der Flachwassergleichung mit Hydro_As-2d ist neben der räumlichen

Diskretisierung (also dem Aufteilen des FE-Netzes in ein wahrheitsgemäßes Abbild der

Realität) auch die Definition von bestimmten Randbedingungen erforderlich. Hierunter ist

zunächst der äußere Modellrand zu verstehen, über den das Wasser nicht strömen kann,

da angenommen wird, dass dieser Rand wie eine Mauer fungiert („no flow“). Weitere

Randbedingungen, wie Zu- und Ausstrombedingungen, aber auch z. B. die Modellierung

von kleineren Rohrdurchlässen, erlauben eine Abweichung von dieser „Begrenzung“. Es

erfolgt eine Unterscheidung zwischen punkt- und linienbezogenen Randbedingungen,

wobei Letztere durch vorherige Definition sog. Nodestrings (Verkettungen von Knoten)

erzeugt werden. Sowohl Punkten als auch Punktketten können entsprechende Typen von

Randbedingungen zugeordnet werden.

PKPKNK wìëíêçãJ_ÉÇáåÖìåÖÉå=Die Zufluss-Werte und somit die Eingangsparameter für die Zustrom-Bedingungen

wurden in Rücksprache mit der genehmigenden Behörde (Abteilung Wasser- und

Bodenschutz des Kreisausschusses des Main-Kinzig-Kreises) bei der Abteilung für

Arbeitsschutz und Umwelt Frankfurt des Regierungspräsidiums Darmstadt angefragt. Für

den Bereich der Salz-Mündung in die Kinzig liegt für die Kinzig ein HQ100 von 171,3 m³/s

vor, welcher in das Simulationsmodell übernommen wurde. Weiterhin wurde für den

Klingbach ebenfalls ein HQ100 angesetzt, welcher sich nach Angaben des RP Darmstadt

auf 13,3 m³/s beläuft. Weitere Zuflüsse aus der Kanalisation werden nicht explizit

berücksichtigt. Der Zustrom selbst erfolgt als Punktkette und kann somit einem

Fließquerschnitt zugeordnet werden, der in dem vorliegenden Modell nach einer

Einlaufphase von 5 Stunden als konstanter Zustrom (für die Dauer weiterer 19 Stunden)

eingesetzt wurde. Die folgende Abbildung zeigt eine beispielhafte Zustrombedingung.

Abbildung 5: Beispielhafte Definition einer Zustrom-Randbedingung


pÉáíÉ=NR=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

PKPKOK ^ìëëíêçãê®åÇÉê=Im Projektgebiet wurden mehrere Ausstromränder definiert. Somit wird gewährleistet,

dass das in das Modell einströmende Wasser auch wieder aus dem Modell

herausströmen kann. Dies ist eine besonders wichtige Eigenschaft, da ein Verbleib des

Wassers im Modellnetz zu deutlich überhöhten Wasserständen führen würde. Des

Weiteren wäre ein Abfließen des anstehenden Wassers ohne Ausstromränder nicht

möglich. Neben dem Ausstrombereich der Kinzig ist außerdem ein Ausstrom über das

angrenzende Gelände südlich der Kinzig möglich, da sich an dieser Stelle ein

Geländetiefpunkt befindet. Analog zum Zustrom wurde auch hier eine Punktkette quer

zur Fließrichtung als Auslauf definiert.

PKPKPK jçÇÉääáÉêìåÖ=îçå=tÉÜêÉå=ìåÇ=hçåëíêìâíáçåëìåíÉêâaåíÉå=Zur Abbildung von Wehren in Fließgewässern sowie den Vorländern besteht die

Möglichkeit, zwei Punkte als Wehrrandbedingung zu verketten. Dabei wird der

Wehrüberfall jedoch unter Berücksichtigung der hydraulischen Parameter wie

Segmentbreite oder Überfallbeiwert stets 1-dimensional berücksichtigt.

Im Unterschied zu den Wehrrandbedingungen werden Konstruktionsunterkanten

punktbezogen definiert. Erreicht der Wasserstand an den definierten Knoten einen

vorgegebenen Wert, so kann dieser nicht überschritten werden und im Modell entsteht

Druckabfluss.

Verknüpft man Konstruktionsunterkanten- und Wehrrandbedingungen, so eignen sich

diese besonders zur Abbildung von Brücken, welche den Fließquerschnitt beeinflussen,

aber nicht 2-dimensional erfasst werden können. Diese Vorgehensweise wird auch vom

Bayerischen Landesamt für Wasserwirtschaft /11/ zur Modellierung von Brücken

empfohlen.

PKPKQK jçÇÉääáÉêìåÖ=îçå=_êΩÅâÉå=Das Programmsystem SMS / Hydro_As-2d ermöglicht, wie zuvor beschrieben, zu jedem

beliebigen Knotenpunkt die Definition einer Konstruktionsunterkante (KUK), also einer

Höhe, ab welcher sich Druckabfluss einstellt. An den relevanten Brücken wurden diese

Randbedingungen nach den vorliegenden Angaben über die Brückenunterkante definiert.

Die Brückenwiderlager werden im Modell ausgespart und sind damit nicht durchströmbar.

Ist ein Überströmen der Brücke möglich, so wurden weiterhin Wehrüberfälle über den

KUK-Bedingungen definiert (magentafarben dargestellt). Diese Nodestrings sind stets auf

beiden Seiten um einen Knotenpunkt länger als die KUK-Bedingung. Hiermit wird neben

dem Druckabfluss bei Einstau auch ein Überströmen von Brücken ab einem gewissen

Wasserstand (Brückenoberkante) modellhaft ermöglicht (kleine, grüne Dreiecke). Diese

Vorgehensweise wird in Abbildung 6 veranschaulicht.


pÉáíÉ=NS=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

Abbildung 6: Modellierung von Brücken mit Druckabfluss- und Wehrrandbedingungen

PKPKRK jçÇÉääáÉêìåÖ=îçå=aìêÅÜä®ëëÉå=Zur Modellierung von Durchlässen stehen grundsätzlich zwei verschiedene

Lösungsansätze zur Verfügung. Neben der Möglichkeit der Definition innerer

Randbedingungen kann auch eine Rohrsohle zweidimensional abgebildet werden. Die

Wahl der passenden Variante erfolgt dabei von Fall zu Fall anhand mannigfaltiger

Faktoren.

PKPKRKN aìêÅÜä®ëëÉ=~äë=o~åÇÄÉÇáåÖìåÖ=

Wie bereits bei den Wehren erläutert, kann durch die Verknüpfung zweier Punkte auch

eine Durchlassrandbedingung definiert werden. Die Berechnung erfolgt dann

eindimensional, wobei sowohl Kreis- als auch Rechteckprofile ausgewählt werden

können. Die Parametrisierung basiert auf einer Angabe zum Durchmesser sowie einem

empirischen Wert, welcher die Fließlänge sowie die Reibung berücksichtigt. Aufgrund der

impliziten und empirischen Berücksichtigung der Fließlänge eignet sich dieser Ansatz nur

für unkritische Strömungen mit geringer Energiehöhendifferenz und nur für Leitungen bis

50 m /12/.


pÉáíÉ=NT=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

PKPKRKO aìêÅÜä®ëëÉ=~ìë=cä®ÅÜÉåÉäÉãÉåíÉå=ìåíÉê=aêìÅâ~ÄÑäìëë=

Um die zuvor erläuterten Nachteile bei der einfachen Betrachtung durch

Randbedingungen zu kompensieren, lassen sich Durchlässe auch direkt als Bestandteil

des Geländemodells zweidimensional modellieren. Die Abbildung erfolgt durch die sonst

im Modell auch verwendeten Flächenelemente. Weiterhin lassen sich alle Punkte mit

Konstruktionsunterkanten versehen, sodass der Übergang von Freispiegel- in

Druckabfluss möglichst genau abgebildet wird.

PKPKSK jçÇÉääáÉêìåÖ=îçå=ëÉåâêÉÅÜíÉå=jaìÉêå==Senkrechte Mauern können nur genähert im Modell Berücksichtigung finden, da für eine

Position (Hochwert und Rechtswert) nur eine einzige Geländehöhe definiert werden darf

und demnach keine übereinanderliegenden Punkte möglich sind. Weiterhin hat eine

senkrechte Mauer eine projizierte Fläche von Null, was im Modell unzulässig ist. Daher

bieten sich grundsätzlich zwei Lösungsmöglichkeiten an: Zum einen ist es möglich einen

Modellrand im Netz zu erzeugen, welcher durch Löschen von Flächenelementen gebildet

wird. Da ein Modellrand kein Durchströmen erlaubt, steigt das Wasser wie an einer

Mauer an. Um ein Überströmen ab einer bestimmten Höhe zu gewährleisten, kann an

dieser Stelle eine Wehrrandbedingung eingefügt werden. Eine weitere Möglichkeit

besteht darin, einzelne Punkte händisch so zu verschieben, dass nicht zu kleine

Flächenelemente entstehen, welche dennoch die Höhenverhältnisse realistisch abbilden.

Maßgeblich ist die Erfüllung der Anforderungen an die Netzgeometrie, die in Kapitel 3.5

näher erläutert werden.

Je nach Gegebenheit wurden im Projektgebiet beide Ansätze angewendet. Als Beispiel

für die Anwendung von Wehrüberfällen sei die Berücksichtigung von Ufermauern

genannt, welche zum einen als sehr steile Elemente beibehalten wurden, zum anderen

allerdings auch mit Wehrüberfällen versehen wurden, um ein möglichst realistisches

Abflussverhalten zu simulieren. Auf der nachfolgenden Abbildung sind Beispiele von

Wehrüberfällen an Ufermauern in Magenta dargestellt.

Abbildung 7: Beispiel Berücksichtigung von Ufermauern


pÉáíÉ=NU=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

PKQ tçÜåÄÉÄaììåÖ=L=e®ìëÉê=áå=§ÄÉêÑäìíìåÖëÖÉÄáÉíÉå=Die vorhandene Bebauung wurde im Modellnetz auf Grundlage des amtlichen Katasters

sowie von Luftbildauswertungen durch das Einfügen von interpolierten Punkten

berücksichtigt. Dabei wurden die Gebäudeumrisse teils vereinfacht in das Modellnetz

implementiert und die Elemente, die den Gebäudeumrissen entsprechen, aus dem

Modellnetz gelöscht, sodass die Gebäude, wie zuvor bereits beschrieben, „nicht

durchfließbare Körper“ darstellen. Die geometrische Form wurde GIS-gestützt mit Hilfe

des Douglas – Peucker - Algorithmus vereinfacht, sodass im Modell nicht darstellbare

Bögen als Liniensegmente vereinfacht wurden. Diese Generalisierung der

Gebäudeumrisse ist notwendig, weil eine exakte Abbildung die Anzahl der Knotenpunkte

stark vergrößert hätte, welches zwar die Rechenzeit deutlich erhöht, aber das

Rechenergebnis nicht genauer gemacht hätte.

PKR kÉíòÖÉçãÉíêáÉ=Folgende Kriterien wurden bei der Netzerstellung berücksichtigt /9/:

Tabelle 6: Berücksichtigte Kriterien zur Gewährleistung einer adäquaten Netzgeometrie

Kriterium Grenzwert

minimaler Winkel eines Elementes 5,0°

maximaler Winkel eines Elementes 150°

maximale Böschungsneigung 1:1

minimales Flächenverhältnis benachbarter Flächen 25 %

maximale Anzahl von Elementen je Knoten 8

Flächenmäßig recht inhomogene Netze neigen bei der Berechnung zu zeitlich

oszillierenden Wasserständen. Daher wurde versucht, auch im Vorland ein möglichst

engmaschiges Netz zu erzeugen. Weiterhin wurde eine maximale Böschungsneigung

von 1:1 angestrebt, welche allerdings in Teilbereichen nicht immer eingehalten werden

kann und muss. Auswertungen von Projektgebieten mit vielen Ufermauern ergaben

diesbezüglich, dass auch wesentlich steilere Winkel die Ergebnisse nicht negativ

beeinflussen, sofern die Längsausrichtung der Elemente nicht quer zur Fließrichtung

liegt. Daher wurden auch steilere Elemente im Netz, wie beispielsweise Ufermauern,

nicht weiter modifiziert.

Von existentieller Bedeutung für das Modellnetz ist es auch, dass sämtliche singulären

Punkte, vor allem im Bereich von im Modellnetz ausgesparten Häusern, beseitigt werden.

Ein singulärer Punkt entsteht dann, wenn zwei Modellränder in einem Punkt aufeinander

treffen. In diesem Fall könnte es rechnerisch zu einer unendlich großen

Fließgeschwindigkeit kommen bzw. wird die maximale, vom Anwender vorgegebene

Geschwindigkeit verwendet, die das Rechenergebnis insgesamt jedoch deutlich

verfälschen kann.


pÉáíÉ=NV=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

Q haäáÄêáÉêìåÖ=ÇÉë=OÇJpíê∏ãìåÖëãçÇÉääë=

QKN haäáÄêáÉêìåÖ=páãìäaíáçåëãçÇÉää=Die Kalibrierung eines Simulationsmodells stellt einen wesentlichen Bestandteil der

Modellerstellung dar. Mit der Wahl und Zuweisung von Geländerauigkeiten existieren

Stellschrauben, die es ermöglichen, ein bestimmtes Ereignis mit Hilfe des

Simulationsmodells nachzustellen. Die Basis bildet dabei meist ein sehr gut

dokumentiertes Hochwasserereignis. Da für Kinzig, Salz und Klingbach im

Betrachtungsraum keine dokumentieren Beobachtungen zu Hochwasserereignissen

vorliegen, musste auf einen Vergleich mit den berechneten Überschwemmungsgebieten

gemäß /13/ zurückgegriffen werden. Statt einer Kalibrierung, für die ein beobachtetes

Ereignis benötigt wird, erfolgt demnach eine Validierung der Berechnungsergebnisse an

Hand des Vergleichs mit den Überschwemmungsgebieten.

Grundlage der Berechnungen für die Überschwemmungsflächen ist der vom Regierungs-

präsidium Darmstadt angeforderte Abfluss der Kinzig (HQ100=171,3 m³/s), sodass eine

Vergleichbarkeit der Berechnungsergebnisse mit dem Überschwemmungsgebiet besteht.

Insgesamt zeigen die Berechnungsergebnisse für Kinzig, Salz und Klingbach eine gute

Übereinstimmung mit den Überschwemmungsgebieten – eine realitätsgetreue Abbildung

der Fließvorgänge ist daher auch für den Plan-Zustand zu erwarten.

Abbildung 8: Berechnete Abflusstiefen HQ100 Ist-Zustand mit Überschwemmungsgebietsgrenzen


pÉáíÉ=OM=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

R bêÖÉÄåáëëÉ=ÇÉê=ÜóÇêaìäáëÅÜÉå=UåíÉêëìÅÜìåÖ=

In diesem Abschnitt sollen die Ergebnisse der hydraulischen Berechnung für die Kinzig,

die Salz sowie den Klingbach im Bereich von Bad Soden – Salmünster erläutert werden.

Mit der Berechnung des Hochwasserabflusses der Kinzig unter Berücksichtigung der

bestehenden Eisenbahnüberführung Flutgraben wird die Basis für eine Vergleichbarkeit

des Ist-Zustandes mit dem Plan-Zustand hergestellt.

Die nachfolgende Abbildung zeigt die Abgrenzung des Simulationsmodells (rote

Umrandung), welches sich von der Ortslage Salmünster bis an den Rand der Ortslage

von Wächtersbach – Aufenau erstreckt. Insgesamt umfasst das Modellnetz eine Fläche

von mehr als 260 ha.

Abbildung 9: Abgrenzung Modellbereich mit Luftbild

In den folgenden Abbildungen sind sowohl der Bestand (grau) als auch die aktuelle

Planung (rot) hinsichtlich der Eisenbahnüberführung Flutgraben enthalten. Es ist zu

erkennen, dass der Bahndamm in der aktuellen Planung senkrecht zur Bahnachse

gequert wird und nicht wie im Bestand schräg zur Dammachse.


pÉáíÉ=ON=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

Abbildung 10: Planung EÜ Flutgraben – Lageplan [DB ProjektBau GmbH]

Weiterhin ist die geplante Offenlegung des bislang verrohrt unter der Bahn

durchgeführten Gewässers in der voranstehenden Abbildung dargestellt.

Abbildung 11: Planung EÜ Flutgraben – Schnitt [DB ProjektBau GmbH]


pÉáíÉ=OO=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

Um in den nachfolgenden Ausführungen auf eine einheitliche Bezeichnungsweise

zurückgreifen zu können, zeigt Abbildung 12 die Definition der relevanten Durchlässe im

Geländemodell.

Abbildung 12: Bezeichnungen Durchlässe im Modellbereich

RKN fëíJwìëíaåÇ=enNMM=háåòáÖ=ìåÇ=häáåÖÄaÅÜ=Das bestehende Bauwerk EÜ Flutgraben setzt sich aus zwei Brückenfeldern mit einer

lichten Breite von je 7,12 m und einer lichten Höhe von ~ 2,64 m zusammen. Weiterhin

quert eine Verrohrung DN800 die Eisenbahnüberführung Flutgraben in einer Nord – Süd

– Achse. Im Ist-Zustand stellt sich dabei zusammen durch die Eisenbahnüberführung

Flutgraben sowie die Verrohrung insgesamt ein Abfluss von ca. 57,8 m³/s im Maximum

ein. Der Abfluss durch die Kinzigbrücke beläuft sich in der Spitze auf 67,9 m³/s. Der

Durchfluss durch die EÜ Flutbrücke BSS sowie durch den EÜ Sandgraben liegen mit

34,3 m³/s und 22,0 m³/s im Maximum deutlich darunter.

Betrachtet man die nachfolgende Abbildung, so wird ersichtlich, dass sich sowohl

nördlich als auch südlich der Bahntrasse deutliche Ausuferungen ergeben. Das Wasser

nördlich der Bahntrasse kann westlich der Kinzigbrücke Bad Soden – Salmünster über

die EÜ Flutgraben sowie die EÜ Sandgraben (ca. 500 m westlich der EÜ Flutgraben) in

südliche Richtung abfließen. Die Überflutungsflächen betreffen in weiten Teilen lediglich

unbebautes Areal. Am Klingbach kommt es jedoch auch zu Überflutungen der

angrenzenden Bebauung.

Im Bereich der EÜ Flutgraben stellt sich bei einem HQ100 im Ist-Zustand kein

Druckabfluss ein. Dennoch unterscheiden sich die Wasserspiegel nördlich und südlich

EÜ Flutgraben

EÜ Sandgraben

EÜ Flutbrücke BSS

EÜ Kinzigbrücke


pÉáíÉ=OP=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

der EÜ Flutgraben um mehr als 1,0 m. Dies wird auch an Hand der Darstellung in

Abbildung 13 ersichtlich.

Abbildung 13: Maximale Abflusstiefen HQ100 Ist-Zustand

RKO mäaåJwìëíaåÇ=enNMM=háåòáÖ=ìåÇ=häáåÖÄaÅÜ=Der Plan-Zustand zeichnet sich dadurch aus, dass die bestehende

Eisenbahnüberführung Flutgraben mit ihren beiden Brückenfeldern durch einen

tiefgegründeten Stahlbetonhalbrahmen ersetzt werden soll, der lediglich aus einem Feld

besteht. Vorgesehen für die EÜ Flutgraben sind eine lichte Weite von 12,0 m und eine

lichte Höhe von mindestens 2,7 m. Die Sohlhöhe der EÜ Flutgraben liegt bei

142,99 m+NHN und die Konstruktionsunterkante des Brückenbauwerks entsprechend bei

145,69 m+NHN. Außerdem ersetzt ein offenes Gerinne in Form eines U-Profils mit einer

lichten Weite von 2,0 m die DN 800-Verrohrung. Lediglich nördlich und südlich der EÜ

Flutgraben erfolgt eine Überdeckung des Gewässers aufgrund querender

Wegeverbindungen (vgl. Abbildung 14).


pÉáíÉ=OQ=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

Abbildung 14: Überfahrt südlich EÜ Flutgraben [DB ProjektBau GmbH, 2015]

Die Überflutungsflächen im Plan-Zustand bei einem HQ100 weisen, wie die nachfolgende

Abbildung belegt, die gleiche Charakteristik auf wie im Ist-Zustand. Auch im Plan-Zustand

bilden sich weiträume Überflutungsflächen beidseitig des Bahndammes aus.

Abbildung 15: Maximale Abflusstiefen HQ100 Plan-Zustand

Der Abfluss durch die EÜ Flutgraben beläuft sich inkl. offenen U-Profils auf 56,5 m³/s.

Auch die Abflüsse der weiteren Eisenbahnüberführungen korrespondieren mit den

Ergebnissen des Ist-Zustandes (Kinzigbrücke: 68,0 m³/s, Flutbrücke BSS: 34,3 m³/s,


pÉáíÉ=OR=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

Sandgraben: 23,4 m³/s). Ein detaillierter Vergleich der Berechnungsergebnisse des Plan-

und des Ist-Zustandes wird im folgenden Kapitel dargestellt.

RKP sÉêÖäÉáÅÜ=mäaåJ=ìåÇ=fëíJwìëíaåÇ=enNMM=háåòáÖ=ìåÇ=häáåÖÄaÅÜ=Durch einen direkten Vergleich des Plan-Zustandes mit dem Ist-Zustand ist es möglich,

die Auswirkungen der baulichen Änderungen auf den Hochwasserabfluss explizit

darzustellen. Dabei sind sowohl die Überflutungsflächen als auch die Abflüsse durch die

Bauwerke von besonderem Interesse.

Ein erster optischer Vergleich der Abbildungen 13 und 15 legt nahe, dass die

Veränderungen, welche sich durch den Plan-Zustand im Vergleich zum Ist-Zustand

einstellen nur von geringem Ausmaß sind.

In der folgenden Tabelle sind noch einmal die Abflüsse zusammengefasst, welche

sowohl im Ist- als auch im Plan-Zustand durch die jeweiligen Bauwerke maximal fließen.

Weiterhin beinhaltet die Tabelle den Quotienten aus den Abflüssen im Ist-Zustand und im

Plan-Zustand. Dadurch wird prozentual angezeigt wie groß die Veränderungen zwischen

den Abflüssen im Ist- und Plan-Zustand sind.

Tabelle 7: Vergleich maximale Abflüsse Ist-Zustand / Plan-Zustand HQ100

Bezeichnung Abfluss

Ist-Zustand HQ100

Abfluss

Plan-Zustand HQ100

Abflussquotient

Ist / Plan

EÜ Sandgraben 22,0 m³/s 23,4 m³/s 94,0 %

EÜ Flutgraben 57,8 m³/s 56,5 m³/s 102,3 %

EÜ Kinzigbrücke 67,9 m³/s 68,0 m³/s 99,9 %

EÜ Flutbrücke BSS 34,3 m³/s 34,3 m³/s 100,0 %

Sowohl an der Eisenbahnüberführung Flutbrücke Bad Soden-Salmünster (BSS) als auch

der Kinzigbrücke sind die Abflüsse praktisch identisch. An der EÜ Flutgraben reduziert

sich der Abfluss geringfügig um 2,3 %, allerdings stellt sich auch im Plan-Zustand kein

Druckabfluss ein, sodass durch die EÜ Flutgraben auch ein höherer Abfluss möglich

wäre. Der geringfügig höhere Abfluss an der EÜ Sandgraben ergibt sich aus dem leicht

verringerten Abfluss am Flutgraben. Da sich in beiden Zuständen kein Druckabfluss

einstellt und die Abflüsse nahezu identisch sind, lässt sich insgesamt sagen, dass im

Rahmen der Modellgenauigkeit keine Veränderungen im Abflussverhalten ersichtlich

werden.

Neben den Abflüssen sind, wie zuvor bereits beschrieben, auch die

Überschwemmungsflächen von Interesse. Auf den beiden folgenden Abbildungen ist

jeweils die Veränderung des Wasserspiegels durch den Plan-Zustand im Vergleich zum

Ist-Zustand bei einem HQ100 dargestellt. Die Farbdarstellung der Wassertiefen in diesen

Darstellungen differiert von den vorherigen Darstellungen, um die Differenzen noch

deutlicher darstellen zu können.


pÉáíÉ=OS=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

Abbildung 16: Wasserspiegelanstieg durch Plan-Zustand im Vergleich zum Ist-Zustand HQ100 [m]

Die voranstehende Abbildung zeigt den Wasserspiegelanstieg durch den Plan-Zustand

im Vergleich zum Ist-Zustand bei einem HQ100. Durch die bauliche Änderung des EÜ

Flutgraben kommt es bei einem HQ100 zu einer geringfügigen aber großflächigen

Erhöhung des Wasserspiegels auf der Nordseite des Bahndammes. Allerdings ist von

dieser Wasserspiegelerhöhung keine Bebauung betroffen. Berechnungen im Rahmen

der Leistungsphase 1 und 2, welche im Zuge einer vorangehenden Beauftragung

durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass bei einem geringeren Zufluss (ca. 134 m³/s

gegenüber ~ 184 m³/s aktuell) nur marginale Veränderungen des Wasserspiegels

hervorgerufen werden. Allerdings zeigt Abbildung 16 auch, dass selbst bei dem aktuellen

HQ100-Zufluss keine Bebauung von der Wasserspiegelerhöhung betroffen ist. Die

Wasserspiegelerhöhung auf der Südseite des Bahndammes liegt deutlich unter 3 cm und

hat ebenfalls keine Auswirkung auf die umliegende Bebauung.

Wie Abbildung 17 zeigt, kommt es durch die aktuelle Planung der Eisenbahnüberführung

Flutgraben nur zu einer äußerst geringfügigen Reduzierung des Wasserspiegels auf der

Südseite des Bahndammes, welche voraussichtlich durch die Erhöhung des

Retentionsvolumens auf der Nordseite zum Tragen kommt.

Insgesamt ist außerdem zu sagen, dass von einer Wasserspiegelveränderung, also

sowohl durch eine Wasserspiegelverringerung als auch durch eine

Wasserspiegelerhöhung, keine zusätzlichen Flächen betroffen sind. Sämtliche überflutete

Flächen im Plan-Zustand sind auch bereits im Ist-Zustand von einer Überflutung

betroffen, lediglich die Einstautiefen können variieren.


pÉáíÉ=OT=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

Abbildung 17: Wasserspiegelverringerung durch Plan-Zustand im Vergleich zum Ist-Zustand HQ100 [m]


pÉáíÉ=OU=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

S caòáí=

Die Lotz AG Ingenieure wurden seitens der DB ProjektBau GmbH beauftragt die

Erneuerung der EÜ Flutgraben Bad Soden-Salmünster hydraulisch zu überprüfen.

Diese Vorgehensweise wird erforderlich, da der bauliche Zustand der bestehenden

Eisenbahnüberführung keine langfristige Nutzung mehr zulässt. Das bestehende

Bauwerk mit zwei Feldern soll daher durch einen einfeldrigen Stahlbetonhalbrahmen mit

Tiefgründung ersetzt werden. Weiterhin ist vorgesehen, die bestehende Verrohrung des

Gewässers 3. Ordnung, welches in einem Kanal DN 800 durch die EÜ Flutgraben

geführt wird, durch ein offenes Gerinne mit Stahlbeton-U-Profilen zu ersetzen. Das

geplante Bauwerk soll auch in Zukunft das gleiche Abflussvermögen wie im Bestand

aufweisen.

Im Rahmen der Untersuchungen wurde sowohl der Ist-Zustand als auch der Plan-

Zustand für ein HQ100 betrachtet. Durch die Berechnung beider Zustände wird ein

direkter Vergleich der Berechnungsergebnisse ermöglicht.

Es zeigt sich, dass der Abfluss durch die Eisenbahnüberführungen im Rahmen der

Maßtoleranzen im Plan- und im Ist-Zustand identisch ist. In beiden Zuständen kommt es

nicht zum Druckabfluss an der Eisenbahnüberführung Flutgraben, d. h. es wird ein

freier Abfluss garantiert.

Der Vergleich der Überflutungsflächen zeigt, dass es nicht zu einem Einstau

zusätzlicher Flächen, nördlich des Bahndammes jedoch bei einem HQ100 zu einer

Erhöhung des Wasserspiegels in unbebauten Bereichen kommt, obwohl freier Abfluss

im Bereich der EÜ Flutgraben möglich ist. Dieser Zustand ist voraussichtlich der

Topographie geschuldet, welche dazu führt, dass im Plan-Zustand geringfügig mehr

Wasser durch die EÜ Sandgraben strömt.

In Ergänzung zu den hydraulischen Berechnungen sei an dieser Stelle noch auf ein

wasserbauliches Detail hingewiesen. Die Bodenplatte im Bereich der

Eisenbahnüberführung Flutgraben ist mit einem Gefälle zu versehen, um den Abfluss des

Wassers nach einem Hochwasserereignis zu ermöglichen.

Dieses Gutachten gilt als Ganzes. Grundlage für Berechnungen waren die zum Zeitpunkt

der Erstellung zur Verfügung stehenden Grundlagendaten. Es ist möglich, dass sich

durch bauliche Änderungen oder Nutzungsänderungen in den bewirtschafteten Flächen

auch Änderungen hinsichtlich des Abflussverhaltens ergeben.


pÉáíÉ=OV=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

T sÉêòÉáÅÜåáë=Ü®ìÑáÖ=îÉêïÉåÇÉíÉê=^ÄâΩêòìåÖÉå=

ALK Allgemeines Liegenschaftskataster

Amin kleinste erlaubte Elementgröße des Modellnetzes

BSS Bad Soden-Salmünster

DGM Digitales Gelände Modell

FE Finite Elemente

Fkm Flusskilometer

FWG Flachwassergleichung

GIS Geoinformationssystem

HHW höchstes jemals beobachteter Hochwasserstand

HLUG Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie

Hmin minimale berechnete Wassertiefe

HQ100 Hochwasserabfluss mit einer statistischen Wiederkehrzeit von 100 Jahren

HVBG Hessische Verwaltung für Bodenmanagement und Geoinformation

KUK Konstruktionsunterkante

MQ mittlerer Abfluss (Definition nach DIN4049)

Q Abfluss bzw. Durchfluss in m³/s

q Abflussspende in l/(s*km²) oder mm/h

RKH Retentionskataster Hessen

SMS Surface Water Modeling System, Programmoberfläche des 2d-Strömungsmodells

TK25 Topographische Karte im Maßstab 1:25.0000

W Wasserstand in m+NHN

WSP Wasserspiegel/ -lage


pÉáíÉ=PM=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

U ^ÄÄáäÇìåÖëîÉêòÉáÅÜåáë=

Abbildung 1: Übersicht Standort EÜ Flutgraben Bad Soden – Salmünster TK25 .............. 4

Abbildung 2: Auszug Geländemodell auf Grundlage Laserscandaten HVBG, 5-fach überhöht............................................................................................................................... 8

Abbildung 3: Berücksichtigte Gewässerprofile der Kinzig [HLUG, 2013] ............................ 9

Abbildung 4: Übersicht der Rauigkeiten im Geländemodell .............................................. 13

Abbildung 5: Beispielhafte Definition einer Zustrom-Randbedingung ............................... 14

Abbildung 6: Modellierung von Brücken mit Druckabfluss- und Wehrrandbedingungen .. 16

Abbildung 7: Beispiel Berücksichtigung von Ufermauern ................................................. 17

Abbildung 8: Berechnete Abflusstiefen HQ100 Ist-Zustand mit Überschwemmungsgebietsgrenzen .................................................................................. 19

Abbildung 9: Abgrenzung Modellbereich mit Luftbild ........................................................ 20

Abbildung 10: Planung EÜ Flutgraben – Lageplan [DB ProjektBau GmbH] .................... 21

Abbildung 11: Planung EÜ Flutgraben – Schnitt [DB ProjektBau GmbH] ......................... 21

Abbildung 12: Bezeichnungen Durchlässe im Modellbereich ........................................... 22

Abbildung 13: Maximale Abflusstiefen HQ100 Ist-Zustand ................................................. 23

Abbildung 14: Überfahrt südlich EÜ Flutgraben [DB ProjektBau GmbH, 2015] ................ 24

Abbildung 15: Maximale Abflusstiefen HQ100 Plan-Zustand ............................................. 24

Abbildung 16: Wasserspiegelanstieg durch Plan-Zustand im Vergleich zum Ist-Zustand HQ100 [m] ........................................................................................................................... 26

Abbildung 17: Wasserspiegelverringerung durch Plan-Zustand im Vergleich zum Ist-Zustand HQ100 [m] ............................................................................................................. 27

V qaÄÉääÉåîÉêòÉáÅÜåáë=

Tabelle 1: Kenndaten der Kinzig ......................................................................................... 5

Tabelle 2: Pegelstammdaten /3/ .......................................................................................... 6

Tabelle 3: Die 10 extremsten Hochwasserereignisse für Ahl [3]......................................... 6

Tabelle 4: Globale Modellparameter in SMS/Hydro_As-2d .............................................. 12

Tabelle 5: Übersicht der verwendeten Rauigkeitsbeiwerte nach Strickler ........................ 13

Tabelle 6: Berücksichtigte Kriterien zur Gewährleistung einer adäquaten Netzgeometrie ........................................................................................................................................... 18

Tabelle 7: Vergleich maximale Abflüsse Ist-Zustand / Plan-Zustand HQ100 ..................... 25


pÉáíÉ=PN=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

NM iáíÉêaíìêåaÅÜïÉáë==

/1/ DB Netz AG: Erläuterungsbericht Vorplanung Ingenieurbauwerke T.016063709 *Erneuerung EÜ Flutgraben* Bad Soden-Salmünster, Frankfurt, 02.04.2014

/2/ Hessisches Ministerium für Umwelt, Klimaschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz: WRRL Hessen, http://wrrl.hessen.de/Main.html?role=default, abgerufen am 27.04.2015

/3/ Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie: Wasser / Aktuelle Messdaten, http://www.hlug.de/static/pegel/wiskiweb2/index.html#, Station Ahl_UW (24781206), abgerufen am 27.04.2015

/4/ Bundesumweltministerium: Hydrologischer Atlas von Deutschland, Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Bonn, 2002

/5/ Hessische Verwaltung für Bodenmanagement und Geoinformation: Laserscandaten Hydraulische Berechnung EÜ Flutgraben BSS, Wiesbaden, 2013

/6/ Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie: Gewässerprofildaten Kinzig, Wiesbaden, 2013

/7/ Nujíc, M.: LASER_AS-2d – Ausdünnung und Aufbereitung von Laserdaten für die 2d-Modellierung, Ingenieurbüro Nujíc, Rosenheim, 2006

/8/ Nujíc, M.: Flussnetz-2D, Ingenieurbüro Nujíc, Rosenheim, 2007

/9/ Schwaller, G.: Tutorial zum HYDRO_AS-2D – Grundkurs, Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft, 2006

/10/ Nujíc, M.: Hydro_As-2d – Ein zweidimensionales Strömungsmodell für die wasserwirtschaftliche Praxis – Benutzerhandbuch, Rosenheim, 2006

/11/ Schwaller, G.: Tutorial zum HYDRO_AS-2D – Aufbaukurs, Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft, 2006

/12/ Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft: Berechnung des Abflusskoeffizienten c, Mitteilung des Bayerischen Landesamtes für Wasserwirt-schaft, 2006

/13/ Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie: Hochwasserrisiko-managementpläne Hessen, http://hwrm.hessen.de/Main.html?role=default, abgerufen am 27.04.2015


pÉáíÉ=PO=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

NN mäaåaåäaÖÉå=

W-S-L-1 Lageplan – Wassertiefen Ist-Zustand HQ100 Kinzig, HQ100 Klingbach, M 1:2.000, 24.04.2015

W-S-L-2 Lageplan – Wassertiefen Plan-Zustand HQ100 Kinzig, HQ100 Klingbach, M 1:2.000, 24.04.2015

W-S-L-3 Lageplan – Wassertiefen Wasserspiegeländerung Vergleich Plan- / Ist-Zustand, M 1:2.000 / 1:500, 24.04.2015


pÉáíÉ=PP=îçå=PP=

OQKMQKOMNR

NO dÉåÉÜãáÖìåÖëîÉêãÉêâÉ=

Aufgestellt:

LOTZ AG Ingenieure

Holger Christanz

Wächtersbach, den

Anerkannt:

DB ProjektBau GmbH Regionalbereich Mitte I.BV-MI-P(K), Hahnstraße 52 in 60528 Frankfurt am Main

Frankfurt am Main, den

Genehmigt:

Kreisausschuss des Main-Kinzig-Kreises – Abteilung Wasser- und Bodenschutz – Gewässerschutz

Barbarossastraße 16 – 24, 63571 Gelnhausen

Gelnhausen, den

577 Bericht DB Flutgraben BSS - rp-darmstadt.hessen.de · PKP...

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