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)