Gewässerschutzimmissionsorientiert

Die immissionsorientierte Betrachtung der Einleitung von Mischabwasser aus der Siedlungsent-wässerung in die Fliessgewässer ist heutzutage die Regel. Zentrales Element ist die gewässeröko-logische Untersuchung. Anhand der Storm-Richtlinien werden die Anforderungen an den Zustand des Gewässers definiert und mithilfe von Berechnungsprogrammen (z. B. Rebeka und/oder Simba) quantitativ modelliert. In der Praxis zeigt sich dabei oft eine Diskrepanz zwischen den modellierten und den durch die gewässerökologische Untersuchung festgestellten Defizite. Dies wird für den Fall hoher Ammoniakkonzentration und einer nicht nachweisbaren Fischsterblichkeit am Fallbei-spiel der Steinach demonstriert. In einem zweiten Fallbeispiel wird gezeigt wie mittels Langzeit-simulationen mit SIMBA eine Kanalnetzbewirtschaftung durchgeführt werden kann.

Martin Rüdisüli, Beat Tinner, Markus Gresch*, Hunziker Betatech AG

e r fa h ru n G e n a u s s i c h t i n G e n i e u r

einLeitunG

Die Einleitung von verschmutztem Regenabwasser aus der Mischabwasserkanalisation stellt immer noch vielerorts eine starke Belastung für die Vorfluter dar. Neben hygienischen und ästhetischen Beeinträchtigungen (Hygieneartikel, Schaumbil-dung, Geruchsemissionen etc.) werden die Vorfluter auch stoff-lich stark belastet, was unter anderem zu einem vermehrten Al-genwachstum oder zu einem Rückgang der Biodiversität führen kann.Traditionell wurde die Einleitung von Regenabwasser emis-sionsbasiert betrachtet [1, 2]. Das zentrale Element dieser Be-trachtungsweise sind die Stoffe, die aus der Kanalisation in den Vorfluter gelangen (End-of-Pipe) und ausschliesslich in Form von Konzentrationen und Frachten quantifiziert werden. Das heisst, lokale Gegebenheiten im Gewässer und Wechselwirkungen zwi-schen Kanalnetz, Kläranlage und Vorfluter werden nicht berück-sichtigt. Heutzutage wird vermehrt der integrale und immissionsbasier-te Ansatz gemäss STORM [3] bei der Regenabwasserentsorgung angewandt. Mit dem immissionsbasierten Ansatz wird das

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résumé

Protection Des eauX De surface orientée Vers Les immissions – Les eXPériences Du Point De Vue Dʼun inGénieurLa considération orientée sur les immissions du déversement dʼeaux usées mixtes issues lʼévacuation des eaux des agglomé-rations dans les eaux courantes est devenue la règle aujourdʼhui. Lʼanalyse du point de vue de lʼécologie des eaux en est lʼélément essentiel. Elle identifie les problèmes de lʼeau dus à lʼévacuation des eaux des agglomérations. Les directives STORM permettent de définir les exigences quant à lʼétat des eaux et de les modéliser de manière quantitative à lʼaide de logiciels de calcul (par ex. Re-beka et/ou Simba). En pratique, on trouve souvent une divergence entre les déficits constatés dans le cadre des analyses modélisées et de lʼécologie des eaux. Cette divergence est montrée sur le cas de la concentration en ammoniac élevée et de la mortalité non jus-tifiable des poissons sur lʼexemple de Steinach. Dans la seconde étude de cas, on peut voir comment il est possible de réaliser une gestion du réseau de canalisations grâce à des simulations à long terme avec Simba. Lʼobjectif de cette gestion du réseau de cana-lisations est une utilisation plus efficace des volumes de stockage existants, associée à une meilleure protection des eaux contre les immissions nocives des eaux usées mixtes.

* Kontakt: markus.gresch@hunziker-betatech.ch

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Gewässer ins Zentrum der Betrachtung gestellt und eine Optimierung des gesam-ten Systems angestrebt [3]. Vor allem die Ursache-Wirkungs-Beziehung zwischen der Siedlungsentwässerung und den re-sultierenden Auswirkungen im Gewässer steht im Vordergrund [4]. Die Siedlungs-entwässerung wird dadurch integral (von der Siedlung bis ins Gewässer und Grundwasser), lokalspezifisch (individu-ell für jede Siedlungslokalität und seine Vorfluter) und problemorientiert (Lösun-gen durch gezielte Massnahmen) betrach-tet und Lösungen sowohl technisch als auch ökologisch bewertet [1].Im Folgenden werden Erfahrungen aus der Praxis mit immissionsorientiertem und integralem Gewässerschutz aufge-zeigt. Als Erstes wird dazu das Vorgehen gemäss STORM vorgestellt und insbeson-dere die zentrale Rolle der gewässeröko-logischen Untersuchung hervorgehoben. Anschliessend werden kurz die Model-lierungswerkzeuge Rebeka und Simba vorgestellt. Anhand eines ersten Fallbei-spiels wird dargestellt, wie es in der Pra-xis zu Diskrepanzen in den Immissionen zwischen der STORM-Betrachtung und den gewässerökologischen Untersuchun-gen kommen kann. Anhand eines zweiten Fallbeispiels wird schliesslich gezeigt, wie die integrale Betrachtung eines Ein-zugsgebiets für eine bessere Bewirtschaf-tung des Speichervolumens im Kanalnetz verwendet werden kann.

VORGEHEN NACH STORM

Das Vorgehen beim immissionsorien-tierten Gewässerschutz gemäss STORM umfasst in einem ersten Schritt die Identifikation des Problems. Diese Prob-lemidentifikation ergibt sich aus gewäs-serökologischen Untersuchungen und Messungen [3]. Die gewässerökologische Untersuchung umfasst – je nach Unter-suchungsspektrum – die Beurteilung der Gewässer im Sinne der Ökomorphologie, der äusseren Aspekte (Trübung, Geruch, Verfärbung, Schaumbildung, hygienische Belastung etc.), des Zoobenthos (Was-serwirbellose) und der Kieselalgen. Fall-weise können auch weitere Aspekte der Gewässerökologie in die Untersuchung miteinbezogen werden. Übergeordnet werden auch bereits bekannte Probleme aus dem Generellen Entwässerungsplan (GEP) [5] übernommen. Vorzugsweise wird die gewässerökologische Untersu-chung an verschiedenen Abschnitten des

Gewässers, insbesondere ober- und unter-halb der Einleitstellen, durchgeführt. Anhand der erkannten Defizite der ge-wässerökologischen Untersuchung wird schliesslich entschieden, ob ein Hand-lungsbedarf besteht und ob dieser durch die Siedlungsentwässerung entstand oder andere Ursachen dafür verantwortlich sind. Im Falle eines Handlungsbedarfs aus der Siedlungsentwässerung wird in einem nächsten Schritt ein Massnahmen-spektrum erstellt, um die identifizierten Probleme zu beheben oder zumindest zu entschärfen. Um die vorgeschlagenen Massnahmen zu bewerten, werden Ziele, Anforderun-gen und Grenzwerte aus den STORM-Richtlinien [4] bzw. der Gewässerschutz-verordnung (GSchV) [6] herangezogen. Die Grenzwerte nach STORM umfassen stoffliche (Ammoniak, partikuläre Stoffe, gelöster Sauerstoff, Nährstoffe), physika-lische (hydraulisch-mechanische Beein-trächtigungen, Temperatur), hygienische und ästhetische Belastungen. Basierend auf diesen Grenzwerten werden die effek-tivsten und effizientesten Massnahmen bestimmt.

MODELLIERUNG

REBEKAZur Abschätzung der Beeinträchtigung der Fliessgewässer durch die Siedlungs-entwässerung bei Regenwetter wird in der STORM-Betrachtung prinzipiell die Software Rebeka [7] als Screening Tool eingesetzt. Vor allem für die Einhaltung der Grenzwerte (Geschiebetrieb, Trü-bung, Kolmation und Toxizität durch GUS, Ammoniak und Sauerstoffzehrung) bietet sich die wahrscheinlichkeitstheoretische Modellierung mit Rebeka an. Durch die stochastische Herangehensweise des Tools mittels Monte-Carlo-Simulation können insbesondere Unsicherheiten im System und in der Modellierung quantita-tiv beschrieben und die Resultate in Form von Wahrscheinlichkeiten ausgegeben werden.Grosse Unsicherheiten bestehen dabei vor allem bei den Grenzwerten selber. Bei der Massnahmenplanung kommt der Wahl der Grenzwerte naturgemäss eine zentrale Rolle zuteil. Für eine realistische Massnahmenplanung sind diese Unsi-cherheiten zu berücksichtigen. Dies ist heute noch nicht möglich. Bei der Langzeitsimulation mit Rebeka wird die Beziehung zwischen Entlas-

tungsbauwerk und dem dazugehörenden Einzugsgebiet vereinfacht modelliert. Dadurch kommt es zu Diskrepanzen zwi-schen Messung und Simulation, die den Einsatz von Rebeka als Werkzeug zur Di-mensionierung und für die Massnahmen-planung erschweren.

SIMBAEine Alternative zu Rebeka ist das Simu-lationssystem Simba  [8], das als Erwei-terungspaket unter Matlab®/Simulink® läuft. Mit dem System ist eine detaillierte und realistische Abbildung der Prozesse in der Siedlungsentwässerung möglich. Die ganzheitliche Betrachtung umfasst neben dem Kanalnetz und der Kläranlage auch die Entlastungsbauwerke und die Fliess-gewässer (Vorfluter). Die hydrologische und/oder hydrodynamische Abflussbe-rechnung führt zu einer detaillierten Si-mulation von Abfluss und Wassergüte in Vorflutern. Zur Analyse von Einleitungen aus dem Kanalnetz können verschiedene biochemische Transformationsmodelle verwendet werden. Eine nahtlose Integra-tion mit Kanalnetz- und Kläranlagenmodu-len sowie mit Steuerungsalgorithmen ist ebenfalls möglich. Besonders diese detail-lierte räumliche Auflösung des Einzugs-gebiets und die flexible hydrodynamische Simulation des Kanalnetzes sind wertvolle Vorzüge von Simba. Ein weiterer Vorteil des Systems ist, dass bei grossen Einzugs-gebieten unterschiedliche Regenmesser für Teileinzugsgebiete verwendet werden können. Dies kann gerade in Gebieten mit einer komplexen Topographie, z. B. mit mehreren Talflanken, wichtig sein. Demgegenüber müssen Immissionsbe-rechnungen selbst implementiert werden und stochastische Simulationen sind nur innerhalb der Matlab-Umgebung möglich.

FALLBEISPIELE

GEWÄSSERSCHUTZ BEI REGENWETTERHinsichtlich des Gewässerschutzes bei Regenwetter ergibt sich in der Praxis oft das Problem, dass zwar aus der gewässe-rökologischen Untersuchung eine Beein-trächtigung des Gewässers durch die Sied-lungsentwässerung festgestellt wird, sich diese aber nicht unbedingt mit den prob-lematischen Immissionen gemäss STORM decken muss. Das heisst, die als problema-tisch identifizierten Stoffe gemäss STORM müssen nicht zwingend die Ursache für die Beeinträchtigung des Gewässers sein. Diese Diskrepanz kann dazu führen, dass

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falsche Massnahmen (z. B. Vergrösserung des Regenbeckenvolumens etc.) vorge-schlagen werden und die Ursache der Beeinträchtigung nicht effektiv behoben wird. Diese Problematik soll im folgenden Fallbeispiel anhand der Steinach in der Stadt St. Gallen aufgezeigt werden.

E i n z u g s g e b i e t d e r S t e i n a c hDie Steinach entspringt südöstlich der Stadt St. Gallen zwischen Vögelinsegg und St. Georgen und fliesst via St. Gal-len und Steinach in den Bodensee. Auf St. Galler Stadtgebiet fliesst die Stei-nach im Steinachstollen unterirdisch und kommt oberhalb des Regenbeckens Lukasmüli wieder an die Oberfläche. Die Steinach dient als Vorfluter für die ARA Hofen (ca. 70 000 Einwohnerwerte) und für die Siedlungsentwässerung in der Osthälfte der Stadt St. Gallen. Bei Trockenwetter ist rund 80% des Ab-flusses der Steinach gereinigtes Abwasser aus der ARA Hofen. Dies führt zu einer starken stofflichen Belastung. Aus diesem Grund wird in Zukunft das gereinigte Ab-wasser der ARA Hofen in einem Druck-stollen in den Bodensee geleitet. Somit verbleibt aus der Siedlungsentwässerung nur noch der Eintrag von verdünntem Mischabwasser aus den Entlastungsbau-werken bei Regenwetter (Fig. 1).

S t o r m - B e t r a c h t u n g e nDie Auswirkungen der Mischabwasser-einleitungen auf die Steinach wurden

gemäss STORM-Richtlinien untersucht. Nach einer ersten groben Berechnung mit Rebeka (Screening) wurde eine Relevanz-matrix erstellt und markante Gewässerab-schnitte wurden begangen.Diese Betrachtung der Steinach gemäss STORM ergab als kritische Parameter TSS (totale suspendierte Stoffe) und Am-moniak. Rebeka-Berechnungen ergaben weiter, dass die immissionsorientierten Anforderungen an Ammoniak als Fisch-gift mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht eingehalten werden. Auch durch den Bau eines massiv grösseren Rückhalte-

volumens von 20 000 m3 im Regenbecken Lukasmüli (heute: 7600 m3; 22 m3/hared [9]) könnten, gemäss Rebeka, die Anfor-derungen an den Ammoniakgrenzwert nicht eingehalten werden. Die berechneten Ammoniak-Konzentratio-nen müssten gemäss STORM-Anforderun-gen letale Folgen für die Fischpopulation haben. Demgegenüber ergaben Auskünfte von Fischern vor Ort zwar auch eine teil-weise ungenügende Wasserqualität, trotz-dem aber einen guten und sich selbstver-mehrenden Fischbestand.

M e s s k a m p a g n eDie oben beschriebene Diskrepanz zwi-schen der STORM-Betrachtung und den Be-obachtungen vor Ort lassen keine gesicher-te Massnahmenplanung zu. Deshalb wurde eine Messkampagne zur messtechnischen Erfassung von Entlastungsereignissen und deren Auswirkungen auf die Steinach durchgeführt. Dazu wurden Wasserproben bei Entlastungsereignissen entnommen und anschliessend im Labor analysiert. Nebenbei wurden der Fischbestand, der äussere Aspekt und der Abfluss und die stoffliche Vorbelastung der Steinach erfasst sowie an ausgewählten Stellen die Sedi-mente auf toxische Stoffe hin untersucht.

M o d e l l i e r u n gKomplementär zur beschriebenen Mess-kampagne wird zur Berechnung der Schmutzstofffracht (z. B. Ammonium) die Simulationssoftware Simba 1 zur Im-

Fig. 1 Verlauf der Steinach in der Stadt St. Gallen mit den für die Siedlungsentwässerung wich-tigsten Bauwerken und Randbedingungen

Écoulement de la Steinach dans la ville de Saint-Gall avec les ouvrages et conditions aux limites essentielles pour lʼévacuation des eaux des agglomérations (Quelle: geodata© swisstopo)

Fig. 2 Mit Rebeka und Simba simulierte und gemessene Ammoniakexpositionen in der Steinach für sechs Entlastungsereignisse. Daten sind normiert zum jeweiligen Grenzwert (=1) der STORM-Richtlinien

Expositions à lʼammoniac mesurées et simulées à lʼaide de Rebeka et Simba dans la Steinach pour six événements de déversement. Les données sont normalisées par rapport à la valeur seuil correspondante (=1) des directives STORM

1 Version 6.4, Blockbibliothek: Sewer

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missionsberechnung benutzt. Durch eine vorangehende Messung der sensitiven Parameter des Modells (z. B. pH des ent-lasteten Mischabwassers und Abfluss der Steinach) kann das Simba-Modell gut an die realen Situationen im Teilsystem «Siedlungsentwässerung» und im Teilsys-tem «Vorfluter» angepasst werden.

Re s u l t a t e u n d D i s ku s s i o nDie Problematik der erhöhten Fischsterb-lichkeit durch einen erhöhten Ammoniak-Gehalt in der Steinach ist in Figur 2 – re-lativ zum STORM-Grenzwert (letale Dosis LC 10 für Bachforellen) – für Messung und Simulation (Simba und Rebeka) dargestellt. Im Gegensatz zu der aus Figur 2 resul-tierenden hohen Fischsterblichkeit zeigt die Erfassung des effektiven Fischbe-stands eine gute Fischdichte und Popu-lationsstruktur sowie nur ganz selten Anomalien auf. Ein negativer Einfluss der Mischwasserentlastungen auf die Fischpopulation kann nicht festgestellt werden. Dies ist umso bemerkenswerter, da innerhalb der letzten Jahrzehnte keine Aussetzungen stattgefunden haben und auch eine Fischwanderung von unten und oben infolge Hindernisse und Stollen nicht möglich ist.Die Gültigkeit der STORM-Grenzwerte für Ammoniak muss deshalb kritisch hin-terfragt werden. Folgende Überlegungen spielen im Fall Steinach sicherlich eine Rolle:– Die Situation bei der Entlastungsstelle

ist betreffend der Ammoniak-Exposition als Extremsituation zu werten. Insbe-sondere da in der Steinach praktisch

keine Verdünnung der Mischabwasser- einleitungen stattfindet. Infolge des starken Gefälles darf von einer guten Sauerstoffversorgung ausgegangen werden. Dies führt dazu, dass Ammoni-um in der Steinach gut abgebaut wird (Selbstreinigung).

– Für Fische gibt es in der Steinach ver-schiedene Unterschlüpfe und Rück-zugsmöglichkeiten, die es den Fischen erlauben, einer lokalen Belastung gut auszuweichen.

– Die STORM-Grenzwerte sind konserva-tiv und weisen Sicherheitsfaktoren auf. Ein Vergleich der Ammoniak-Grenzwer-te in den STORM-Richtlinien mit der Ori-ginalliteratur von Whitelaw, Solbé [10] zeigt, dass diese Sicherheitsfaktoren mit ca. 5 angesetzt sind. Es ist deshalb wichtig, die Definition der Grenzwerte in den Storm-Richtlinien kritisch zu hin-terfragen und deren Unsicherheiten in die Überlegungen miteinzubeziehen.

– In Figur 3 sind die Entlastungsereignis-se nach ihrer Schwere der Grenzwert-überschreitung beurteilt dargestellt. Die weitaus meisten Entlastungsereignisse führen zu Konzentrationen in der Stei-nach, die maximal einen Faktor 3 zu hoch sind. Von den rund 25 kritischen Ereignissen, die pro Jahr auftreten, über-schreiten fünf Ereignisse den Grenzwert um mehr als Faktor 2 und nur ein Er-eignis überschreitet den Grenzwert um mehr als Faktor 3. In Anbetracht der Si-cherheitsfaktoren, die den Storm-Grenz-werten zugrunde liegen, kann dies eine weitere plausible Erklärung für den gu-ten Fischbestand sein.

KANALNETZbEWirTScHAFTUNGIm Sinne eines immissionsorientierten Gewässerschutzes steht immer auch eine Minimierung der Belastung des Vorflu-ters durch Mischwasserentlastungen im Vordergrund. Neben der Bereitstellung von zusätzlichem Speichervolumen kann dies auch durch eine verbesserte Steue-rung der Weiterleitmengen und optimale Ausnutzung des vorhandenen Speicher-volumens im Kanalnetz erreicht werden. In dieser Hinsicht ist vor allem die Situ-ation interessant, wenn gewisse Regen-becken voll sind und in die Vorfluter ent-lasten, während in anderen Becken noch freie Speicherkapazitäten vorhanden sind. Dieser Ansatz wird als Kanalnetzbe-wirtschaftung verstanden und bietet eine effektive und kostengünstige Alternative zu teuren bautechnischen Massnahmen.Im folgenden Fallbeispiel soll für das Einzugsgebiet der ARA Au in der Stadt St. Gallen gezeigt werden, wie eine sol-che Kanalnetzbewirtschaftung unter Gesichtspunkten des immissionsorien-tierten Gewässerschutzes in der Praxis umgesetzt werden kann.

E i n z u g s g e b i e t A R A A uDie ARA Au liegt im westlichen Teil der Stadt St.Gallen und ist mit ca. 66 000 Ein-wohnerwerten belastet. Der Vorfluter der ARA Au ist die Sitter. Im Einzugsgebiet der ARA befinden sich sechs Regenbe-cken, zwei Pumpwerke und ein Staukanal (Fig. 4). Alle Bauwerke sind mit Mess- und Steuerungstechnik ausgerüstet und zeichnen in diskreten Zeitschritten die Füllstände, Überlaufmengen, Pumpen-laufzeiten und Weiterleitmengen auf.

Vo rg e h e nDas Potenzial einer Kanalnetzbewirt-schaftung im Einzugsgebiet der ARA Au wird mit der Auswertung der aufgezeich-neten Daten der Entlastungsbauwerke (Füllstände, Überlaufmengen, Weiterleit-mengen etc.) eruiert. Dadurch können das ungenutzte Speichervolumen im Sys-tem und die Auslastung jedes einzelnen Bauwerks bestimmt werden. Eine Kanalnetzbewirtschaftung bietet sich vor allem dort an, wo infolge der Topogra-phie des Einzugsgebiets eine lokal sehr un-terschiedliche Beregnung vorzufinden ist. Insbesondere Regenereignisse mit gerin-ger Niederschlagshöhe sind interessant, weil es zu schwachen Verdünnungen im Mischabwasser und im Vorfluter kommt. Bei starken, lang anhaltenden Ereignissen

Fig. 3 Einordnung der kritischen Ereignisse nach der Schwere der Grenzwertüberschreitung für Ammonium gemäss STORM-Richtlinien (Berechnung mit Simba)

Classification des événements critiques selon la gravité du dépassement des valeurs seuils de lʼammoniac selon les directives STORM (calcul avec Simba)

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entlasten stets alle Regenbecken und eine Bewirtschaftung kann höchstens die Be-lastung einzelner Vorfluter, nicht aber die total entlastete Menge Mischabwasser be-einflussen. Um diesen Zusammenhang zu sehen, werden die einzelnen Entlastungs-ereignisse anhand der Niederschlagshöhe in Häufigkeitsklassen unterteilt. Dadurch

kann das Potenzial einer Kanalnetzbewirt-schaftung im Einzugsgebiet ARA Au diffe-renziert untersucht werden.Wenn das Potenzial für eine Kanalnetz-bewirtschaftung gegeben ist, wird in einem nächsten Schritt ein Bewirtschaf-tungskonzept erstellt. Dieses lässt sich schliesslich mithilfe der Software Simba

abbilden und testen. Im Fall des Einzugs-gebiets ARA Au wird die Kanalnetzbe-wirtschaftung für ein Teileinzugsgebiet durchgeführt (Fig. 4). Zu einem späteren Zeitpunkt soll die Bewirtschaftung auch auf das gesamte Einzugsgebiet ausge-dehnt werden. Das Bewirtschaftungskonzept in diesem Fall sieht folgende Abhängigkeiten vor: Die Weiterleitmengen der einzelnen Be-cken werden als lineare Funktionen des Füllstandes im Stapelbecken des PW Hät-terenwald und des Füllgrades im jeweili-gen Regenbecken dynamisch angepasst. Es gilt, dass die Weiterleitmenge gering ist, wenn das Stapelbecken im PW Hät-terenwald voll ist und/oder wenn das je-weilige Regenbecken leer ist. Figur 5 zeigt am Beispiel der RB Büel und RB Schoren diesen Zusammenhang auf.

Re s u l t a t e u n d D i s ku s s i o n Tabelle 1 zeigt für drei Klassen von Regen-ereignissen auf, wie gross das freie Spei-chervolumen im Vergleich zur entlasteten Wassermenge ist. Daraus manifestiert sich das Potenzial einer Kanalnetzbewirt-schaftung im Einzugsgebiet der ARA Au: In Bezug auf die Anzahl der Entlastungen zeigt sich für das gesamte Einzugsgebiet, dass im Zeitraum 2008–2010 total 176 Ereignisse zu Entlastungen in einen Vor-fluter geführt haben. Davon ist in 27% der Fälle das entlastete Volumen kleiner als das freie Speichervolumen. Diese Ereig-nisse hätten damit grundsätzlich zurück-gehalten werden können. Weiter zeigt

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Fig. 4 Schematische Darstellung des Einzugsgebiets der ARA Au (Stadt St. Gallen) mit Regen-becken (RB), Pumpwerken (PW) und dem Staukanal Oberstrasse inklusive der Speicher-volumen und der eingestellten Weiterleitmengen. Für die Kanalnetzbewirtschaftung ist das Teileinzugsgebiet des PW Hätterenwald gesondert dargestellt

Représentation schématisée du bassin versant de la STEP Au (ville Saint-Gall) avec les ouvra-ges de traitement des eaux pluviales (RB), les stations de pompage (PW) et le canal de retenue Oberstrasse, y compris volumes de stockage et quantités dʼécoulement définies. Concernant la gestion du réseau de canalisations, le bassin versant partiel de la station de pompage Hätterenwald est représentée séparément

Fig. 5 Darstellung der Weiterleitungsmengen im RB Büel und RB Schoren in Funktion des Füllgrads im Pumpwerk Hätterenwald (PW) und des Füll-grades im jeweiligen Becken

Représentation des quantités dʼécoulement dans les ouvrages de traitement des eaux pluviales Büel et Schoren en fonction du niveau de remplissage de la station de pompage Hätterenwald (PW) et du niveau de remplissage de lʼouvrage concerné

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sich, dass das entlastete Volumen stark durch wenige grosse Regenereignisse do-miniert wird. Bei diesen Ereignissen kann auf das Volumen durch eine Kanalnetzbe-wirtschaftung kein zusätzlicher Rückhalt erzielt werden. Demgegenüber können bei Regenereignissen mit geringen Nieder-schlagshöhen (bis 12 mm) 37% der Entlas-tungsereignisse verhindert werden. Dies entspricht einer Reduktion des entlasteten Volumens für diese Regenklasse um 11%.In Figur 6 sind die simulierten Füllgrade der verschiedenen Entlastungsbauwerke im Teileinzugsgebiet Hätterenwald mit und ohne Kanalnetzbewirtschaftung für ein Einzelregenereignis dargestellt. Durch die Bewirtschaftung kann das vorhandene Volumen im Pumpwerk Hätterenwald deutlich besser ausgenutzt werden, sodass es in den anderen Regen-becken zu keinen Entlastungen kommt.Im Teileinzugsgebiet Hätterenwald be-steht ein signifikantes Potenzial zur bes-

seren Ausnutzung des Speichervolumens. So kann durch eine Anpassung der Weiter-leitmengen ungefähr jedes dritte Regen- ereignis, das bisher zu einer Entlastung geführt hätte, volumenmässig zurück-gehalten werden. Das heisst, durch die Kanalnetzbewirtschaftung können pro Jahr 16 Entlastungen in die Vorfluter vermieden und zusätzliche 20 000 m3 Mischabwasser in den bestehenden Re-genbecken zurückgehalten werden. Die Bewirtschaftung in diesem Teileinzugs-gebiet generiert ein zusätzliches virtu-elles Regenbecken mit einem Volumen von rund 500 m3. Dies entspricht 28% des vorhandenen Speichervolumens.

ScHLuSSFOLGErunGEn

Die immissionsorientierte Ausrichtung des Gewässerschutzes ist heutzutage (in der Schweiz) die Regel. Der primäre Schutzgedanke kommt dabei dem Gewäs-

ser als Vorfluter der Siedlungsentwässe-rung zu. Massnahmen werden integral betrachtet und basierend auf den beste-henden Problemen des Gewässers getrof-fen. In der praktischen Umsetzung dieses immissionsorientierten Gewässerschut-zes konnten in den vergangenen Jahre folgende wichtige Erkenntnisse gewon-nen werden:– Die gewässerökologische Untersuchung

ist das zentrale Element eines immis-sionsorientierten Gewässerschutzes. Sie sollte vorzugsweise an verschie-denen Abschnitten eines Gewässers durchgeführt werden und untersucht die ökologischen, biologischen und chemisch-physikalischen Aspekte eines Gewässers. Basierend auf der gewässe-rökologischen Untersuchung werden die bestehenden Defizite im Gewässer iden-tifiziert.

– Die Ableitung geeigneter Massnahmen aufgrund der identifizierten Defizite ge-staltet sich heute noch recht schwierig. Gründe liegen insbesondere in Diskre-panzen zwischen «berechnetem» und tatsächlichem gewässerökologischem Zustand sowie in den grossen Unsi-cherheiten, die den zugrunde liegenden Grenzwerten anhaften. Umso wichtiger ist eine systematische Erfolgskontrolle bei umgesetzten Massnahmen, damit auf diese Weise die Wirksamkeit von Mass-nahmen nachgewiesen werden kann.

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Tab. 1 Potenzial zur Reduktion der Anzahl Entlastungen und des entlasteten Volumens im Einzugs-gebiet der ARA Au für drei Regenklassen in den Jahren 2008 bis 2010

Potentiel de réduction du nombre de déversements et du volume déversé dans le bassin versant de la STEP Au pour trois classes de pluie au cours des années 2008 à 2010

Entlastungsereignisse von 2008 bis 2010Anzahl(total)

Reduktion des ent-lasteten Volumens

Reduktion der An-zahl Entlastungen

Alle EreignisseEreignisse der Regenklasse 1 [0–12 mm]Ereignisse der Regenklasse 2 [12–36 mm]Ereignisse der Regenklasse 3 [ > 36 mm]

1761242923

–5%–11%–2%0%

–27%–37%–3%0%

Fig. 6 Füllgrade in den Speicherbauwerken im Teilgebiet Hätterenwald für ein ausgewähltes Regenereignis. Links: Ist-Situation ohne Kanalnetzbewirtschaftung. Rechts: Situation mit Kanalnetzbewirtschaftung

Niveaux de remplissage des ouvrages de stockage du bassin versant partiel Hätterenwald pour un événement de pluie choisi. À gauche: situation réelle sans gestion du réseau de canalisations. À droite: situation avec gestion du réseau de canalisations

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– Die optimale Bewirtschaftung des Spei-chervolumens in einem Kanalsystem, im Sinne einer Kanalnetzbewirtschaf-tung, hat vielerorts ein grosses Poten-zial. Dabei ergeben sich insbesondere aufgrund inhomogener Beregnung un-genutzte Reserven. Die Nutzung dieser

Reserven gelingt durch eine intelligen-te Bewirtschaftungsstrategie.

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aqua & gaS n o 10 | 2013

DankDie Resultate dieser Untersuchungen sind in enger Zusammenarbeit und unter Mithilfe von Entsorgung St.Gallen, dem Amt für Umwelt und Energie und dem Amt für Natur, Jagd und Fischerei des Kantons St.Gallen entstanden. Herzlich bedanken wir uns an dieser Stelle insbesondere bei Hans Peter Tobler, Susanne Leumann, Michael Eugster sowie Roland Riederer für den Einsatz und die lösungs-orientierte Zusammenarbeit.

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