Detaillierte Modelle für ein urban geprägtes Fließgewässer

Grundlage für Schutz vor Hochwasser und Starkregen

Das detaillierte N-A-Modell der Nette ermöglicht eine Analyse der komplexen Abflussvorgänge im Einzugsgebiet.

Die durch Altena fließende Nette weist als urban geprägter Mittelgebirgsbach ein hohes Risikopotenzial für Hochwasserschäden auf. Gründe dafür sind die dichte Mischbebauung (Wohnen, Gewerbe und Industrie), die steil zum Gewässer abfallenden Hänge sowie der hohe Ausbaugrad des Gewässers.

Das Abflussverhalten des nur 8 km langen Gewässers ist durch zahlreiche Einleitungen aus der Kanalisation maßgeblich durch Siedlungsabflüsse bestimmt. Das Abwasserwerk der Gemeinde Altena im Sauerland investiert kontinuierlich und vorausschauend in die Kanalinfrastruktur, um die Leistungsfähigkeit des Entwässerungssystems sicherzustellen. Gleichzeitig sorgt es damit für eine Entlastung der Bürger in puncto Abwassergebühr und verringert die Gefährdung durch Starkregen.

Um die nächsten Sanierungsschritte anzugehen, ist eine gemeinsame Betrachtung von Gewässer, Kanalisation und ggf. auch Direktabfluss erforderlich. Hydrotec erhielt daher vom Abwasserwerk Altena den Auftrag, die hydrologischen und hydraulischen Modelldaten des Einzugsgebiets der Nette in einer ganzheitlichen Modellstudie zu aktualisieren und Sanierungsvorschläge zu entwickeln. Als Projektpartner sind die Büros dr. papadakis GmbH und Gewässervermessung Wittke beteiligt.

Mit den aktualisierten Informationen werden Schwachstellen im Gewässersystem und im Abwassernetz erkennbar und die Kommune kann Maßnahmen ergreifen, um sich künftig gegen Überflutungen durch Hochwasser oder Starkregen besser zu schützen.

Aufwendige Gewässervermessung

Für das Projektteam bestand die Aufgabe darin, ein N-A-Modell für das Einzugsgebiet der Nette zu erstellen, das die Entwässerungsbauwerke und das Gewässer hydrologisch detailliert abbildet. Zusätzlich waren anhand eines hydraulischen 2D-Modells Sanierungsvarianten für die Nachweisführung zu entwickeln.

Die Gewässervermessung gestaltete sich sehr aufwendig aufgrund der langen Verrohrungen, zusätzlichen Querbauwerke, Einleitungen und sonstigen Einbauten in und am Gewässer. So waren entlang des kurzen Fließwegs über 200 Profile, 110 Einleitungen und 110 Bauwerke aufzunehmen. Gleichzeitig wurde im Zuge der sorgfältigen Begehung auch eine Vielzahl von Schadstellen entdeckt und dokumentiert.

Kanalnetzmodell als urbane Komponente

Das Kanalnetzmodell bildet die urbane Komponente der wasserwirtschaftlich ganzheitlichen Untersuchung. Unser Projektpartner, die dr. papadakis GmbH, übernahm die bestehenden Kanalnetzmodelldaten für den Istzustand vom Abwasserwerk und erarbeitete auf dieser Grundlage verschiedene Sanierungsvarianten für das kanalisierte Einzugsgebiet. Die Modelldaten zu den kanalisierten Teilgebieten, Regenwasserbehandlungsanlagen, Einleitungen, Rückhalteräumen etc. wurden inklusive der aus der Kalibrierung ermittelten Parameter übernommen und für die Abbildung im N-A-Modell aufbereitet.

Detailliertes N-A-Modell mit NASIM

Ein Einzugsgebiet mit unterschiedlicher Abflusscharakteristik aller Flächen und unterschiedlichen Fließzeiten im System (Oberfläche, Untergrund, Bach, Kanal) ist nicht mit dem standardmäßigen Ansatz über Bemessungsregen und daraus ermittelten Abflussspenden modellierbar.

Vielmehr ist hier die Charakteristik der Abflussbildung zu untersuchen und statistisch einzuordnen. Erst dadurch können die signifikanten Lastfälle ermittelt werden. Dazu hat Hydrotec mit NASIM ein detailliertes Niederschlag-Abfluss-Modell des Nette-Einzugsgebiets für den Istzustand erstellt. Dies ermöglicht es, die Abflussvorgänge im System und die Korrespondenz der Abflussvorgänge zwischen Kanalisation und Gewässer genau zu betrachten.

Beim Aufbau des Modells wurden die Systemelemente für den Istzustand so strukturiert, dass Sanierungsvarianten später einfach darin zu integrieren sind.

Hydronumerisches Modell der Nette

Mit den Daten der aufwendigen Begehung kann in SMS/HYDRO_AS-2D ein differenziertes Modell erstellt werden.

Für die Ermittlung der Überflutungsflächen wurde mit HYDRO_AS-2Dhttps://www.hydrotec.de/software/support/downloads/hydro_as2d/ ein hydronumerisches 2D-Modell erstellt. Es ermöglicht die Abbildung der Fließvorgänge auf der Oberfläche bei Überströmung von Durchlässen und Verrohrungen.

Zum Aufbau des Berechnungsnetzes dienten topographische Daten und die Informationen aus Begehungen und Vermessungen. Das Resultat ist ein sehr detailliertes 2D-Netz, das die Einzelheiten der Gewässergeometrie sehr genau wiedergibt.

Da keine Pegelaufzeichnungen im Einzugsgebiet vorhanden sind, erfolgt die Plausibilisierung des Modells über Vergleiche mit den Ergebnissen aus vorangegangenen Untersuchungen, Volumenüberprüfungen an ausgesuchten Punkten des Modells sowie Sensitivitätsanalysen mit Variation der Rauheiten und Auslaufrandbedingungen.

Dieser Projektschritt wurde eng mit den Ansprechpartnern des Auftraggeber abgestimmt, um deren Ortskenntnisse intensiv zu nutzen.

Für den gesamten Gewässerverlauf der Nette wurden Überflutungsflächen für das HQ100 des Istzustandes ermittelt. Für die Modellierung von Hochwasser durch Starkregen ist das 2D-Modell zukünftig leicht erweiterbar.

Sanierungsvarianten entwickeln und in den Modellen abbilden

Ausgehend von den Ergebnissen der Berechnungen zum Istzustand werden aktuell mögliche Sanierungsvarianten erarbeitet und mit dem Abwasserbetrieb erörtert. Anschließend wird die Wirksamkeit von zwei ausgewählten Varianten durch hydrologische und hydraulische Berechnungen untersucht und nachgewiesen.

Das Abwasserwerk der Stadt Altena verfügt damit über solide Modelldaten und zuverlässige Informationen, mit denen es die nächsten Sanierungsschritte in Angriff nehmen kann, um für mehr Hochwassersicherheit an der Nette zu sorgen.

Dipl.-Ing. Johannes Rohde, Dipl.-Ing. Heike Schröder