Nachweis zur Funktions- und Hochwassersicherheit

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1 Vattenfall Europe Mining AG Gewässerausbau Cottbuser See, Entwurfs- und Genehmigungsplanung Teilvorhaben 2, Erläuterungsbericht Flutungs- und Auslaufbauwerke Anlage 4: Nachweis zur Funktions- und Hochwassersicherheit der Anlagen Grontmij GmbH Stand:

2 Grontmij GmbH Berliner Straße Finsterwalde Anlage 4 Nachweise zur Funktions- und Hochwassersicherheit der Anlagen T F E finsterwalde@grontmij.de W DQS-zertifiziert nach: ISO 9001 : 2008 Reg.-Nr.: QM08 UM ISO : 2004 Reg.-Nr.: QM08 UM BS OHSAS : 2007 Reg.-Nr.: BSOH USt-IdNr. DE Anlage 4 Nachweise zur Funktionssicherheit der Anlagen.docx Betreff Gewässerausbau Cottbuser See Teilvorhaben 2, Flutungs- und Auslaufbauwerke Objekt Nr. 7 Willmersdorfer Seegraben Bauherr Vattenfall Europe Mining AG Auftraggeber Vattenfall Europe Mining AG Bestell-Nr. des AG: E Auftrag Nr. des AN: Bearbeitung Grontmij GmbH Berliner Straße Finsterwalde i.a. Dipl.-Ing. Stephan Loos Druckdatum: Geschäftsführer: M. A. Ina Brandes, Bremen; Dr.-Ing. Karsten Gruber, Frankfurt am Main; Dipl.-Ing. Jochen Ludewig, Beratender Ingenieur, Frankfurt am Main; Dr.-Ing. Bernhard Poos, Köln Vorsitzender des mitbestimmten Aufsichtsrats: Michiel Jaski, Vorstandsvorsitzender Grontmij N.V. Sitz der Gesellschaft: Bremen; Amtsgericht Bremen, HRB HB

3 Inhaltsverzeichnis 1 Vorbemerkungen Allgemeines 3 2 Nachweis der Funktions- und Hochwassersicherheit Zuleiter Haasower- und Koppatz-Kahrener Landgraben Willmersdorfer Seegraben Auslaufbauwerk 9 Seite 2 von 9 zu: Anlage 4

4 1 Vorbemerkungen 1.1 Allgemeines Bei den Anlagen handelt es sich um Bauwerke des Wasserbaus. Die Funktionssicherheit dieser Bauwerke bezieht sich daher darauf, dass die hydraulischen Vorgaben mit einer entsprechenden Sicherheit erreicht werden. In dieser Anlage werden daher die Ergebnisse der hydraulischen Nachweise kurz zusammengefasst. 2 Nachweis der Funktions- und Hochwassersicherheit 2.1 Zuleiter 1 Die Nachweise der hydraulischen Leistungsfähigkeit des Zuleiters 1 sind der Anlage 2.1 zu entnehmen. Bei dem dauerhaften Zuleiter 1 handelt es sich um ein erdverlegtes Kanalrohr DN Rohrsohle Zulauf (BW 1.2): Rohrsohle Auslauf (BW 1.3) Höhendifferenz Rohrsohle: durchschnittlicher Wasserstand Zulauf: maximaler Wasserstand Auslauf: Höhendifferenz Energielinie: 64,45 m NHN 63,00 m NHN H Sohle = 1,45 m 66,36 m NHN 63,5 m NHN H Energie = 2,86 m Verlusthöhe gemäß hydraulischer Berechnung: H Verlust = 1,22 m Nachweis: H Verlust < H Sohle H Verlust < H Energie Nachweis erfüllt! Im Bereiches des vorhandenen Abschlagsbauwerkes zum Tagebaurestloch, BW 1.1 wird ein Schütz mit einer Bereite von 2,4m vorgesehen. durchschnittlicher Wasserstand Zulauf: Bauwerkssohle: 66,36 m NHN 64,85 m NHN Seite 3 von 9 zu: Anlage 4

5 Höhendifferenz Schütz: Erforderliche Öffnungshöhe Schütz: H Schütz = 1,51 m H Schütz, erf = 0,65 m Nachweis: H Schütz > H Schütz, erf Nachweis erfüllt! Im Zuge der Erstellung des temporären Auslaufbauwerkes muss ggf. der vorhandene Liegendgraben überbaut werden. Daher muss dieser in diesem Abschnitt verrohrt werden. Gemäß Anlage 2.1 ist auf diesem verrohrten Abschnitt mit einer Verlusthöhe von 29cm zu rechnen. Dieses wird bei der Ausbildung berücksichtigt. Die Bemessung der Hydraulischen Leistungsfähigkeit der Tosbecken hat ergeben, dass bei einer Böschungsneigung von 7,8% und einer Sohlbreite von 10m die Wasserspiegelhöhe bei einem zustrom von ca. 5m³/s lediglich 16cm beträgt. Die große Breite der Becken wurde dennoch gewählt, damit sämtliche Turbulenzen an den Rohrausläufen innerhalb der Becken stattfinden. Im Hochwasserfall kann der Zuleiter 1 zur Entlastung des Hammergrabens genutzt werden, indem über den Zuleiter Wasser in den künftigen Cottbuser See abgeschlagen wird. Gemäß Auftriebsnachweis (Anlage 5.1) ist die Auftriebssicherheit des Absturzbauwerkes (BW 1.2) bei leerem Absturzbauwerk bis zu einem Wasserstand von 66,4 m NHN gewährleistet. Dieser Wasserstand wird bei der derzeitigen Einstellung des Wehrs Lakoma nicht erreicht werden. Außerdem wird im Hochwasserfall das Absturzbauwerk in der Regel nicht leer sein. Zu einem Hochwasserbedingten unkontrollierten Zufluss zum Zuleiter 1 könnte es theoretisch nur im Falle einer Überströmung der Seitenwände des Abschlagsbauwerks kommen. Der dafür erforderliche Wasserstand (ca. 66,9m NHN) im Bereich des Wehrs Lakoma ist jedoch selbst im Hochwasserfall nicht zu erwarten. Seite 4 von 9 zu: Anlage 4

6 2.2 Haasower- und Koppatz-Kahrener Landgraben Die Bemessungsvorgaben für die Verlängerung des Haasower- Langraben war es, dass dieser mindestens dieselbe hydraulische Leistungsfähigkeit wie der bestehende Graben hat. Da der Querschnitt des bestehenden Grabens wie auch das Längsgefälle relativ stark variiert musste ein Bemessungsquerschnitt festgelegt werden. Der gewählte Bemessungsquerschnitt hat eine Sohlbreite von 1m, und eine Böschungsneigung von 1:2 bei einem Gefälle von 0,2%). Tabelle 1: aus Vermessung Tranitz Hemminger Ingenieurgesellschaft mbh (gemessen ) Bestand Haasower-Landgraben Bestand Koppatz-Kahrener Landgraben Seite 5 von 9 zu: Anlage 4

7 Tabelle 2: aus Risswerk Gewinnungsriss 1:2000 CoNO 4, 5, 9, 10 Betriebszustand 02/13 Registrier. Nr: PL-MOS2_jc_067/13 Bestand Haasower-Landgraben Bestand Koppatz-Kahrener Landgraben L~ 178m H=0,4m L~ 98,8m H=0,4m Leistungsfähigkeit des Bemessungsquerschnittes des Hasower- Landgrabens bei einer Wasserspiegellage von 0,5m beträgt Q 0,5_Haasow,Bes =470l/s. Die Leistungsfähigkeit des Neubauabschnittes des Haasower Landgrabens beträgt Q 0,5_Haasow,Neu =531l/s. Nachweis: Q 0,5_Haasow,Bes < Q 0,5_Haasow,Neu Nachweis erfüllt! Für den Gemeinsamen Grabenabschnitt muss zusätzlich der Zufluss aus dem bestehenden Koppatz- Kahrener-Landgraben berücksichtigt werden. Für den Altlauf des Koppatz-Kahrener-Landgrabens wurde ein Bemessungsquerschnitt mit einer Sohlbreite von 1m und einer Böschungsneigung von 1:2 bei einem Längsgefälle von 0,4% festgelegt. Seite 6 von 9 zu: Anlage 4

8 Leistungsfähigkeit des Bemessungsquerschnittes des bestehenden Koppatz-Kahrener-Landgrabens bei einer Wasserspiegellage von 0,5m beträgt Q 0,5_Kopp,Bes =665l/s. Dies führt zu einer Summe von Q 0,5_ Best =Q 0,5_Haasow,Bes + Q 0,5_Kopp,Bes =1135l/s. Die Leistungsfähigkeit des Neubauabschnittes des gemeinsamen Grabenabschnittes beträgt Q 0,5_,Neu =1182l/s. Nachweis: Q 0,5_ Best < Q 0,5_,Neu Nachweis erfüllt! Gemäß einer Stellungnahme des Umweltamtes des LUGV Brandenburg beträgt der HQ 100, Haasow =1,2m³/s und der HQ 100, Kopp =9m³/s. Dies führt zu einer Summe von HQ 100,, Best =2,1m³/s. Der jeweilige Bemessungsabfluss kann bei einem Wasserstand von ca. 70cm in dem neuen Grabenabschnitt des Haasower- Landgrabens als auch des gemeinsamen Grabenabschnittes abfließen. Wie in Anlage 2.2 auf Seite 3 und 4 zu erkennen ist, ist die Differenz von Neubau und Bestand bis zum Erreichen des Bemessungsabflusses HQ 100 immer positiv. Das bedeutet, dass es innerhalb der neuen Grabenabschnitte zu keinem Rückstau kommt. Der maximale Überstau an den Verrohrungen im Bereich des Neubauabschnittes beträgt beim HQ cm. Dücker Für das Tranitzfließ existiert nur eine Bemessungsvorgabe für den Standort Kathlower Mühle. Dort beträgt der HQ 100,Tranitz, Mühle =7,2 m³/s. Aufgrund der Entfernung zur Kathlower Mühle ergibt sich ein weiterer Zufluss von ca. 150l/s. Dies führt zu einem Bemessungs HQ100 von HQ 100,Tranitz =7,31m³/s. Die Tranitz teilt sich zwischen dem Wehr Kathlower Mühle und dem Bemessungspunkt. Ein Arm fließt südlich des Tagebaus Cottbus Nord und ein Arm östlich des Tagebaus Cottbus Nord. Somit ist nicht der komplette Bemessungsabfluss über den Dücker zu führen. Gem dem Masterplan für die Entwicklung der Tranitz kann HQ=3,5m³/s schadlos über den nach Norden verlaufenden Arm abgeführt werden. Das Tranitzfließ (Verlegung Tranitz) wird mittels Dücker unter dem neuen gemeinsamen Grabenquerschnitt durchgeführt. Q Bemessung _ Dücker =7,3-3,5=3,8m³/s, Verlusthöhe Dücker= Überstau=0,79m Freibord Tranitzfließ bei HQ 100 =2,2-1,39m=081m Nachweis: 0,79m < 0,81m Nachweis erfüllt! Das Tranitzfließ muss vor dem Zulauf des Dückers so ausgebaut werden, dass die Böschungs OK mindestens 2,2m über der Sohle liegt! Seite 7 von 9 zu: Anlage 4

9 2.3 Willmersdorfer Seegraben Beim Willmersdorfer Seegraben handelt es sich um kein hydraulisch erforderliches Bauwerk. Aufgabe des Willmersdorfer Seegrabens ist es mit minimalen permanenten Durchflüssen wanderwilligen Fischen den Aufstieg vom künftigen Cottbuser See in den Hammergraben zu ermöglichen. Die Reduzierung des Durchflusses (Wasserentnahme aus dem Hammergraben) erfolgt mittels Vertical- Slot-Pass (BW 3.2). Dieser ermöglicht zum einen wanderwilligen aquatischen Lebewesen den Aufstieg und reduziert den Durchfluss je nach Wasserstand im Hammergarben auf 200l/s bis 300l/s. Dieser Durchfluss führt innerhalb des profilierten Seegrabens zu einem Wasserstand von 43 bis 50cm. Im Bereich des zukünftigen Strandabschnittes / Flachwasserzone wird die Höhendifferenz mittels Beckenpass überwunden. Der minimale Wasserstand von 0,5m innerhalb der 0,25cm breiten Durchlassöffnungen wird ab einem Durchfluss von 230l/s erreicht. Seite 8 von 9 zu: Anlage 4

10 2.4 Auslaufbauwerk Das Auslaufbauwerk besteht aus dem Regelbauwerk und der Fischaufstiegsanlage. Das Regelbauwerk wiederum besteht aus 2 Kammern, welche jeweils für sich in der Lage sind den maximalen Bemessungsabfluss von Q Bem =3m³/s in den Schwarzen Graben abzugeben (Hochwassersicherheit gem. (n-1)-regel gemäß DIN 19700, Teil 13). Die hydraulische Leistungsfähigkeit des Betongerinne mit einer Breite von 2m beträgt ab einem Wasserstand von 1m Q 1m =3m³/s. Im Bereich des Wehrs genügt aufgrund der größeren Fließgeschwindigkeit eine Anströmhöhe über der Wehrkrone von ca. 71cm. Da bei einer Abgabe von 3m³/s in den Schwarzen Graben der Wasserstand hinter dem Auslaufbauwerk sich bei ca. 62,55 m NHN einpegeln wird, kann der maximale Bemessungsabfluss ab einem Seewasserspiegel von 63,26 m NHN mit einem der beiden Wehre erreicht werden. Durch den kombinierten Einsatz beider Wehre ist dies auch bei entsprechend geringeren Seewasserständen möglich. Zur Hochwassersicherheit trägt außerdem bei, dass die beiden Wehrtafeln ab einem Wasserstand von 63,5m am Wehr, automatisch überströmt werden. Die Fischaufstiegsanlage wird in Form eines Vertical Slot Passes errichtet. Die Bemessung der Fischaufstiegsanlage (Anlage 2.4) erfolgte für 3 hydraulische Lastfälle: Lastfall 1: Maximaler Seewasserspiegel und maximaler Wasserspiegel im Graben. Für diesen Lastfall beträgt der Durchfluss Q 0,6m³/s und die maximale zulässige Fließgeschwindigkeit von 1,4m/s wird nicht überschritten. Lastfall 2: Mittlerer Seewasserspiegel und minimaler Wasserspiegel im Graben. Für diesen Lastfall beträgt der Durchfluss Q 0,4m³/s und die maximale Fließgeschwindigkeit 1,33m/s. Lastfall 3: Minimaler Seewasserstand bei dem die Fließgeschwindigkeit am Auslauf noch mindestens 0,2m/s erreicht. Dieser minimale Seewasserstand liegt bei ca. 62,11 m NHN (Wasserstand im Graben bei 61,9 mnhn da minimaler Wasserzustrom aus See). Die minimale Wassertiefe im Bereich der Trennwände von 50cm ist zwar bis zum minimalen Seewasserstand von 61,9m NHN gewährleistet, aber bei Oberwasserständen von weniger als 62,11 m NHN ist die Auffindbarkeit des Auslaufes aufgrund der Unterschreitung der Leitströmung von 0,2m/s deutlich eingeschränkt. Seite 9 von 9 zu: Anlage 4