Hydraulische Stellungnahme lt. 78 WHG, Bauvorhaben Gemeinde Eitorf, Bebauungsplan Nr. 5, Ortskern II, Teilplan C, 9. Änderung (Cäcilienstraße)

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1 Projektbericht Hydraulische Stellungnahme lt. 78 WHG, Bauvorhaben Gemeinde Eitorf, Bebauungsplan Nr. 5, Ortskern II, Teilplan C, 9. Änderung (Cäcilienstraße) Auftraggeber K&K Grundbesitz GbR Aachen, September 2018

2 Projektbearbeitung Dipl.-Ing. Simone Roggero Redaktion M.A. Geogr. Birgitt Charl Das Titelbild zeigt den Entwurf des Bebauungsplans (blaue Linie = Baugrenze, rote Linie = Baulinie) mit festgesetztem Überschwemmungsgebiet (blau-schraffiert) (ARCHITEKTUR + STÄDTEBAU 2018). Aachen, September 2018 (Dipl.-Ing. Simone Roggero) Ingenieurgesellschaft für Wasser und Umwelt mbh Bachstraße D Aachen Jegliche anderweitige, auch auszugsweise, Verwertung des Berichtes, der Anlagen und ggf. mitgelieferter Projekt-Datenträger außerhalb der Grenzen des Urheberrechts ist ohne schriftliche Zustimmung des Auftraggebers unzulässig. Dies gilt insbesondere auch für Vervielfältigungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Projektnummer P2146 Anzahl der Ausfertigungen 1 Ausfertigungsnummer 1 Auflage digital September

3 Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis 3 1 Veranlassung und Aufgabenstellung 4 2 Datengrundlage Aktualisierter Istzustand Planzustand Hydraulische Modellierung Verwendete Software Rauheitsparameter und Abflüsse Ergebnisse Wasserspiegel und Fließgeschwindigkeiten Ermittlung der Retentionsvolumina Ergebnis zur Stellungnahme Vermeidung nachteiliger Auswirkungen auf Oberlieger und Unterlieger Vermeidung einer Beeinträchtigung des bestehenden Hochwasserschutzes Hochwasserangepasste Errichtung von Bauvorhaben Fazit Literatur und verwendete EDV-Programmsysteme 14 September

4 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1-1: Entwurf des Bebauungsplans (blaue Linie = Baugrenze, rote Linie = Baulinie) mit festgesetztem Überschwemmungsgebiet (blau-schraffiert) (ARCHITEKTUR + STÄDTEBAU 2018)... 4 Abbildung 2-1: Gebäudeumrisse (grau), ergänzte Gebäudeumrisse (orange) und Lage der Baugrenze (grün)... 6 Abbildung 2-2: Ausschnitt aus dem hydraulischen Berechnungsnetz, farblich abgestuft nach der Geländehöhe, Baugrenze (schwarz)... 7 Abbildung 4-1: Überflutungsflächen HQ100 (flächig blau), links: aktualisierter Istzustand, rechts: Planzustand, Baugrenze (grün)... 9 Abbildung 4-2: Wasserspiegeldifferenzen zwischen Plan- und aktualisiertem Istzustand in m (positive Werte = höherer WSP im Planzustand, negative Werte = niedrigerer WSP im Planzustand); Baugrenze (grün), Überflutungsfläche Planzustand (blau) Abbildung 4-3: Differenzen der Fließgeschwindigkeiten zwischen Plan- und aktualisiertem Istzustand in m/s (positive Werte = höhere v im Planzustand, negative Werte = niedrigere v im Planzustand), Baugrenze schwarz Abbildung 4-4: Flächen für die Retentionsvolumenberechnung (schwarz schraffiert), links: aktualisierter Istzustand, rechts: Planzustand, Baugrenze (grün) September

5 1 Veranlassung und Aufgabenstellung In der Gemeinde Eitorf soll im Bereich Cäcilienstraße eine Änderung des Bauleitplans erfolgen (Bebauungsplan Nr. 5, Ortskern II, Teilplan C, 9. Änderung (Cäcilienstraße)). Bestehende Gebäude sollen abgerissen und durch Neubauten ersetzt werden. Die Baugrenzen im Entwurfsplan weichen vom derzeitigen Gebäudebestand ab. Nach dem aktuellen Stand der Hochwassergefahrenkarten NRW (HWKG) liegt der Geltungsbereich des Bauleitplans im festgesetzten Überschwemmungsgebiet des Eipbachs. Im Zuge der hydraulischen Stellungnahme soll die durch das Bauvorhaben entstehende Retentionsvolumendifferenz ermittelt werden. Es soll untersucht werden, ob Retentionsvolumen auszugleichen ist. Abbildung 1-1 bietet eine Übersicht zur Planung und dem festgesetzten Überschwemmungsgebiet. Abbildung 1-1: Entwurf des Bebauungsplans (blaue Linie = Baugrenze, rote Linie = Baulinie) mit festgesetztem Überschwemmungsgebiet (blau-schraffiert) (AR- CHITEKTUR + STÄDTEBAU 2018) Nach 78 Absatz 3 WHG hat die Gemeinde in festgesetzten Überschwemmungsgebieten bei der Änderung oder Ergänzung von Bauleitplänen für die Gebiete, die nach 30 Absatz 1 und 2 oder 34 des Baugesetzbuches zu beurteilen sind, in der Abwägung nach 1 Absatz 7 des Baugesetzbuches insbesondere zu berücksichtigen: 1. die Vermeidung nachteiliger Auswirkungen auf Oberlieger und Unterlieger, 2. die Vermeidung einer Beeinträchtigung des bestehenden Hochwasserschutzes, 3. die hochwasserangepasste Errichtung von Bauvorhaben. September

6 Zur Vorlage bei der zuständigen Genehmigungsbehörde soll eine hydraulische Stellungnahme für die Änderung des Bauleitplans angefertigt werden. In dieser Stellungnahme werden die Voraussetzungen nach 78, Absatz 3, Satz 1, WHG bezüglich des geplanten Bauvorhabens geprüft und die gewonnenen Erkenntnisse dokumentiert. Darüber hinaus wird der durch das Bauvorhaben verlorengehende Hochwasserrückhalteraum ermittelt. Für die Beurteilung des Einflusses des Bauvorhabens auf Unter- und Oberlieger ist eine hydraulische Berechnung des Planzustandes notwendig. Da im Bauleitplan Baugrenzen verzeichnet sind, von denen im späteren vorhabenbezogenen Bebauungsplan abgewichen werden kann (nicht die gesamte bebaubare Fläche wird auch als solche genutzt), wird die Baugrenze als maximal bebaubare Fläche für den Planzustand angenommen (Worst-Case-Szenario). Als Basis für den Referenzzustand stehen die Modellierungsergebnisse aus der Erarbeitung des HWGK für den Eipbach ( 2010) zur Verfügung, die mittels hydraulischer 2D- Modellierung ermittelt wurden. Das den HWGK zugrunde liegende 2D-Modell enthält nicht die Gebäude wie im derzeitigen Bestand. Daher muss als Referenzzustand ein aktualisierter Istzustand erstellt werden. Die hydraulischen Berechnungen erfolgen für die Jährlichkeit HQ100. Am wurde von Herrn Kaptein, K&K Grundbesitz GbR, mit der Bearbeitung der vorliegenden Untersuchung beauftragt. 2 Datengrundlage Für die hydrologische und hydraulische Modellabbildung sowie die Berechnung der Leistungsfähigkeiten der Gewässer werden Profildaten und andere Gewässerinformationen (Rauheiten, Bewuchs) benötigt. Zu den Grundlagendaten gehören u. a. die Querprofilvermessung, das Geländemodell, die Abflussermittlung, die Zuordnung von Rauheitsparametern etc. Für die Erstellung des digitalen Geländemodells (DGM) aus dem Projekt Erarbeitung von Hochwasser-Gefahrenkarten für den Eipbach ( 2010) wurden die gefilterten Höhendaten verwendet, die in einem mittleren Punktabstand von 1 bzw. 1-2 m zur Verfügung standen. Die Abflüsse für die Jährlichkeit HQ100 wurden aus dem Projekt Erarbeitung von Hochwasser-Gefahrenkarten für den Eipbach ( 2010) übernommen. Die ergänzten Gebäude für den aktualisierten Istzustand stammen aus den Hausumringen NRW (Bezirksregierung Köln, 2018). 2.1 Aktualisierter Istzustand Für den aktualisierten Istzustand wurde das hydraulische Modell aus dem Projekt Erarbeitung von Hochwasser-Gefahrenkarten für den Eipbach ( 2010) dearchiviert und in die aktuelle HYDRO_AS-2D-Version konvertiert. Das hydraulische Modell wurde um Gebäude im Bereich der Planänderung angepasst. In den ergänzten Gebäuden ist auch der Seniorenstift, welcher im gegenüber liegenden Vorland des Eipbachs liegt, berücksichtigt. In Abbildung 2-1 ist die Lage der ergänzten Gebäude im hydraulischen Modell ersichtlich. Hydraulisch relevante Straßen mussten nicht nachbearbeitet werden. September

7 Abbildung 2-1: Gebäudeumrisse (grau), ergänzte Gebäudeumrisse (orange) und Lage der Baugrenze (grün) 2.2 Planzustand Für die Abbildung des Planzustands wurde das hydraulische Modell des aktualisierten Istzustands übernommen und die Gebäude entsprechend der Planung angepasst. Hierfür wurde die Baugrenze (ARCHITEKTUR + STÄDTEBAU 2018) der Bebauungsplanänderung als maximal bebaubare Fläche im hydraulischen Modell berücksichtigt (Worst-Case-Szenario). In Abbildung 2-2 ist ein Ausschnitt aus dem hydraulischen Berechnungsnetz, farblich abgestuft nach der Geländehöhe, dargestellt. Schwarz umrandet ist die Baugrenze dargestellt. Geländeänderungen (Aufschüttungen oder Abtragungen) gegenüber dem Istzustand sind nicht vorgesehen. September

8 Abbildung 2-2: Ausschnitt aus dem hydraulischen Berechnungsnetz, farblich abgestuft nach der Geländehöhe, Baugrenze (schwarz) 3 Hydraulische Modellierung Ziel der Untersuchung ist es, die Auswirkungen der geplanten Baugrenze mittels zweidimensionaler hydrodynamisch-numerischer Modellierung abzubilden. 2D-Modelle werden heute im praktischen Wasserbau für viele Fragestellungen eingesetzt. Sie haben sich zu unverzichtbaren Werkzeugen in der Praxis entwickelt. 3.1 Verwendete Software Die zweidimensionale Modellierung des Eipbachs wurde mit der Software HYDRO_AS-2D durchgeführt. Sie wird zur Erfassung komplexer Strömungsverhältnisse (z. B. flächenhafter Abfluss im Vorland, hydraulische Entkoppelung von Fließwegen) eingesetzt, bei denen eindimensionale Modelle keine zuverlässigen Aussagen mehr treffen können. Das in HYDRO_AS-2D integrierte Verfahren basiert auf der numerischen Lösung der 2D-tiefengemittelten Strömungsgleichungen mit der Finite-Volumen-Diskretisierung. Das explizite Zeitschrittverfahren sorgt für eine zeitgenaue Simulation des Wellenablaufs. Auf Basis der Finite-Volumen-Methode erfolgt die räumliche Diskretisierung unter Berücksichtigung von Bruchkanten und lokal erhöhter Netzauflösung auf Basis von linearen Dreiecks- und Viereckselementen. Das Prä- und Postprocessing erfolgt mit dem Programm Surface-water Modeling System (SMS). September

9 In HYDRO_AS-2D werden folgende, für die Modellierung von Strömungs- und Abflussvorgängen wesentliche Eigenschaften berücksichtigt: Massen- und Impulserhaltung, hohe Stabilität und Genauigkeit für ein breites Spektrum an Fließverhältnissen und zeitgenaue Simulation des Wellenablaufs. Die Berechnung des Reibungsgefälles erfolgt nach der Formel von Darcy-Weisbach, wobei das Reibungsgefälle aus dem anzugebenden Manningwert (n) berechnet wird. Hierbei wird der hydraulische Radius gleich der Wassertiefe gesetzt. 2gn 6, d hy Die Turbulenz wird im Modell durch eine Kombination aus dem empirischen Viskositätsansatz und dem Ansatz einer über das Element konstanten Viskosität abgebildet. 0 c hv Für die hydraulische Berechnung wurde die HYDRO_AS-2D Version verwendet. 3.2 Rauheitsparameter und Abflüsse Im 2D-Modell müssen flächenhafte Rauheitsparameter zugewiesen werden. Die Abbildung von Bewuchs erfolgt im 2D-Modell über die Zuweisung von entsprechend hohen Rauheitsbeiwerten. Den aus ATKIS-Daten stammenden Flächen gleicher Nutzung wurden die Rauheitsbeiwerte zugewiesen, die sich aus langjähriger Erfahrung bei hydraulischen Berechnungen als passend für die jeweilige Nutzung erweisen haben. Die Zuweisung der Rauheitsparameter zum Berechnungsnetz erfolgt automatisch in SMS. Bei der 2D-Modellierung wird der Rauheitsansatz nach Manning/Strickler verwendet. Die Rauheitsparameter wurden aus dem bestehenden Modell des Istzustands ( 2010) übernommen. Es wurden keine Rauheitsklassen ergänzt: Für die stationäre Modellrechnung des HQ100 sind die Abflüsse vom Istzustand übernommen worden. Die Werte stammen aus dem N-A-Modell des Eipbachs, welches im Rahmen des Projekts ( 2010) aufgestellt wurde. Der maßgebende Scheitelabfluss im Bereich der geplanten Bauplanänderung liegt bei ca. 21,8 m³/s für das Gewässer Eipbach. 4 Ergebnisse Für das hydraulische Modell im aktualisierten Istzustand und im Planzustand wurden Berechnungen mit dem Abfluss HQ100 durchgeführt. Die Aufbereitung der Berechnungsergebnisse erfolgte analog zum Vorgängerprojekt ( 2010). 4.1 Wasserspiegel und Fließgeschwindigkeiten Die Überflutungsfläche HQ100 im Planzustand ändert sich nur lokal und geringfügig im Vergleich zum aktualisierten Istzustand. Durch die vorgesehene Bebauungsplanänderung verkleinert sich die Überflutungsfläche im Bereich der Cäcilienstraße. In Abbildung 4-1 sind die Überflutungsflächen für den aktualisierten Ist- und dem Planzustand gegenübergestellt. September

10 Abbildung 4-1: Überflutungsflächen HQ100 (flächig blau), links: aktualisierter Istzustand, rechts: Planzustand, Baugrenze (grün) Der Wasserspiegel HQ100 im Planzustand liegt gegenüber dem aktualisierten Istzustand lokal niedriger bzw. höher. Die Unterschiede liegen zwischen ca. + 0,02 m und - 0,03 m im Planzustand im Vergleich mit dem aktualisierten Istzustand. Der lokal unterschiedliche Wasserspiegel hat keinen negativen Einfluss auf die Ausdehnung der Überflutungsfläche. Eine Übersicht über die Wasserspiegeldifferenzen ist in Abbildung 4-2 gegeben. September

11 Abbildung 4-2: Wasserspiegeldifferenzen zwischen Plan- und aktualisiertem Istzustand in m (positive Werte = höherer WSP im Planzustand, negative Werte = niedrigerer WSP im Planzustand); Baugrenze (grün), Überflutungsfläche Planzustand (blau) Im Planzustand HQ100 sind nur lokale und geringfügige Änderungen der Fließgeschwindigkeiten gegenüber dem Istzustand HQ100 HWGK feststellbar, welche keine Verschlechterung der Hochwassersituation verursachen. In Abbildung 4-3 ist ersichtlich, dass sich die Fließgeschwindigkeiten überwiegend nicht ändern (grüner Bereich). September

12 Abbildung 4-3: Differenzen der Fließgeschwindigkeiten zwischen Plan- und aktualisiertem Istzustand in m/s (positive Werte = höhere v im Planzustand, negative Werte = niedrigere v im Planzustand), Baugrenze schwarz Somit ergeben sich keine nachteiligen Veränderungen von Wasserstand und Abfluss für Ober- und Unterlieger durch das geplante Bauvorhaben. Eine Erhöhung der Hochwassergefahr ist nicht gegeben. 4.2 Ermittlung der Retentionsvolumina Die Berechnung des Retentionsraumverlusts (Hochwasserrückhalteraumverlust) erfolgte auf Basis eines 1 x 1 m Rasters mit dem Programm ArcGIS Als Eingangsdaten wurden das Einstautiefenraster HQ100 und die Überflutungsfläche HQ100 für den aktualisierten Istund Planzustand verwendet. Für die Ermittlung des Retentionsvolumens wurden der in Abbildung 4-4 schwarz schraffierten Bereiche zur Auswertung herangezogen. September

13 Abbildung 4-4: Flächen für die Retentionsvolumenberechnung (schwarz schraffiert), links: aktualisierter Istzustand, rechts: Planzustand, Baugrenze (grün) Die Einstautiefenraster enthalten das Volumen zwischen Wasserspiegellage und Geländeoberkante. Das Rückhaltevolumen ergibt sich durch Aufsummieren der eingestauten Rasterzellen in den Untersuchungsbereichen (vgl. schwarz schraffierte Flächen in Abbildung 4-4) im aktualisierten Ist- und Planzustand (Fläche je Rasterzelle = 1 m²) und der anschließenden Bildung der Differenz. Das Retentionsvolumen auf der oben beschriebenen Fläche liegt im aktualisierten Istzustand bei 44 m³ und im Planzustand bei 36 m³. Durch die vorgesehene Bebauungsplanänderung verkleinert sich das Retentionsvolumen um 8 m³ im Planzustand. 5 Ergebnis zur Stellungnahme Nach 78 Absatz 3 WHG hat die Gemeinde in festgesetzten Überschwemmungsgebieten bei der Änderung oder Ergänzung von Bauleitplänen für die Gebiete, die nach 30 Absatz 1 und 2 oder 34 des Baugesetzbuches zu beurteilen sind, in der Abwägung nach 1 Absatz 7 des Baugesetzbuches insbesondere zu berücksichtigen: 5.1 Vermeidung nachteiliger Auswirkungen auf Oberlieger und Unterlieger Für die Stellungnahme wurde der Einfluss der Bebauungsplanänderung auf den Wasserspiegel und auf die Fließgeschwindigkeiten bei einem hundertjährlichen Abfluss (HQ100) untersucht. Die festgestellten Wasserspiegel- und Fließgeschwindigkeitsänderungen sind lokal und geringfügig. Die Überflutungsfläche verkleinert sich im Bereich der Cäcilienstraße im Planzustand. Durch die geänderte Baugrenze verringert sich das Retentionsvolumen um 8 m³ im Planzustand. September

14 5.2 Vermeidung einer Beeinträchtigung des bestehenden Hochwasserschutzes Es ist kein bestehender Hochwasserschutz vorhanden. 5.3 Hochwasserangepasste Errichtung von Bauvorhaben Bei der Planung von hochwassergefährdeten Gebäuden ist auf hochwasserangepasstes Bauen zu achten. Entsprechende Empfehlungen sind durch Architekt/Bauträger/Bauherren zu berücksichtigen. Hinweis: Empfehlungen gibt z.b. die Hochwasserschutzfibel Objektschutz und bauliche Vorsorge des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (2013). Eine gute Informationsquelle ist auch die Internetseite der WBW-Fortbildungsgesellschaft: Fazit Durch die vorgesehene Bebauungsplanänderung an der Cäcilienstraße in Eitorf geht ein Retentionsvolumen von 8 m³ verloren. Nachteilige Veränderungen der Wasserspiegellagen, der Fließgeschwindigkeiten und eine Beeinträchtigung von bestehenden Hochwasserschutzanlagen konnten nicht festgestellt werden. Unter Annahme eines erfolgenden umfangs-, funktions- und zeitgleichen Retentionsraumausgleichs spricht aus hydraulischer Sicht nichts gegen das zur Genehmigung vorgelegte Bauvorhaben. Das weitere Vorgehen ist mit der zuständigen Behörde abzustimmen. September

15 6 Literatur und verwendete EDV-Programmsysteme ARCHITEKTUR + STÄDTEBAU (2018): 9. Änderung des Bebauungsplans Nr. 5, Ortskern II, Teilplan C (Cäcilienstraße) Teil A: Planzeichnung Maßstab M 1 : 500, Teil B: Text, ENTWURF Planungsstand: 05. Juni 2018, Bad Honnef. Bezirksregierung Köln (2018): Hausumringe NRW, aufgerufen am Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (2013): Hochwasserschutzfibel Objektschutz und bauliche Vorsorge, Berlin. (2010): Erarbeitung von Hochwasser-Gefahrenkarten für den Eipbach, Studie im Auftrag der Bezirksregierung Köln, P1141, Aachen. Verwendete EDV-Programmsysteme ArcView, Version 10.3 HYDRO_AS-2D, Version SMS, Version ESRI, Redlands (CA), USA - Dr. M. Nujić, Rosenheim / Ingenieurgesellschaft für Wasser und Umwelt mbh, Aachen - AQUAVEO, Provo (Utah), USA September