SCHRITTE ZU EINEM ANPASSUNGSFÄHIGEN MANAGEMENT DES URBANEN WASSERHAUSHALTS

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1 SCHRITTE ZU EINEM ANPASSUNGSFÄHIGEN MANAGEMENT DES URBANEN WASSERHAUSHALTS

2 SCHRITTE ZU EINEM ANPASSUNGSFÄHIGEN MANAGEMENT DES URBANEN WASSERHAUSHALTS Wasser Berlin International BMBF/DWA-Forum Nachhaltiges Wassermanagement (NaWaM) 24. März 2015 Prof. Dr.-Ing Heidrun Steinmetz Dr.-Ing. Ulrich Dittmer Dr.-Ing. Birgit Schlichtig Ausgangslage Städtische Wasserinfrastrukturen sind Wandel der Randbedingungen ausgesetzt Global (Klimawandel, demografischer Wandel..) Kleinräumlich (Stadtstrukturen, sozioökon. Entwicklungen.. spezifisch für einzelne Städte) Konkurrierende Ansprüche der Gesellschaft (Sicherheit, Kosten, Nutzungen) Infrastruktursysteme (bes. KN) äußerst statisch, unflexibel und langlebig Enge Verknüpfung des flächenhaft über das Stadtgebiet verteilten KN mit städtebaulichen Strukturen und Flächennutzung sowie anderen Infrastruktursektoren Neue Wege aufzeigen, um von bisherigen statischen Ansätzen in Planung und Betrieb zu flexiblem, anpassungsfähigem Management zu kommen

3 VERBUNDPARTNER Wissenschaftliche Partner Praxis Partner Modellgebiete Bergische Universität Wuppertal Lehrstuhl Städtebau & urban scape aqua_plan Ingenieurgesellschaft für Problemlösungen in Hydrologie und Umweltschutz mbh, Aachen Emschergenossenschaft Lippeverband, Essen Universität Stuttgart, Institut für Landschaftsplanung und Ökologie Institut für Automation und Kommunikation Magdeburg e.v. Stadt Münster Universität Stuttgart, Institut für Wasserund Umweltsystemmodellierung InfraConsult Gesellschaft für Infrastrukturplanung mbh, Stuttgart Stadtentwässerung Reutlingen Universität Stuttgart, Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft Dr. Pecher AG, Erkrath Wuppertaler Stadtwerke Energie & Wasser AG FH Münster, Institut für Wasser Ressourcen Umwelt 3

4 FRAGESTELLUNGEN UND TEILPROJEKTE Was bringt die Zukunft? Wie können Technik und Planung in der Siedlungsentwässerung reagieren? Wie können wir strukturelle Hemmnisse überwinden? Ganzheitliche Lösung 4

5 FRAGESTELLUNGEN UND TEILPROJEKTE Was bringt die Zukunft? Wie können Technik und Planung in der Siedlungsentwässerung reagieren? Wie können wir strukturelle Hemmnisse überwinden? Ganzheitliche Lösung 5

6 A.2 STOCHASTISCHER NIEDERSCHLAGSGENERATOR Universität Stuttgart, Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung Wie funktioniert der Niederschlagsgenerator? Es wird die Abfolge von prognostizierten Wetterlagen (aus REMO) analysiert (Luftdruck- und Temperaturfelder) 12 Wetterlagenklassen (Circulation Pattern) 5 Temperaturklassen für jeden Standort in B-W: P Regen (i < 1 mm/h) und P Regen (i > 1 mm/h) Regenintensitäten zu jeder Regenstunde werden aus Verteilungsfunktionen gezogen Optimierung der zeitlichen Abfolge 6

7 A.2 STOCHASTISCHER NIEDERSCHLAGSGENERATOR Universität Stuttgart, Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung Zielsetzung: Verbesserte Nachbildung des Entlastungsverhaltens Anpassung der des Generierungsschemas Abweichung von Ergebnissen mit synthetischen (alt, 5 Realisationen / neu, 10 Realisationen) und gemessenen Zeitreihen (Freiburg, ) für zwei verschiedene Überlaufbecken (Kreis / Quadrat). Verteilungen der ereignisspezifischen Überlaufvolumina für die verschiedenen Niederschlagszeitreihen und Becken B10 7

8 A.2 STOCHASTISCHER NIEDERSCHLAGSGENERATOR Universität Stuttgart, Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung Weitergehendes Ziel: Generator mit Klimatrend und räumlicher Korrelation (Ungleichberegnung) 8

9 FRAGESTELLUNGEN UND TEILPROJEKTE Was bringt die Zukunft? Wie können Technik und Planung in der Siedlungsentwässerung reagieren? Wie können wir strukturelle Hemmnisse überwinden? Ganzheitliche Lösung 9

10 B. ABFLUSSSTEUERUNG IM KANALNETZ B.2 Integrale Abflusssteuerung im Mischsystem InfraConsult und Universität Stuttgart, ISWA Bedeutung KN- Steuerung bei: Ungleichmäßiger Überregnung Unterschiedlich sensiblen Gewässern Schwankungen der Verschmutzung Optimale Ausnutzung von Speichervolumen Reutlingen als typisches Beispiel Mischsystem für vom Füllstand abhängige Verbundsteuerung Einrichtung einer Messstelle für Qualitätsmessungen Fragestellungen InfraConsult/SER Praktische Aspekte der Implementierung Aufwand und Handlungsanweisung Fragestellungen ISWA Entspricht die Volumenreduzierung der Frachtminderung? Installation von Spektrometersonden an zwei RÜB Spektrometersonde im Trennbauwerk des RÜB 10

11 AFS, CSB [mg/l] Zulauf [l/s] Nitrat [mg/l] B. ABFLUSSSTEUERUNG IM KANALNETZ B.2 Integrale Abflusssteuerung im Mischsystem Universität Stuttgart, ISWA Erste Ergebnisse: 400 Ereignis RÜB 03 3, ,5 2, :00:00 02:24:00 04:48:00 07:12:00 09:36:00 12:00:00 14:24:00 16:48:00 19:12:00 1,5 1,0 0,5 0,0 AFS CSB Zulauf Nitrat Qualitäts- und Zulaufganglinie Regenereignis RÜB 03 11

12 B. ABFLUSSSTEUERUNG IM KANALNETZ B.1 Qualitätsabhängige integrierte Steuerung Dr. Pecher AG, Erkrath; Wuppertaler Stadtwerke Verschmutzungsabhängige Abflusssteuerung im Trennsystem - Bsp. Wuppertal Ziele: Erstellung eines Leitfadens zur Konzeption und Umsetzung einer integrierten qualitätsabhängigen Abflusssteuerung Erarbeitung von Anforderungen an ein dafür erforderliches Messdaten-Managementsystem und software-technische Umsetzung Begleitung eines deutschlandweit einzigartigen Referenzprojekts: Konzeption und Umsetzung einer qualitätsabhängigen Verbundsteuerung zur Niederschlags-wasserbehandlung im Trennsystem in Wuppertal Online-Spektrometersonde im kanalisierten Auerbach zur verschmutzungsabhängigen Steuerung des Abflusses Bildquelle: Dr. Pecher AG, Erkrath 12

13 Typen der Verzweigungsbauwerke RW- Netz RW- Netz VZW 73 STB 5 Qkrit Gewässer EZG STB 4 Bach- Entflechtung System Entlastungssammler Wupper ESW Bildquelle: Dr. Pecher AG, WSW, 2014 STB 3 VZW 53 Qkrit STB 2 S::CAN Sonde zur AFS Steuerung VZW Typ2 Qkrit Qkrit VZW Typ3 STB 1 RÜB mit PW zum HS1 QKÜ Wupper für VZW Typ1 (wie VZW53 oder 73) gilt: Q BW Q krit wird in die Wupper weitergeleitet (Q krit : AFS 100 mg/l) für VZW Typ2 & 3 gilt: Q RW Q krit wird in die Wupper abgeschlagen MuD KA 13

14 B. ABFLUSSSTEUERUNG IM KANALNETZ B.1 Qualitätsabhängige integrierte Steuerung im Trennsystem Indikatorparameter AFS Grenzwert C AFS = 100 mg/l unverschmutztes Wasser verrohrter Bach Photometer - sonde MID- Schieber- System verschmutzter Abfluss zur Kläranlage Wupper Verzweigungsbauwerk VZW als Abwasserweiche Bildquelle: Dr. Pecher AG, Erkrath; Wuppertaler Stadtwerke WSW 14

15 B. ABFLUSSSTEUERUNG IM KANALNETZ B.1 Qualitätsabhängige integrierte Steuerung im Trennsystem Beispielhafte Ergebnisse eines Verzweigungsbauwerkes Niederschlag Konz. AFS eq Schieberstellung Verzweigungsbauwerk VZW als Abwasserweiche Bildquelle: Dr. Pecher AG, Erkrath; Wuppertaler Stadtwerke WSW 15

16 FRAGESTELLUNGEN UND TEILPROJEKTE Was bringt die Zukunft? Wie können Technik und Planung in der Siedlungsentwässerung reagieren? Wie können wir strukturelle Hemmnisse überwinden? Ganzheitliche Lösung 16

17 C.2 ENTWICKLUNG EINES BILANZMODELLS FÜR DEN LOKALEN WASSERHAUSHALT FH Münster, Institut für Wasser Ressourcen Umwelt hohe Verdunstung geringer Oberflächenabfluss geringe Verdunstung hoher Oberflächenabfluss hohe Grundwasserneubildung unversiegelte Fläche geringe Grundwasserneubildung versiegelte Fläche Allgemeine P = R + ET a Wasserhaushaltsgleichung P = R D + GWN + ET a Mit: P = Niederschlag (Precipitation) R = Abfluss (Runoff) ET = Evapotranspiration GWN = Grundwasserneubildung 17

18 C.2 WASSERBILANZMODELL Beispielanwendung Softwaretool WABILA 18

19 C.1 FREIRAUMGESTALTUNG ZUR REGENWASSERBEWIRTSCHAFTUNG UND ÜBERFLUTUNGSVORSORGE Schritt 1: Zusammenhänge zwischen Stadt-, Relief- und Gewässerstrukturen verstehen Bildquellen: ILPÖ, Universität Stuttgart, 2014/

20 C.1 FREIRAUMGESTALTUNG ZUR REGENWASSERBEWIRTSCHAFTUNG UND ÜBERFLUTUNGSVORSORGE Schritt 2: Oberirdische Fließwege in ihrem stadträumlichen Kontext analysieren Urbane Gefährdungs- und Potentialanalyse Bildquellen: ILPÖ, Universität Stuttgart,

21 C.1 FREIRAUMGESTALTUNG ZUR REGENWASSERBEWIRTSCHAFTUNG UND ÜBERFLUTUNGSVORSORGE Schritt 3: Maßnahmenbereiche identifizieren und Strategien festlegen Bildquellen: ILPÖ, Universität Stuttgart,

22 C.1 FREIRAUMGESTALTUNG ZUR REGENWASSERBEWIRTSCHAFTUNG UND ÜBERFLUTUNGSVORSORGE Schritt 4: Gestaltungskonzepte entwerfen und visualisieren Überflutungssimulation GeoCPM vor und nach Maßnahmenumsetzung Bildquelle: Dr. Pecher AG 2014 Prinzipskizzen vor und nach Maßnahmenumsetzung Bildquelle: ILPÖ, Universität Stuttgart 2014 Verlagerung der Überflutungsfläche durch Einbau Drosselbauwerk 22

23 C.1 FREIRAUMGESTALTUNG ZUR REGENWASSERBEWIRTSCHAFTUNG UND ÜBERFLUTUNGSVORSORGE Schritt 4: Gestaltungskonzepte entwerfen und visualisieren Ingenieurtechnische Objektplanung; Bildquelle: Dr. Pecher AG, 2014 Freiraumplanerische Objektplanung; Bildquelle: ILPÖ,

24 FRAGESTELLUNGEN UND TEILPROJEKTE Was bringt die Zukunft? Wie können Technik und Planung in der Siedlungsentwässerung reagieren? Wie können wir strukturelle Hemmnisse überwinden? Ganzheitliche Lösung 24

25 PROJEKTSCHWERPUNKT D: HEMMNISSE ÜBERWINDEN Partizipationstool: SAMUWA Lab 25

26 PRODUKTE DES VERBUNDVORHABENS Ergebnisse SAMUWA Leitfäden Zukunftsweisende Lösungsansätze für städtebauliche Leitbilder Abflusssteuerung im Trenn- und Mischsystem Methoden und Konzepte zur Freiraumnutzung und -gestaltung zur Regenwasserbewirtschaftung und Überflutungsvorsorge Stufen- und Modulkonzepte für Betreiber von Entwässerungssystemen Organisation/Governance für Planung und Verwaltung in Kommunen und Behörden Ergebnisse SAMUWA Software Stochastischer Niederschlagsgenerator Vereinfachter Simulator Abflusssteuerung GIS-Tool zur Ermittlung des Potenzials der Regenwasserbewirtschaftung GIS-Applikation zum Management von Infrastrukturdaten Wasserbilanzmodell Software-Tool automatisierte Systemoptimierung Software für das Messdatenmanagement Tool zur Abschätzung der Wechselwirkungen Entwässerung/Grundwasser 26

27 GESAMTFAZIT Unsicherheiten in den Prognosen langfristiger Entwicklungen erfordern flexible und robuste Maßnahmen Integration von Disziplinen funktioniert im geschützten Rahmen eines Forschungsprojektes Voraussetzung für die Umsetzung neuer Methoden sind die entsprechenden Werkzeuge Es gibt weiterhin Hürden in den gesetzlichen Rahmenbedingungen, den Strukturen der Kommunen und in den Verwaltungsabläufen der Wasserbehörden. Diskussion um Klimawandel und Extremereignisse als Motor für eine wassersensitive Stadtentwicklung 27

28 Vielen Dank! SCHRITTE ZU EINEM ANPASSUNGSFÄHIGEN MANAGEMENT DES URBANEN WASSERHAUSHALTS