Herausforderungen bei der Kanalnetzsanierung
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- Hilko Glöckner
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1 Herausforderungen bei der Kanalnetzsanierung Christian Falk, Dortmund Einleitung Rund 35 Jahre ist es her, dass erstmalig der bauliche Zustand der Kanalisationsnetze in den Blickpunkt der Fachöffentlichkeit geriet. Anlass waren damals die Ergebnisse erster TV-Inspektionen. Mit der ersten Auflage von Instandhaltung von Kanalisationen [1] im Jahre 1987 war es Professor Dr.-Ing. Dietrich Stein, der anfangs durchaus gegen den Widerstand einiger Fachkollegen zum Einen den erheblichen Sanierungsbedarf aufzeigte, zum Anderen die gesamte Bandbreite der Instandhaltung von Kanalisationen und insbesondere die auch damals schon vielfältigen Verfahren, ihre Anwendungsbereiche und Verfahrenstechnik und die Qualitätssicherung umfassend darlegte. Seitdem ist viel geschehen. Die Sanierungsnotwendigkeit gilt allenthalben als unbestritten, die Verfahren und die einschlägigen Normen und an erster Stelle das Regelwerk der damaligen ATV, heutigen DWA wurde maßgeblich erweitert und Instandhaltung von Kanalisationen soll im kommenden Jahr in vierter Auflage erscheinen. Nachstehend werden der heutige Sanierungsumfang dargelegt, auf aktuelle Entwicklungen eingegangen und eine Übersicht über das Regelwerk der DWA gegeben. Sanierungsbedarf Die Notwendigkeit zur Kanalsanierung gilt in Anbetracht von ca. 20 % der Haltungen, die in die Zustandsklassen ZK0 bis ZK2 fallen, allenthalben als unbestritten. Nach wie vor besteht in Deutschland ein erheblicher Sanierungsbedarf zur Behebung der dringlichen Schäden der Kanalisationsnetze [2]. So zeigen die Ergebnisse der Umfrage der DWA aus dem Jahre 2009 [3], dass zwar eine deutliche Tendenz zu höheren Investitionen im Bereich der Kanalsanierung in Deutschland gegeben ist, dennoch bislang aber keine Besserung des Gesamtzustands eingetreten ist. Auch wenn bis heute in den bundesdeutschen Kanalnetzen erhebliche Investitionen getätigt wurden, muss als Ergebnis der Umfrage der DWA zum Zustand der Kanalisation aus dem Jahre 2009 [4] letztendlich konstatiert werden, dass weiterhin erhebliche Investitionen zur baulichen, hydraulischen und umweltbezogenen Sanierung erforderlich sind. Eine kurzfristige Sanierung innerhalb weniger Jahre ist weder technisch noch finanzwirtschaftlich umsetzbar; auch bedürfen nicht alle Schäden eines zeitnahen Handelns. So muss davon ausgegangen werden, dass diese Aufgabe noch Gegenstand der Investitionstätigkeiten der kommenden zwei Jahrzehnte sein wird. Da für die besagten Schäden in großem Maße weitergehende Zustandsauswertungen und/oder eine ingenieurmäßige Bearbeitung und Vorplanung nicht vorliegen, kann die Höhe der benötigten Gesamtinvestition nicht belastbar geschätzt werden; sie dürfte aber im hohen zweistelligen Milliardenbereich für den öffentlichen Bereich liegen. Hinzu kommen weitere erhebliche Investitionen zur
2 Sanierung privater Entwässerungsnetze, deren Gesamtlänge etwa das Doppelte des öffentlichen Kanalisationsnetzes ausmacht. Weitere Investitionsbedarfe ergeben sich aus den steigenden Anforderungen an den Gewässerschutz (vgl. [5]). Gleichermaßen gewinnen Themen wie nachhaltige Bewirtschaftung des Niederschlagswassers, Bewältigung von Sturzflutereignissen und Anpassung an den Klimawandel zunehmend an Bedeutung. Es ist also angezeigt, in Anbetracht der anstehenden erheblichen Investitionen grundlegende Überlegungen zur Siedlungsentwässerung der Zukunft anzustellen. Kanalsanierung kann sich also mehr denn je nicht auf die Behebung baulicher, umweltbezogener und hydraulischer Schäden beschränken sondern muss die Prüfung und ggf. Umsetzung einer Änderung oder Modifizierung der Systems der Abwasserbeseitigung mit umfassen! In erster Linie sind dies eine Veränderung der Niederschlagswasserbeseitigung, eine weitergehende Berücksichtigung des Überflutungsschutzes bei der Gestaltung der Infrastruktur der Städte und Gemeinden und die Verfolgung er Wege der Siedlungsentwässerung (vgl. [6]). Überflutungsschutz Die historische Entwicklung der Siedlungsentwässerung zeigt, dass vor Einführung der Schwemmkanalisation Rinnen- und Grabensysteme zur Ableitung von Niederschlagswasser allenthalben Regel der Technik waren [7,8]. Mit der Erstkanalisation der Siedlungsgebiete verschwanden diese Entwässerungssysteme und wurden nahezu vollständig durch unterirdische Abwasserkanäle ersetzt. Gründe waren städtebauliche Entwicklungen, die Zunahme des Straßenverkehrs und vielfach die Ausrichtung von Städteplanern und Ingenieuren der Siedlungsentwässerung, Wasser grundsätzlich möglichst schnell und schadlos aus urbanisierten Räumen unterirdisch abzuleiten und den Vorflutern bzw. ggf. Behandlungsanlagen zuzuführen. Dass solche Systeme ihre technische Grenze haben und entsprechend den einschlägigen Bemessungsregeln Starkregenereignisse nicht schadlos bewältigt werden können, ist in Vergessenheit geraten. Die Gestaltung der Verkehrswege und der bauliche Objektschutz sind im Regelfall für Starkregenereignisse nicht ausgelegt. Ganz im Gegenteil: Niveaugleiche Zugänge für Geschäfte aber auch immer mehr für Wohngebäude sind vorhanden; für Arztpraxen und Apotheken sogar vorgeschrieben; Hochborde, wie sie in Städten Südeuropas, die vielfach nur über Schmutzwasserkanalsysteme verfügen, Teil des Stadtbildes sind, sind in Mittel- und Nordeuropa nahezu vollständig verschwunden. Als Folge sind die städtische Infrastruktur und Bebauungen nicht auf die Bewältigung oder den Schutz vor Sturzflutereignissen ausgerichtet. Durch die Wiedereinführung von oberflächlichen Ableitungssystemen für Niederschlagswasser kann der innerstädtische Überflutungsschutz maßgeblich verbessert werden. In der Konsequenz sind entsprechende Ableitungssysteme technisch und hydraulisch auf die Bewältigung von Starkregenereignissen auszubilden oder ggf. mit sogenannten Notwasserwegen, denen einzig und allein eine Ableitungsfunktion bei außergewöhnlichen Niederschlagsereignissen zugewiesen wird, zu kombinieren. Wobei die hydraulische Dimensionierung vielfach allein schon aus Gründen des zur
3 Verfügung stehenden Platzbedarfes sowie wirtschaftlicher und gestalterischer Gesichtpunkte ihre Grenzen haben muss. Ggf. ist eine Kombination von oberflächlicher und unterirdischer Ableitung vorzusehen. Es darf aber nicht suggeriert werden, dass dadurch eine Überflutung durch Starkregenereignisse ausgeschlossen werden kann. Vielmehr muss auch der Objektschutz weiterhin einen wichtigen Teil eines Hochwasser- bzw. Überflutungsrisikomanagementsystems [9] bilden. Die konsequente Umsetzung dieses Vorgehens wird, ja muss eine maßgebliche Veränderung des Stadtbildes zur Folge haben. Städtebau und die Gestaltung von Verkehrswegen und Freiräumen werden unmittelbar beeinflusst und gegenüber heutiger Siedlungs- und Infrastruktursituationen verändert. Oberflächliche Niederschlagswasserableitung in Grünzonen Eine Veränderung des Klimas in Deutschland ist unbestritten (vgl. [10-12]). Gemäß des Berichts des MKULNV Klimawandel in Nordrhein-Westfalen [11] ist eine Häufung extremer Hitzesommer... in den Ballungszentren und einem Anstieg der Tage, an denen mehr als 20 mm Niederschlag fallen, (werden) vor allem im Winter festzustellen. So kann durch die prognostizierte Zunahme von Starkregenereignissen in vielen Städten der Schutz vor Überflutung nur mehr unzureichend erfüllt werden [13]. Eine Auseinandersetzung mit den Folgen des Klimawandels und möglichen Anpassungsmaßnahmen führt zu der Erkenntnis, dass der Errichtung bzw. Vergrößerung innerstädtischer Grünzonen mit der Zielstellung, Temperaturspitzen vor allem in Stadtgebieten mit hoher Siedlungsdichte zu begrenzen, die Rolle eines zentralen Instruments zukommt. Dieser bekannte positive Effekt solcher Grünzonen (vgl. [14]) lässt sich noch maßgeblich verstärken, wenn sie Wasserflächen, d. h. Fließ- oder Stillgewässer und/oder zeitweise eingestaute Wasserachsen, Gräben, Wasserrückhalte- oder Versickerungsanlagen aufweisen. Auch die Betrachtung der Stoffeintragspfade in Gewässer zeigt, dass Abwasserentsorgung und Gewässerschutz... nur in einer ganzheitlichen Betrachtung zu kosteneffektiven, zukunftsfähigen Konzepten führen (können) [5]. Die hier in den Vordergrund gestellten innerstädtischen Grünzonen können diesbezüglich einen maßgeblichen Baustein bilden. Es muss also Aufgabe der Siedlungsentwässerung und Stadtplanung sein, entsprechende innerstädtische Grünzüge zu entwickeln und diese gleichermaßen als Frischluft- und Grünkorridor und Entwässerungssystem auszubilden. D. h., sie sollten als Ableitungssystem für Niederschlagswasser ausgebaut werden und sich demnach an die vorliegende Topografie und den Verlauf bestehender Fließgewässer orientieren. Auf diesem Wege können mehrere Synergieeffekte realisiert werden: Dämpfung von Temperaturspitzen, Verbesserung der Luftqualität und Reduzierung von Feinstaub, Kostengünstige Ableitung von Niederschlagswasser,
4 Reduzierte Aufwendungen zur Abwasserbehandlung, Maßgebliche Verbesserung der Vorsorge vor Sturzflutereignissen, Förderung eines naturnahen Wasserkreislaufs. Entsprechende Ableitungssysteme bedingen - zumindest im innerstädtischen Bereich mit entsprechender Verkehrsdichte - eine Niederschlagswasserbehandlung. Sie sollte aus wirtschaftlichen Gründen aber auch aufgrund im Allgemeinen vorherrschender beengter Platzverhältnisse vorzugsweise dezentral mittels mit Reinigungssystemen ausgestatteter Straßenabläufe und/oder Rinnen erfolgen. Die Umsetzung derartiger Grünzonen und Ableitungssysteme kann nur sehr langfristig geschehen. Vielfach sind die entsprechenden städtebaulichen Freiräume nicht vorhanden. Auch bedingen diese eine Veränderung des Kanalisationsnetzes, das sukzessive Einführen von Trennsystemen und die Ausrichtung von Kanälen und Ableitungsrinnen oder dgl. in Richtung der besagten Grünzonen. Der Anpassungsdruck wird sich aber durch die Klimaveränderung und deren Folgen, wie vor allem die Zunahme von Starkregenereignissen und ein Temperaturanstieg in den Sommermonaten, durch wirtschaftliche Erwägungen sowie das Bestreben eines nachhaltigen Umgangs mit Niederschlagswasser weiter verstärken. Insoweit ist es angezeigt, nicht zuletzt in Anbetracht der eingangs dargestellten künftigen erheblichen Investitionen in die Abwasserinfrastruktur, die Veränderung der Siedlungsentwässerung vor allem im Bereich der Bauleitplanung zu berücksichtigen bzw. voranzutreiben. Entwicklung des Normen- und Regelwerk der DWA im Bereich Kanalsanierung Ausreichend erprobte Sanierungsverfahren stehen seit langem zur Verfügung. Auch das nationale und europäische Regelwerk hat der technischen Entwicklung im Bereich der Kanalsanierung Rechnung getragen. So liegen mittlerweile für die gebräuchlichsten Sanierungsverfahren in der Merkblattreihe M 143 jeweils spezifische Merkblätter vor, die Aussagen über die Verfahrenstechnik, die Bauausführung aber auch die Qualitätssicherung liefern (vgl. Tabelle 1). Die Merkblattreihe M 143 wurde um eine weitere Merkblattreihe M Zusätzliche technische Vertragsbedingungen (ZTV) für Sanierungsverfahren ergänzt. Hierzu wird verwiesen auf einen Bericht in der Korrespondenz Abwasser im Zusammenhang mit dem en M [15]: Der Verband zertifizierter Sanierungs-Berater für Entwässerungssysteme e. V. (VSB) hat in den vergangenen Jahren zu den bewährten Verfahren der Innensanierung von Entwässerungssystemen Empfehlungen als Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen erarbeitet und den Ausschreibenden an die Hand gegeben oder zur Anwendung empfohlen. Um den Anwendern künftig einheitliche Zusätzliche Technische Vertragsbindungen (ZTV) zur Verfügung zu stellen, haben DWA und VSB sich entschlossen zu kooperieren. Hierzu wird in gemeinsamen Arbeitsgruppen sichergestellt, dass die bewährten und fortentwickelten ZTV-Inhalte
5 in Übereinstimmung mit dem geltenden Regelwerk in entsprechenden Merkblättern durch die DWA veröffentlicht werden. Für die Erarbeitung dieses Merkblattes stellte die VSB-Empfehlung VSB ZTV Nr. 14 eine Grundlage dar. Der VSB wird mit Erscheinen dieses Merkblattes die VSB ZTB Nr. 14 (08/2009) zurückziehen. Die Optische Inspektion von Abwasserleitungen und kanälen ist zentrale Grundlage für nachfolgende Zustandsbewertungen und für die Planung eventuell zu ergreifender Maßnahmen. Neben der Beauftragung ausschließlich geeigneter Unternehmen, ausgestattet mit fachkundigem Personal und fachgerechtem Gerät, sind eindeutige Formulierungen der auftragsbezogenen Anforderungen durch den Auftraggeber Voraussetzungen für die Wirtschaftlichkeit und Qualität der zu erzielenden Inspektionsergebnisse. Die erarbeitete ZTV liefert den Vertragspartnern auf Auftraggeber- und Auftragnehmerseite ergänzend zur Leistungsbeschreibung und zu den Besonderen Vertragsbedingungen ein strukturiertes, Auftraggeber übergreifendes Anforderungsprofil für die Ausführung der beauftragten Arbeiten. Die ZTV enthält feste unveränderliche Texte, die durch Auswahlfelder und/oder zusätzliche auftraggeberspezifische Texteingaben ergänzt und auf das konkrete Inspektionsvorhaben angepasst werden können. Ziel der ZTV ist es, als Arbeitshilfe für Auftraggeber eine umfängliche und eindeutige Formulierung der zu beschreibenden Anforderungen sicherzustellen. Gleichzeitig unterstützt die ZTV Bieter bei der Angebotskalkulation sowie Auftragnehmer und den Inspekteur bei der Ausführung durch eine erleichterte und transparent nachvollziehbare Erfassung der vom Auftraggeber geforderten technischen Standards. Die ZTV lässt eine Anwendung im Vertrag nach VOL und Anwendung im Vertrag nach VOB zu. Es ist zu beachten, dass beim VOL-Vertrag die VOB/C ATV DIN Allgemeine Regelungen für Bauarbeiten jeder Art nicht automatisch (per se) zur Anwendung kommt. Auftraggeber, die dies wünschen, können beim VOL- Vertrag die VOB/C ATV DIN sinngemäß zur Anwendung bringen. Das Merkblatt richtet sich an alle im Bereich der planenden, betreibenden sowie Aufsicht führenden Institutionen als auch an Sanierungsfirmen. Das zusammen mit dem Merkblatt vertriebene digitale Vertragsformular ZTV OI Optische Inspektion Merkblatt M wird zur Anwendung empfohlen. Das digitale Vertragsformular berechtigt den jeweiligen Eigentümer zur beliebigen Vervielfältigung für eigene Zwecke und Verwendung des Vertragsbestandteils als beigefügte Anlage in den Ausschreibungsunterlagen. Das digitale Formular erhält man im Kombipaket gemeinsam mit dem Merkblatt M Tabelle 1 gibt einen Überblick über die aktuellen Merk- und Arbeitsblätter M/A 143, M 144 und M 149 sowie Gemeinschaftspublikationen von DWA und DIN.
6 Tabelle 1: Übersicht zum Regelwerk im Bereich Zustandserfassung, - bewertung und außerhalb von Arbeitsblat t/merkblatt A A A M M ATV- M M M ATV- DVWK- Titel des Vorhabens Teil 1:Planung und Überwachung von Sanierungsmaßnahmen Teil 2: Statische Berechnung zur Sanierung von Abwasserleitungen und kanälen mit Lining- und Montageverfahren Teil 3: Vor Ort härtende Schlauchliner Teil 4: Montageverfahren für begehbare Abwasserleitungen und -kanäle und Bauwerke Teil 5: Reparatur von Abwasserleitungen und -kanälen durch Innenmanschetten Zustandserfassung- und bewertung von Teil 6: Prüfung bestehender Entwässerungssysteme mit Wasser, Luftüber- und Unterdruck Teil 7: Reparatur von Abwasserleitungen- und kanälen durch Kurzliner Sanierung und Ererung von Teil 8: Injektionsverfahren zur Abdichtung von Abwasserleitungen und -kanälen Veröffentlicht Okt 13 Jan 00 Mai 14 Aug 14 Feb 14 Jun 98 Apr 03 Aug 04 Aug 04
7 M M ATV- DVWK- M M M M M M M M Teil 9: Renovierung von Abwasserleitungen und -kanälen durch Wickelrohrverfahren Teil 10: Auskleidung von Abwasserleitungen und -kanälen mit örtlich hergestellten und erhärtenden Rohren Lining mit fest verankerten Kunststoffauskleidungen Teil 11: Renovierung von Abwasserleitungen und kanälen mit vorgefertigten Rohren ohne Ringraum als Verformungs- und Reduktionsverfahren (Close-Fit-Lining) Teil 12: Renovierung von Abwasserleitungen und kanälen mit vorgefertigten Rohren mit und ohne Ringraum Einzelrohrverfahren Teil 13: Renovierung von Abwasserleitungen und kanälen mit vorgefertigten Rohren mit und ohne Ringraum Rohrstrangverfahren Teil 14: Sanierungsstrategien Teil 15: Ererung von Abwasserleitungen und kanälen durch Berstverfahren Teil 16: Reperatur von Abwasserleitungen und kanälen durch Roboterverfahren Teil 17: Beschichtung Teil 18: Vakuum oder Dez 06 Aug 04 Aug 10 Nov 11 Sep 05 Sep 05 Dez 06 Dez 06 Jan 14
8 M M M Merkblatt M 144x Druckentwässerung Zusätzliche technische Vertragsbedingungen für Sanierungsmaßnahmen, Teil 1: Allgemeine Anforderungen Zusätzliche technische Vertragsbindungen für Sanierungsmaßnahmen; Teil 2: Allgemeine technische Vertragsbindungen für Reparaturverfahren Zusätzliche technische Vertragsbedingungen für (ZTV) für die ; Teil 3: Renovierung mit Schlauchlliningverfahren (vor Ort härtendes Schlauchlining) für Abwasserkanäle Zusätzliche technische Vertragsbindungen für Sanierungsmaßnahmen; Teil X: Anschlussanbindung Nov 12 M M M M M Zustandserfassung und Bewertung von Teil 1: Grundlagen Zustandserfassung und beurteilung von Entwässerungssystemen außerhalb von Teil 2: Kodiersystem für die optische Inspektion Zustandserfassung und beurteilung von Entwässerungssystemen außerhalb von Teil 3: Beurteilung nach optischer Inspektion Zustandserfassung und beurteilung von Entwässerungssystemen außerhalb von Teil 4: Detektion von Lagerungsdefekten und Hohlräumen mittels geophysikalischer Verfahren Zustandserfassung und -bewertung von Dez 13 Apr 14 Jul 08 Dez 10
9 Teil 5: Optische Inspektion M M M ATV- DVWK- M 152 DIN EN / M DIN EN / M DIN EN / A DIN EN / M 197 Zustandserfassung und bewertung von Teil 6: Zustandsbewertung anhand von Druckprüfungen in Betrieb befindlicher erdüberschütteter Abwasserleitungen, - kanälen und schächte Zustandserfassung und -bewertung von ; Teil 7: Auswirkungen auf die Umwelt Zustandserfassung und bewertung von ; Teil 8: Zusätzliche technische Vertragsbindungen (ZTV) Optische Inspektion Umsteigekatalog von ATV-M zu DIN EN Zustandserfassung und bewertung von Teil 1: Grundlagen Untersuchung und Beurteilung von ; Teil 2: Kodiersystem für die optische Inspektion/Zustandserfassung und beurteilung von ; Teil 2: Kodiersystem für die optische Inspektion ; Teil 1: Grundlagen Ausschreibung von Kanalreinigungsleitungen mit dem Hochdruckspülverfahren Jun 98 Sep 14 Nov 09 Jul 14
10 Literaturverzeichnis [1] Stein, D.; Niederehe, W.: Instandhaltung von Kanalisationen, Berlin, Ernst, 1987 [2] Stein, D.; Stein, R.: Instandhaltung von Kanalisationen, 4. Auflage, Veröffentlichung in Vorbereitung [3] Berger, C.; Falk, C.: Zustand der Kanalisation in Deutschland, Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall, Hennef, 2010 [4] Berger, C.; Falk, C.: Zustand der Kanalisation Ergebnisse der Umfrage 2009, KA 2011, 58 (1), [5] Stemplewski, J.; Becker, M.; Raasch, U.: Niederschlagswasser bewirtschaften statt beseitigen ökologisch und wirtschaftlich sinnvoll. Korrespondenz Abwasser, Abfall (KA) 2010 (57) Nr. 10, S [6] Falk, C.: Kanalsanierung im Kontext von Stadtentwicklung. Korrespondenz Abwasser, Abfall (KA) 2013 (60) Nr. 5, S [7] Falk, C.; Kneer, C.; Klafki, M.: 125 Jahre Stadtentwässerung, Stadt Dortmund, Tiefbauamt, 2005 [8] Stein, D.: Instandhaltung von Kanalisationen, 3. Auflage, Ernst & Sohn, Berlin, 1998 [9] Grünewald, U: Gutachten zur Entstehung und Verlauf des extremen Niederschlag-Abfluss-Ereignisses am , Auftraggeber: Emschergenossenschaft und Stadt Dortmund, unveröffentlicht, 2009 [10] Bender, S. et al.: Online-Information des Climate Service Center (CSC), Dezember 2012 ( [11] Klimawandel in Nordrhein-Westfalen Wie das Klima NRW verändert. Ministerium für Umwelt, Klimaschutz, Landwirtschaft, Nutur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen. Düsseldorf, Februar 2012 [12] Themenband Klimawandel Herausforderungen und Lösungsansätze für die deutsche Wasserwirtschaft. Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA), Hennef, 2010 [13] Ulrich, C. et al.: Anpassung von Entwässerungssystemen an Urbanisierung und Klimawandel. Aqua Urbanica 2012 Siedlungsentwässerung im Wandel. Schriftenreihe Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft Band 32, TU Kaiserslautern (2012), S. F1 F19 [14] Coutts, A. M. et al.: Watering our Cities: The capacity for Water Sensitive Urban Design to support urban cooling and improve human thermal comfort in the Australian context, Progress in Physical Geography, Online-Information, 6. November 2012, DOI: / [15] Heinrichs, P.: Neu erschienen: Merkblatt M Zustandserfassung und -beurteilung von Entwässerungssystemen
11 Teil 8: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen (ZTV) Optische Inspektion und Digitales Formblatt ZTV-OI zum Merkblatt M Korrespondenz Abwasser, Abfall (KA) 2014 (61) Nr. 10, S
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