Info Nr. 13. Erste praktische Erfahrungen mit dem. BWK Merkblatt 3. Januar 2002

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1 Info Nr. 13 Erste praktische Erfahrungen mit dem BWK Merkblatt 3 Januar 2002 Verfasser: Dipl. Biologe Martin Schwefringhaus Wuppertal im Oktober 2001 Ingenieurbüro Reinhard Beck Kocherstraße Wuppertal Tel.: /

2 2 Inhaltsverzeichnis 1. VERANLASSUNG 5 2. ANLAß UND GELTUNGSBEREICH DES BWK M DIE ERSTEN PRAKTISCHEN ERFAHRUNGEN 7 4. BEISPIEL EINZUGSGEBIET UND VORFLUT VERKNÜPFUNG ZUR SCHMUTZFRACHTBERECHNUNG NACH ATV A VEREINFACHTER NACHWEIS DETAILLIERTER NACHWEIS GRENZWERTE DURCHFÜHRUNG DES VEREINFACHTEN NACHWEISES GRUNDLAGENERMITTLUNG GEWÄSSERBEGEHUNG VEREINFACHTER HYDRAULISCHER UND STOFFLICHER NACHWEIS ZEITAUFWAND ERGEBNISSE 22

3 3 5. AUSWIRKUNGEN AUF DIE BAUWERKSPLANUNG ENTLASTUNGSHÄUFIGKEIT KLEINER ALS ZWEI PRO JAHR HOCHWASSERSCHUTZ DROSSELWASSERMENGEN KLEINER ALS 15 L/S FESTSTOFFRÜCKHALT FAZIT 28

4 4 Abbildungsverzeichnis ABBILDUNG 1: DAS EINZUGSGEBIET MIT SEINEN GESCHLOSSENEN SIEDLUNGSGEBIETEN 8 ABBILDUNG 2: VERKNÜPFUNG ATV A128 UND BWK M3 10 ABBILDUNG 3: VEREINFACHTER UND DETAILLIERTER NACHWEIS 12 ABBILDUNG 4: FESTLEGUNG DER GESCHLOSSENEN SIEDLUNGSGEBIETE 15 ABBILDUNG 5: EINLEITUNG IN EINEN QUELLBEREICH 16 ABBILDUNG 6: VERBESSERTES WIEDERBESIEDELUNGSPOTENTIAL DURCH NATURNAHE GESTALTUNG 16 ABBILDUNG 7: STOFFLICHE BELASTUNG AN EINEM GEWÄSSER 19 ABBILDUNG 8: ZEITAUFWAND 21 ABBILDUNG 9: LINIENFÖRMIGE NIEDERSCHLAGSWASSEREINLEITUNG 24 ABBILDUNG 10: RETENTIONSGRABEN MIT FILTRATION ÜBER DIE BELEBTE BODENZONE 26

5 5 1. Veranlassung Der Anlaß für dieses Info ist das im Weißdruck erschienene BWK Merkblatt 3 (BWK M3) Ableitung von immissionsorientierten Anforderungen an Misch- und Niederschlagswassereinleitungen unter Berücksichtigung örtlicher Verhältnisse im Juli Mit diesem Merkblatt wird erstmals eine Regel der Technik eingeführt, womit unter zur Hilfenahme standardisierter Immissionskriterien die Auswirkungen von Niederschlagswassereinleitungen auf oberirdische Gewässer begutachtet werden können. Die Zukunft wird zeigen, inwieweit sich dieses Merkblatt in der Genehmigungspraxis bewährt. Fakt ist, daß es bereits in der Gelbdruckphase stark kontrovers diskutiert wurde. Die Befürchtungen der Kritiker reichen von einer möglichen Verwässerung der bisherigen Genehmigungspraxis bis hin zu technisch und finanziell nicht erfüllbaren Genehmigungsauflagen. Die Befürworter sehen im BWK M3 ein Instrument der ganzheitlichen Gewässerbetrachtung, welches maßgeschneiderte Lösungen bei der Einleitung von Misch- und Regenwasser ermöglicht. Mit Veröffentlichung des Weißdrucks werden die Diskussionen sicherlich nicht weniger und auch nicht sachlicher werden. Ein Grund hierfür liegt in den noch fehlenden praktischen Erfahrungen. Wir möchten mit diesem Info nicht nur unser Verständnis zum BWK M3 darlegen, sondern auch über unsere ersten praktischen Erfahrungen sowie die daraus abgeleiteten allgemein gültigen Ergebnisse berichten.

6 6 2. Anlaß und Geltungsbereich des BWK M3 Nach dem Wasserhaushaltsgesetzt 1a ist für jede Abwassereinleitung zu prüfen, inwieweit sie für das betreffende Gewässer tolerierbar ist. Diese Prüfung muß eine immissionsbezogene Betrachtung des Gewässers beinhalten und ist unabhängig vom jeweiligen Emissionsstandard (z.b. ATV A 128). Kommt diese Prüfung zu dem Ergebnis, daß für das Gewässer eine nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik ausgelegte Abwassereinleitung nicht tolerierbar ist, dann sind von den Genehmigungsbehörden weitergehende Anforderungen zu formulieren und zu begründen. In Ermangelung standardisierter Prüfkriterien erfolgte diese Beurteilung bisher individuell nach bestem Wissen des Sachbearbeiters oder der Prüfbehörde. So kam es in dem einen oder anderen Fall dazu, daß für die rechte Gewässerseite die sogenannten Normalanforderungen (z.b. Bemessung nach ATV A128) ausreichten, während für die linke Gewässerhälfte weitergehende Anforderungen (z.b. 25 % Entlastungsrate) einzuhalten waren, nur weil das Gewässer zu zwei verschiedenen Dienstbezirken gehört. Für den Fachplaner und die Kommune ist dieses nur schwer nachvollziehbar und für den einfachen Bürger unverständlich. Diese offensichtlichen Differenzen können nur durch Einführung standardisierter Prüfkriterien, welche über die Grenzen der Dienstbezirke hinaus anzuwenden sind, behoben werden. Die bisherigen Versuche, solche Prüfkriterien einzuführen, scheiterten daran, daß zu stark die Emissionsseite (angeschlossene Fläche, Abwasserfracht) und zu wenig die Immissionsseite (Gewässertyp und -struktur, Vorbelastungen, spezifische Empfindlichkeit) betrachtet wurde. Das BWK M3 hingegen benennt eindeutig die einleitungsfrei zu haltenden Gewässerabschnitte und gibt hydraulisch und stoffliche Grenzwerte an, in deren Berechnungsmodus verschiedene immissionsund emissionsbezogene Kriterien einfließen. Der Geltungsbereich des Merkblattes beschränkt sich auf die Niederschlagswassereinleitungen aus Misch- und Trennsystemen in oberirdische Fließgewässer des Binnenlandes. Es ersetzt nicht die geltenden Emissionsnormen. Ferner können besondere anthropogene Schutzbedürfnisse (z.b. Hochwasserschutz, Trinkwasserschutz) zu zusätzlichen Anforderungen führen. Diese Anforderungen ersetzen jedoch nicht die Immissionsbetrachtung dieses Merkblattes.

7 7 3. Die ersten praktischen Erfahrungen Die von uns gesammelten Erfahrungen beziehen sich auf den vereinfachten Nachweis nach BWK M3. Das größte Projekt war bisher der Nachweis für das Einzugsgebiet des Gruppenklärwerks Solingen- Burg (Q m = 911 l/s, A EK = ha). Hier waren im Rahmen einer Kanalnetzanzeige nach 58.1 LWG 40 Einleitungsstellen in fünf geschlossenen Siedlungsgebieten zu beurteilen. Darüber hinaus wurden in verschiedenen kleineren Projekten einzelne Siedlungsgebiete bzw. Einleitungsstellen begutachtet. Derzeit ist für eine weitere Kanalnetzanzeige (37 Einleitungsstellen) ein vereinfachter Nachweis in Arbeit. Der Umgang der Genehmigungsbehörden mit diesem Merkblatt ist unterschiedlich. Die Unteren Wasserbehörden legen ihre Anforderungen überwiegend noch nicht nach den Regeln des Merkblattes fest. Die Oberen Wasserbehörden sehen den Nachweis nach BWK M3 zunehmend als fachplanerischen Beitrag, deren Ergebnisse im Rahmen eines Abwägungsprozesses (z.b. Landschaftsschutz, Hochwasserschutz) in die Genehmigung mit einfließen. Das folgende Beispiel verdeutlicht die Vorgehensweise für ein vereinfachtes Nachweisverfahren.

8 8 2 geschlossene Siedlungsgebiete Teilgebiete 5 Abbildung 1: Das Einzugsgebiet mit seinen geschlossenen Siedlungsgebieten

9 9 4. Beispiel 4.1 Einzugsgebiet und Vorflut Das Gruppenklärwerk Solingen-Burg, welches vor kurzem mit einer dritten Reinigungsstufe versehen wurde, wird vom Wupperverband betrieben. Es leitet sein geklärtes Abwasser bis Q m = 911 l/s unterhalb des Ortsteils Solingen-Burg in die Wupper ein. Das A EK = ha große Einzugsgebiet entwässert zu A u = 167 ha im Mischverfahren und zu A u = 510 ha im Trennverfahren. Das Gebiet verteilt sich auf die Städte Leichlingen, Remscheid, Solingen und Wermelskirchen. Als Hauptvorfluter im Einzugsgebiet sind die Wupper, der Eschbach und der Lobach zu nennen. Der Eschbach weist in seinem Verlauf zahlreiche ehemalige Hammerteiche auf. Sämtliche Gewässer haben Mittelgebirgscharakter, deren Gefälle zwischen I = 5 bis > 100 liegen.

10 10 Schmutzfrachtnachweis nach ATV 128 Nachweis nach BWK M3 Grundlagenermitllung Einzugsgebiet und Kanal Grundlagenermittlung Gewässer Gewässerbegehung ATV Formblatt Zielgröße: e 0 erf. Volumen für Zentralbecken BWK Formblatt Kanaldaten BWK Formblatt Gewässerdaten BWK Formblatt zul. Überlaufhäufigkeit Langzeitsimulation I mit Zentralbecken Zielgröße CSB Jahresmutzfracht Zielgrößen einleitungsfrei zu haltenden Gewässer Überlaufhäufigkeit Stofffrachten Langzeitsimulation II mit Teileinzugsgebieten und verteilten Becken Einleitungsmengen und Frachten ATV A128< BWK M3 nein ja Beckenvolumen Drosselwassermenge RRB BFB usw. Zielgröße erreicht? Mischungsverhältnisse OK? evtl. detaillierter Nachweis nach BWK M3 ATV A128 < BWK M3 nein ja nein ja Ende Abbildung 2: Verknüpfung ATV A128 und BWK M3

11 Verknüpfung zur Schmutzfrachtberechnung nach ATV A128 Im Zuge der Kanalnetzanzeige nach 58.1 LWG wurde von der Genehmigungsbehörde für die 40 Einleitungsstellen ein vereinfachter Nachweis nach dem BWK M3 gefordert. Ein wesentlicher Bestandteil einer Kanalnetzanzeige ist die Schmutzfrachtberechnung nach ATV A 128. Diese Schmutzfrachtberechnung erfolgt aus Sicht der Kanalisation und stellt sicher, daß unabhängig vom Gewässer eine bestimmte Schmutzfrachtemission nicht überschritten wird. Mit dem vereinfachten Nachweisverfahren nach BWK M3 wird hingegen eine immissionsbezogene Betrachtung der Einleitungspunkte durchgeführt. Das heißt, es wird anhand standardisierter Immissionskriterien geprüft, ob die durch die Schmutzfrachtberechnung festgelegten Einleitungsmengen und frachten für das jeweilige Gewässer verträglich sind. Sofern festgestellt wird, daß weitergehende Maßnahmen erforderlich sind, wird auf Basis der über BWK M3 ermittelten Grenzwerte (Überlaufhäufigkeit, Einleitungsmenge und fracht) eine erneute Langzeitsimulation mit den Regenüberlaufbecken und den zusätzlichen Regenrückhaltebecken durchgeführt. Über mehrere iterativ durchgeführte Berechnungsschritte (zwischen Schmutzfrachtberechnung und BWK M3) erfolgt somit eine Systemoptimierung, deren Ziel eine gewässerverträgliche Verteilung der Einleitungsmengen und frachten ist.

12 12 Vereinfachter Nachweis nach BWK M3 hydraulisch stofflich Anforderungen erfüllt? ja nein Kostengünstige Maßnahme nein ja detaillierter Nachweis nach BWK M3 hydraulisch NA - Modell stofflich (bedingt möglich) z.b. limnologische Untersuchungen Anforderungen erfüllt? ja nein Maßnahmen Ende Abbildung 3: Vereinfachter und detaillierter Nachweis

13 Vereinfachter Nachweis detaillierter Nachweis Die hydraulischen und stofflichen Anforderungen der Niederschlagswassereinleitungen können mittels eines vereinfachten oder eines detaillierten Nachweises ermittelt werden. Für das vereinfachte Verfahren ist dem Merkblatt eine Excel Tabellenkalkulation beigefügt. Für die Praxis ist folgende Vorgehensweise zu empfehlen: Die hydraulischen Anforderungen sollten zunächst mit dem vereinfachten Nachweis bestimmt werden. Dort wo sich hydraulische Defizite darstellen, ist zu prüfen, ob ein detaillierter Nachweis z.b. mittels eines Niederschlag-Abfluß-Modells sinnvoll ist. Auch die stofflichen Anforderungen sind zunächst durch das vereinfachte Nachweisverfahren zu bestimmen. Dort, wo sich die Einleitungsbedingungen nicht ändern, kann ein detaillierter Nachweis durch limnologische Gewässeruntersuchungen geführt werden. Sobald sich jedoch die Einleitungsbedingungen für den Prognosezustand in einem Siedlungsgebiet verändern, ist kein detaillierter Nachweis möglich, da derzeit noch keine aussagefähigen Gewässergütemodelle zur Verfügung stehen Grenzwerte Der vereinfachte Nachweis gilt als erfüllt, wenn folgende Grenzwerte eingehalten werden. Der einjährliche potentiell natürliche Hochwasserabfluß darf um nicht mehr als 10 % erhöht werden. HQ 1ist HQ 1p nat + 10 % Die Sauerstoffkonzentration im Gewässer darf infolge der Niederschlagswassereinleitung 5 mg/l nicht unterschreiten. Die Niederschlagwassereinleitung darf keine Ammoniakkonzentration größer 0,1 mg/l bewirken. Ferner sollen die Niederschlagwassereinleitungen nicht zu ästhetischen Störungen im Gewässer führen, und es sind Maßnahmen zur Reduzierung der Feststofffracht vorzusehen.

14 Durchführung des vereinfachten Nachweises Grundlagenermittlung Die Grundlagenermittlung erfolgt anhand des vorhandenen Kartenwerkes und der für die Schmutzfrachtberechnung ohnehin erforderlichen Daten. Folgende Arbeitsschritte sind durchzuführen: Festlegung der geschlossenen Siedlungsgebiete Unter Verwendung der Tabelle 3 des BWK M3 und des dort genannte Korrekturfaktors von 0,4 wurde der Einflußbereich (km Fließweg) der Mischwassereinleitungen ermittelt. Bei Überschreitung des Einflußbereiches kann davon ausgegangen werden, daß im Gewässer keine nennenswerte Vorbelastung von der oberhalb liegenden Einleitung ausgeht. Sie kann unberücksichtigt bleiben und ein neues Siedlungsgebiet beginnt. Für das betrachtete Einzugsgebiet wurden fünf geschlossene Siedlungsgebiete ermittelt. Sofern sich in einem Siedlungsgebiet Einleitungsstellen an Nebengewässern befinden, wurden diese noch einmal unterteilt. Anschließend wurden die Flächen (A E0, A u ) bis zur untersten Einleitungsstelle ermittelt.

15 15 mittlere Tiefe (t) mittlere Fließgeschwindigkeit (v) m m/s < 0,1 < 0,5 > 0,5 < 0,1 > 4 km 4 km < 0,5 5 km 7 km 10 km > 0,5 10 km 12 km v t Einflussbereich bei MNQ Länge m/s m gem. Tabelle km Faktor kritische Länge km Wupper < 0,5 < 0,5 7 0,4 2,8 Eschbach < 0,5 < 0,1 4 0,4 1,6 Nebengewässer < 0,1 4 0,4 1,6 Abbildung 4: Festlegung der geschlossenen Siedlungsgebiete Ermittlung der Abflußspenden Die potentiell natürlichen Hochwasserabflußspenden (HQ 1pnat ) für den Eschbach, den Lobach und die Nebengewässer wurden dem Niederschlag-Abfluß-Modell Eschbach aus dem Jahre 1994 entnommen. Die einjährliche Hochwasserspende für die Wupper mit H q1pnat = 100 l/s x km² wurden auf der sicheren Seite liegend aus der Abbildung 4.1 des Gelbdruckes abgegriffen. Die Niedrigwasserabflußspende (MNq) für den Eschbach und die Nebengewässer mit MNq = 2,5 l/s x km² stammt aus den Aufzeichnungen eines Pegels, welcher sich im Eschbachunterlauf befindet. Für die Wupper wurde von einem Niedrigwasserabfluß von MNq = 7 l/s x km² ausgegangen.

16 16 Abbildung 5: Einleitung in einen Quellbereich Abbildung 6: Verbessertes Wiederbesiedelungspotential durch naturnahe Gestaltung

17 17 Sonstige Gewässerdaten Mittels topographischer Karten wurde das Gefälle der Fließgewässer ermittelt. Der ph-wert wurde über den Wupperverband erfragt. Die weiteren Parameter entsprachen den Standardwerten der dem Merkblatt beigefügten Tabellenkalkulationen. Bauwerksbezogene Aufbereitung der Teileinzugsgebiete Für die weiteren Schritte sind die folgenden Daten der Schmutzfrachtberechnung bauwerksbezogen aufzubereiten: Q s24 Q sx Q f Q rt24 NGm A u Schmutzwasserabfluß 24 h Mittel Schmutzwasserabfluß Tagesspitze (A128) Fremdwasserabfluß Regenabfluß aus Trenngebieten mittlere Neigungsgruppe undurchlässige Fläche Gewässerbegehung Die Gewässerbegehung ist unumgänglich, da sie der wichtigste Bestandteil dieser Untersuchung ist. Hierbei sind die folgenden Inhaltspunkte zu erarbeiten: Einleitungsfrei zu haltende Gewässer und Gewässerabschnitte Im Kapitel des BWK Merkblattes sind die einleitungsfrei zu haltenden Gewässer und Gewässerabschnitte beschrieben. Hierzu zählen Quellbereiche, temporäre Gewässer, Gewässer der Strukturgüte 1 (Mittelgebirge), bzw. Strukturgüte 1-2 (Flachland) und organische Gewässer. Diese Eingruppierung kann nur durch eine Ortsbegehung festgelegt werden. Ermittlung des Wiederbesiedelungspotentials Die zulässige Überlaufhäufigkeit des Bauwerkes wird ermittelt, indem die vor Ort festgestellte Gewässerstruktur in das Wiederbesiedlungsformular der Tabellenkalkulation eingetragen wird. Aus Sicht des Merkblattes soll die Überlaufhäufigkeit zwischen n = 0,5/a und n = 2/a liegen (Tabelle 7 BWK Merkblatt). Besondere Schutzerfordernisse (z.b. Hochwasserschutz) können jedoch zu abweichenden Überlaufhäufigkeiten führen.

18 18 Standortalternativen Bei geplanten Bauwerken sollte noch einmal der Standort des RRB oder HRB in der Örtlichkeit überprüft werden. Auf eine mögliche Verlegung der Einleitungsstelle ist bei der Begehung ebenfalls zu achten. Maßnahmen am Gewässer Bei ermittelten Überlaufhäufigkeiten von n = 0,5/a oder n = 1/a ist vor Ort zu prüfen, ob Maßnahmen zur Verbesserung der Gewässerstruktur möglich sind. Mit Hilfe der Tabellenkalkulation kann die Effizienz der Maßnahme überprüft werden. Die größere Überlaufhäufigkeit bewirkt eine deutliche Reduktion des erforderlichen Rückhaltevolumens. Gewässerumfeld Die Gewässerbegehung soll ein möglichst umfassendes Bild vom Gewässer vermitteln. Daher ist auch das Gewässerumfeld auf mögliche Vorbelastungen (z.b. Fäkalien aus Viehhaltung) zu überprüfen. Fotodokumentation Die Gewässerbegehung sollte immer mit Fotos dokumentiert werden. So kann in der nachfolgenden Büroarbeit bei Unklarheiten auf Fotos zurückgegriffen werden und es erübrigt sich oftmals eine weitere Ortsbegehung.

19 19 Belastung im Unterlauf 2.5 Ergebnisdarstellung Gewässerabfluß: 2,81 * HQ1 pnat Gewässerkonzentration O 2 Gewässerkonzentration NH -N c < c_krit c > c_krit. c_krit c > c_krit c < c_krit c_krit mg/l mg/l 10,0 0,120 mg/l 140 Gewässerkonzentration AFS c (kein Grenzwert definiert) 120 0,100 8, ,080 6,0 80 0, ,0 0, ,0 0, ,000 0,0 0, , , Regenabflußspende qr l/(s*ha) Regenabflußspende qr l/(s*ha) Regenabflußspende qr l/(s*ha) 2.5 Ergebnisdarstellung Gewässerabfluß: 2,83 * HQ1 pnat Gewässerkonzentration O 2 Gew ässerkonzentration NH -N c < c_krit c > c_krit. c_krit c > c_krit c < c_krit c_krit m g/l mg/l 10,0 0,140 mg/l 140 Gewässerkonzentration AFS c (kein Grenzwert definiert) 0, ,0 0, ,0 0, , ,0 0, ,0 0, ,000 0,0 0, , , Regenabflußspende qr l/(s*ha) Regenabflußspende qr l/(s*ha) Regenabflußspende qr l/(s*ha) 2.5 Ergebnisdarstellung Gewässerabfluß: 1,26 * HQ1 pnat Gewässerkonzentration O 2 Gew ässerkonzentration NH -N c < c_krit c > c_krit. c_krit c > c_krit c < c_krit c_krit m g/l mg/l 10,0 0,120 8,0 0,100 0,080 6,0 0,060 4,0 0,040 2,0 0,020 0,0 0,000 0, , Gewässerkonzentration AFS c (kein Grenzwert definiert) mg/l , Regenabflußspende qr l/(s*ha) Regenabflußspende qr l/(s*ha) Regenabflußspende qr l/(s*ha) Belastung in den Oberläufen 2.5 Ergebnisdarstellung Gewässerabfluß: 1,07 * HQ1 pnat Gewässerkonzentration O 2 Gewässerkonzentration NH -N c < c_krit c > c_krit. c_krit c > c_krit c < c_krit c_krit m g/l m g/l 10,0 0,120 8,0 0,100 0,080 6,0 0,060 4,0 0,040 2,0 0,020 0,0 0,000 0, , Gewässerkonzentration AFS c (kein Grenzwert definiert) mg/l , Regenabflußspende qr l/(s*ha) Regenabflußspende qr l/(s*ha) Regenabflußspende qr l/(s*ha) RÜB Istzustand RÜB Prognose BFB Istzustand RÜ Ist- und Prognosezustand c c c c Abbildung 7: Stoffliche Belastung an einem Gewässer

20 Vereinfachter hydraulischer und stofflicher Nachweis Für die Regenwassereinleitungen aus den Trenngebieten sind die abwasserbürtigen Inhaltsstoffe von untergeordneter Bedeutung. Daher reicht hier ein hydraulischer Nachweis. Bei Mischwassereinleitungen muß ein hydraulischer und ein stofflicher Nachweis geführt werden. Da innerhalb der ermittelten Siedlungsgebiete des GKW Solingen-Burg sowohl Regenwasser- als auch Mischwassereinleitungen vorkommen, wurde unter Verwendung der im Merkblatt angegebenen Formeln eine Berechnung mit einer eigenen Excel Tabelle durchgeführt. Die dem Merkblatt beigefügte Tabellenkalkulation erwies sich für das geschlossene Siedlungsgebiet Eschbach II mit seinen 28 Einleitungsstellen als unzweckmäßig. Der stoffliche Nachweis hingegen wurde mit dieser Tabellenkalkulation durchgeführt. Die Ergebnisse des hydraulischen und stofflichen Nachweises fließen wiederum in die Schmutzfrachtberechnung ein. Hier werden die nachgeschalteten Regenrückhaltebecken anhand von Langzeitsimulationen mit den neu errechneten Drosselwassermengen dimensioniert (A117 neu).

21 Zeitaufwand Da ein Großteil der Daten bereits aus der Schmutzfrachtberechnung vorliegen, ist der Zeitaufwand für die Grundlagenermittlung mit ca. 5 % des Gesamtaufwandes relativ gering. Aufgrund der oft abgelegenen Einleitungsstellen sind für die Ortsbegehung ca. 40 % zu veranschlagen. Für den stofflichen und hydraulischen Nachweis entfallen ca. 35 % des Zeitaufwandes. Bei hintereinandergeschalteten Bauwerken erwies sich die Tabellenkalkulation des Merkblattes als aufwendig, welches sich durch eine erhöhte Arbeitszeit bemerkbar machte. Etwa weitere 20 % sind für die Darstellung zu veranschlagen. Ergebnisdarstellung 20% Grundlagen 5% vereinfachter Nachweis 35% Ortsbegehung 40% Abbildung 8: Zeitaufwand

22 Ergebnisse Die Begehung ergab, daß im Einzugsgebiet mehrere nicht zulässige Einleitungen in Quellbereiche bestehen. Hier wurde die Empfehlung ausgesprochen diese Einleitungen langfristig in weniger empfindliche Gewässerabschnitte zu verlegen. Ferner kann an vielen Einleitungspunkten das Wiederbesiedlungspotential und somit die zulässige Überlaufhäufigkeit durch einfache und kostengünstige Maßnahmen im Gewässer erhöht werden. Der vereinfachte hydraulische Nachweis ergab, daß nahezu an jeder Einleitungsstelle eine Regenrückhaltung erforderlich ist. Dort, wo das Gewässer augenscheinlich intakt ist, wurden detaillierte Untersuchungen empfohlen. Gegenüber den bisherigen Planungen mußten die Drosselwassermengen der Regenrückhaltebecken auf spezifische Spenden von Q d,spez = 3-9 l/s x ha A u verringert werden. Aufgrund der jedoch höheren, oftmals durch gewässerstrukturverbessernde Maßnahmen zu erzielende, zulässigen Überlaufhäufigkeit, bleiben die spezifischen Rückhaltevolumina mit V spez = m³/ha A u im üblichen Rahmen. So weist z.b. das in der Abbildung 6 gezeigte Regenrückhaltebecken für den Istzustand eine Überlaufhäufigkeit von n = 0,5/a auf. Das hieraus berechnete Rückhaltevolumen beträgt V RRB = m³ Durch eine naturnahe Gestaltung des Gewässers kann in diesem Fall die Überlaufhäufigkeit auf n = 2/a angehoben und das Volumen auf V RRB = m³ reduziert werden. Eine Beckenerweiterung ist hier somit nicht mehr notwendig. In den Oberläufen errechneten sich häufig Drosselwassermengen von Q d < 15 l/s. Hier ist für einen störungsfreien Betrieb (Verlegungsgefahr) eine Filtration zur Drosselung möglich. Hinsichtlich der Stofffracht waren die Stauhaltungen im Hauptschluß des Eschbaches schwierig zu beurteilen. Daher wurde für den Endpunkt des betroffenen Siedlungsgebietes eine Grenzwertbetrachtung durchgeführt, welche mit den Ergebnissen der Ortsbegehung verglichen wurde. Hiernach darf die minimale Fließgeschwindigkeit v = 0,03 m/s betragen, ohne daß es zu einem unzulässigen Sauerstoffdefizit kommt. Nach der Ortsbesichtigung hingegen liegt die mittlere Fließgeschwindigkeit deutlich darüber. Das Ammoniak ist für das betrachtete Einzugsgebiet die kritische Stoffgröße. Bei nicht vorentlasteten Mischgebieten ist eine Dimensionierung der Mischwasserbehandlungsanlagen nach ATV A128 ausreichend. Kritische Belastungszustände sind bei nennenswerten Schmutzwasserzuflüssen aus Trenngebieten oder bei vorentlasteten Bauwerken zu befürchten. Sauerstoffdefizite treten nur an den Stauhaltungen auf. Aufgrund der ph-wert Anhebung in diesen Gewässerabschnitten sind jedoch auch hier gleichzeitig die größten Ammoniak Belastungen zu erwarten.

23 23 Aufgrund der gegebenen Niedrigwasserabflüsse können durch Regenrückhaltebecken keine nennenswerten Verdünnungseffekte im Gewässer erzielt werden. Eine effektive Stofffrachtreduktion ist nur mit Bodenfilterbauwerken möglich. Die Verdünnung durch eine gedrosselte Einleitung macht sich erst bei einem Mischungsverhältnis von Q d : MNQ = 4 : 1 bemerkbar. Gegenüber den bisherigen Planungen sind an zwei Einleitungsstellen zusätzliche Regenrückhaltungen, wovon eine als Bodenfilter auszubilden ist, erforderlich. Darüber hinaus sind an zwei geplanten Standorten größere Regenrückhaltevolumina erforderlich. An einem weiteren geplanten Beckenstandort konnte hingegen das Volumen vermindert werden. Die bestehenden Bauwerke können durch Anpassung der Drosselwassermengen, eventuell in Verbindung mit Verbesserungsmaßnahmen im Gewässer, ertüchtigt werden.

24 24 Abbildung 9: Linienförmige Niederschlagswassereinleitung

25 25 5. Auswirkungen auf die Bauwerksplanung Neben einem ausgeglichenen Sauerstoffhaushalt und einer Ammoniakgrenzkonzentration im Gewässer fordert das BWK M3 den Rückhalt von Feststoffen und ästhetisch störenden Substanzen (z.b. Toilettenpapier). Ferner ergeben sich bei Einleitungen in die Gewässeroberläufe sehr kleine Einleitungsmengen, welche bei einer herkömmlichen Drosselung (z.b. Rohrdrossel) zu einer Verstopfung der Drosseleinrichtung führen. Darüber hinaus kann durch Verbesserung der Gewässerstruktur die zulässige Überlaufhäufigkeit des Bauwerkes erhöht werden. Daher sind neben einer hinsichtlich Feststoffrückhalt optimierten Bauwerksplanung auch die Gestaltung der Einleitungsstelle und das Gewässer in die Planung mit einzubeziehen. Es werden folgende Empfehlungen gegeben: 5.1 Entlastungshäufigkeit kleiner als zwei pro Jahr Sofern n zul. < 2/a beträgt, sollte geprüft werden, inwiefern strukturverbessernde Maßnahmen im Gewässer zu einer Erhöhung der zulässigen Überlaufhäufigkeit (n zul. ) führt. Sollte z.b. aus Platzgründen für die erforderliche Überlaufhäufigkeit nicht ausreichend Rückhaltevolumen zur Verfügung stehen, dann ist eine linienförmige Gestaltung der Einleitungsstelle anzustreben, damit das Gewässer großflächig beaufschlagt wird. 5.2 Hochwasserschutz Sofern das Regenrückhaltebauwerk auch eine Hochwasserschutzfunktion erfüllen soll, empfiehlt sich eine zweistufige Drossel, deren erste Drosselstufe den Anforderungen des BWK M3 entspricht. 5.3 Drosselwassermengen kleiner als 15 l/s Bei Drosselwassermengen von Q d 15 l/s sollte das Bauwerk mit einer verlegungsfreien Drosseleinrichtung versehen werden. Hier haben sich mit einer bepflanzten Bodenauflage (h = 30 cm) versehene Drainagegräben, die ähnlich wie ein Mulden-Rigolen-System funktionieren, bewährt. Durch die Filtration über die belebte Bodenschicht fließt der Drosseleinrichtung partikelfreies Wasser zu, so daß beliebig kleine Drosselwassermengen möglich sind. Neben dem nahezu wartungsfreien Betrieb, bewirkt dieser Beckenablauf einen effektiven Rückhalt der abfiltrierbaren Stoffe.

26 Abbildung 10: Retentionsgraben mit Filtration über die belebte Bodenzone 26

27 Feststoffrückhalt Künftig sind die Regenrückhaltebecken hinsichtlich Feststoffrückhalt und Rückhalt von ästhetisch störenden Substanzen zu optimieren. Strömungstechnisch können diese Bauwerke an den Einleitungspunkten z.b. durch Steinschüttungen verbessert werden. Sie gewährleisten für eine Energieumwandlung und eine gleichmäßige Beschickung des Beckens. Die große Oberfläche des RRB ermöglicht sehr kleine Strömungsgeschwindigkeiten und somit eine gute Sedimentation. Eine dichte und bis zum Maximaleinstau reichende Bepflanzung wirkt darüber hinaus wie ein Raumfilter. Die absetzbaren und ästhetisch störenden Stoffe können somit sicher entfernt werden. Einen vollständigen Rückhalt der abfiltrierbaren Stoffe (AFS) bewirken diese Maßnahmen jedoch nicht. Diese Stoffe können nur durch eine Filtration zurückgehalten werden. Hier gibt es die Möglichkeit der Kiesfiltration oder einer Filtration über die belebte Bodenzone. Kiesfilter wurden schon mit dem Aufkommen der zentralen Wasserversorgung eingesetzt. Gegenüber einer Filtration über die belebte Bodenzone benötigt ein Kiesfilter relativ wenig Platz. Für einen effektiven AFS-Rückhalt sollte die Fließgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Korngröße des Filtermaterials, bei 0,5-2 m/h (0,14-0,55 l/s x m²) liegen. Sie haben den Nachteil, daß sie bei richtig eingestellter Fließgeschwindigkeit mit der Zeit verschlammen und der Kies regelmäßig gewaschen oder erneuert werden muß. Ist hingegen die Fließgeschwindigkeit zu hoch, bewirkt dieser Filter keinen effektiven AFS Rückhalt bzw. es kann zu einer Remobilisierung zurückgehaltener Feststoffe kommen. Wesentlich betriebssicher und somit empfehlenswerter ist hingegen die Filtration über die belebte Bodenzone. Die durch das Korngefüge vorgegebene Filtrationsgeschwindigkeit liegt bei 0,018-0,18 m/h (0,005-0,05 l/s x m²). Im Gegensatz zum Kiesfilter lagern sich die abfiltrierbaren Stoffe auf der Filteroberfläche ab. Das Pflanzenwachstum und die Bodenlebewesen sorgen für eine Mineralisierung der AFS und einer dauerhaften Durchlässigkeit des belebten Bodens. Sofern es zu keiner großflächigen Bodenverdichtung (z.b. durch Befahren) kommt, ist dieser Filter nahezu wartungsfrei.

28 28 6. Fazit Die ersten Gehversuche mit der Anwendung des BWK Merkblattes 3 haben ergeben, daß es ein praktikables Instrument zur immissionsbezogenen Beurteilung von Niederschlagswassereinleitungen ist. Der Aufbau zwingt den Planer, das Gewässer vor Ort zu begutachten und individuelle Problemlösungen zu finden. Diese Lösungen sind nicht aufwendiger als die bisherigen Beckenplanungen, jedoch ist vielfach das Gewässer mit in die Planung einzubeziehen, da strukturverbessernde Maßnahmen oftmals kostengünstiger als der Neubau von Beckenvolumen ist. So bewirkt z.b. die Anhebung der Überlaufhäufigkeit von n = 0,5/a auf n = 2/a eine Volumenersparnis von ca. 45 %. Die Grenzen des Merkblattes zeigen sich dort, wo bestehende Einleitungen gegen die Grundsätze des Merkblattes verstoßen, die gegebenen Randbedingungen aber keine anderen Lösungen zulassen. Hier sind die Belange des Fachbeitrages BWK M3 mit den übrigen Belangen (z.b. Landschaftsschutz) abzuwägen und gegebenenfalls vom Merkblatt abweichende Lösungen zu entwickeln. Aufgestellt: Wuppertal, im November 2001 MS/IM/0709/Info-13 Ingenieurbüro Reinhard Beck