ÜSG GONSBACH. Erläuterungsbericht

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1 ÜSG GONSBACH Erläuterungsbericht Februar 2012

2 Inhaltsverzeichnis 1 Veranlassung 1 2 Vorbemerkungen 1 3 Niederschlag-Abfluss-Modell Gonsbach Grundlagen Verwendete Daten und Unterlagen Modellerstellung Ergebnisse der Abflussberechnung D-Hydraulisches Modell Gonsbach D-Hydraulisches Modell im Bereich der Gonsbach-Verrohrung 7 6 Darstellung der Überschwemmungsgebiete 8 Anlagenverzeichnis 1 Blattschnittübersicht, Maßstab 1 : Überschwemmungsgebietskarten, Maßstab 1 : Blatt 1 / Hartenberg Blatt 2 / Fachhochschule II Blatt 3 / An der Nonnenwiese Blatt 4 / An der Ochsenwiese Blatt 5 / Kriegsmühle Blatt 6 / Finthen-Nord Blatt 7 / Finthen-Süd Blatt 8 / Quelle - 0 -

3 1 Veranlassung Als Überschwemmungsgebiete werden gemäß 76 WHG mindestens die Gebiete festgesetzt, in denen ein Hochwasserereignis statistisch einmal in 100 Jahren zu erwarten ist sowie die zur Hochwasserentlastung und Rückhaltung beanspruchten Gebiete. Die Feststellung der Überschwemmungsgebiete obliegt für Gewässer III. Ordnung der unteren Wasserbehörde. Die für die Feststellung erforderlichen technischen Unterlagen werden durch die Fachbehörde (hier SGD Süd, Regionalstelle Wasserwirtschaft, Abfallwirtschaft, Bodenschutz, Mainz) zur Verfügung gestellt. Die Ermittlung der Überschwemmungsgebiete am Gonsbach erfolgte im Rahmen des Projektes TIMIS flood (Transnational Internet Map Information System on flooding) Nationale Ergänzung Rheinland-Pfalz. Die im TIMIS Projekt durchgeführten hydraulischen Berechnungen zur Erstellung von Hochwassergefahrenkarten ( dienen auch als Grundlage zur Festsetzung der gesetzlichen Überschwemmungsgebiete. Das Überschwemmungsgebiet wird auf der Grundlage eines 100 jährlichen Hochwasserereignisses (HQ 100 ) abgegrenzt. Darüber hinaus sind die Überschwemmungsflächen bei Eintritt eines Extremereignisses (HQ Extrem ) nachrichtlich in den Karten dargestellt (überschwemmungsgefährdetes Gebiet). 2 Vorbemerkungen Die Ingenieurgesellschaft für Wasser und Umwelt mbh Hydrotec (Aachen) wurde im Rahmen des TIMIS flood Projektes durch die SGD Süd, Regionalstelle Wasserwirtschaft, Abfallwirtschaft, Bodenschutz, Mainz mit der Erstellung eines Niederschlag-Abfluss-Modells (N-A-Modell) für das Einzugsgebiet des Gonsbachs beauftragt. Die Ergebnisse dienten als Grundlage für die Erstellung der Hochwassergefahrenkarten. Darüber hinaus ermittelte Hydrotec mithilfe hydrodynamischen Berechnungen die Leistungsfähigkeit der Gonsbachverrohrung und grenzte mittels einer zweidimensionalen Wasserspiegellagenberechnung für diesen Bereich die Überschwemmungsflächen ab. Von der Quelle bis zur Verrohrung erfolgte die Wasserspiegellagenberechnung im Rahmen des TIMIS Projektes mit Hilfe eines eindimensionalen Modells

4 Zu den Berechnungen liegt ein ausführlicher Bericht der Ingenieurgesellschaft Hydrotec vor (Niederschlag-Abfluss-Modell Gonsbach, Bericht und Anlagen, Hydrotec, Aachen, März 2009). Der nachfolgende Text ist dem o.g. Bericht entnommen und stellt somit eine Zusammenfassung des Berichtes dar. 3 Niederschlag-Abfluss-Modell Gonsbach 3.1 Grundlagen Das Einzugsgebiet des Gonsbachs erstreckt sich südlich der Quelle des Aubachs bei Layenhof über den Zusammenfluss mit dem Königsborn bei Finthen bis zur Verrohrung in Mainz-Mombach. Nach weiteren ca. 1,3 km mündet dann der verrohrte Gonsbach in den Rhein. Die maximale Südwest-/Nordosterstreckung des Einzugsgebietes beträgt etwa 11 km; in Südost-/Nordwestrichtung sind es ca. 3,5 km. Die Einzugsgebietsgröße beträgt ca. 26,4 km². Einzugsgebiet des Gonsbachs - 2 -

5 3.2 Verwendete Daten und Unterlagen Folgende Daten und Unterlagen wurden zur Erstellung des N-A-Modells verwendet: GIS-Daten Topografische Karten: DGK5, TK100 (LVermGeo) Orthofotos Digitales Geländemodell DGM5 10 x 10 m-raster (LVermGeo) Digitale Landnutzungsdaten (ATKIS DLM25, LVermGeo) Laserscandaten entlang des Gewässerverlaufs des Gonsbachs (erarbeitet im Rahmen des TIMIS-Projektes) Digitale Bodendaten (Landesamt für Geologie und Bergbau Rheinland-Pfalz) Gewässernetz und Einzugsgebietsgrenzen (LUWG) Stadtentwässerungsdaten (Kanäle, Einzugsgebiete) (Stadt Mainz) Zeitreihen: Niederschlagsdaten verschiedener Stationen im Raum Mainz (Stadt Mainz) Wasserstände vom Pegel Gonsbach Nonnenwiese (Stadt Mainz) Studien und sonstige Unterlagen: Hydrologie der Gonsbachachse, 1987, AEW Plan GmbH, Mainz Schmutzfrachtberechnung für das Klärwerk Mainz, 2003, Brandt Gerdes Sitzmann Wasserwirtschaft GmbH, Darmstadt Aktualisierung der Schmutzfrachtberechnung für das Einzugsgebiet des Klärwerkes Mainz, 2005, Brandt Gerdes Sitzmann Wasserwirtschaft GmbH, Darmstadt Auswertung der Niederschlagsschreiberdaten, 2006, Brandt Gerdes Sitzmann Wasserwirtschaft GmbH, Darmstadt Weitere Daten zur Stadtentwässerung (Wirtschaftsbetrieb Stadt Mainz) Geologische Karte RLP 1: , Erläuterungen zu Blatt 6015 Mainz Erläuterungen zur Geologischen Karte von Preußen und benachbarten Bundesstaaten, Blatt 5915 Wiesbaden-Kastel Dokumentation zum Umweltseminar Die Stadt und ihre Gewässer : Gewässerschutz in Mainz, Martin Witzel, Stadt Mainz - 3 -

6 Vermessungsdaten: Querprofildaten des Gonsbachs (Hydraulik Gonsbach im Rahmen des TIMIS- Projektes) Digitale Pläne der Gonsbach-Verrohrung (Wirtschaftsbetrieb Stadt Mainz) Repräsentative Gerinneprofile der Nebengewässer (aus Begehung Hydrotec) 3.3 Modellerstellung Das Einzugsgebiet des Gonsbachs wurde erstmals 1987 vom Ingenieurbüro AEW Plan für Hochwasserschutzplanungen modelliert. Das aufgestellte Modell ist im Zuge der Veränderungen im Einzugsgebiet, insbesondere in der Stadtentwässerung, heute nicht mehr aktuell. Die jetzt gewählte Modelluntergliederung berücksichtigt die aus dem aktuellen digitalen Geländemodell abgeleiteten Wasserscheiden (vorhandenen Teilgebietsgrenzen), Wechsel der Gebiets- und Gerinneeigenschaften, Grenzen kanalisierter Einzugsgebiete, HRB-Standorte und wichtige Einleitungsstellen. Die flächenhaften Grundlagendaten, die im N-A-Modell als homogene Elementarflächen digital vorgehalten werden, wurden durch Verschneidung der Böden, Landnutzungen (ATKIS-DLM25) und Teileinzugsgebietsgrenzen erstellt. Niederschlagsdaten Für die Berechnung der Hochwasserabflüsse am Gonsbach wurden als Belastung für das N-A-Modell die Niederschlagsstatistiken der Station MZ01 (Mombach Klärwerk) und MZ03 (Finthen Wasserwerk) aus der Untersuchung Auswertung der Niederschlagsschreiberdaten (2006, Brandt Gerdes Sitzmann Wasserwirtschaft GmbH) verwendet. Die Auswertung basiert auf Zeitreihen mit einer Dauer vom mehr aus 32 Jahren. In Absprache mit der SGD Süd und dem LUWG wurde für die Berechnung des HQ Extrem die Niederschlagsbelastung 1,2*100 jährlicher Bemessungs-Niederschlag verwendet

7 Pegel Im Einzugsgebiet des Gonsbachs gibt es einen Pegel am Gonsbach im Bereich der Nonnenwiese, der vom Wirtschaftsbetrieb der Stadt Mainz betrieben wird. Wegen der fehlenden Abflusskurve und der nur kurzen Zeitreihe, die nicht mit den vorliegenden Niederschlagsdaten korrespondiert, konnte der Pegel zur Kalibrierung des N-A-Modells nicht verwendet werden. Teilgebiete Die Teilgebiete im Einzugsgebiet des Gonsbachs wurden mithilfe des digitalen Geländemodells DGM5 und der Stadtentwässerungsgrenzen im GIS digitalisiert. Der Detaillierungsgrad ist sehr hoch, so wurden alle Einleitstellen aus den Regenwasserkanalisationen bzw. Einleitungen von Regenbauwerken (RÜB, RÜ, RRB usw.) als Zwangspunkte für eine Teilgebietsunterteilung verwendet. Weitere Unterteilungen wurden an Hochwasserrückhaltebecken, Pegeln und Gewässerzusammenflüssen vorgenommen. Insgesamt wurde das Einzugsgebiet des Gonsbachs mit 57 Teilgebieten mit einer mittleren Teilgebietsgröße von 1,16 km² abgebildet. Gewässer und Transportelemente Für den Gonsbach liegen Gewässerprofile bzw. eine Gewässerhydraulik von der Quelle bis zum Einlauf in die Verrohrung an der Mombacher Straße vor. Diese Daten wurden verwendet, um die Leistungsfähigkeit der Transportelemente für das N-A- Modell hydraulisch zu ermitteln. Die Leistungsfähigkeit der Verrohrung wurde hydrodynamisch berechnet (Programm MOUSE). Stadtentwässerung Die Informationen zur Stadtentwässerung wurden von der Stadt Mainz zur Verfügung gestellt und für das N-A-Modell aufbereitet

8 3.4 Ergebnisse der Abflussberechnung Folgende Abflüsse wurden mit Hilfe des N-A-Modells berechnet und liegen der Überschwemmungsgebietsausweisung zu Grunde: Stationierung [Gewässer-km] HQ100 [m³/s] HQExtrem [m³/s] Ober-Olmer Wald ,28 1,07 Seepfuhl ,30 1,11 Donnersberg ,98 2,92 Elmerberg ,01 3,78 Finthen Süd ,10 4,10 Finthen Dahlienweg ,52 4,85 Finthen ,43 6,19 Finthen Katzenberg ,57 6,76 Römerquelle ,94 8,09 Autobahn ,48 10,37 Kriegersmühle ,93 11,54 Max-Planck-Straße ,97 12,10 Ochsenwiese ,59 12,80 Grabenstraße ,75 15,16 Waschbach ,40 18,15 Am Angel ,11 19,94 Bruchspitze ,12 19,99 TG HRB ,13 24,36 Lungenberg ,13 24,36 Hartenmühle ,51 14,10 Kloster ,51 14,10 Glaswerke ,51 14,10 Die berechneten Hochwasserabflüsse wurden zur Berechnung der Wasserspiegellagen und Überschwemmungsflächen an das hydraulische Modell des Gonsbachs übergeben. 4 1-D-Hydraulisches Modell Gonsbach Der Gonsbach wurde im Rahmen des TIMIS Projektes Nationale Ergänzung Rheinland-Pfalz vom Quellbereich bis zum Einlauf in die Verrohrung neu vermessen. Es wurden 98 Gewässerprofile von km bis km im Zeitraum vom bis zum terrestrisch vermessen. Der mittlere Profilabstand beträgt rund 90 m und es wurden insgesamt 17 Durchlässe (Brücken und Verrohrungen) aufgenommen. Bei den Gewässervermessungen wurden der Flussschlauch und das gewässernahe Vorland beidseitig ca. 10 m breit aufgenommen. Die Vorländer wurden auf der Basis der hochgenauen, aktuellen - 6 -

9 Laserscanbefliegung verlängert. Die zugehörigen Rauheits- und Bewuchsparameter im Vorland wurden durch die ATKIS-Daten ergänzt. Lage der Querprofile Die Wasserspiegellagenberechnungen wurden mit dem Programmsystem Jabron, Version 6.5, durchgeführt. Jabron ist ein Programmsystem, das für die Berechnung natürlicher bzw. naturnah ausgebauter Gewässer konzipiert worden ist. Für die Erzeugung der Überschwemmungsgebiete werden die Wasserspiegellagen mit dem DGM aus der Laserscanbefliegung verschnitten. 5 2-D-Hydraulisches Modell im Bereich der Gonsbach-Verrohrung Die Leistungsfähigkeit der Verrohrung am Gonsbach wurde mithilfe hydrodynamischer Berechnungen ermittelt. Die Untersuchung wurde mit dem hydrodynamischen Kanalnetzmodell MOUSE (DHI, Version 2005) durchgeführt und beinhaltete die rund 1,3 km lange Verrohrung des Gonsbach im Mündungsbereich von der Mündung in den Rhein bis zum Einlauf des Gonsbachs in die Verrohrung. -7-

10 Für die Abbildung der Verrohrungen wurden die Daten aus dem Kanalkataster der Stadt Mainz herangezogen. Die Berechnungen ergeben, dass bei einem Zufluss von 3,1 m³/s die maximale Leistungsfähigkeit der Verrohrung erreicht ist. Die Überflutung des verrohrten Bereichs bei HQ 100 wird durch eine zweidimensionale hydraulische Simulation ermittelt. Da der Gonsbach auf den letzten ca. 1,3 km verrohrt und überbaut ist, kann zur Ermittlung der Überschwemmungsflächen in diesem Bereich keine eindimensionale Wasserspiegellagen-berechnung benutzt werden. Es wurde deshalb aus dem zur Verfügung stehenden hochaufgelösten Geländemodell ein zweidimensionales (2-D) Modell erstellt, mit dem mittels instationären 2-D-Berechnungen der Wellenablauf des HQ 100 simuliert wurde (Programm HYDRO_AS-2D). Der Zufluss zum 2-D-Modell ergibt sich aus der Welle bei HQ 100 (ca. 9,5 m³/s) abzüglich der Leistung der Verrohrung (3,1 m³/s). Das zufließende Volumen beträgt etwa m³ und überflutet damit ca. 5,16 ha Fläche. Es entstehen zwei gefüllte Senken im Bereich Am Hartenberg und zwischen Hattenbergstraße und Zwerchallee mit Wassertiefen bis ca. 1,5 m. Die Senke Am Hartenberg ist unbebaut, in der zweiten Senke befindet sich Bebauung. Eine oberirdische Verbindung mit dem Rhein liegt bei HQ 100 nicht vor. Die gefüllten Senken können sich nach dem Hochwasserereignis durch Versickerung und durch potenzielle Verbindungen zum Kanalnetz bzw. zu Gewässerverrohrungen (Schachtdeckel, Straßenabläufe etc.) wieder leeren. 6 Darstellung der Überschwemmungsgebiete Die ermittelten Überschwemmungsgebiet sowie die überschwemmungsgefährdeten Gebiete sind auf Basis der Automatisierten Liegenschaftskarte (ALK) in 8 Kartenblättern im Maßstab 1 : dargestellt (siehe Anlage). Blatt 1 / Hartenberg Blatt 2 / Fachhochschule II Blatt 3 / An der Nonnenwiese Blatt 4 / An der Ochsenwiese Blatt 5 / Kriegsmühle - 8 -

11 Blatt 6 / Finthen-Nord Blatt 7 / Finthen-Süd Blatt 8 / Quelle Eine Blattschnittübersicht liegt im Maßstab 1 : vor. In den Karten sind die Gewässerparzellen als dunkelblaue Fläche dargestellt, das Überschwemmungsgebiet als mittelblaue Fläche und das überschwemmungsgefährdete Gebiet als hellblaue Fläche