Starkregen in der Kanalnetzplanung weiter wie bisher oder neue Wege der Überflutungsvorsorge
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- Stanislaus Mann
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1 D A H L E M B e r a t e n d e I n g e n i e u r e Entwässerungskonzepte Straßen und Erschließung Kanalnetzberechnung Mischwasserbehandlung Schmutzfrachtberechnung Regenwassermanagement Überflutungsvorsorge Kanalsanierung Kanalbau Druckleitungen Rohrvortrieb Pumpwerke Düker Gewässerplanung Hochwasserschutz Dipl.-Ing. Jürgen Voßbeck Starkregen in der Kanalnetzplanung weiter wie bisher oder neue Wege der Überflutungsvorsorge Fortbildungsveranstaltung des BWK Landesverbandes NRW e. V. - Bezirksgruppe Düsseldorf November 2016, Moers
2 Inhalt 1. Veranlassung 2. Bemessungspraxis DINEN 752/ DWA A 118 Starkregen in der Kanalnetzplanung weiter wie bisher oder neue Wege der Überflutungsvorsorge 3. Über die kanalisierten Flächen hinausgehende Belastungsquellen 4. Betriebliche Einflüsse 5. Gefährdungs- und Risikoanalyse BWK-Fortbildungsveranstaltung Moers Starkregen in der Kanalnetzplanung / Überflutungsvorsorge 6. Neue Wege der Überflutungsvorsorge 7. Schutz von Abwasseranlagen 2
3 Veranlassung Wetterextreme, Starkregen, Sturzfluten und die Folgen
4 Bemessungspraxis DIN EN 752 / DWA A 118 und DWA-AG ES-2.5 einfache Bemessungsverfahren Mindestleistungsfähigkeit HINWEIS: DIN EN 752 (2008) fordert explizit die Würdigung lokaler, räumlich variierender Überflutungsrisiken (= kommunale Verpflichtung zu einer qualifizierten Risikobewertung!!?)
5 Starkregen nach DWA-Merkblatt 119 Starkregen: Regenereignisse, die in einzelnen Dauerstufen Regenhöhen mit Wiederkehrzeiten T n 1 a aufweisen Bemessungsregen: Regenereignisse mit Wiederkehrzeiten im Bereich der Bemessungsund Überstau-Wiederkehrzeiten nach Arbeitsblatt DWA-A 118:2006 (z. B. T n = 1 a bis 5 a); seltene Starkregen: Regenereignisse mit Wiederkehrzeiten oberhalb maßgebender Überstau-Wiederkehrzeiten, aber innerhalb maßgebender Überflutungs-Wiederkehrzeiten (z. B. für Stadtzentren T n > 5 a bis 30 a); außergewöhnliche Starkregen: Regenereignisse mit Wiederkehrzeiten oberhalb der maßgebenden Überflutungs-Wiederkehrzeiten. bzw. Starkregenindizes Wiederkehrzeit T n [a] Starkregenindex Regendauer Starkregenhöhen in mm Nachweis Überfltungsschutz vorsorgenden > 35 Schadensbegrenzung im kein vollständiger Schutz vor Überflutungen - Maßnahmen der 15 min Überstaufrei örtliche Vordergrund 60 min Regenhöhen h z.b. nach > > 200
6 Bemessungspraxis DIN EN 752 / DWA A 118 Klima-Anpassung in der Kanalnetzplanung? Klimafaktor bei der Dimensionierung von Sanierungs- und Neuplanungen analog zu Hochwasserschutzplanungen in einigen Bundesländern BEISPIEL 25 % bis 75% Zuschlag zum HQ 2 15 % bis 25% Zuschlag zum HQ 100 Kein Zuschlag zum HQ 1000 Die DWA AG ES-2.5 (siehe KA 2008/, Nr.9, S. 974) sieht für die Siedlungsentwässerung kein quantifizierbare Grundlage für einen pauschaler Zuschlag für den Klimawandel. Allenfalls in Bezug auf konkrete örtliche Gegebenheiten und Anliegen spezifizieren Vorschlag des LfU (Bayern) einer möglichen Anwendung von einer Erhöhung des Wiederkehrintervalls in der Bemessung als Maßnahme der VORSORGE (z.b. Verwendung von T n = 3a anstelle 2a und 5a anstelle 3a) ähnlich pauschal Verwendung von Prognose-Niederschlagszeitreihen bei der LZ-Simulation Liegen zumeist nicht vor bzw. Trendanalysen sind nicht ausreichend belastbar jedoch: DIN EN 752, Bemessungskriterien: Die möglichen Auswirkungen des Klimawandels sollten in Betracht gezogen werden.
7 Bemessungspraxis DIN EN 752 / DWA A 118 Klima-Anpassung in der Kanalnetzplanung? VORSCHLAG möglicher Umgang Überflutungs- und Risikobetrachtungen, bei denen auch andere Unschärfen bei der Kanalnetzplanung mit berücksichtigt werden. -> Sensitivitäten beachten* (z.b. Siedlungsentwicklung, Einfluss unbefestigter Flächen, Modellregen ) 2. Prüfen der Verwendbarkeit von Prognose-Niederschlagszeitreihen 3. Festlegung von Bemessungsgrundlagen / Eingangsparametern vor dem Hintergrund von möglicherweise erforderlichen spezifischen Zuschlägen (z.b. die Verwendung eines Euler II- Modellregens für die Überflutungsprüfung anstelle von geeigneten Naturregen, Ausnutzung Toleranzbereiche nach KOSTRA) 4. Maßnahmen zur Reduzierung der Überflutungsgefährdung ergreifen * Anwendung DWA-M 119: Risikomanagement in der kommunalen Überflutungsvorsorge für Entwässerungssysteme bei Starkregen (Weißdruck erscheint 11/2016)
8 Über kanalisierte Flächen hinausgehende Belastungsquellen Überflutungsgefahren Kanalrückstau Kanal Oberfläche Wild abfließendes Wasser / Zuflüsse von Außengebieten in verschiedenen Ausprägungen je nach Topographie Gewässer-Hochwasser Grundhochwasserwasser Mögliche Schadenswege von Wasser bei Hochwasser, Kanal-Überflutung, Sturzfluten
9 Relevanz von Wild abfließendem Wasser / Zuflüssen von Außengebieten (über die damit direkt hervorgerufenen Überflutungsgefährdung hinausgehend) Zusätzliche Belastung des Kanalnetzes mit weitergehenden Auswirkungen Füllung von Rückhalte- und Notrückhalteräumen Beeinträchtigungen von Pumpwerken und weiteren Abwasseranlagen Zuständigkeitskonflikte / rechtliche und finanzielle Konflikte GEMEINSAME BETRACHTUNG mit Oberflächenabflüssen auch aus Außengebieten erforderlich
10 Prominente, große HW-Ereignisse und die vielen kleinen Gewässer-Hochwässer: Gewässer ist innerorts vollständig verdolt (10-jährlicher Regen) Bild: DWA (2014) kleine Gewässer-Hochwasserereignisse: Lokal mit ähnlich verheerenden Schäden (privat, gewerblich, öffentlich). Urban geprägte technisch aus-/verbaute Gewässer sind besonders kritisch.
11 Gewässer-Hochwässer Gewässer ist innerorts vollständig verdolt (100-jährlicher Regen) Bild: DWA (2014)
12 Relevanz von Gewässer-Hochwasser für die Kanalnetzplanung (über direkte Gefährdungen hinausgehend) Rückstau von Gewässereinleitungen Festlegung von Schwellenhöhen (Gleichzeitigkeit Hochwasser Gewässer und Kanal?) Beeinflussung des Rückhaltevolumens z.b. im Kanalnetz Beeinträchtigungen von Pumpwerken und weiteren Abwasseranlagen Bei kleinen Gewässer erscheint gemeinsame Betrachtung mit Kanalnetzen z.t. sinnvoll Relevanz von Grundhochwasser für die Kanalnetzplanung (über direkte Gefährdungen hinausgehend) Zusatzbelastung des Kanalnetzes über direkten Zufluss (z.b. Drainagen, Schadstellen) und mehr Zufluss von unbefestigten Flächen Beeinträchtigungen von Pumpwerken und weiteren Abwasseranlagen Beeinflussung des Rückhaltevolumens z.b. im Kanalnetz oder Notrückhaltungen
13 Betriebliche Einflüsse Aufnahmekapazität der Kanalzuleitungen, z.b. Straßeneinläufe Ausfall von Pumpwerken Verklausungen und Verlegungen im Kanal, in Gewässereinläufen und im Gewässer Erhöhte Abflüsse von nicht versiegelten Flächen Spezielle Maßnahmen für betriebliche Einflüsse generell erforderlich und hilfreich Überlastung Straßeneinlauf PWK Einlauf Verrohrung
14 Gefährdungs- und Risikoanalyse
15 Risikomanagement zur kommunalen Überflutungsvorsorge Zyklus des kommunalen Risikomanagements 1. FC Überflutungsvorsorge Welche Überflutungsrisiken nehmen wir in Kauf? Welche nicht?
16 Was liefert eine Risikoanalyse? 1. Starkregen-Gefahrenkarten Überflutungsflächen und -tiefen (T = 30 a, T = 50 a, ) Fließwege, Geländesenken Gefahrenklassen 2. Schadenspotenzialkarten gebäudebezogene Bewertung Kennzeichnung Risikoobjekte Schadenspotenzialklassen
17 Was liefert eine Risikoanalyse? => Risikokarten vereinfachte Risikokarte (Gebäudebetroffenheit) detaillierte Risikokarte (mit kombinierter Darstellung von Gefährdung und Schadenspotenzial) detaillierte Risikokarte (gebäudebezogene Risikoklassen) Hilfsmittel zur Identifizierung und Priorisierung von Handlungserfordernissen
18 Gefährdungsanalyse (erster Schritt) Methodische Ansätze vereinfachte und detaillierte(re) Methoden belastungsunabhängige und belastungsbezogene Methoden Betrachtungsfall Starkregen seltene Starkregen mit T 30 a außergewöhnliche Starkregen mit T 50 a ( 100 a) z.b. Modellregen Hydraulische Analyse Entwässerungssystem Ergebnisse Generalentwässerungsplanung Auswertung Überstauberechnung Topografische Analyse Oberfläche Kartenauswertung Topografie, Infrastruktur etc. GIS-Analyse Fließwege und Geländesenken Vereinfachte Überflutungsberechnung statische Volumenbetrachtung Straßenprofilmethode 2D-Überflutungssimulation 2D-Simulation des Oberflächenabflusses gekoppelte 1D/2D-Abflusssimulation
19 Gefährdungsanalyse: GIS-Analyse der Topografie (DGM) Digitales Geländemodell (DGM) Oberflächige Fließwege Gefüllte Geländesenke Digitales Geländemodell (DGM) Gefahrenklasse Überflutungsgefahr Oberflächige Fließwege akkumulierte EZG-Fläche entlang eines Fließwegs Gefüllte Geländesenke spezifisches Retentionsvolumen einer Senke 1 gering abseits eines Fließwegs (< 1 ha) abseits einer Senke 2 mäßig 1 ha bis 5 ha 100 m 3 /ha bis > 500 m 3 /ha 3 hoch 5 ha bis 10 ha 50 m 3 /ha bis 100 m 3 /ha 4 sehr hoch > 10 ha < 50 m 3 /ha
20 Gefährdungsanalyse: GIS-Analyse der Topografie (DGM)
21 Gefährdungsanalyse: statische Volumenbetrachtung (GIS) baut unmittelbar auf DGM und Fließweganalyse auf Belastung aus Regenhöhe oder als Überstauvolumina (KNB) keine Strömungssimulation
22 Gefährdungsanalyse: statische Volumenbetrachtung (GIS) Beispiel eines Fein-Screenings Überstauvolumina aus hydrodynamischer Kanalnetzberechnung (z.b. Maxima Starkregenserie, Modellregen T = a, ) GIS-Verschneidung mit Topografie zu potenziellen Überflutungsbereichen
23 Gefährdungsanalyse: 2D-Überflutungssimulation Beispiel einer 2D-Überflutungssimulation 2D-Oberflächenmodell (hochaufgelöstes DGM) analog GIS-Analyse und ggf. verfeinert/ergänzt Strömungssimulation (Flachwassergleichungen) nur Oberflächenabflüsse (ohne Kanalnetz) ggf. vereinfachte Berücksichtigung des Kanalabflusses v.a. aussagekräftig für Szenario mit T 50 a
24 Gefährdungsanalyse: gekoppelte 1D/2D-Simulation Beispiel: gekoppelte 1D/2D-Überflutungssimulation detaillierteste Methode und höchste Aussagekraft simultane Simulation unterund oberirdischer Abflüsse Austauschpunkte (diverse Ansätze ) meist ohne GEA oder teilw. Abflussbildungsansatz (diverse Ansätze ) hoher Detailgrad möglich (Bruchkanten, GEA, Gewässerläufe ) abgestufter Detaillierungsgrad sinnvoll
25 Analyse Schadenspotenzial (zweiter Schritt) : Datengrundlagen mögliche materielle + immaterielle Schäden Abschätzung schwierig nur wenige Daten / Infos hilfsweise nutzbar z.b. georeferenzierte Informationen zur Nutzung von Gebäuden, Anlagen, Flächen Genauigkeitsstufen je nach Datenverfügbarkeit i.w. nur qualitative Aussagen möglich
26 Analyse Schadenspotenzial: objektspezif. Klassifizierung SP-Klasse Nutzungsart Gebäude/Fläche Kleingartenbebauung Parks/Grünflächen Wohnbebauung ohne Untergeschoß Einzelhandel/ Kleingewerbe Wohnbebauung mit Untergeschoß (bewohnt) Industrie/Gewerbe Schule/Hochschule Kindergarten/ Krankenhaus/ Altenheim Schadenspotenzial gering mäßig hoch sehr hoch
27 Risikobewertung (dritter Schritt) Überflutungsrisiko was ist das? Verknüpfung von Gefährdung (erster Schritt) und Schadenspotenzial (zweiter Schritt) besonders hoch, wenn beide Komponenten hoch sind Risikobewertung vereinfachte Risikodarstellung ohne flächenbezogene Schadenspotenzial-Analyse Ergänzung der Gebäudebetroffenheit (Wasserstände) in Gefahrenkarten gezielte punktuelle Bewertung potenzieller Schäden im Anschluss detaillierte Risikokarte mit kombinierter Darstellung von Gefährdung (Wasserstand) und Schadenspotenzial detaillierte Risikokarte mit gebäudebezogener Risikoklassifizierung über belastungsspezifische Bewertungsmatrix
28 Risikobewertung: vereinfachte Risikokarte Beispiel: Gebäudeklassifizierung nach Betroffenheit
29 Risikobewertung: detaillierte Risikokarte (Empfehlung) Beispiel: Gebäudeklassifizierung nach Schadenspotenzial und Darstellung der Gefährdung kombinierte Darstellung von Schadenspotenzialen und Gefährdung (z.b. Wasserstände) Risikobewertung erfolgt indirekt bzw. visuell keine Risikoklassen
30 Risikobewertung: systematische Risikobewertung Beispiel: Gebäudeklassifizierung nach Risiko (Gefährdung + Schadenspotenzial)
31 Neue Wege der Überflutungsvorsorge Elemente des Überflutungsschutzes in unterschiedlichen Belastungsbereichen Bemessungsregen Kanalisation seltene Starkregen außergewöhnliche Starkregen öffentliches Entwässerungssystem und Regenwasserbewirtschaftung (inkl. Rückstausicherungen von Gebäuden) Beispiel neues Wohngebiet: 3 a 20 a Verkehrs- und Freiflächen (temporärer Einstau) gezielter technisch-konstruktiver Objektschutz (privat/öffentlich) überstaufreier Betrieb Überflutungssicherheit Schadensbegrenzung Beitrag zum Überflutungsschutz hoch gering
32 Hinweise zur Konzeption von Maßnahmen, siehe Beispiele Infrastruktur Gewässer Siedlungsfläche Objekt Verhalten wassersensitive Verkehrsund Straßenplanung Entschärfung von Abflusshindernissen wassersensitive Stadtund Bauleitplanung risikoangepasste Gebäudegestaltung Öffentlichkeitsarbeit und Risikokommunikation angepasste Wegegestaltung/-entwässerung Schaffung von Retentionsräumen Abflussrückhalt außer-/ innerhalb der Bebauung technisch-konstruktiver Objektschutz Anpassung/Optimierung von Verwaltungsabläufen Schaffung von Notwasserwegen Optimierung der Gewässerunterhaltung Freihaltung von Gefährdungsbereichen Verbesserung der Abflussverhältnisse Alarm- und Einsatzpläne multifunktionale Nutzung von Freiflächen Verbesserung von Bauwerkskonstruktionen dezentrale Regenwasserbewirtschaftung Elementarschadensversicherung Einrichtung von Frühwarnsystemen Kanalnetz Ausbau und Optimierung des Kanalnetzes Bewirtschaftung Kanalnetzkapazitäten Abflussrückhalt und Einleitmengenbegrenzung konstruktive Optimierung von Bauwerken /Anlagen Optimierung von Wartung und Betrieb
33 Praxisbeispiel: Farben- und Lackfabrik Film
34 Praxisbeispiel: Farben- und Lackfabrik Defizitanalyse Zutrittsmöglichkeiten für Oberflächenwasser u.a. über Werkszufahrten ( äußere Überflutungsgefährdung) Werksentwässerung unterdimensioniert ( Gefahr einer Binnenüberflutung ) begrenztes Rückhaltevermögen auf Freiflächen kein vollständiger Rückstauschutz (öffentliche Kanalisation)
35 Praxisbeispiel: Farben- und Lackfabrik Maßnahmenplanung Flächenumschluss Werksflächen Flächenabkopplung Bestandskanal neuer Kanalanschluss Erhalt Bestandsleitungen guter bautechnischer Zustand Neubau zentrales Pumpwerk 2 RW- + 1 SW-Pumpe äußerer Überflutungsschutz Einfriedung (HW-Schutzwand) selbsttätige Klappschotts (Zufahrten) Vervollständigung Rückstauschutz
36 Praxisbeispiel: ländliche Kommune
37 Überflutungsgefahrenkarten für die Industrie Beispiel: Straßenbahndepot Film
38 Überflutungsgefahrenkarten für die Industrie Beispiel: Straßenbahndepot Aufbetonierung Treppenstufe Drainagerinnen vergrößern RRB Kanal Bodenschwelle 10cm Drainagerinnen vergrößern
39 Schutz von Abwasseranlagen Gesetzliche Anforderungen NRW Nach LWG NRW, 84 (3) Nr. 2 gilt: In festgesetzten Überschwemmungsgebieten sind Abwasseranlagen entsprechend den allgemein anerkannten Regeln der Technik hochwassersicher zu errichten und zu betreiben; vorhandene Abwasseranlagen sind bis zum 31. Dezember 2021 entsprechend nachzurüsten. Verankerung Flutung
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41 Zusammenfassung & Ausblick neues DWA-Merkblatt M 119: Weißdruck in November 2016, Ergänzung und weiterführende Regelungen zu DWA-Arbeitsblatt A 118 im Kontext der DIN EN 752 für Starkregen und kommunale Entwässerungssysteme Beitrag zur Etablierung eines kommunalen Risikomanagements Arbeitsanleitungen für systematische Gefährdungs- und Risikoanalysen verpflichtende Risikokartierung in der Diskussion Fortschreibung DIN EN 752 (2016/2017), Mindeststandards sind zu erfüllen Mögliche Folgen des Klimawandels in Überlegungen einbeziehen und diskutieren Überflutungsvorsorge: Etablierte Methoden in Praxisleitfaden des BWK / DWA 2013 NO REGRET Maßnahmen identifizieren und durchführen Zuständigkeiten klären, rechtliche Belange beachten, Finanzierung klären Erprobte Mindeststandards + Risikomanagement + Überflutungsvorsorge
42 Für Rückfragen stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung Starkregen in der Kanalnetzplanung DAHLEM weiter wie Beratende bisher oder Ingenieure neue Wege der Überflutungsvorsorge DAHLEM Bonsiepen Essen Poststraße Darmstadt Telefon: 0201/ Telefon: 06151/ Ihre Ansprechpartner in Essen u.a. Ihre/Ihr AnsprechpartnerIn in Darmstadt u.a. Dipl.-Ing. Holger Ackermann h.ackermann@dahlem-ingenieure.de Dipl.-Ing. Jürgen Voßbeck j.vossbeck@dahlem-ingenieure.de Dr.-Ing. Ulla Leinweber u.leinweber@dahlem-ingenieure.de Prof. Dr.-Ing. Marc Illgen m.illgen@dahlem-ingenieure.de Nur wer die konkreten Überflutungsgefahren kennt, kann sich schützen! Fortbildungsveranstaltung des BWK Landesverbandes NRW e. V. - Bezirksgruppe Düsseldorf November 2016, Moers
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