NACHHALTIGE REGENWASSERBEWIRTSCHAFTUNG HOCHVERSIEGELTER FLÄCHEN

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1 NACHHALTIGE REGENWASSERBEWIRTSCHAFTUNG HOCHVERSIEGELTER FLÄCHEN AM BEISPIEL DES FLUGHAFENS FRANKFURT/M. Sebastian Kempke (Freital) Florian Herbert (Frankfurt/M.) Dr. Born - Dr. Ermel GmbH - Ingenieure -

2 Einleitung in Deutschland gibt es einen stetig steigenden Flächenbedarf Quelle: D. Haase/H. Nuissl/UFZ

3 Einleitung in Deutschland gibt es einen stetig steigenden Flächenbedarf Siedlungs- und Verkehrsflächen im Jahr 1992 rd km² 2013 waren es km² (Anstieg um 20,3 %) Quelle: UBA, 2015

4 Einleitung in Deutschland gibt es einen stetig steigenden Flächenbedarf Siedlungs- und Verkehrsflächen im Jahr 1992 rd km² 2013 waren es km² (Anstieg um 20,3 %) ca. 46 % der Siedlungs- und Verkehrsflächen sind versiegelt Folge ist der Funktionsverlust von natürlichen Böden, insbesondere der Wasserdurchlässigkeit Siedlungs- und Verkehrsflächen sind sowohl wichtige Treiber verschiedener Wandelprozesse und unterliegen aber gleichzeitig auch deren Auswirkungen demografischer Wandel sozio-ökonomischer Wandel Klimawandel

5 Einleitung eine erwartete und bereits beobachtete Auswirkung des Klimawandels ist die Zunahme von Wetterextremen z.b. Veränderungen in der Niederschlagscharakteristik Zunahme von Kanalüberstauereignissen zunehmende Gefährdung/Schaden durch lokale Überflutungen Zunahme von Entlastungsereignissen führt zu hydraulischen und stofflichen Belastungen der jeweiligen Fließgewässer usw. Der Umgang mit Niederschlagswasser besitzt eine zunehmende Bedeutung, insbesondere auf versiegelten Flächen.

6 Einleitung Anforderungen von Flugverkehrsflächen nahezu vollständig versiegelt Maßnahmen der naturnahen Regenwasserbewirtschaftung nur bedingt umsetzbar Vermeidung von lokalen Überflutungen ist für den Flugbetrieb sicherheitsrelevant Quelle: Wikipedia, 2015

7 Darstellung von Projektergebnissen Hydraulische Berechnung und Volumenprüfung für das Rückhaltebecken RHB 9

8 Anlass und Ziel Flughafen Frankfurt/M. besitzt eine umfangreiches Regenwassernetz Einzugsgebiet des Regenwassernetzes Nord des Frankfurter Flughafens ist ca. 474 ha groß Quelle: Wikipedia, 2015

9 Gesamteinzugsgebiet Flughafen Frankfurt/M. Regenwassernetzes Nord Quelle: Fraport, 2014

10 Flughafen Frankfurt/M. besitzt eine umfangreiches Regenwassernetz Einzugsgebiet des Regenwassernetzes Nord des Frankfurter Flughafens ist ca. 474 ha groß 14 Regenrückhaltebecken mit einem Gesamtspeichervolumen von ca m³ es erfolgt eine Zwischenspeicherung in Abhängigkeit des Verschmutzungsgrades des Niederschlagswassers Quelle: Wikipedia, 2015

11 Betriebsweise des Regenwassernetzes Nord Main Einleitgrenzwerte hinsichtlich Fracht, Konzentration und Menge Kläranlage PW RHB13 RHB 11/12 RHB10 RHB5 RHB6/7 RHB 8 RHB4 RHB9 RHB3 RHB14 RHB15 RHB17 Niederschlagswasser Quelle: Fraport, 2008

12 Anlass und Ziel Anschluss einer weiteren Teileinzugsgebietsfläche zusätzliche Fläche sollte als Flugzeugenteisungsfläche (De-Icing Pad) umgebaut werden die Fläche sollte aufgrund der hydraulischen Randbedingungen an das Rückhaltebecken RHB 9 angeschlossen werden nachzuweisen war ein ausreichendes Speichervolumen des RHB 9 Quelle: Wikipedia, 2015

13 Lage des Untersuchungsgebietes derzeitiges Einzugsgebiet des RHB 9 geplantes De-Icing Pad

14 Verwendete Niederschläge Modellregen (KOSTRA-DWD 2000, Rasterfeld 23/68) Naturregen Verfügbare Niederschlagsdaten FRAPORT RM Kelsterbach RM Niederrad RM Schwanheim RM Sindlingen Erstellung einer Starkregenreihe aus vorhandenen Niederschlagsdaten (ATV-A 118) gewählte Grenzpause = 240 min min. Höhe pro Zeitschritt von 0,5 mm min. Höhe pro Intervall von min. 0,100 mm

15 Kapazität pro Kammer m³ Rückhaltebecken RHB 9 befindet sich im nordöstlichen Bereich des Frankfurter Flughafens besteht aus 3 Beckenkammern mit einem Volumen von je ca m³ im Hauptschluss an die Regenwasserkanalisation angeschlossen im RHB 9 wird Niederschlagswasser mit unterschiedlichem Verschmutzungsgrad zwischengespeichert

16 Kapazität pro Kammer m³ Rückhaltebecken RHB 9 unterschieden wird zwischen dem Lastfall Sommer- bzw. Winterbetrieb es befinden sich Enteisungsflächen im Einzugsgebiet des RHB 9 Separation von gering, mittel und hoch belasteten Niederschlagswassers Entwicklung eines hydraulischen Ersatzsystems für die hier dargestellten Untersuchungen

17 Rückhaltebecken RHB 9 Kapazität pro Kammer m³

18 Charakterisierung der Einzugsgebiete Derzeitiges Einzugsgebiet des RHB 9 - Bestand A E = 16,6 ha Ψ = 0,9 (ATV-M 153)

19 Charakterisierung der Einzugsgebiete Bestand + Erweiterungsfläche Erweiterungsfläche für das geplante De-Icing Pad Südöstlich vom Bestandsgebiet A E = 3,6 ha A E, Bestand + Erweiterung = 20,2 ha Ψ = 0,9 (ATV-M 153)

20 Charakterisierung der Einzugsgebiete Einbeziehung der Zwischenfläche Einbeziehung der Zwischenfläche in die Variantenuntersuchung mit Umschluss an das RHB 9 A E = 2,5 ha Ψ = 0,9 (ATV-M 153)

21 Erstellung des Kanalnetzmodells A E, Gesamt = 22,7 ha Übernahme der Schacht- und Haltungsinformationen (RW) Vervollständigung, Anpassung und Verifizierung der Daten

22 Nachweis des Rückhaltevolumens mittels ATV-A 117 Sommerbetrieb - Bestand Volumen in m min 60 min 90 min 90 min 120 min 120 min 1a 2a 5a 10a 20a 50a T 1a 2a 5a 10a 20a 50a D 45 min 60 min 90 min 90 min 120 min 120 min V 1735 m m m m m m 3

23 Nachweis des Rückhaltevolumens mittels ATV-A 117 Sommerbetrieb Bestand + Erweiterungsfläche + Zwischenfläche Volumen in m min 90min 120min 120min 120 min 180min 1a 2a 5a 10a 20a 50a T 1a 2a 5a 10a 20a 50a D 60min 90min 120min 120min 120 min 180min V 2634m m m m m m 3

24 Ergebnisse der hydrodynamischen Berechnungen maximales Speichervolumen

25 Ansätze für ein flughafenspezifisches Regenwasserbewirtschaftungskonzept Ausgangssituation hydraulische und stoffliche Vorgaben von Behörden und Entwässerungsbetrieben Maßnahmen der naturnahen Regenwasserbewirtschaftung lassen sich nur sehr eingeschränkt für Flugbetriebsflächen umsetzen die wichtigsten Elemente für die Bewirtschaftung von anfallendem Niederschlagswasser sind das vorhandene Kanalsystem und die zugehörigen Speicherbauwerke aus einer nicht vernetzten Bewirtschaftung resultiert ein starres System

26 Ansätze für ein flughafenspezifisches Regenwasserbewirtschaftungskonzept Ziele Einhaltung der Vorgaben vernetzte Bewirtschaftung der vorhandenen Rückhaltesysteme Erhöhung der Resilienz sensibler Bereiche Berücksichtigung von hydraulischen und stofflichen Randbedingungen hydrodynamische Berechnungen Becken- und Kanalnetzsteuerung Nutzung von Speicherraum anderer RHB s temporäre Nutzung von Flächen

27 Ansätze für ein flughafenspezifisches Regenwasserbewirtschaftungskonzept Ziele Einhaltung der Vorgaben vernetzte Bewirtschaftung der vorhandenen Rückhaltesysteme Erhöhung der Resilienz sensibler Bereiche Berücksichtigung von hydraulischen und stofflichen Randbedingungen Kategorisierung der Teileinzugsgebiete hinsichtlich der stofflichen Belastung vernetzte Steuerung der Zwischenspeicherung anhand vom Verschmutzungsgrad

28 Beispiel für die Kategorisierung von Teileinzugsgebieten

29 Schematische Darstellung eines Bewirtschaftungskonzeptes Ausgangslage Vorfluter Vorgaben Kläranlage Vorgaben PW Speicherräume mit den zugehörigen TZEG

30 Schematische Darstellung eines Bewirtschaftungskonzeptes Steuerungskonzept Vorfluter Vorgaben Kläranlage Vorgaben PW Steuerungselement (Füllstand, Konzentration, verfügb. Speichervolumen) Speicherräume mit den zugehörigen TZEG

31 Ansätze für ein flughafenspezifisches Regenwasserbewirtschaftungskonzept Vorteile der Implementierung eines Steuerungskonzeptes optimierte Bewirtschaftung des vorhandenen Speichervolumens gesicherte Einhaltung der Vorgaben anwendbar auf bestehende und geplante Infrastruktur erhöhte Handlungsfähigkeit bei außergewöhnlichen Vorkommnissen verbesserte Überflutungssicherheit durch optimiertes Speicherraummanagement

32 Fazit Anschlusses einer Erweiterungsfläche an das RHB 9 Anschluss der zusätzlichen Fläche an das EZG des RHB 9 wurde nachgewiesen Berücksichtigung der Zwischenfläche entlastet das angrenzende RHB Entwicklung eines hydraulischen Sanierungskonzeptes Ansätze für ein flughafenspezifisches Regenwasserbewirtschaftungskonzept Konzeptentwicklung zur optimierten Bewirtschaftung anhand hydraulischer und stofflicher Randbedingungen vernetzte Betrachtung ermöglicht optimierte Nutzung des vorhandenen Speichervolumens Instrument zur Sicherstellung des Entwässerungskomforts

33 Danke an: Florian Herbert Dr. Born - Dr. Ermel GmbH - Ingenieure - Büro Frankfurt/M. Tobias Ferch Jens Polk Fraport AG Frankfurt/M. - Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit -