Stadt Remscheid Ergänzung zur Entwässerungsstudie Bebauungsplan Nr. 599 Mixsiepen in Remscheid Erläuterungsbericht

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1 Stadt Remscheid Ergänzung zur Entwässerungsstudie Bebauungsplan Nr. 599 Mixsiepen in Remscheid Erläuterungsbericht Aufgestellt: Wuppertal im Oktober 2007/KPO/ASC/1591 Ingenieurbüro Reinhard Beck GmbH & Co. KG Kocherstraße Wuppertal

2 2 Inhaltsverzeichnis 1. VERANLASSUNG 4 2. ANFORDERUNGEN AN DIE VERSICKERUNGSANLAGE 4 3. GEOLOGIE 6 4. VARIANTEN VARIANTE 1: MULDEN RIGOLEN ANLAGE DIMENSIONIERUNG SCHLAMMFANG DIMENSIONIERUNG DER MULDEN RIGOLEN ANLAGE VARIANTE 2: VERSICKERUNGS- UND RETENTIONSMULDE DIMENSIONIERUNG SCHLAMMFANG DIMENSIONIERUNG DER VERSICKERUNGS- UND RETENTIONSANLAGE BEMESSUNG KIESDROSSEL MULDENVERSICKERUNG OHNE DROSSELABFLUSS VARIANTENVERGLEICH VARIANTENEMPFEHLUNG HOCHWASSERBETRACHTUNG ZUSAMMENFASSUNG 13

3 3 Abbildungsverzeichnis ABBILDUNG 1: BÖSCHUNG DER B - PLAN - AUFSCHÜTTUNG 4 ABBILDUNG 2: TEICH IM DEZEMBER ABBILDUNG 3: SYSTEMSKIZZE MULDEN RIGOLE 7 ABBILDUNG 4: SYSTEMSKIZZE SICKERDAMM 9 ANLAGEN: 01 AKTENVERMERKE 02 KOSIM LANGZEITBERECHNUNG 03 ERMITTLUNG BHQ 2 AUS KOSTRA

4 4 1. Veranlassung Im August 2005 wurde die Entwässerungsstudie Mixsiepen fertig gestellt. Das Ergebnis der Studie war, dass eine Entwässerung im qualifizierten Mischverfahren am günstigsten ist und ein Verlust der Quellteiche durch Versickerung von unverschmutztem Regenwasser teilweise ausgeglichen werden kann. Jedoch stand zu dem Zeitpunkt die Größe des B Plan Gebietes noch nicht fest. Zwischenzeitlich wurde entschieden, die auf dem B Plan Gebiet vorhandenen Quellteiche nicht zu überbauen. Da das Gebiet zukünftig im Mischverfahren entwässern soll, wird der größte Anteil des Regenwassers aus dem Quellgebiet exportiert. Die Quellteiche drohen somit auszutrocknen. Als Gegenmaßnahme ist geplant, mittels einer Versickerungsmulde auch zukünftig die heute im Quellgebiet anfallenden Wassermengen den Teichen zuzuführen. Die vorliegende Ergänzung dient zur Bemessung der Versickerungsanlage. 2. Anforderungen an die Versickerungsanlage Die Versickerungsanlage hat das Ziel, den Quellteichen auch nach der Bebauung des B Plan Gebietes in etwa die heutigen Wassermengen zuzuleiten. Abbildung 1: Böschung der B - Plan - Aufschüttung

5 5 Seit einigen Monaten ist im ersten Bauabschnitt des B Plans das Gelände aufgeschüttet worden. Dadurch haben sich die Fließwege geändert, und das natürliche Einzugsgebiet der Teiche ist bereits kleiner geworden. Ursprünglich war das natürliche, unbefestigte Einzugsgebiet der Quellteiche A Eo = 1,01 ha groß. Zukünftig beinhaltet das natürliche Einzugsgebiet nur noch die Böschungsflächen mit einer Fläche von A Eo = 0,26 ha. Es entfällt somit eine Einzugsgebietsfläche von A Eo = 0,75 ha. Auf unbefestigten Flächen verdunsten etwa 60% der Niederschlagsmengen. 40% tragen zum Abflussgeschehen bei. Das entspricht einer abflusswirksamen Fläche von A u = 0,75 x 0,4 = 0,30 ha. Dem entsprechend ist an die Versickerungsanlage eine abflusswirksame Fläche von A u = 0,30 ha anzuschließen. Abbildung 2: Teich im Dezember 2004 Um die Quellteiche vor Überläufen aus der Versickerungsanlage zu schützen, wird eine Überlaufhäufigkeit von n = 0,2/a gewählt.

6 6 3. Geologie Für die Entwässerungsstudie B Plan Mixsiepen wurde vom Ingenieurbüro Halbach & Lange ein hydrogeologisches Gutachten mit folgenden Ergebnissen erstellt: Die Deckschicht (Mächtigkeit h = 1,5 2,0 m) besteht aus Schluff und ist schlecht wasserdurchlässig Darunter befindet sich wasserdurchlässiger Tonstein mit einem k f Wert von k f = 3 x 10-5 m/s. Die Versickerungsanlage hat die Aufgabe, den Quellteichen Regenwasser zuzuführen. Würde man die Versickerungsanlage so tief einbauen, dass die guten Sickerwerte des Tonsteins genutzt würden, so könnte man zwar eine kleinere Versickerungsanlage bauen, würde aber den Quellteichen kein Wasser zuführen. Die Anlage ist daher oberflächennah anzuordnen, wobei die ungünstigen Durchlässigkeiten in Kauf genommen werden müssen.

7 7 4. Varianten 4.1 Variante 1: Mulden Rigolen Anlage Das anfallende Niederschlagswasser wird, bevor es in die Versickerungsanlage gelangt, in einem Schlammfang gereinigt. Damit der Schlammfang hydraulisch nicht überlastet wird, ist ein Trennbauwerk vorzuschalten, welches den Drosselabfluss von Q Dr = 25 l/s in den Schlammfang weiterleitet und größere Abflüsse direkt in die Mulde einleitet. Von der Mulde aus sickert das Niederschlagswasser durch eine h = 0,30 m starke Sandschicht in eine Kiesrigole. Da der anstehende Boden lediglich eine Durchlässigkeit von k f = 5 x 10-6 m/s aufweist, ist ein ständiger Drosselabfluss zum Teich erforderlich, um die Überlaufhäufigkeit von n = 0,2/a einzuhalten. Als Drosselorgan kommt eine Rohrdrossel in einem Kunststoffschacht in Frage. Abbildung 3: Systemskizze Mulden Rigole

8 Dimensionierung Schlammfang Der Schlammfang wird auf eine Oberflächenbeschickung von q A = 18 m/h ausgelegt. Bei einem gewählten Schachtdurchmesser von d = 2,5 m darf der Zulauf maximal Q = 25 l/s betragen. Die Drosselung des Zulaufs erfolgt über eine Rohrdrossel DN 150. Im Trennbauwerk ist der Durchmesser durch eine Blende auf DN 100 zu reduzieren. Bis zu einem Aufstau von h = 0,30 m wird damit der Drosselzufluss von Q d = 25 l/s nicht überschritten. Ab einem Aufstau von h = 0,30 m fließt das Regenwasser über die DN 400 Entlastungsleitung direkt in die Mulde. Der Schlammfang behandelt deutlich mehr als den erforderlichen Mindestabfluss Q krit,15 = 15 l/(s x ha) x 0,3 ha = 4,5 l/s Dimensionierung der Mulden Rigolen Anlage Die Dimensionierung der Versickerungsanlagen erfolgte mittels KOSIM MRS Langzeitsimulation (Regenreihe Buchenhofen, 46 Jahre Simulationszeitraum). Die Überlaufhäufigkeit wird auf T N = 5a festgelegt, um die Teiche und die Verrohrung vor hydraulischen Überlastungen zu schützen. Das folgende System hält die gewählte Überlaufhäufigkeit ein: Mulde: Sohlfläche A = 200 m² Durchlässigkeitsbeiwert k f = 1 x 10-5 m/s Rigole: Maße L x B x H = 15 x 9 x 0,4 m³ Porenvolumen V = 35% Drosselabfluss Q Dr = 2,0 l/s Durchlässigkeitsbeiwert k f = 5 x 10-6 m/s Die Rigole leitet bei jedem Regenereignis einen Drosselabfluss von Q Dr = 2,0 l/s in die Teiche ein.

9 9 4.2 Variante 2: Versickerungs- und Retentionsmulde In dieser Variante wird das vom Schlammfang vorbehandelte Regenwasser wie in der Variante 1 in die Versickerungsmulde eingeleitet. Da jedoch keine Rigole vorhanden ist, wird für die Mulde der Durchlässigkeitsbeiwert des anstehenden Bodens angesetzt (k f = 5 x 10-6 m/s). Da die Sohlfläche von A = 200 m² lediglich Q = 1 l/s versickern kann, ist zusätzlich ein Drosselabfluss zum Quellteich von Q Dr = 2,0 l/s erforderlich. Als Drosselorgan wird eine Kiesdrossel gewählt. Die Versickerungs- und Retentionsmulde hält eine Überlaufhäufigkeit von n = 0,2/a ein. Abbildung 4: Systemskizze Sickerdamm Dimensionierung Schlammfang Es werden dieselben Werte wie in Kapitel gewählt.

10 Dimensionierung der Versickerungs- und Retentionsanlage Die Dimensionierung der Versickerungs- und Retentionsanlage erfolgte mittels KOSIM MRS Langzeitsimulation (Regenreihe Buchenhofen, 46 Jahre Simulationszeitraum). Die Überlaufhäufigkeit wird auf T N = 5a festgelegt, um die Teiche und die Verrohrung vor hydraulischen Überlastungen zu schützen. Das folgende System hält die gewählte Überlaufhäufigkeit ein: Mulde: Sohlfläche A = 200 m² Drosselabfluss Q Dr = 2,0 l/s Durchlässigkeitsbeiwert k f = 5 x 10-6 m/s Die Mulde leitet bei jedem Regenereignis einen Drosselabfluss von Q Dr = 2,0 l/s in die Teiche ein Bemessung Kiesdrossel Die Kiesdrossel wird mit der Gleichung nach DARCY dimensioniert: A = Q x l k x h f A = Sickerquerschnitt [m²] Q = Durchfluss [m³/s] l = Sickerweg [m] k f = Durchlässigkeitsbeiwert [m/s] h = Differenz der Wasserspiegel [m] Folgende Werte werden festgelegt: Q = 0,002 m³/s l = 1,6 m k f = 1 x 10-3 (sandiger Kies) h = 0,3 m Es ergibt sich ein erforderlicher Sickerquerschnitt von A = 11 m². Der sickerfähige Damm muss daher etwa l = 22 m lang sein.

11 Muldenversickerung ohne Drosselabfluss Um auf die Einleitung eines Drosselabflusses zu verzichten, ist im Vergleich zu den Varianten 1 und 2 eine deutlich größere Sickerfläche von A Sohle = 320 m² erforderlich. Dieser Platz ist nicht vorhanden. 4.4 Variantenvergleich Die Variante 1 hat den Vorteil, dass ein exakter Drosselabfluss eingestellt werden kann. Ungünstig ist jedoch die punktuelle Einleitung. Weitere Nachteile der Variante 1 sind eine größere Einbautiefe durch die Kiesrigole und eine regelmäßige Wartung der Drainage und der Drossel (etwa alle 5 Jahre). Die Variante 2 weist eine geringere Einbautiefe auf als Variante 1. Zudem ist die Drosselung durch den sickerfähigen Damm naturnah und wartungsarm. Den Quellteichen fließt Regenwasser diffus zu. Da in Variante 2 keine Rigole benötigt wird, gibt es mehr Möglichkeiten die Mulde naturnah zu bepflanzen. Auch Gehölze wären möglich. Bei der Mulden Rigolen Versickerung nach Variante 1 kann die Mulde nur mit Rasen oder flachwurzelnden Stauden bepflanzt werden. Ein Nachteil der Variante 2 ist, dass der Drosselabfluss nur überschlägig berechnet werden kann. Eine Überprüfung des sich real einstellenden Drosselabflusses ist nicht möglich. Während der Bauphase ist die Bauüberwachung bei Variante 2 aufwändiger. 4.5 Variantenempfehlung Es wird die Versickerungs- und Retentionsmulde mit Kiesdrossel nach Variante 2 empfohlen. 5. Hochwasserbetrachtung Da der Zustand der Bahnverrohrung unbekannt ist, werden im Folgenden die Auswirkungen eines Extremregens abgeschätzt. Die Abschätzung erfolgt in Anlehnung an die DIN 19700, Teil 12. Betrachtet man die B Plan Fläche Mixsiepen als ein HRB, so fällt dies nach DIN in die Kategorie mittleres Becken, da der Damm höher als h = 6,0 m ist. Sollte die Verrohrung vollständig verstopft sein, so müsste das Wasser auf etwa h = 7,8 m ansteigen, bevor es in Richtung Bahnunterführung an der Mixsieper Straße laufen kann.

12 12 Für mittlere Becken sind die Bemessungsabflüsse BHQ 1 (T = 500a) und BHQ 2 (T = 5.000a) zu betrachten. Für diese orientierende Betrachtung wird nur das Bemessungshochwasser BHQ 2 verwendet. Die Interpolation erfolgt aus den KOSTRA Regendaten. Bei einem jährlichen Ereignis fallen in der Dauerstufe D = 45 Min., h = 76 mm Niederschlag. Das Einzugsgebiet der Bahnverrohrung ist A Eo = 6,5 ha groß. Daraus errechnet sich eine Gesamtniederschlagsmenge von V = m² x 0,076 m³/m² = m³. Bei diesem Niederschlagsvolumen stellt sich ein Wasserspiegel von h = 3,30 m ein. Bezugspunkt ist der Einlauf in die Verrohrung (317,40 münn). Dieser Wasserspiegel ist für den Bahndamm und die B Plan Böschungen ungefährlich. Der verbleibende Freibord beträgt bei dieser Betrachtung h F = 4,70 m. Diese Grenzbetrachtung ist mit den folgenden Sicherheiten versehen: - Es wurde keine Retention im Einzugsgebiet berücksichtigt. Bei einem Regenereignis in dieser Dauerstufe verbleibt jedoch ein Großteil des Niederschlagswassers im Einzugsgebiet (z.b. überflutete Keller). - Abflussmindernde Fließzeiten blieben unberücksichtigt. - Es wurde die Annahme getroffen, dass Verrohrung, Bahndamm und Untergrund vollständig dicht sind, d.h. es fließt keinerlei Wasser ab.

13 13 6. Zusammenfassung Das B Plangebiet Mixsiepen ist so angeordnet, dass die vorhandenen Quellteiche bestehen bleiben können. Allerdings wird durch die Aufschüttungen das ursprüngliche natürliche Quelleinzugsgebiet erheblich reduziert. Daher soll eine abflusswirksame Fläche von A u = 0,30 ha zu einer Versickerungsanlage entwässern, die durch eine Kiesdrossel den Teichen einen Drosselabfluss von Q Dr = 2,0 l/s zuleitet. Durch die Versickerung in die oberflächennahe Bodenschicht erhalten die Teiche zeitverzögert weitere Abflüsse. Der Teichabfluss fließt nach wenigen Metern in eine Bahnverrohrung von ca. l = 180 m Länge. Da über den Zustand der Verrohrung nichts bekannt ist, wurde eine mit Sicherheiten versehene abschätzende HW Betrachtung durchgeführt. Sollte die Verrohrung vollständig verstopft sein, so würde sich bei einem jährlichen Regenereignis ein Aufstau von h = 3,6 m vor der Verrohrung bilden. Für den ca. h = 8,0 m hohen Bahndamm, sowie für die h = 8-14 m hohen Böschungen des B Plangebietes ist dieser Wasserstand ungefährlich. Aufgestellt: Wuppertal im Oktober 2007/KPO/ASC/1591 Ingenieurbüro Reinhard Beck GmbH & Co. KG

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16 Systembild Hinweis: Für die KOSIM-Langzeitsimulation wurde statt des Systemelements Mulde das Systemelement Rigole eingesetzt, da in dem Programm KOSIM MRS für ein Mulden- Element kein Drosselabfluss angegeben werden kann.

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