DIE STADT ALS HYDROLOGISCHES SYSTEM IM WANDEL SCHRITTE ZU EINEM ANPASSUNGSFÄHIGEN MANAGEMENT DES URBANEN WASSERHAUSHALTS

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1 DIE STADT ALS HYDROLOGISCHES SYSTEM IM WANDEL SCHRITTE ZU EINEM ANPASSUNGSFÄHIGEN MANAGEMENT DES URBANEN WASSERHAUSHALTS

2 DIE STADT ALS HYDROLOGISCHES SYSTEM IM WANDEL SCHRITTE ZU EINEM ANPASSUNGSFÄHIGEN MANAGEMENT DES URBANEN WASSERHAUSHALTS Statuskonferenz zur BMBF-Fördermaßnahme INIS 20./21. Januar 2015, Hamburg Dr.-Ing. Birgit Schlichtig Dr.-Ing. Ulrich Dittmer

3 VERBUNDPARTNER Wissenschaftliche Partner Praxis Partner Modellgebiete Bergische Universität Wuppertal Lehrstuhl Städtebau & urban scape aqua_plan Ingenieurgesellschaft für Problemlösungen in Hydrologie und Umweltschutz mbh, Aachen Emschergenossenschaft Lippeverband, Essen Universität Stuttgart, Institut für Landschaftsplanung und Ökologie Institut für Automation und Kommunikation Magdeburg e.v. Stadt Münster Universität Stuttgart, Institut für Wasserund Umweltsystemmodellierung InfraConsult Gesellschaft für Infrastrukturplanung mbh, Stuttgart Stadtentwässerung Reutlingen Universität Stuttgart, Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft Dr. Pecher AG, Erkrath Wuppertaler Stadtwerke Energie & Wasser AG FH Münster, Institut für Wasser Ressourcen Umwelt 3

4 STRUKTUR DES GESAMTPROJEKTS SAMUWA 4

5 PRODUKTE DES VERBUNDVORHABENS Ergebnisse SAMUWA Leitfäden Zukunftsweisende Lösungsansätze für städtebauliche Leitbilder Abflusssteuerung im Trenn- und Mischsystem Methoden und Konzepte zur Freiraumnutzung und -gestaltung zur Regenwasserbewirtschaftung und Überflutungsvorsorge Stufen- und Modulkonzepte für Betreiber von Entwässerungssystemen Organisation/Governance für Planung und Verwaltung in Kommunen und Behörden Ergebnisse SAMUWA Software Stochastischer Niederschlagsgenerator Vereinfachter Simulator Abflusssteuerung GIS-Tool zur Ermittlung des Potenzials der Regenwasserbewirtschaftung GIS-Applikation zum Management von Infrastrukturdaten Wasserbilanzmodell Software-Tool automatisierte Systemoptimierung Software für das Messdatenmanagement Tool zur Abschätzung der Wechselwirkungen Entwässerung/Grundwasser 5

6 A.2 STOCHASTISCHER NIEDERSCHLAGSGENERATOR Universität Stuttgart, Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung Langzeitsimulationen werden zur zutreffenden Beschreibung von langfristigem Verhalten bei stadthydrologischen Fragestellungen benötigt Häufig stehen langjährige Zeitreihen des örtlichen Niederschlags jedoch nicht zur Verfügung Bárdossy beschrieb 1998 ein Generierungsprinzip für synthetische Zeitreihen durch einen datengetriebenen stochastischen Niederschlagsgenerator Einsatz eines auf diesem Prinzip basierenden Niederschlagssimulators (NiedSim) seit 2000 in Baden-Württemberg und später auch in anderen Bundesländern Erweiterung von NiedSim im Rahmen von SAMUWA um: Erzeugung räumlich korrelierter Zeitreihen Berücksichtigung der Bandbreite klimatischer Entwicklungen sowie der in Klimamodellen vorhandenen Modellunsicherheiten in der Erzeugung der Zeitreihen Als anwendungsorientiertes Beispiel wurden NiedSim-Zeitreihen in der Schmutzfrachtsimulation angewandt. Dr. Jochen Seidel und Thomas Müller stehen für eine Diskussion zur Verfügung. 6

7 B. ABFLUSSSTEUERUNG IM KANALNETZ B.2 Integrale Abflusssteuerung im Mischsystem InfraConsult GmbH Stuttgart; Stadtentwässerung Reutlingen Prinzipskizze iast; Bildquelle: InfraConsult GmbH Stuttgart,

8 B. ABFLUSSSTEUERUNG IM KANALNETZ B.2 Integrale Abflusssteuerung im Mischsystem Erste Erfahrungen mit der integralen Abflusssteuerung in Reutlingen: Einbindung in das Prozessleitsystem: die Steuerregeln werden über eine eigene SPS eingebunden. Die SPS erhält von den Becken Messwerte und gibt Drosselsollwerte zurück, die zu Schiebereinstellungen weiterverarbeitet werden. Übergeordnete Steuerung optimiert Ablaufmengen zur Kläranlage Die technische Installation einer integralen Abflusssteuerung kann nach einem definierten Schema erfolgen Für die Übertragbarkeit auf andere Kommunen von Bedeutung Die bisherigen Auswertungen zeigen, dass sich das Potenzial der Abflusssteuerung prüfen und dokumentieren lässt Für die Genehmigung solcher Systeme von Bedeutung Die Ergebnisse werden in einem Leitfaden Organisationsstruktur für Betreiber von Abflusssteuerungen aufgearbeitet werden und in die Regelwerksarbeit einfließen. 8

9 B. ABFLUSSSTEUERUNG IM KANALNETZ B.2 Integrale Abflusssteuerung im Mischsystem Universität Stuttgart, ISWA Installation von Spektrometersonden an zwei Regenüberlaufbecken im Einzugsgebiet der Kläranlage Reutlingen-West zur Online-Messung von Qualitätsparametern Ziel: Unterstützung und Funktionsnachweis der iast in Reutlingen Einrichtung einer Messstelle für Qualitätsmessungen; Bildquelle: Universität Stuttgart, 2014 Erfassung der Parameter AFS, Nitrat, CSB und CSB filtriert in 5-Minuten-Messintervallen Bisherige Ergebnisse dieser Qualitätsmessungen werden von Anna Bachmann präsentiert. Spektrometersonde im Trennbauwerk des RÜB; Bildquelle: Universität Stuttgart,

10 B. ABFLUSSSTEUERUNG IM KANALNETZ B.1 Qualitätsabhängige integrierte Steuerung Dr. Pecher AG, Erkrath; Wuppertaler Stadtwerke Ziele: Erstellung eines Leitfadens zur Konzeption und Umsetzung einer integrierten qualitätsabhängigen Abflusssteuerung Erarbeitung von Anforderungen an ein dafür erforderliches Messdatenmanagementsystem und softwaretechnische Umsetzung Begleitung eines deutschlandweit einzigartigen Referenzprojekts: Konzeption und Umsetzung einer qualitätsabhängigen Verbundsteuerung zur Niederschlagswasserbehandlung im Trennsystem in Wuppertal Online-Spektrometersonde im kanalisierten Auerbach zur verschmutzungsabhängigen Steuerung des Abflusses Bildquelle: Dr. Pecher AG, Erkrath 10

11 B. ABFLUSSSTEUERUNG IM KANALNETZ B.1 Qualitätsabhängige integrierte Steuerung im Trennsystem Indikatorparameter AFS Grenzwert C AFS = 100 mg/l unverschmutztes Wasser verrohrter Bach Photometer - sonde MID- Schieber- System verschmutzter Abfluss zur Kläranlage Wupper Verzweigungsbauwerk VZW als Abwasserweiche Bildquelle: Dr. Pecher AG, Erkrath; Wuppertaler Stadtwerke WSW 11

12 Typen der Verzweigungsbauwerke RW- Netz RW- Netz VZW 73 STB 5 Qkrit Gewässer EZG STB 4 Bach- Entflechtung System Entlastungssammler Wupper ESW Bildquelle: Dr. Pecher AG, WSW, 2014 STB 3 VZW 53 Qkrit STB 2 S::CAN Sonde zur AFS Steuerung VZW Typ2 Qkrit Qkrit VZW Typ3 STB 1 RÜB mit PW zum HS1 QKÜ Wupper für VZW Typ1 (wie VZW53 oder 73) gilt: Q BW Q krit wird in die Wupper weitergeleitet (Q krit : AFS 100 mg/l) für VZW Typ2 & 3 gilt: Q RW Q krit wird in die Wupper abgeschlagen MuD KA 12

13 B. ABFLUSSSTEUERUNG IM KANALNETZ B.1 Qualitätsabhängige integrierte Steuerung Weitere Ergebnisse zur qualitätsabhängigen Steuerung werden von Katja Fricke präsentiert. Erfassung der Abwasserverschmutzung am RÜB Rutenbeck Bildquelle: Dr. Pecher AG, Erkrath,

14 C.2 ENTWICKLUNG EINES BILANZMODELLS FÜR DEN LOKALEN WASSERHAUSHALT FH Münster, Institut für Wasser Ressourcen Umwelt hohe Verdunstung geringer Oberflächenabfluss geringe Verdunstung hoher Oberflächenabfluss hohe Grundwasserneubildung unversiegelte Fläche geringe Grundwasserneubildung versiegelte Fläche Bildquelle: Uhl, Mathias, 2010 Allgemeine P = R + ET a Wasserhaushaltsgleichung P = R D + GWN + ET a Mit: P = Niederschlag (Precipitation) R = Abfluss (Runoff) ET = Evapotranspiration GWN = Grundwasserneubildung 14

15 C.2 WASSERBILANZMODELL Lokaler Wasserhaushalt, Allgemeine Wasserhaushaltsgleichung Mit: P = Niederschlag (Precipitation) R = Abfluss (Runoff) ET = Evapotranspiration GWN = Grundwasserneubildung 15

16 C.2 WASSERBILANZMODELL Überblick über die Parameter der Systemfunktionen für Flächen und Bewirtschaftungsmaßnahmen 16

17 C.2 WASSERBILANZMODELL Beispielanwendung Softwaretool WABILA; Abbildung: FH Münster Für weitergehende Diskussionen zum Wasserbilanzmodell steht Malte Henrichs zur Verfügung. 17

18 C.1 FREIRAUMGESTALTUNG ZUR REGENWASSERBEWIRTSCHAFTUNG UND ÜBERFLUTUNGSVORSORGE Universität Stuttgart, Institut für Landschaftsplanung und Ökologie, ILPÖ; Dr. Pecher AG; Wuppertaler Stadtwerke Forschungsfrage: Wie können wasserwirtschaftliche Planungen und Simulationstools mit Strategien der Stadtentwicklung und gestaltung verknüpft werden? Pilotstudie Wuppertal: Wie können Starkregenereignisse und Sturzfluten in die Stadtentwicklung und gestaltung einbezogen werden? Aktuelle Herausforderungen durch Hochwasserereignisse und urbane Sturzfluten bedeuten eine strategische Chance, Gewässersysteme und das geomorphologische Gefüge der Landschaft als grundlegenden Ordnungsfaktor der Stadtlandschaft neu zu verstehen. Die multifunktionale Nutzung von Flächen bietet Möglichkeiten zur Kopplung von Maßnahmen und erfordert neue Formen der institutionenübergreifenden Zusammenarbeit. 18

19 C.1 FREIRAUMGESTALTUNG ZUR REGENWASSERBEWIRTSCHAFTUNG UND ÜBERFLUTUNGSVORSORGE Schritt 1: Zusammenhänge zwischen Stadt-, Relief- und Gewässerstrukturen verstehen Bildquellen: ILPÖ, Universität Stuttgart, 2014/

20 C.1 FREIRAUMGESTALTUNG ZUR REGENWASSERBEWIRTSCHAFTUNG UND ÜBERFLUTUNGSVORSORGE Schritt 2: Oberirdische Fließwege in ihrem stadträumlichen Kontext analysieren Urbane Gefährdungs- und Potentialanalyse Bildquellen: ILPÖ, Universität Stuttgart,

21 C.1 FREIRAUMGESTALTUNG ZUR REGENWASSERBEWIRTSCHAFTUNG UND ÜBERFLUTUNGSVORSORGE Schritt 3: Maßnahmenbereiche identifizieren und Strategien festlegen Bildquellen: ILPÖ, Universität Stuttgart,

22 C.1 FREIRAUMGESTALTUNG ZUR REGENWASSERBEWIRTSCHAFTUNG UND ÜBERFLUTUNGSVORSORGE Schritt 4: Gestaltungskonzepte entwerfen und visualisieren Überflutungssimulation GeoCPM vor und nach Maßnahmenumsetzung Bildquelle: Dr. Pecher AG 2014 Prinzipskizzen vor und nach Maßnahmenumsetzung Bildquelle: ILPÖ, Universität Stuttgart 2014 Verlagerung der Überflutungsfläche durch Einbau Drosselbauwerk 22

23 C.1 FREIRAUMGESTALTUNG ZUR REGENWASSERBEWIRTSCHAFTUNG UND ÜBERFLUTUNGSVORSORGE Schritt 4: Gestaltungskonzepte entwerfen und visualisieren Ingenieurtechnische Objektplanung; Bildquelle: Dr. Pecher AG, 2014 Freiraumplanerische Objektplanung; Bildquelle: ILPÖ,

24 C.1 FREIRAUMGESTALTUNG ZUR REGENWASSERBEWIRTSCHAFTUNG UND ÜBERFLUTUNGSVORSORGE Schritt 5: Pilotprojekte umsetzen und kommunizieren Bildquelle: De Urbanisten, Watersquare Rotterdam Benthemplein 24

25 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT!