Neugestaltung Regenwasserbehandlung Mitte Flughafen Düsseldorf GmbH. Hochwasserbetrachtung

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1 Neugestaltung Regenwasserbehandlung Mitte Flughafen Düsseldorf GmbH Hochwasserbetrachtung Anlage zum Planfeststellungsverfahren Juni 2010

2 Neugestaltung Regenwasserbehandlung Mitte Flughafen Düsseldorf GmbH Hochwasserbetrachtung Anlage zum Planfeststellungsverfahren Juni 2010 Haan, im Juni 2010 Der Geschäftsführer gez.: Schumacher Direktor

3 Inhaltsverzeichnis Veranlassung 1 Modellanpassung 2 Datengrundlage und Berechnung 9 Simulation und Ergebnisse des hydrologischen Modells 9 Hydraulische Betrachtungen 12 Ergebnis 13 Anlagenverzeichnis Anlage I: Hydrologische Längsschnitte Glossar BRW NAM RKB RRB SEBD Bergisch-Rheinischer Wasserverband Niederschlags-Abfluss-Modell Regenklärbecken Regenrückhaltebecken Stadtentwässerungsbetrieb Düsseldorf I

4 Veranlassung Der Bergisch-Rheinische Wasserverband (BRW) hat im Jahr 2005 im Auftrag des Stadtentwässerungsbetrieb Düsseldorf (SEBD) das Niederschlags-Abfluss-Modell (NAM) für das nördliche Stadtgebiet Düsseldorfs aufgestellt und kalibriert. Auf Grundlage dieses NAM wurden die maßgeblichen Hochwasserabflüsse der Gewässer Ungeteilte Düssel, Nördliche Düssel, Kittelbach, Pillebach, Ratherbroicher Grenzgraben und Schwarzbachgraben ermittelt. Die Dokumentation des Modellaufbaus und der Berechnungsergebnisse liegen dem SEBD unter dem Titel Erweiterung des hydrologischen und hydraulischen Modells Niederschlags- Abfluss-Modell Düssel für das nördliche Stadtgebiet von Düsseldorf vor. Außerdem sind Modell und Ergebnisse dem SEBD und dem Umweltamt der Stadt Düsseldorf vorgestellt worden. Die Flughafen Düsseldorf GmbH plant zurzeit im Rahmen eines Planfeststellungsverfahrens Vorfeld West die Neugestaltung der Regenwasserbehandlung Mitte seiner kanalisierten Flächen. Der Großteil des auf dem Gelände des Flughafens anfallenden Niederschlagswassers wird über fünf Einleitungsstellen (RKB s West, Mitte, Ost, RKB Karthäuser Str., Tanklager), von denen jedoch auch zukünftig zwei (RKB Karthäuser Str. und Tanklager) unverändert bleiben sollen, dem Kittelbach zugeführt. Infolge der Veränderungen durch die Maßnahme Vorfeld West wird zunächst die Einleitungsstelle Mitte baulich verändert. Aufgrund heute notwendiger Immissionsbetrachtung bei der Bewertung von Niederschlagswassereinleitungen ist der Flughafen Düsseldorf GmbH vom Umweltamt Düsseldorf eine gegenüber heute deutlich stärkere Drosselung der Einleitungen vorgegeben worden. Da die verstärkte Drosselung zu häufigeren Entlastungen, d. h. einem Überlaufen, der vorhandenen bzw. geplanten Rückhaltungen führen kann, wurde vom Umweltamt der Stadt Düsseldorf eine zusätzliche Betrachtung gefordert, ob es durch die Neugestaltung der Regenwasserbehandlung des Vorfeldes zu einer Verschärfung des Hochwasserrisikos unterhalb der Einleitungen kommt. Die hierzu notwendigen Berechnungen wurden vom BRW im Auftrag des SEBD auf Grundlage des vorhandenen NAM vorgenommen. Flughafen Düsseldorf GmbH Neugestaltung Regenwasserbehandlung Mitte - Hochwasserbetrachtung 1

5 Modellanpassung Dem BRW sind von der Flughafen Düsseldorf GmbH bzw. von der planenden Ingenieurberatung Rademacher & Partner GmbH die Unterlagen der vorhandenen und geplanten Entwässerungsflächen, deren Abflußziele sowie der Behandlungsanlagen zur Verfügung gestellt worden. Der Ist-Zustand der Entwässerung (Bezeichnung: 2008) und der kurzfristig geplante Zustand, der im Rahmen des Planfeststellungsverfahrens beantragt wird (2010) sollten berechnet werden. Beim Abgleich der Entwässerungsflächen mit den bei der Aufstellung des NAM für das nördliche Stadtgebiet verwendeten, ergaben sich zahlreiche notwendige Änderungen in der Teilgebietsaufteilung. Insbesondere durch die Änderung der Abflußziele kleinerer Flächen in den verschiedenen Zuständen wurde eine Stückelung der Teilgebiete notwendig. Die Regenwasserbehandlungsanlagen wurden entsprechend der Planungen der Flughafen Düsseldorf GmbH in das Modell eingefügt, die Größe der versiegelten Flächen über eine Anpassung einzelner Elementarflächen erreicht. Die Ableitung des klärpflichtigen Anteils des Niederschlagswassers im Zustand 2010 wurde über die Entnahmefunktion der Speicher im Programm NASIM abgebildet. Die Speicherfunktionen sowie die Größe der Einzugsgebiete der einzelnen Speicher und Zustände ist den nachfolgenden Abbildungen zu entnehmen. Flughafen Düsseldorf GmbH Neugestaltung Regenwasserbehandlung Mitte - Hochwasserbetrachtung 2

6 Gebiet West 2008: Flughafen Düsseldorf GmbH Neugestaltung Regenwasserbehandlung Mitte - Hochwasserbetrachtung 3

7 Gebiet Mitte 2008: Flughafen Düsseldorf GmbH Neugestaltung Regenwasserbehandlung Mitte - Hochwasserbetrachtung 4

8 Gebiet Ost 2008: Flughafen Düsseldorf GmbH Neugestaltung Regenwasserbehandlung Mitte - Hochwasserbetrachtung 5

9 Gebiet West 2010: Flughafen Düsseldorf GmbH Neugestaltung Regenwasserbehandlung Mitte - Hochwasserbetrachtung 6

10 Gebiet Mitte 2010: Flughafen Düsseldorf GmbH Neugestaltung Regenwasserbehandlung Mitte - Hochwasserbetrachtung 7

11 Gebiet Ost 2010: Flughafen Düsseldorf GmbH Neugestaltung Regenwasserbehandlung Mitte - Hochwasserbetrachtung 8

12 Datengrundlage und Berechnung Die Ermittlung der Hochwasserabflüsse erfolgte analog der Ermittlung aus dem Jahr 2005 durch eine statistische Analyse der Abflüsse aus einer Langzeitsimulation. Auf Wunsch des Umweltamtes Düsseldorf wurde der Simulationszeitraum auf das Wasserwirtschaftsjahr 2009 ausgedehnt, so dass jetzt insgesamt die 27 Wasserwirtschaftsjahre von (NAM 2005: ) simuliert wurden. Für die Berechnungen wurde das Programm NASIM der Firma Hydrotec in Aachen in der Version 3.41 verwendet. Die Belastung der einzelnen Modelle mit Niederschlags-, Temperatur- und Verdunstungszeitreihen (zur Ermittlung der längeren Eingangszeitreihe des NAM für das nördliche Stadtgebiet mussten die fünf Oberliegermodelle des BRW und der Zufluss aus dem Kettelbach, der aus dem Aaper Wald über den Schwarzbachgraben dem Kittelbach zufließt, ebenfalls neu berechnet werden) entspricht der in der Dokumentation des NAM Düsseldorf-Nord beschriebenen. Die Dokumentation des NAM Düsseldorf-Nord liegt dem SEBD sowie dem Umweltamt der Stadt Düsseldorf vor. Simulation und Ergebnisse des hydrologischen Modells Die Auswertung der Berechnungsergebnisse wurde für den Abschnitt des Kittelbaches, der durch die Neugestaltung der Regenwasserbehandlung beeinflusst wird, vorgenommen. Der betrachtete Abschnitt reicht vom Einlauf der Verrohrung unter dem Flughafen Düsseldorf bis zur Mündung des Kittelbaches in den Rhein. Die Ermittlung der Abflüsse der verschiedenen Jährlichkeiten erfolgte durch statistische Auswertung der o. g. Langzeitsimulation über 27 Wasserwirtschaftsjahre. Als Stichprobe diente jeweils eine partielle Serie der 81 höchsten, hydrologisch unabhängigen berechneten Werte. Im Gegensatz zum NAM von 2005 (Gumbel-Verteilung) wurde aufgrund der neu hinzugekommen Ab- bzw. Zuflusswerte die Exponential-Verteilung als maßgeblich bewertet. Dies führt zu leicht erhöhten statistischen Abflüssen im betrachteten Kittelbachabschnitt. Analog zum NAM von 2005 wurde das Abfluss-Ereignis vom als 200-jährlich in der statistischen Auswertung eingeschätzt. Die ermittelten statistischen Abflüsse sind der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen. Zum Vergleich mit den Werten des NAM von 2005 Flughafen Düsseldorf GmbH Neugestaltung Regenwasserbehandlung Mitte - Hochwasserbetrachtung 9

13 sind ebenfalls die ermittelten Abflusswerte bei Verwendung der Gumbel-Verteilung aufgeführt. Flughafen Düsseldorf GmbH Neugestaltung Regenwasserbehandlung Mitte - Hochwasserbetrachtung 10

14 SE Abstand HQ100 HQ50 HQ25 HQ20 HQ10 HQ5 HQ2 Zufluss Abfluss Max Zufluss Abfluss Max Zufluss Abfluss Max Zufluss Abfluss Max Zufluss Abfluss Max Zufluss Abfluss Max Zufluss Abfluss Max [-] [m] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] ,64 20,52 20,64 19,08 18,95 19,08 17,51 17,37 17,51 17,01 16,86 17,01 15,45 15,29 15,45 13,88 13,71 13,88 11,81 11,63 11,81 X ,29 22,49 24,29 22,29 20,73 22,29 20,30 18,98 20,30 19,66 18,41 19,66 17,66 16,66 17,66 15,67 14,91 15,67 13,03 12,59 13,03 Y ,97 23,38 23,38 21,16 21,53 21,53 19,36 19,69 19,69 18,77 19,09 19,09 16,96 17,25 17,25 15,16 15,41 15,41 12,77 12,97 12, ,38 23,36 23,38 21,53 21,52 21,53 19,69 19,68 19,69 19,10 19,08 19,10 17,25 17,24 17,25 15,41 15,40 15,41 12,97 12,97 12, ,36 23,36 21,52 21,52 19,68 19,68 19,08 19,08 17,24 17,24 15,40 15,40 12,97 12, ,64 20,52 20,64 19,08 18,95 19,08 17,51 17,37 17,51 17,01 16,86 17,01 15,45 15,29 15,45 13,88 13,71 13,88 11,81 11,63 11,81 X ,47 22,20 23,47 21,56 20,47 21,56 19,65 18,74 19,65 19,04 18,18 19,04 17,13 16,45 17,13 15,22 14,73 15,22 12,69 12,44 12,69 Y ,42 22,72 22,72 20,67 20,94 20,94 18,92 19,17 19,17 18,35 18,60 18,60 16,60 16,82 16,82 14,85 15,05 15,05 12,54 12,70 12, ,72 22,72 22,72 20,94 20,94 20,94 19,17 19,17 19,17 18,60 18,60 18,60 16,82 16,83 16,83 15,05 15,05 15,05 12,70 12,71 12, ,72 22,72 20,94 20,94 19,17 19,17 18,60 18,60 16,83 16,83 15,05 15,05 12,71 12,71 Tab.: Exponential-Verteilung: ermittelte statistische Abflüsse Verteilungsfunktion Zeitpunkt Exponential Verteilungsfunktion Zeitpunkt SE Abstand HQ100 HQ50 HQ25 HQ20 HQ10 HQ5 HQ2 Zufluss Abfluss Max Zufluss Abfluss Max Zufluss Abfluss Max Zufluss Abfluss Max Zufluss Abfluss Max Zufluss Abfluss Max Zufluss Abfluss Max [-] [m] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] [m³/s] Gumbel ,05 18,91 19,05 17,82 17,68 17,82 16,60 16,45 16,60 16,20 16,05 16,20 14,97 14,80 14,97 13,71 13,54 13,71 12,00 11,82 12,00 X ,25 20,70 22,25 20,69 19,33 20,69 19,13 17,95 19,13 18,63 17,51 18,63 17,05 16,12 17,05 15,46 14,72 15,46 13,28 12,80 13,28 Y ,13 21,49 21,49 19,71 20,05 20,05 18,30 18,61 18,61 17,84 18,14 18,14 16,41 16,69 16,69 14,96 15,21 15,21 12,99 13,20 13, ,49 21,48 21,49 20,05 20,04 20,05 18,61 18,60 18,61 18,14 18,13 18,14 16,69 16,68 16,69 15,21 15,21 15,21 13,20 13,20 13, ,48 21,48 20,04 20,04 18,60 18,60 18,13 18,13 16,68 16,68 15,21 15,21 13,20 13, ,05 18,91 19,05 17,82 17,68 17,82 16,60 16,45 16,60 16,20 16,05 16,20 14,97 14,80 14,97 13,71 13,54 13,71 12,00 11,82 12,00 X ,52 20,43 21,52 20,03 19,08 20,03 18,53 17,73 18,53 18,05 17,29 18,05 16,54 15,92 16,54 15,02 14,54 15,02 12,93 12,65 12,93 Y ,63 20,91 20,91 19,26 19,52 19,52 17,89 18,13 18,13 17,45 17,68 17,68 16,07 16,28 16,28 14,67 14,86 14,86 12,75 12,92 12, ,91 20,91 20,91 19,52 19,52 19,52 18,13 18,13 18,13 17,68 17,68 17,68 16,28 16,28 16,28 14,86 14,87 14,87 12,92 12,93 12, ,91 20,91 19,52 19,52 18,13 18,13 17,68 17,68 16,28 16,28 14,87 14,87 12,93 12,93 Tab.: Gumbel-Verteilung: Vergleichswerte der ermittelten statistische Abflüsse Flughafen Düsseldorf GmbH Neugestaltung Regenwasserbehandlung Mitte - Hochwasserbetrachtung 11

15 Die Berechnungsergebnisse zeigen, dass infolge der geplante Neugestaltungen der Regenwasserbehandlung durch die beantragte Planfeststellung (2010) am Flughafen Düsseldorf das Hochwasserrisiko für alle in der Untersuchung betrachteten Jährlichkeiten vermindert wird. Zur Verdeutlichung sind die Längsschnitte des betrachteten Gewässerabschnittes für die ausgewerteten Jährlichkeiten angefügt. Zur Veranschaulichung der Wirkung der Einleitungen des Flughafens ist in den Längsschnitten räumlich gesehen schon die Verrohrung unter dem Flughafen abgebildet. Da die geplanten Änderungen in der Entwässerung des Flughafens erst hinter der Verrohrung wirken, sind hier die Abflüsse der einzelnen Jährlichkeiten für alle drei Zustände gleich groß. Hydraulische Betrachtungen Die Erhöhung der 2005 ermittelten 100-jährigen Hochwasserabflüsse unterhalb des Flughafens für den heutigen Zustand beruht größtenteils auf der Bewertung einer anderen Verteilungsfunktion als statistisch maßgeblich. Durch die Erhöhung der 100-jährlichen Abflussspitzen kommt es nach den im NAM 2005 angestellten Ermittlungen der Leistungsfähigkeit des Kittelbaches an 2 Stellen zu Ausuferungen. Diese liegen allerdings zum einen in der Rheinaue westlich der Niederrheinstraße und zum anderen unmittelbar an der Einleitungsstelle West des Flughafens an der B8n (siehe Grafik), sind also aufgrund der großen Entfernung zur nächsten Bebauung als eher unkritisch zu betrachten. Flughafen Düsseldorf GmbH Neugestaltung Regenwasserbehandlung Mitte - Hochwasserbetrachtung 12

16 Ergebnis Die im Rahmen der Planfeststellungsverfahrens Vorfeld West geplante Umgestaltung der Regenwasserbehandlung des Flughafens Düsseldorf führt nach den vorgelegten Berechnungen im Vergleich zu der derzeitigen Situation zu einer leichten Entspannung der Hochwassergefahr am Kittelbach unterhalb des Flughafens. Flughafen Düsseldorf GmbH Neugestaltung Regenwasserbehandlung Mitte - Hochwasserbetrachtung 13

17 Anlage I: Hydrologische Längsschnitte

18 25,00 23,00 21,00 [m³/s] Verrohrung Flughafen HQ [m] ,00 17,00 15,00 Einleitung Ost und Mitte Einleitung West Mündung Rhein

22 18,00 16,00 [m³/s] Verrohrung Flughafen HQ [m] ,00 12,00 Einleitung Ost und Mitte Einleitung West Mündung Rhein