Morsbach BWK M3

Vergleich detaillierter Nachweisverfahren nach BWK-Merkblatt 3 (hydrologisch-hydraulisch-biologisch) für das Morsbacheinzugsgebiet

Projektdaten
AntragstellerWupperverband
Partnerumweltbüro essen, Essen - Hydrotec Ingenieurgesellschaft mbH, Aachen - WiW - Wupperverbandsgesellschaft für integrale Wasserwirtschaft mbH, Wuppertal - Ingenieurbüro Reinhard Beck GmbH & Co. KG, Wuppertal - Ingenieurbüro Bernd Harmuth, Leichlingen - Bezirksregierung Düsseldorf / Dezernat 54 - LANUV NRW - Stadt Remscheid / Untere Wasserbehörde - Stadt Wuppertal / Ressort Umweltschutz - Universität Duisburg-Essen / Abteilung Angewandte Zoologie/Hydrobiologie - Remscheider Entsorgungsbetriebe - WSW Energie und Wasser AG, Wuppertal
Beginn des Projektes06/2006
Abschluss des Projektes09/2008
FördermittelgeberMUNLV NRW
Fördersumme80%
Ziel des Projektes

Das im Jahre 2001 erschienene Merkblatt M3 des Bundes der Ingenieure für Wasserwirtschaft, Abfallwirtschaft und Kulturbau (BWK) e.V.: 'Ableitung von immissionsorientierten Anforderungen an Misch- und Niederschlagswassereinleitungen unter Berücksichtigung örtlicher Verhältnisse' [1] lässt neben dem vereinfachten Verfahren auch die Möglichkeit detaillierter Nachweise zu.
Ziel des Vorhabens war, die Potenziale einer detaillierten Nachweisführung nach M3 exemplarisch auch für andere Anwender und Gebiete genauer herauszuarbeiten, um die Vorteile von detaillierten Planungen deutlich zu machen. Verschiedene Nachweisverfahren für hydraulische Belastungen (vereinfacht, detailliert hydrologisch, detailliert hydraulisch und biologisch) sollten hinsichtlich Aufwand und Nutzen verglichen werden.

Arbeitsprogramm

Gegenstand der Untersuchungen war das gesamte Einzugsgebiet des Morsbachs, das Teile von Wuppertal und Remscheid umfasst. Zum Arbeitsprogramm gehörten insbesondere:

  • Aufbau eines kalibrierten integrierten Wasserbilanzmodells für Siedlungsentwässerung und Gewässersystem mit der Software NASIM
  • Abflussmessungen zur Modellkalibrierung in Gewässern und an Sonderbauwerken
  • Physikalisch-chemische Analysen im Bach und an einem Regenüberlaufbecken
  • Ergebnisvergleich: vereinfachter hydrologischer Nachweis - detaillierter hydrologischer Nachweis (Wasserbilanzmodell) - detaillierter hydraulischer Nachweis (Schleppspannung)
  • Gegenüberstellung des erhöhten Aufwandes bei detaillierten Untersuchungen (Kosten) und der Verbesserung der Maßnahmenwahl (Nutzen)
    • Erfahrungswerte über den Aufwand für die Anwendung der detaillierten Verfahren
    • Aufzeigen der Verbesserung der Maßnahmenwahl (Stichworte: Effektivität, Kosteneffizienz, Bewirtschaftungsmöglichkeiten)
  • Exemplarische Überprüfung (Validierung)
    • der Sicherheiten (Annahmen und Ansätze) des vereinfachten Verfahrens
    • der Zuverlässigkeit der detaillierten hydraulischen / hydrologischen Nachweise mittels biologischer Untersuchungen an ausgewählten Einleitungsstellen
  • Ausloten der Möglichkeiten biologischer Untersuchungen einschließlich Prüfung, inwieweit Defizite der Biozönose mit Defiziten bei Misch- und Regenwassereinleitungen korrespondieren
Ergebnisse

Biologische Untersuchungen - vor allem des Makrozoobenthos - zeigten, dass der Gewässerzustand in urbanisierten Einzugsgebieten außer durch die von BWK M3/M7 erfassten Parameter „Abflussspitzen“ und „stoffliche Belastung“ maßgeblich durch andere Belastungen wie eine Verringerung des Gewässerabflusses durch Versiegelung und Defizite der Gewässermorphologie beeinflusst wird.

Rechnerische hydrologische Nachweise liefern ein gutes Indiz dafür, ob eine Gewässerbiozönose durch hydraulischen Stress belastet wird. Kann der detaillierte hydrologische Nachweis nach BWK M7 mittels Wasserbilanzmodell geführt werden, ist mit hoher Wahrscheinlichkeit anzunehmen, dass hydraulischer Stress an den Nachweisstellen keine signifikante Belastung verursacht. Jedoch ist der Umkehrschluss, dass bei Überschreitung des Zielwerts zwangsläufig von einer wesentlichen Beeinträchtigung der Gewässerbiozönose auszugehen ist, nicht zulässig. Ähnliche Schlussfolgerungen gelten für den vereinfachten hydraulischen Nachweis nach BWK M3.

Das detaillierte hydrologische Nachweisverfahren mittels Niederschlags-Abfluss-Modell liefert vor allem bei komplexen Situationen und in Gewässerunterläufen hydrologisch plausiblere Ergebnisse als das vereinfachte Nachweisverfahren.

Ein rechnerisch relativ einfach über eindimensionale Berechnungen geführter hydraulischer Nachweis der kritischen Sohlschubspannung lieferte keine eindeutigen Ergebnisse. Probleme bereiten u. a. die große Variabilität der Sohlstrukturen und der Strömungsgeschwindigkeit bei Mittelgebirgsbächen sowie fehlende nachvollziehbare Grenzwerte.

Beziehungen zwischen biologischen und hydrologischen Untersuchungen konnten nachgewiesen und bewertet werden. Es wurde ein Bewertungsverfahren entwickelt, das systematisierte Rückschlüsse aus Makrozoobenthos-Untersuchungen auf Belastungsfaktoren ermöglicht.
Hohe Sicherheiten sowohl beim vereinfachten Nachweisverfahren mit Standardwerten nach BWK M3 (durch Wahl niedriger Grenzwerte im Streuungsbereich) als auch beim detaillierten hydrologischen Nachweis nach M7 führen zu einer unwirtschaftlichen Bemessung von Rückhaltebecken. Auf der Grundlage biologischer Untersuchungen können regional- und gewässertypspezifische Grenzwerte, die zu einer höheren Maßnahmeneffizienz führen, begründet werden.

 

Nutzen für den Wupperverband

Durch die Untersuchungen konnte wesentlich zielgenauer als bisher abgeschätzt werden , inwieweit der Bau von Rückhaltevolumina im Kanalnetz oder aber andere, vor allem morphologische, Maßnahmen Erfolg versprechend sind. Die Ergebnisse flossen in eine Schmutzfrachtberechnung für das Einzugsgebiet des Klärwerks Kohlfurth, die nach § 58 (1) LWG NRW angezeigt wurde, ein. Zu bauende Rückhaltevolumina können bei einigen Bächen deutlich kleiner ausgelegt werden, wenn gleichzeitig durch morphologische Renaturierungsmaßnahmen das Potenzial dieser Bäche, in nicht besiedelten Bereichen bei hohen Abflüssen in die Gewässeraue auszuufern, erhöht wird. Wenn ein Teil des beim Bau von RRB ersparten Geldes in Renaturierungsmaßnahmen investiert wird, stellt dies voraussichtlich eine kosteneffiziente Maßnahme zur Verbesserung des ökologischen Zustands im Sinne der Wasserrahmenrichtlinie dar.
Die Erkenntnisse aus dem Vorhaben wurden veröffentlicht und werden bei der zukünftigen Arbeit des Verbandes in anderen Gebieten berücksichtigt.

Einzelberichte zum Vorhaben wie z. B. das biologische Gutachten können beim Wupperverband oder beim jeweiligen Berichtsersteller angefordert werden.

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