Projekt 04685/01

Untersuchung und Weiterentwicklung der naturnahen Regenwasserbewirtschaftung am Beispiel des Mulden-Rigolen-Systems in der Sch√ľngelbergsiedlung, Gelsenkirchen

Projektträger

Universit√§t HannoverInstitut f√ľr Wasserwirtschaft, Hydrologie undlandwirtschaftlichen Wasserbau
Appelstr. 9 A
30167 HannoverZielsetzung und Anlass des Vorhabens Vom Institut f√ľr Wasserwirtschaft, Hydrologie und landwirtschaftlichen Wasserbau der Universit√§t Hannover wurde das Mulden-Rigolen-System (MRS) ein innovatives System zur Bewirtschaftung des abflie√üenden Regenwassers entwickelt und als Alternative zu den bisherigen Entw√§sserungssystemen erstmalig in der Bundesrepublik in der Sch√ľngelbergsiedlung projektiert. Das Entw√§sserungssystem MRS warf aufgrund sei-ner Neuartigkeit diverse Fragen bzgl. der Funktionsweise, der fachtechnischen Bemessung und Umsetzung auf, die u.a. mittels des vorliegenden Me√ükonzepts beantwortet werden sollten. Messungen am MRS wurden daher zur √úberpr√ľfung und Verbesserung der Bemessungsans√§tze durch Quantifizierung und Optimierung der Systemfunktionen und zur Erfassung des Einflusses der Versickerung auf die Qualit√§t des Grundwassers und des Bodenmilieus durchgef√ľhrt. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenWasserstandsmessungen in den Speicherelementen Mulde und Rigole mittels Drucksonden an ausgew√§hlten Standorten des MRS der Sch√ľngelbergsiedlung und Zuflu√ümessungen (√ľber Regenschreiber) wurden kontinuierlich √ľber einen Zeitraum von 1 1/2 Jahren durchgef√ľhrt. Au√üerdem wurden zur Quantifizierung der Systemfunktionen erg√§nzend zu den Messungen der Naturereignisse Flutungsversuche mit fest definierten Zufl√ľssen und Versuchsrandbedingungen vorgenommen. Die erg√§nzende Ermittlung der Versickerungsleistung des Bodens der Muldenbette und der Systemabmessungen dienten der Modellentwicklung und Simulation der erhobenen Me√üdaten. Mittels eines hydrologischen Niederschlags-Abflu√ümodells wurden die Me√üergebnisse simuliert und das Berechnungsmodell sowie das Bemessungsverfahren optimiert. Messungen von Stoffkonzentrationen im Niederschlag und dem zugeh√∂rigen Zu- und Ablauf der Versickerungsanlagen erm√∂glichten bei gleichzeitiger quantitativer Messung des Wassertransportes die Bilanzierung der Stoffstr√∂me und die Absch√§tzung der Reinigungsleistung des MRS bez√ľglich ausgew√§hlter Schadstoffe. Der Betrieb einer Versuchsanlage zur Beprobung von Niederschlag und Dachablauf erlaubte zus√§tzlich ereignisaufl√∂sende Aussagen hinsichtlich der Entwicklungen der Stoffkonzentrationen im Verlauf von Niederschlagsereignissen. Untersuchungen von Bodenproben aus ausgew√§hlten Muldenb√∂den erm√∂glichten Aussagen zur H√∂he und Tiefenverteilung von Stoffanrei-cherungen. Erg√§nzend zu den Feldversuchen wurden zus√§tzlich quantitative und qualitative Untersuchungen an halbtechnischen Versuchsanlagen (Lysimeter) durchgef√ľhrt. Ergebnisse und Diskussion Bei Flutungsversuchen wurde ein Mulden-Rigolen-System (MRS) k√ľnstlich geflutet. F√ľr unterschiedliche Zulaufintensit√§ten sowie unter Ber√ľcksichtigung verschiedener Wassergehalte im Muldenbett des MRS wurden Flutungsversuche durchgef√ľhrt. Der Einflu√ü der Zulaufintensit√§t und des Anfangswassergehaltes des Muldenbettes auf das Speicher- und Abflu√üverhalten konnte dokumentiert werden. Die Versuchsergebnisse der Flutungsversuche stellten eine gute Datenbasis f√ľr die Modellentwicklung und f√ľr Vergleichssimulationen dar. Das Me√ükonzept f√ľr die Messung von Naturereignissen konnte erfolgreich getestet werden. Die Messung der Naturereignisse an zwei Str√§ngen des MRS der Sch√ľngelbergsiedlung (Strang 15 und 20) wurde seit Juli 1996 betrieben. Aufgrund von Vandalismus und bautechnischer M√§ngel mu√üte allerdings der Strang 15 aufgegeben werden. Geringe Niederschlagsmengen und der Ausfall von Me√üger√§ten (trotz aufwendiger Unterhaltungsma√ünahmen) erlaubten teilweise nur die Messung von Einzelereignissen. L√§ngere, zusammenh√§ngende Aufzeichnungszeitr√§ume konnten nicht dokumentiert werden. Die Infiltrationsrate wurde in Feldversuchen f√ľr verschiedene MRS-Str√§nge mit unterschiedlicher Betriebszeit ermittelt (Open-End-Verfahren und Doppelringinfiltrometer). Durch Wiederholung der Versuche am Ende des Projektzeitraumes konnte die Entwicklung der Infiltrationseigenschaften der Muldenbette nach drei Vegetationsperioden aufgezeigt werden. Bodenbildungsprozesse und die Einfl√ľsse des Edaphons, die Verdichtungen durch z. B. Unterhaltungsma√ünahmen entgegenwirken, f√ľhrten dabei zu leicht erh√∂hten bzw. konstanten Infiltrationsraten der Muldenbette am Ende des Untersuchungszeitraums. Zur modelltechnischen Beschreibung der Prozesse in einem MRS wurden unterschiedliche Simulationsprogramme verwendet. Ein eindimensionales Bodenfeuchtemodell bfSIM wurde in das hydrologische Speichermodell KOSIM-MRS eingebaut. Das so entstandene neue Modell MURITEST konnte erfolgreich kalibriert und validiert werden. Im Vergleich zur Bemessung mit konstanter Infiltrationsrate f√ľhrt die Bemessung mit MURITEST zu um bis zu 1/3 kleineren Muldenbauwerken. Der Einsatz nicht linearer, vom Bodenwassergehalt abh√§ngiger Infiltrations- und Perkolationsans√§tze f√ľhrt also zu kleineren Abmessungen und damit zu Einsparungen beim Bau der MRS. Die Beurteilung der √∂kologischen Vertr√§glichkeit der Versickerungsma√ünahmen erfolgte durch qualitative Untersuchungen von w√§√ürigen Komponenten einzelner Niederschlagsereignisse (Niederschlag, Nie-derschlagsabflu√ü, Rigolenablaufwasser im MRS). F√ľr Niederschlag und Dachabflu√ü konnten ereignisaufl√∂sende mengenproportionale Probennahmen durchgef√ľhrt werden. F√ľr Zink konnten im Dachabflu√ü sehr hohe Konzentrationsspitzen festgestellt werden. Die Untersuchungsergebnisse belegen, da√ü die Reinigungsleistung der Oberbodenpassage in den MRS die mit den Niederschlagsabfl√ľssen eingetragenen Belastungen ausreichend verringert. So konnte eine deutliche Konzentrationsminderung von Metallen und PAK¬īs durch die Oberbodenpassage ermittelt werden. Die Untersuchung von Feststoffproben verschiedener Mulden mit unterschiedlichen Verfahren ergab Hinweise zur H√∂he und Tiefenverteilung der versickerungsbedingten Stoffanreicherung. F√ľr Zink als Material der Dachentw√§sserung lie√ü sich ein deutlicher Anreicherungseffekt erkennen, der zun√§chst oberfl√§chennah und mit zunehmender Betriebszeit verst√§rkt auch in tieferen Bodenschichten sichtbar wird. Am √§ltesten Strang in der Sch√ľngelbergsiedlung (MRS 26) konnten die h√∂chsten Gehalte an Schwermetallen und PAK nachgewiesen werden. Die zus√§tzlich durchgef√ľhrten Untersuchungen an halbtechnischen Versuchsanlagen (Lysimeter) lieferten Erkenntnisse zum R√ľckhalteverm√∂gen der Bodenpassage bei Variation von Bodencharakteristika und anderen die Reinigungsleistung beeinflussenden Parametern. So ist mit zunehmendem Sandanteil des Oberbodensubstrates von einer verringerten Pufferkapazit√§t auszugehen, die langfristig zu einer verminderten Reinigungs- und R√ľckhalteleistung f√ľhren kann. Versuche mit abgesenktem pH-Wert des Lysimeter-Zulaufs (ca. pH 5) sowie Versuche zur Simulation von Sto√übelastungen zeigen eindeutig die Grenzen der Belastbarkeit der Oberbodenpassage auf. √Ėffentlichkeitsarbeit und Pr√§sentation Schneider, F.; Holtz, S.; Masberg, R. (1998): Investigation and Development of Alternative Stormwater Management: Modelling the Waterflow of Trough-Trench-Systems. G.R.A.I.E. (Ed.): Innovative technologies in urban storm drainage. Proceedings Novatech 1998, Vol. II, S. 479-485. Schneider, F. (1998) Untersuchungen zum Speicher- und Abflu√üverhalten von Mulden-Rigolen-Systemen. Zeitschrift f√ľr Kulturtechnik und Landentwicklung, Vol. 39 (6); S.266-271. H√ľtter, U., Hesse, U., Kaczmarczyk, B. (1998): Investigations on the migration of storm water pollutants in soils. G.R.A.I.E. (Ed.): Innovative technologies in urban storm drainage. Proceedings Novatech 1998, Vol. II, 567-574. Remmler, F. (1998): Regenwasserversickerung und Grundwasserschutz. Zeitschrift f√ľr Kulturtechnik und Landentwicklung, Vol. 39 (6); S.272-279. Fazit Die Vorgehensweise zur Kl√§rung der quantitativen und qualitativen Fragestellungen innerhalb des Projektes hat sich generell bew√§hrt. Die Ergebnisse belegen die Notwendigkeit zuk√ľnftiger betriebsbegleitender Funktionskontrollen, die anhand von Untersuchungen in gewissen zeitlichen Abst√§nden die Entwicklung und Wirksamkeit der Reinigungs- und R√ľckhaltefunktion der Bodenpassage pr√ľfen.

√úbersicht

Telefon

0511/762-2237

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Bundesland

Nordrhein-Westfalen

Fördersumme

392.030,49 ‚ā¨

Förderzeitraum

01.07.1995 - 21.09.1999