Straßenabfluss bei Regenereignis

Forschung SE

Urbanes Wassermanagement und Siedlungsentwässerung (SE)

Der Arbeitsbereich Urbanes Wassermanagement und Siedlungsentwässerung widmet sich allen Fragen zum Umgang mit Niederschlags- und Schmutzwasserabflüssen in Siedlungsgebieten

Forschungsschwerpunkte

Schwerpunkte der Forschung sind die messtechnische Erfassung von Wasser- und Stoffströmen in Siedlungsgebieten und deren mathematischer Beschreibung in Modellen. Auf dieser Basis werden Methoden zur Optimierung von Planung und Betrieb erarbeitet.

 

Aktuelle Forschungsprojekte

Untersuchungen zum Potenzial der qualitätsbasierten Abflusssteuerung in der Mischkanalisation

Chancen und Herausforderungen von Online-Qualitätsmessungen - eine integrierte Betrachtung

Im Rahmen des Promotionsvorhabens soll eine integrierte Abschätzung der durch verschiedene Kanalnetzsteuerungsstragien sowie statische Systemoptimierungen eingesparten emittierten Volumina und Frachten auf Basis von online-Qualitätsmessungen erfolgen. Damit soll ein umfassendes Bild über Effizienz und Wirksamkeit verschiedener Kanalnetzsteuerungsstrategien in Hinblick auf die Gewässerqualität erarbeitet werden. Insgesamt sollen die Untersuchungen ein besseres Verständnis der stoffspezifischen und hydraulischen Vorgänge im Mischsystem liefern und damit einen wichtigen Beitrag zur Schließung der Wissenslücke zwischen Ablaufmenge und Ablaufkonzentration liefern sowie grundlegende Hinweise zur Implementierung einer optimalen Abflusssteuerung im Mischsystem geben.

Mittelgeber: Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)
Ansprechpartner: Anna Bachmann-Machnik, M.Sc.; Dr.-Ing. Ulrich Dittmer
Projektlaufzeit: 07/2016-06/2019

Pilotmaßnahme Optimierung der Regenwasserbehandlung beim Abwasserzweckverband Mittleres Jagsttal

Bis Ende 2024 sollen alle Regenüberlaufbecken in Baden-Württemberg mit Messeinrichtungen zur Erfassung der Einstau- und Überlaufdauern und –häufigkeiten ausgestattet werden. Der Abwasserzweckverband Mittleres Jagsttal misst diese Größen bereits seit 2014 an all seinen Becken. Im Pilotvorhaben werden diese Messdaten genutzt, um den Betrieb der RÜB zu optimieren.
Ziel ist es, den jeweils weitergeleiteten Abfluss anhand dieser Daten so einzustellen, dass das vorhandene Speichervolumen in seiner Gesamtheit möglichst effektiv genutzt wird. Dadurch kann die Gewässerbelastung ohne den Bau weiterer Becken reduziert werden. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen landesweit Anwendung finden.

Ausführliche Projektbeschreibung: Pilotmaßnahme Optimierung der Regenwasserbehandlung beim Abwasserzweckverband Mittleres Jagsttal (pdf)

Mittelgeber: Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg (UM)
Ansprechpartner: Yannic Brüning, M.Sc.; Dr.-Ing. Ulrich Dittmer; Dr.-Ing. Harald Schönberger
Projektpartner: AZV Mittleres Jagsttal; RP Stuttgart; UFT Umwelt und Fluid-Technik Dr. H. Brombach
Lieb Ingenieurberatung; Gesellschaft für angewandte Ökologie und Umweltplanung (GefaÖ)
Projektlaufzeit: 12/2016-11/2019

Nutzung der gemessenen Entlastungsaktivität von Regenüberlaufbecken zur Erfolgskontrolle und zur verbesserten Systemplanung

Langfristig sollen die in Baden-Württemberg erhobenen Messdaten von Regenüberlaufbecken im Sinne einer „rollierenden Planung“ auch zu einer effektiveren Maßnahmenplanung beitragen. Erste Erfahrungen zeigen jedoch eklatante Abweichungen zwischen dem tatsächlichen Verhalten einerseits und den Ergebnissen von Schmutzfrachtsimulationen andererseits. Ziel des Vorhabens ist es, aufzuzeigen, wie die Schmutzfrachtberechnung auf der Basis von Messdaten so verbessert werden kann, dass sie das tatsächliche Verhalten von Mischsystemen realitätsnah abbildet.

Ausführliche Projektbeschreibung: Nutzung der gemessenen Entlastungsaktivität von Regenüberlaufbecken zur Erfolgskontrolle und zur verbesserten Systemplanung (pdf)

Mittelgeber: Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg (UM)
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Christian Klippstein; Dr.-Ing. Ulrich Dittmer; Dr.-Ing. Harald Schönberger
Projektpartner: Abwasserverband Weißach- und Oberes Saalbachtal
Projektlaufzeit: 10/2015-05/2019

Regenwasserbehandlungskonzeption des Abwasserverbandes Weißach- und Oberes Saalbachtal in Bretten

Überprüfung, Neuordnung und Optimierung der Regenwasserbehandlungskonzeption des AV Weißach- und Oberes Saalbachtal durch Neuberechnung mit einem Schmutzfrachtmodell. Bestandteil des Projekts ist die hydraulische Berechnung der Verbandskanäle sowie die Durchführung von Einzelnachweisen für die Regenwasserbehandlungs- und Entlastungsanlagen. Die Ergebnisse werden mit den Daten des Verbandes abgeglichen und überprüft und ggf. werden Einzellösungen eingepflegt.

Ausführliche Projektbeschreibung: Regenwasserbehandlungskonzeption des Abwasserverbandes Weißach- und Oberes Saalbachtal in Bretten (pdf)

Mittelgeber: Abwasserverband Weißach- und Oberes Saalbachtal
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Christian Klippstein; Dr.-Ing. Ulrich Dittmer; Dr.-Ing. Harald Schönberger
Projektpartner: Abwasserverband Weißach- und Oberes Saalbachtal
Projektlaufzeit: 01/2016-01/2019

Ausführliche Projektbeschreibung: Rose Particle (pdf)

Niederschlag auf befestigte Oberfläche (c)
Niederschlag auf befestigte Oberfläche

Rose Particle

Entwicklung eines robusten Sensors zur Erfassung von Feststofffrachten und Partikeleigenschaften in Kanalnetzen und Gewässern

Feststoffeinträge aus Siedlungen, über Regen- und Mischwassereinleitungen beeinträchtigen aquatische Ökosysteme. Feststoffe in urbanen Regenabflüssen können hochgradig mit Schadstoffen (z.B. Schwermetalle, PAK, MTBT) beladen sein. Eine Maßnahme zu Erhöhung der Ressourcen- und Energieeffizienz in der Regenwasserbewirtschaftung ist die qualitätsabhängige Steuerung der Abwasserströme bei Regenwetter, die in Echtzeit Abflüsse unterschiedlicher Verschmutzungsgrade trennt. In diesem Projekt soll ein Online-Sensor entwickelt werden, der beispielsweise zur Abflusssteuerung eingesetzt werden kann. Es sollen neben der reinen Menge auch die Größenverteilung der Partikel erfasst werden.

Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Philipp Baum; Dr.-Ing. Ulrich Dittmer; Dr.-Ing. Harald Schönberger
Projektpartner: NIVUS GmbH
Projektlaufzeit: 07/2016-12/2018

Abfluss der untersuchten Regenwasserbehandlungsanlage (c)
Abfluss der untersuchten Regenwasserbehandlungsanlage

Untersuchungen zur Schadstoffbelastung von Oberflächenabflüssen aus einem Gewerbegebiet und zu deren Behandelbarkeit

Im Rahmen dieses Projektes werden an einer Regenwasserbehandlungsanlage, die das anfallende Regenwasser eines Gewerbegebietes der Stadt Freiburg reinigt, folgende Punkte untersucht:

  • das Aufkommen von AFS63 sowie von Schwermetallen und organischen Spurenstoffen im Oberflächenabfluss.
  • die Zusammenhänge zwischen dem Indikator AFS63 und ausgewählten Schadstoffen.

Hierzu werden Regenereignisse beprobt und die darin enthaltenen Feststoffe in unterschiedlichen Größenfraktionen (< 63μm, < 125 μm, < 250 μm, < 2000 μm) auf deren Schadstoffbeladung untersucht.

Mittelgeber: Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg (UM)
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Philipp Baum; Dr.-Ing. Ulrich Dittmer; Dr.-Ing. Harald Schönberger
Projektlaufzeit: 01/2016-12/2018

Multikriterielle Optimierung von Regenwasserkanalisationen unter besonderer Berücksichtigung der Dezentralisierung

Ziel dieser Studie ist es, den Zusammenhang zwischen dem Grad der Dezentralisierung und den Kosten, der Zuverlässigkeit, der Widerstandsfähigkeit und der Nachhaltigkeit städtischer Entwässerungssysteme unter Berücksichtigung grauer und grüner Infrastrukturen zu untersuchen. Dazu wird ein dezentraler Layout-Generator-Algorithmus entwickelt. Naturnahe Regenwasserbewirtschafttungsmaßnahmen (low impact developments) werden in das Modell eingefügt. Das Modell ist mit der Simulationssoftware SWMM gekoppelt, um die hydraulische Leistung jedes Designs zu simulieren. Dann wird ein multikriterieller Optimierungsalgorithmus verwendet, um die beste Systemlösung zu bestimmen.

Ausführliche Projektbeschreibung: Multikriterielle Optimierung von Regenwasserkanalisationen unter besonderer Berücksichtigung der Dezentralisierung (pdf)

Mittelgeber: BMBF-DAAD-Sustainable Water Management Scholarship
Ansprechpartner: Amin Ebrahim Bakhshipour, M.Sc.; Dr.-Ing. Ulrich Dittmer; Prof. Dr.-Ing. Wofgang Nowak
Projektlaufzeit: 03/2016-06/2019

Baden in der Ruhr

Für die Badesaison 2019 soll das am Baldeneysee in Essen vorhandene Frühwarnsystem weiterentwickelt werden, um genauere Vorhersagen von Grenzwertüberschreitungen mikrobieller Parameter an einer Badestelle treffen zu können. Dazu sollen zukünftig Füllstandsmessungen an den Regenüberlaufbecken und Stauraumkanälen, die in den Baldeneysee entlasten, berücksichtigt werden. Basierend auf den in den letzten Badesaisons sowie in den Vorjahren gewonnen Niederschlagsdaten im Gebiet und den Füllstandsdaten der Regenüberlaufbecken zusammen mit den Ergebnissen der mikrobiellen Untersuchungen an der Messstelle werden Zusammenhänge zwischen den Daten untersucht und Empfehlungen für ein angepasstes Frühwarnsystem erarbeitet.

Mittelgeber: Ruhrverband
Ansprechpartner: Anna Bachmann-Machnik, M.Sc.; Dr.-Ing. Ulrich Dittmer
Projektlaufzeit: 02-05/2018 und 09-11/2018
Aufbau des Frühwarnsystems (c)
Aufbau des Frühwarnsystems

Abgeschlossene Forschungsprojekte

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Fördermittelgeber SAMUWA (c)
Fördermittelgeber SAMUWA

Im BMBF-geförderten Verbundforschungsvorhaben SAMUWA wurden die bestehenden Wasserinfrastruktursysteme überdacht und Wege aufgezeigt, die Planung und den Betrieb von Entwässerungssystemen zu einem anpassungsfähigen dynamischen Management zu führen. Dazu wurden planerische Instrumente, IT-Werkzeuge und organisatorische Prozesse weiterentwickelt. Mit den Ergebnissen aus SAMUWA werden Kommunen und ihre Entwässerungsbetriebe auf dem Weg der Umstellung einer konventionellen Entwässerungsplanung hin zu intelligenten Systemen mit einer anpassungsfähigen Bewirtschaftung des stadthydrologischen Gesamtsystems unterstützt.

Ausführliche Projektbeschreibung: BMBF-INIS Verbundvorhaben SAMUWA: Die Stadt als hydrologisches System im Wandel – Schritte zu einem anpassungsfähigen Management des urbanen Wasserhaushalts (pdf)

Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Ansprechpartner: Anna Bachmann-Machnik, M.Sc.; Dr.-Ing. Ulrich Dittmer
Projektpartner:

Bergische Universität Wuppertal, Lehrstuhl Städtebau (LS SB); FH Münster, Institut für Wasser ∙ Ressourcen ∙Umwelt (IWARU); Institut für Automation und Kommunikation, Magdeburg (ifak); Universität Stuttgart, Institut für Landschaftsplanung und Ökologie (ILPÖ); Universität Stuttgart, Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung (IWS); aqua_plan Ingenieurgesellschaft für Problemlösungen in Hydrologie und Umweltschutz GmbH, Aachen; Dr. Pecher AG, Erkrath; Emschergenossenschaft/Lippeverband, Essen (EGLV); InfraConsult Gesellschaft für Infrastrukturplanung mbH, Stuttgart; Stadt Münster; Stadtentwässerung Reutlingen (SER); Wuppertaler Stadtwerke Energie Wasser AG (WSW)

Projektlaufzeit: 07/2013 – 06/2016

Projekthomepage SAMUWA

Im Rahmen dieses Projektes für den Landesverband der DWA Baden-Württemberg wurden ein Praxisleitfaden und Schulungsunterlagen zum Thema „Betrieb von Regenüberlaufbecken“ erstellt.

Ziel dieses Projektes war es, insbesondere kleinen und mittleren Betreibern Hilfestellung für den Betrieb in Form eines Leitfadens zu geben. Neben dem Praxisleitfaden wurden auch Präsentationsfolien für die Schulung des Betriebspersonals im Rahmen der Kanalnachbarschaften erarbeitet. Um sicherzustellen, dass die Inhalte Eingang in die betriebliche Praxis finden, wurden Vertreter von Betreibern, Behörden, Herstellern, Planern und Ausrüstern in das Projekt eingebunden und deren Erfahrungen berücksichtigt.

Regenklärbecken sind derzeit das am meisten eingesetzte Verfahren zur Behandlung von Oberflächenabflüssen. Angesichts des baulichen Aufwandes und des Flächenverbrauchs ist das Kosten-Nutzen-Verhältnis von Regenklärbecken eher ungünstig. Im Auftrag des Eigenbetriebs Stadtentwässerung (ESE) hat die badenova AG einen neuen Anlagentyp als kostengünstige und platzsparende Alternative konzipiert. Die Untersuchung hatte zum Ziel, die Wirksamkeit dieser Anlage messtechnisch zu überprüfen. Über die Bewertung des einzelnen Bauwerks hinaus sollten die Ergebnisse auch dazu dienen, allgemeine Erkenntnisse zur Wirksamkeit von Anlagen dieses Typs zu gewinnen Zusätzlich zum Gesamtwirkungsgrad des Feststoffrückhaltes wurde daher auch die Wirksamkeit der Anlage für den Rückhalt der feinen Fraktion der abfiltrierbaren Stoffe (AFS63) ermittelt.

Ausführliche Projektbeschreibung: Untersuchungen zur Reinigungsleistung innovativer Anlagen der Regenwasserbehandlung (pdf)

Mittelgeber: Eigenbetrieb Stadentwässerung Freiburg
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Philipp Baum; Dr.-Ing. Ulrich Dittmer
Projektpartner: bnNETZE GmbH
Projektlaufzeit: 08/2014 - 07/2016

Ziel dieser Studie war es, technische Maßnahmen aufzuzeigen und zu bewerten, durch die Emissionen an Spurenstoffen aus den Abwassersystemen im Einzugsgebiet der oberen Körsch effektiv reduziert werden können. Dabei wurden die Gesamtemissionen aus Mischwasserentlastungen und Kläranlage gemeinsam betrachtet und Wechselwirkungen berücksichtigt. Gestützt auf numerischen Simulationen von Kanalnetz und Kläranlage wurden Lösungen erarbeitet, die Maßnahmen in beiden Teilsystemen bestmöglich kombinieren.

Ausführliche Projektbeschreibung: Studie zur Verminderung des Eintrags von Spurenstoffen aus dem Abwassersystem in die Körsch (pdf)

Mittelgeber: Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg (UM)
und Landeshauptstadt Stuttgart, Eigenbetrieb Stadtentwässerung Stuttgart
Ansprechpartner: Dr.-Ing. Marie Launay; Dr.-Ing. Ulrich Dittmer; Dr.-Ing. Harald Schönberger
Projektpartner:
Landeshauptstadt Stuttgart, Tiefbauamt, Eigenbetrieb Stadtentwässerung Stuttgart
iat – Ingenieurberatung für Abwassertechnik
InfraConsult – Gesellschaft für Infrastrukturplanung mbH
Projektlaufzeit: 01/2012-11/2016

In diesem Vorhaben sollten die Emissionen aus der Kläranlage Böblingen-Sindelfingen sowie die stofflichen Vorbelastungen aus dem Einzugsgebiet der Schwippe durch Beprobung und Online-Messungen jeweils bei Regen- und Trockenwetter erfasst werden. In zwei Messphasen wurden jeweils die Verhältnisse vor und nach Inbetriebnahme der zusätzlichen Reinigungsstufe untersucht, um die Auswirkungen der Anlage hinsichtlich der Elimination organischer Spurenstoffe zu analysieren.

Veranlassung der Untersuchung war der geplante Bau einer Behandlungsanlage für Regenabflüsse aus dem Industriegebiet Haid. Um die Wirkungsweise und Effektivität unterschiedlicher Verfahrensoptionen in der Planungsphase zu vergleichen, waren detaillierte 3D-Simulationen vorgesehen. Als Grundlage hierfür sollte das Transportverhalten der Feststoffe durch Messungen untersucht werden. In einer ersten Projektphase wurden über einen Zeitraum von sechs Monaten 20 Regenereignisse in hoher zeitlicher Auflösung beprobt und vollständig auf Ihren Feststoffgehalt und den CSB untersucht. Bei einzelnen Ereignissen wurden zusätzlich die Gehalte an Schwermetallen und PAK bestimmt.

 

Im Rahmen des Vorhabens wurden mögliche Auswirkungen des Klimawandels auf das Entlastungsverhalten von Mischkanalisationen abgeschätzt. Kern des Vorhabens waren Langzeitsimulationen mit dem Schmutzfrachtmodell KOSIM. Die Niederschlagsdaten wurden mit dem stochastischen Niederschlagsgenerator NiedSim-Klima erzeugt.

Um eine Bandbreite möglicher Entwicklungen aufzuzeigen, wurden Niederschlagsreihen für sieben Standorte in Baden-Württemberg generiert, die eine sehr unterschiedliche Niederschlags-charakteristik aufweisen. Es wurde das Verhalten mehrerer Entwässerungssysteme untersucht, die sich hinsichtlich ihrer Netzstruktur und der Eigenschaften ihrer Entlastungsanlagen deutlich unterscheiden.

Der durch den Menschen verursachte Klimawandel beeinflusst den globalen und den regionalen Wasserhaushalt. Dies erfordert Anpassungen der zukünftigen wasserwirtschaftlichen Planungen und Maßnahmen zur Nutzung und zum Schutz des ober- und unterirdischen Wassers.

Für eine geplante Anpassungsstrategie des Landes Baden-Württemberg an die Folgen des Klimawandels hat das Wasserforschungszentrum Stuttgart unter der Koordination des ISWA ein Fachgutachten für das Handlungsfeld Wasserhaushalt erstellt. Im Gutachten werden Anpassungsziele und –maßnahmen beschrieben.

Schwerpunkt des ersten Teilprojektes dieser Studie waren umfangreiche Messungen von Abfluss und Temperatur in Kanalnetzen und die Anpassung eines Modells an deren Ergebnisse. In einem zweiten Teilprojekt wurde die Reaktivierung eines bestehenden Abwasserwärmetauschers wissenschaftlich begleitet.

Gegenstand des Forschungsprojektes war eine verbesserte Beschreibung des Feststofftransportes in der Schmutzfrachtmodellierung des Berliner Entwässerungsnetzes. Weiterreichendes Ziel dieser Verbesserung war die Beschreibung der Wechselwirkungen zwischen Kanalnetz, Abwasserpumpwerken und Speichern im Entwässerungssystem. Der Schwerpunkt lag zunächst auf der grundlegenden Untersuchung von Möglichkeiten und Grenzen der Modellierung des Feststofftransports einschließlich der Unsicherheitsbetrachtung.