Projekt 04684/01

Analytisches Begleitprogramm für die Versickerung von Niederschlagsabflüssen an einem Pilotprojekt bei kritischen Untergrundverhältnissen

Projektdurchführung

Institut für Wasserforschung (IfW) GmbH Dortmund
Zum Kellerbach 46
58239 Schwerte

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Regenwasserversickerung zur Rückführung von Niederschlagsabflüssen in den natürlichen Wasser-kreislauf kann sowohl eine quantitative als auch qualitative Verbesserung des Wasserhaushaltes bewir-ken. In urbanen Ballungsgebieten liegen allerdings oftmals kritische Standortvoraussetzungen des Unter-grundes in Form von künstlichen Ablagerungen und Altlasten vor. Ziel des Projektes war deshalb die Prü-fung, ob eine Versickerung von Niederschlagsabflüssen auch bei einem derart vorbelasteten Untergrund aus der Sicht des Grundwasserschutzes zulässig ist oder ob durch die gezielte Versickerung Schadstoffe eventuell mobilisiert und in das Grundwasser eingetragen werden können. Zusätzlich sollte die Stoffan-reicherung im Oberboden der Versickerungsanlagen untersucht werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenWährend der Bauarbeiten eines Mulden-Rigolen-Systems (MRS) an einem vorbelasteten Standort wurde ein für beschaffenheitsbezogene und hydraulische Untersuchungen geeignetes hydrologisches Messnetz (z.T. neu entwickelte Probenahmetechnik) installiert, welches vom Auftreten des Niederschlags bis hin zur Versickerung in den Untergrund eine Beprobung der Niederschlagsabflüsse ermöglicht. Diese qualitative Untersuchungen von Wasserproben (Niederschlag, Muldenzulauf, Sickerwasser nach der Bodenpassage, Rigolenwasser, Sickerwasser unterhalb der Rigolensohle) bezüglich der Entwicklung der chemischen Beschaffenheit während des Fließweges sowie möglicher Elutions- und Mobilisierungseffekte aus dem vorbelasteten Untergrund erfolgten auf die Parameter Hauptanionen und -kationen, Schwermetalle und PAK. Zusätzlich wurde nach verschiedenen Betriebszeiten auch eine tiefengestufte Untersuchung des Muldenbodens durchgeführt, um im Vergleich mit einer bei den Bauarbeiten zurückgestellten Nullprobe Stoffakkumulationen und deren mögliche Eluierbarkeit zu überprüfen. Die Untersuchung der Feststoffproben beinhaltete die Eluierbarkeit von Stoffen mit Wasser (DIN 38414-S4), die Bestimmung des säurelöslichen Stoffanteils (DIN 38414-S7) sowie die Eluierbarkeit von Stoffen bei pH 4 (pHstat-Elutionsversuch). Parallel zu den qualitativen Untersuchungen am MRS wurde auch sowohl durch die Messung von Realereignissen als auch durch Systemversuche, bei denen das System künstlich geflutet wurde, die hydraulische Funktions- und Leistungsfähigkeit zur Verifizierung der Dimensionierung des Systems überprüft.


Ergebnisse und Diskussion

Eine abschließende Bewertung der Regenwasserversickerung an der Kindertagesstätte in Dortmund aus der Sicht des Grundwasserschutzes war nach Ende des ersten Bewilligungszeitraumes noch nicht mög-lich. Während u.a. die im Projektzeitraum vorgesehenen Bodenuntersuchungen (Probenahmen nach 12 und 18 Monaten Betriebszeit) in den Versickerungsbereichen durchgeführt werden konnten, besteht bei den wetterabhängigen Arbeitsprogrammschritten aufgrund der hydrologischen Situation im Untersuchungszeitraum noch ein Defizit. Bedingt durch die besondere hydrologische Situation im Jahr 1995 (Trockenjahr) und speziell im ersten Halbjahr 1996 und des daraus resultierenden unausgeglichenen Bodenwasserhaushaltes war die Probenfrequenz speziell in den Messstellen unterhalb der Rigolensohle zu unterdurchschnittlich. Die im Rahmen dieses Projektes verfolgte Zielsetzung bezüglich einer möglichen Mobilisierung von Schadstoffen im Untergrund des Rigolenkörpers konnte somit auf Grundlage der vorliegenden Datenbasis noch nicht abschließend beantwortet werden und bedarf weitergehender Untersuchungen.
Aufgrund der bislang vorliegenden Untersuchungsergebnisse kann festgehalten werden, dass die Reinigungsleistung der Oberbodenpassage die mit den Niederschlagsabflüssen eingetragene Schmutzfracht ausreichend verringert. Das Sickerwasser weist bereits nach der Passage des Muldenbettes wieder Schwermetallkonzentrationen auf, die in den meisten Fällen unter der Niederschlagsausgangsbelastung liegen. Die Untersuchung von Bodenproben in verschiedenen Tiefenbereichen der einzelnen Mulden hat bestätigt, dass speziell in den obersten 5 cm eine Stoffanreicherung stattfindet. Hier fanden sich insbesondere Akkumulationen des Dachrinnen- und Fallrohrmaterials Zink.
An der Kindertagesstätte wurden zur Beobachtung und Aufzeichnung der hydraulischen Funktionsfähigkeit des Mulden-Rigolen-Systems (MRS) verschiedene Systemversuche durchgeführt. Zur Bestimmung der sich am fertiggestellten MRS einstellenden Systemparameter wurden die kontinuierlichen Aufzeichnungen des Niederschlagsgeschehens und des Rigolenwasserstandes ergänzt durch Systemversuche, bei denen die Mulden-Rigolen-Anlage mit genau definierten Belastungen künstlich beaufschlagt wurde. Die Planung, Durchführung und Auswertung dieser Versuche erfolgte in Zusammenarbeit mit dem Institut für Wasserwirtschaft der Universität Hannover im Rahmen des Projektes Möglichkeiten einer naturnahen Regenwasserbewirtschaftung in Siedlungsgebieten, untersucht und demonstriert am Beispiel der Städte Dortmund und Zwickau (Verbundprojekt BMBF 07SIO09). Die derart ermittelten Natur-Daten wurden nachfolgend zur Nachrechnung der Anlage und zur Kalibrierung und Verifizierung des zur Di-mensionierung verwendeten hydrologischen Simulationsmodells verwandt. Es wurden beispielhaft Sommer- und Herbst-Regenperioden mit gemessenen Niederschlag-Wasserstand-Beziehungen in der Mul-den-Rigolen-Anlage nachgerechnet, und es zeigte sich eine gute Übereinstimmung zwischen den gemessenen und den berechneten Werten. Diese Nachrechnung verschiedener Regenperioden führte auch zu der Erkenntnis, dass offensichtlich ein nicht unerheblicher Abfluss aus der Rigole durch die Bauschutteinlagerungen in den Seitenwänden erfolgt.
Im Winter 1995/96 wurde speziell zum Betriebsverhalten und zur Funktionsfähigkeit bei Bodenfrostverhältnissen ein Systemversuch am MRS durchgeführt. Dieser Versuch unter Bodenfrostbedingungen hat nachgewiesen, dass auch bei dem Lastfall - Regen auf gefrorenem Boden - bzw.: Schneeschmelze - über das in den Versickerungsmulden nutzbare Retentionsvolumen hinaus eine Entleerung der Mulden bzw. unterirdischen Retentionsräume durch Versickerung in den Untergrund stattfindet.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Hütter, U. und Remmler, F. (1996): Storm water infiltration at a site with critical subsoil conditions: investigations of the potential pollution of soil, seepage water and groundwater. In: Proceedings of the 7th In-ternational Conference on Urban Storm Drainage, Hannover, Vol. II, pp. 713 - 718.
Stecker, A. und Remmler, F. (1996): Alternative storm water drainage concept and design - a demonstration object. In: Proceedings of the 7th International Conference on Urban Storm Drainage, Hannover, Vol. II, pp. 1831 - 1836.


Fazit

Die Fragestellung bezüglich der Unbedenklichkeit einer Versickerung von Niederschlagsabflüssen bei kritischen Untergrundverhältnissen konnte anhand der im Projektzeitraum bislang vorliegenden Untersuchungsergebnisse noch nicht abschließend beurteilt werden. Die Untersuchungen des Muldenoberbodens zeigen eine deutliche Anreicherung des im Material der Dachentwässerung enthaltenen Zinks (siehe hierzu die Fortführung der Untersuchungen im Vorhaben AZ 04684/02).