F&E-Projekte zur Abwasserbeseitigung

Am 01.10.2017 startete ein zweijähriges, vom Ministerium für Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen (MULNV) gefördertes Forschungsvorhaben zu wasserwirtschaftlichen Bemessungsmethoden mit dem Titel „Untersuchungen zur Anwendung von instationären Bemessungsansätzen in der wasserwirtschaftlichen Praxis (UnIWa)“. Die beteiligten Projektpartner sind die Hochschule Bochum (Lehrgebiet für Wasserwesen), die Hydrotec Ingenieurgesellschaft für Wasser und Umwelt mbH sowie die wbu consulting Ingenieurgesellschaft mbh.
Das Finanzvolumen des Forschungsprojektes beläuft sich auf rd. 83.500 €. Die Projektleitung erfolgt durch Herrn Prof. Dr.-Ing. Christoph Mudersbach (Lehrgebiet für Wasserwesen, Hochschule Bochum, E-Mail: christoph.mudersbach(at)hs-bochum.de).

Problemstellung

Die wasserwirtschaftliche Bemessungspraxis basiert im Wesentlichen auf der Ermittlung hydrologischer Bemessungsgrößen. Dies können Bemessungsregenereignisse, -abflüsse oder –wasserstände sein. Zur Festlegung der Bemessungswerte bedient man sich der Methodik der Extremwertstatistik. Basierend auf beobachteten oder modellierten Daten (z.B. Regen- oder Abflusszeitreihen) werden mittels Extremwertverteilungsfunktionen Quantile (z.B. 99%-Quantil) berechnet, die dann als Basis für die Festlegung von Bemessungswerten verwendet werden können. Die klassischen Verfahren der Extremwertstatistik, welche sich auch in den einschlägigen Regelwerken wiederfinden, setzen voraus, dass die Daten stationär sind, also keine zeitlichen Änderungen aufweisen.
Es zeigt sich jedoch deutlich, dass hydrologische Zeitreihen kein stationäres Verhalten aufweisen. Als Beispiel kann die Zunahme von Hochwasserereignissen und Starkregenereignissen in den letzten Jahrzehnten genannt werden.

Zielsetzung und Lösungsansatz

Die Zielsetzung des vorliegenden Projektes ist die Entwicklung von nachhaltigen Bemessungsansätzen zum Umgang mit sich ändernden (instationären) Bemessungswerten in der Wasserwirtschaft. Es wird versucht, die vorhandene Lücke zwischen den Regelwerken, welche derzeit instationäre Ansätze ausschließen, und dem wissenschaftlichen Konsens, dass sich Quantilwerte infolge sich ändernder hydrologischer Randbedingungen ändern, zu schließen. Dabei wird angestrebt, auf Basis der Methoden der instationären Extremwertstatistik einen systematischen und standardisierten Ansatz zur Beschreibung von Instationaritäten zu finden, der eine möglichst breite Anwendbarkeit erlaubt. Das vorliegende Projekt fokussiert zunächst ausschließlich auf Niederschlagszeitreihen, da in der nahen Zukunft im Bereich der Siedlungswasserwirtschaft die größten Implikationen aus sich ändernden Niederschlagsereignissen zu erwarten sind.
Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund der notwendigen Anpassung der Infrastruktur an Starkniederschlagsereignisse und der städtebaulichen Konzeption einer „wassersensiblen Stadtentwicklung“ von Bedeutung. Das vorliegende Vorhaben besitzt eine hohe wasserwirtschaftliche Relevanz, da mit den erzielten Ergebnissen insbesondere Analysen und Erkenntnisse zu Niederschlagsereignissen mit Jährlichkeiten im Bereich von 1 bis 5 Jahren gewonnen werden. Diese sind in hohem Maße bemessungsrelevant für die urbanen Entwässerungssysteme. Vor dem Hintergrund zunehmender Starkregenereignisse wird die Notwendigkeit nachhaltiger Bemessungsstrategien für wasserwirtschaftliche Infrastruktursysteme, insbesondere im urbanen Raum, deutlich.