Untersuchung zur Auswirkung einer Frischwasserentnahme auf die Wasserspiegellage in den Sieltiefen des Rheiderlandes mithilfe von 2D-Simulationen

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Untersuchung zur Auswirkung einer Frischwasserentnahme auf die Wasserspiegellage in den Sieltiefen des Rheiderlandes mithilfe von 2D-Simulationen

Problemstellung, Aufgabe, Zielsetzung

Die E.ON Gas Storage GmbH (EGS) plant im Rahmen der Errichtung eines Kavernenspeichers in Jemgum, Frischwasser aus dem Großsoltborger Sieltief im Rheiderland zu entnehmen, da eine Frischwasserentnahme aus der nahegelegenen Ems aufgrund des hohen Feinsedimentanteils einen starken Pumpenverschleiß verursachen würde.

Eine Vorstudie hatte gezeigt, dass das Wasserdargebot aus dem Einzugsgebiet des Großsoltborger Sieltiefs nicht ausreicht, eine kontinuierliche Entnahme der benötigten 1.800 m³/h sicherzustellen. In dieser Studie wurde überprüft, in welchem Umfang Frischwasser aus dem Großsoltborger Sieltief entnommen werden kann und wie sich eine Entnahme auf die Wasserspiegellage auswirkt.

Auftraggeber, Projektlaufzeit

Auftraggeber: E.ON Engineering GmbH

Projektbeginn: September 2008

Projektende: Dezember 2009

Projektgebiet

Das Projektgebiet liegt im Rheiderland, dem Mündungsbereich der Ems in den Dollart.
Da die Gewässer alle miteinander verbunden sind, umfasst das Projektgebiet eine Gesamteinzugsgebietsfläche von ca. 200 km². Das Einzugsgebiet des Großsoltborger Sieltiefs beträgt ca. 46 km².

Das gesamte Einzugsgebiet befindet sich in Polderlage, d.h. die Ems liegt mit ihrem Wasserstand zeitweise über der Geländehöhe des Untersuchungsgebietes. Das Gebiet hat dadurch keine natürliche Entwässerung. Die Mündungen der Sieltiefen in die Ems sind alle durch Absperrwerke gesteuert. Die Siele werden nur bei Niedrigwasserstand der Ems geöffnet. Da diese tidebeeinflusst ist, ist das nur zu bestimmten Zeiten (bei Ebbe) möglich. Falls bei zu hohem Wasserstand in der Ems eine Entwässerung des Binnenlandes notwendig ist, erfolgt das über zusätzlich zu den Sielbauwerken installierte Schöpfwerke.

Bearbeitung und Methoden

Während eines Schöpfvorgangs kann die Fließrichtung im Gewässer aufgrund der Wasserspiegelabsenkung in einem angrenzenden Einzugsgebiet umgekehrt werden. Die anstehenden hydraulischen Berechnungen erfordern die Verwendung eines Rechenmodells, das die Änderung der Wasserspiegellage infolge Pumpbetrieb rechnerisch erfassen kann. Die Anwendung eines stationär-ungleichförmigen Standardprogramms zur Berechnung von Wasserspiegellagen erfüllt diese Forderung nicht.

Die hydraulischen Berechnungen wurden mit dem 2D-Strömungsmodell HYDRO_AS-2D (Nujić, 2003) durchgeführt. Das numerische Verfahren basiert auf der diskreten Lösung der 2D-tiefengemittelten Strömungsgleichungen, auch als Flachwassergleichung bekannt, mit dem Finite-Volumen Ansatz. Mit dem Modell werden Wasserstände, Fließgeschwindigkeiten und Fließrichtung flächig berechnet.

Das Wasserdargebot wurde über Abflussspende und Größe der Teileinzugsgebiete berechnet. Die saisonalen, monatlichen Schwankungen des Frischwasserdargebots machten es erforderlich, die Gesamtsituation in einzelne Zustände zu unterteilen.

  • Zustand 0: Der Zufluss ins Großsoltborger Sieltief ist größer als die Frischwasserentnahme
  • Zustand 1: Der Zufluss ins Großsoltborger Sieltief ist kleiner als die Frischwasserentnahme
  • Zustand 2: Der Zufluss aus dem gesamten Untersuchungsgebiet ist kleiner als die Frischwasserentnahme

Für alle drei Zustände wurden Berechnungsläufe mit und ohne Entnahme durchgeführt, um die Auswirkungen der Absenkung der Wasserspiegellage durch die Frischwasserentnahme in Zentimeter pro Tag ausdrücken zu können.

Berechnungsergebnisse und Fazit

Durch die Berechnungsergebnisse konnte der Einflussbereich der Frischwasserentnahme sehr gut abgegrenzt werden. Es wurde deutlich, dass das nördliche Einzugsgebiet ohne technische Maßnahmen nicht zum Wasserdargebot herangezogen werden kann.

Die Berechnungen dieser Untersuchung haben gezeigt, dass die benötigte Frischwasserentnahme aus dem Großsoltborger Sieltief in den Zeiträumen höherer Zuflüsse (Oktober bis März) lediglich dazu führen wird, dass weniger Wasser über das Schöpfwerk Großsoltborg in die Ems gehoben werden muss. In Zeiträumen kleinerer Zuflüsse (April bis September) muss die Entnahme entsprechend des Zuflusses zum Großsoltborger Sieltief reduziert werden, um eine Absenkung des Wasserspiegels zu vermeiden.

Für den Fall, dass eine Reduzierung der Frischwasserentnahme betriebstechnisch nicht gewünscht ist und die erforderliche Entnahmemenge den Zufluss zum Großsoltborger Sieltief übersteigt, könnte, durch eine zusätzliche Entnahmestelle an der Ems, aus dieser das benötigte Frischwasser entnommen werden.

Ansprechpartner

  • beim Auftraggeber: E.ON Engineering GmbH, Gelsenkirchen, Herr Martin Höhner, Herr Jörg Haesters
  • bei Hydrotec: Dipl.-Ing. Heike Schröder
Veröffentlicht am 08.08.2011