Berne mit NASIM hydrodynamisch modelliert

Vorbereitung auf ökologische Umgestaltungen im Emschersystem

Im Rahmen des Projekts Emscherumbau wird ab 2019 die ökologische Verbesserung der Berne beginnen. Abwasser und Reinwasser fließen dann in voneinander getrennten Systemen und die heute geradlinig ausgebauten offenen Gewässerabschnitte werden in naturnahe Fließgewässer umgestaltet. Zur Begleitung der Planungen erstellte Hydrotec hydrologische Modellierungen mit einem integrierten hydrodynamischen Rechenkern, um das komplexe System adäquat abzubilden. Die Simulationen dienen zur Überprüfung des Hochwasserschutzes, insbesondere der Analyse von Rückstaueffekten von der Emscher in die Berne und von der Berne in ihre Nebenläufe. Zusätzlich sollte die Retentionswirkung des umgestalteten Gewässers ermittelt werden.

Berne mit NASIM hydrodynamisch modelliert

Die Berne ist ein linker Nebenfluss der Emscher mit einer Fließlänge von ca. 9 km. Sie entspringt im Essener Süden und unterquert verrohrt die Essener Innenstadt. Danach fließt sie als offener Schmutzwasserlauf weiter und mündet in Bottrop in die Emscher.

Mit ihren vielen Einleitungen, Durchlässen, Verrohrungen, Rückhaltesystemen, etc. bildet die Berne ein komplexes System, in dem instationäre Fließvorgänge auftreten können.

Im Auftrag der Emschergenossenschaft wurden die Berne und ihr Hauptzufluss, der Borbecker Mühlenbach, in NASIM hydrodynamisch abgebildet. Dabei wurde u. a. die Retentionswirkung der umgebauten Gewässerstrecken für verschiedene Abflüsse (HQ1 bis HQ100) detailliert untersucht.

Ausschnitt des NASIM-Systemplans mit hydrodynamischen Bereichen (rot umrandet) und den untersuchten Systemelementen (gelb markiert).

Hydrologische Modellierung der Retention

NASIM beinhaltet seit Version 4.5 die hydrodynamische Berechnungskomponente „HDR“ (hydrodynamischer Rechenkern), die zur Modellierung entsprechender Abflussverhältnisse eingesetzt werden kann. Dadurch lässt sich der hydraulische Einfluss der Gewässergeometrie (Einengung, Aufweitungen) und der im Hauptlauf befindlichen Bauwerke (Durchlässe, Brücken, Drosselbauwerke) berücksichtigen und quantifizieren. Weiterhin werden auch die Rückstaueffekte von der Emschermündung und vom vorgelagerten Düker des Rhein-Herne-Kanals und deren Auswirkungen erfasst.

Die N-A-Modellierung mit hydrodynamischer Modellierung von bestimmten Systemelementen erhöht die Planungssicherheit, liefert Vorgaben für den Betrieb und ermöglicht ggf. Optimierungen des Systems.

Berechnete Abflussganglinien zum Gerinne-Element „BER14“. Mit der hydrodynamischen Berechnungsmethode (blau) ist NASIM in der Lage, den auftretenden Rückstau einschließlich Fließumkehr im Gerinne abzubilden.

Besseres Verständnis der Abflussprozesse

Um verschiedene Belastungsfälle zu untersuchen, wurden sowohl eine Langzeitsimulation mit Stationsniederschlag als auch eine Ereignissimulation mit Modellregen durchgeführt.

Die berechneten Abflussergebnisse der Hauptläufe Berne und Borbecker Mühlenbach wurden mit den der Emschergenossenschaft vorliegenden Ergebnissen verglichen und bewertet. Die Simulationen führen zu einem besseren Verständnis der Abflussprozesse und tragen zu einer größeren Betriebssicherheit bei.

Dipl.-Ing. Johannes Rohde, Dipl.-Ing. Heike Schröder