Wasserexkursion 2022

Schlussendlich war dann doch Vieles möglich, was während der Planung noch unsicher war und es gab jede Menge spannende Exkursionsziele:

• Staustufe Iffezheim — größtes Laufwasserkraftwerk Deutschlands,
• Kläranlage Breisgauer Bucht — viertgrößte Kläranlage in Baden-Württemberg,
• Kesslergrube, Perimeter 1 — nachhaltige und vollständige Sanierung einer Altlast direkt am Rhein,
• Hochwasserschutz in Lörrach-Hauingen — Einlaufbauwerk Verdolung und Hochwasserrückhaltebecken,
• Hochwasserschutz in Kandern — Tieferlegung und Verbreiterung des Bachbetts innerhalb der Ortslage,
• Trinkwasseraufbereitung Sipplinger Berg — Trinkwasser für vier Millionen Menschen,
• Kläranlage Deißlingen — Bau der vierten Reinigungsstufe für Gewässer ohne Spurenstoffe.

Die nichtfachlichen Ziele und Punkte der Exkursion finden sich im Fazit sowie dem Dankeschön!

18 Studierende des Bauingenieurwesens an der HFT Stuttgart nahmen unter Leitung der Professoren Michael Bach und Peter Baumann an der dreitägigen Exkursion vom 23. bis zum 25. Mai zu den insgesamt sieben Projekten der Siedlungs­wasser­wirtschaft und des Wasserbaus teil. Die nachfolgenden Berichte zu den einzelnen Stationen wurde von den Studierenden erstellt.

Mit seinen vier älteren und einer neuen fünften Turbine liefert das Kraftwerk Iffezheim theoretisch ca. 146 MW, der bisher erreichte Maximalwert betrug 139 MW. Diese erbrachte Leistung ist durchschnittlich an 66 Tagen im Jahr erzielt worden, Grund dafür sind die schwankenden Wasserstände des Rheins. Mit einem mittleren Durchfluss von ca. 550 m³/s können täglich große Mengen an Wasser durch die Turbinen geschickt werden.

Fließt mehr Wasser im Rhein, als zur Energiegewinnung genutzt werden kann, muss das überschüssige Wasser über eine Wehranlage auf französischer Seite abgeleitet werden. Das Kraftwerk Iffezheim ist verpflichtet, den Ober­wasser­stand dauerhaft auf exakt 123,60 mNN zu halten, da sonst die Schifffahrt negativ beeinträchtigt wird. Entsprechend besitzt die Staustufe Iffezheim keine Möglichkeit, abfließendes Rheinwasser zu speichern und ist nicht in das Hochwassermanagement des Rheins eingebunden.

Die neue Turbine 5 ging 2013 an das Netz. Sie besitzt einen Wirkungsgrad von 95 % und dreht mit 83 Umdreh­ungen pro Minute etwas langsamer als die anderen Turbinen. Durch ihre größeren Laufräder mit einem Durch­messer von 6,80 m können ca. 39 MW über eine Fallhöhe von 9,50 m erzeugt werden. Auf die Wartungstüre zur Turbinenkammer wirken daher über 10 bar Wasserdruck. Unser Tourguide der EnBW fasste es so zusammen:

Da die Turbinen empfindlich auf Fremdkörper reagieren, befindet sich im Zulauf ein Rechen aus senkrecht angeordneten Stahlstäben im Abstand von ca. 18 cm, um schädliches Treibgut am Eindringen in die Turbinen zu hindern. So werden jährlich bis zu 3.000 m³ Müll abgefangen, anschließend sortiert und entsorgt.

Natürlich ist ein Bauwerk mit solchen Ausmaßen wie in Iffezheim ein unüberwindbares Hindernis für die Wasserlebewesen des Rheins, weshalb eine Fischtreppe neben dem Kraftwerk gebaut wurde, um den Aufstieg der Lebewesen zu ermöglichen.

Damit die Fische den Einstieg zur Treppe finden, wird eine Lockströmung verwendet, welche die natürlichen Instinkte der Wasserlebewesen anspricht. Rheinabwärts schwimmen die Lebewesen entweder über die Fischtreppe, die Schleuse oder direkt durch die Turbinen.

Bericht: D. Jung, C. Kocher, M. Steuer

Rund um die Uhr wird in der Kläranlage „Breisgauer Bucht“ anfallendes Abwasser behandelt, unaufhörlich fließt es mit all seinen Bestandteilen der Kläranlage zu. Genaueste Planung, engagierte Mitarbeiter im Schichtbetrieb und eine modern ausgebaute Kläranlage ermöglichen den reibungslosen Ablauf der Abwasserentsorgung — zum Schutz der Umwelt und der Bevölkerung!

Hierfür befindet sich das Abwasser etwa 20 Stunden innerhalb der Anlage und durchläuft die unterschiedlichen Stufen der Abwasserbehandlung. Beginnend beim Zulauf, wird das Abwasser zunächst mechanisch gereinigt. Dazu wird es über das Rohwasserpumpwerk der Rechenanlage, dann dem Sand- und Fettfang und anschließend dem Vorklärbecken zugeführt. Nachdem die mechanische Reinigung abgeschlossen ist, findet im Belebungs- und Nachklärbecken die biologische Reinigung statt.

Das Besondere an dieser Kläranlage ist die Flockungsfiltration, die an das Nachklärbecken anschließt. Wo bei anderen Kläranlagen das gereinigte Abwasser in das Gewässer geführt wird, geht es hier noch weiter. Das Abwasser wird  nochmals mechanisch über einen Sandfilter gereinigt und das Spülwasser wird  zurück in die Vorklärung geführt. Abschließend wird das Wasser über den Leopoldskanal dem Rhein zugeführt. Die Klärschlammbehandlung, Gasverwertung sowie das Labor runden die gesamte Anlage ab.

Die geplante Erweiterung um 50 % des Beckenvolumens findet aktuell mit dem Optimierungsbetrieb ihren Abschluss. Damit ist die biologische Reinigung um zwei Nachklärbecken, einem zweistraßigen Belebungsbecken und einem Pumpwerk erweitert worden. Die Planung einer vierten Reinigungsstufe steht noch aus.

Insgesamt ist zu einem Besuch der Kläranlage „Breisgauer Bucht“ geraten. Schonungslos wird ein Einblick gewährt, den wohl jeder einmal nötig hätte. Einmal zu sehen, was alles im Abwasser, und somit schlussendlich auch in der Kläranlage, landet, lässt den einen oder anderen gewiss erschrocken auf die bisherige Nutzung der Toilette zurückblicken. Ebenso wächst die Achtung vor der in Kläranlagen geleisteten Arbeit, insbesondere in der Kläranlage „Breisgauer Bucht“.

Bericht: A. Bieger, T. Dobler, V. Vogt

Um der eigenen Firmenphilosophie nachzukommen und um ihrer Verantwortung gegenüber Anwohnern und der Natur gerecht zu werden, beschloss Roche 2012, die Altablagerungen komplett auf eigene Kosten zu entfernen, um so einer Gefahr der möglichen Kontamination des angrenzenden Rheins zuvorzukommen.

Konkret geht es um eine Fläche von 14.000 m², die auf bis zu 13 m Tiefe abgetragen werden muss und anschließend wieder verfüllt wird. Insgesamt müssen ca. 182.000 m³ Material bewegt werden, was eine heraus­fordernde Logistik mit sich bringt, inklusive eigenem Schiffsanleger, Shuttleschiff und vielen Zügen mit containerweisem kontaminiertem Material.

Die Baugrubenerschließung erfolgte durch überschnitten Bohrpfahlwände, die mit Erdankern gestützt sind. Auf die Pfähle wurde ein Betongurt betoniert, auf dem eine Stahlhalle ruht. Diese spannt über die komplette Aushub­fläche. Ein aufwendiges Luft- und Wasserreinigungssystem wird eingesetzt. Im Bereich der Aushubarbeiten wird dauerhaft ein Luftunterdruck erzeugt, damit die kontaminierten Stäube nicht in die Umwelt gelangen. Die Baumaschinen wurden mit einer Umluft-unabhängigen Luftversorgung nachgerüstet, auch die Mitarbeiter mussten außerhalb der Maschinen einen Anzug mit Atemluftversorgung tragen. Zwischen außen und innen ist deshalb auch ein aufwendiges Schleusensystem für Mensch, Gerät und Materialcontainer eingerichtet.

Um die thermische Entsorgung der Chemieabfälle möglichst effizient und kostengerecht durchführen zu können, wurde das komplette Feld in 10x10 Meter Raster eingemessen und beprobt. Mit diesen Daten wurden die Abtragungsschichten genau klassifiziert und konnten so je nach Belastungsgrad abgeführt werden. Um bei der Ausgrabung möglichst genau zu arbeiten, wurden die Baugeräte vernetzt und mit der digitalen Unterstützung für den Baumaschinenführer konnte auch nur das ausgewählte Raster abgetragen werden. Zusätzlich wurde das Baufeld regelmäßig mit 3D-Laserscanning aufgemessen und mit dem Soll-Wert verglichen.

Anschließend wird die Grube mit sauberem Bodenmaterial aufgefüllt und verdichtet. Die weitere Nutzung als Industriegebiet ist in Planung.

Bericht: S. Brukner, K. Stöcker, R. Ulmschneider

Der kritische Punkt war die Überführung des offen im natürlichen Gewässerbett verlaufenden Bachs in ein unter den Straßen hindurchführendes Kanalbauwerk (Verdolung).

In einer ersten Optimierungsmaßnahme wurde die Form des Rechens am Einlauf in den Kanal angepasst. Für den Fall einer Verstopfung des Einlaufs durch angeschwemmtes Material wurde zusätzlich ein Bypass errichtet, um den Wassermengen weiterhin eine Abflussmöglichkeit zu bieten.

Da auch der alte Rechen rechnerisch auf ein Hochwasserereignis von HQ₁₀₀ bemessen war, aber schon bei HQ₂₀ überfordert war, sollte der Unsicherheit einer erneuten Verlegung mit Überflutungsfolge zusätzlich durch einen auf 4,8 m³/s gedrosselten Abfluss begegnet werden.

Für die dafür nötige Zwischenspeicherung wurde als zweite Maßnahme flussaufwärts ein Hoch­wasser­rück­halte­becken (HWRB) als „grünes Becken“ errichtet. Hierfür wurden aus einer ungenutzten Wiesenfläche 500 m³ Erd­material ausgehoben und zum Teil zur Aufschüttung eines ringsum verlaufenden Dammbauwerks verwendet. Die Überflutungsfläche kann ein Wasservolumen von 11.700 m³ aufnehmen.

Nach Erfassung eines Wasserspiegelanstiegs im Bach durch eine Messsonde, wird ein Schieber geschlossen, welcher den Abfluss im natürlichen Gewässerbett unterbindet und das Wasser dem HWRB zuführt. Aus diesem erfolgt in einem separaten Bauwerk der eingestellte Drosselabfluss in das Gewässer, das die benannten 4,8 m³/s problemlos abführen kann. Falls das gesamte Volumen des HWRB ausgenutzt wird, existiert zusätzlich eine Entlastungsschwelle, bei welcher mit einem Notüberlauf über eine Länge von ca. 20 m eine gleichmäßige Entlastung gewährleistet wird. Ein Testlauf oder ein Aufstau durch ein natürliches Hochwasserereignis bis HQ₁₀₀ fand bisher noch nicht statt.

Das Exkursionsziel eignete sich aufgrund seiner uneingeschränkten Begehbarkeit sehr gut, um den Studierenden in sehr anschaulicher Form die einzelnen Komponenten und Funktionsweise eines HWRB näherzubringen. Vielen Dank für den Einblick!

Bericht: P. Neuberger, P. Sautter

Bemessungsgrundlage für die Planung war ein Hochwasser, das statistisch einmal in 100 Jahren vorkommt (HQ₁₀₀). Der mittlere Abfluss beträgt 0,81 m³/s, bei einem hundertjährigen Hochwasser steigt die Durchfluss­menge bis auf 49,1 m³/s an. Um diese Wassermassen schadlos abzuführen, wurde die Kandern im Verlauf des alten Bachbetts auf einer Länge von 250 Metern um 3 Meter verbreitert und um einen Meter abgesenkt. Weiter unterhalb wurde das Flussbett auf 150 Metern ebenfalls auf 3 Meter verbreitert.

Für die Verbreiterung wurden 300 überschnittene Bohrpfähle gesetzt und auf 100 m laufende Unterfangungen und Rückverankerung von Gebäuden realisiert. Im Zuge der Verbreiterungen wurden zudem fünf Brücken neu errichtet.  Die beengten Platzverhältnisse im innerörtlichen Bereich stellten während der Bauarbeiten eine besondere Herausforderung an Planer und Maschinenführer.

Die Baukosten für alle Maßnahmen betrugen 6,5 Mio. € wovon 82 % durch Fördermittel der EU und des Landes gedeckt wurden. Ein spannender zweiter Tag mit großartigen Eindrücken geht zu Ende.

Bericht: F. Hänel, L.Ray

Um eine gleichbleibende Wassertemperatur von ca. 5 °C zu gewährleisten, wurde entschieden, die Entnahmestelle des Wassers auf etwa 65 Meter Tiefe abzusenken. Von dort aus werden mithilfe von sechs Pumpen ca. 4100 l/s auf den Sipplinger Berg befördert. Im sogenannten Quellbecken tritt das Wasser erstmals ans Tageslicht, bereits hier entspricht es — auch ungefiltert — schon den strengen Vorgaben der deutschen Trinkwasserverordnung.

Um aus Seewasser bestes Trinkwasser zu gewinnen, wurde im ersten Schritt ein Mikrosiebverfahren installiert, in dem kleinste Algen und Schwebstoffe entfernt werden. Im zweiten Schritt wird durch Zugabe von Ozon das Wasser entkeimt und letzte Mikroorganismen werden abgetötet. Abschließend wird durch Mehrschichtfilter bei geringer Zugabe von Eisensalz das Wasser vollständig von Trübstoffen befreit.

Nun macht sich das Wasser auf seine Reise bis in den Norden Badens. Auf dem 1.700 km langen Gesamtnetz durchquert es Leitungen mit einem Durchmesser von bis zu 2,25 m und legt die größte Distanz in circa sieben Tagen zurück. Siebzehn Pumpwerke sorgen im Netz für ausreichend Druck und befördern das Wasser zu höher gelegenen Städten und Gemeinden. Ein Großteil des Wassers wird im Freispiegel transportiert und kommt so in die Hochbehälter, aus denen die Verteilung an die Haushalte erfolgt.

Bericht: D. Rudolf. M. Ristl, T. Völker

Die Kläranlage wird daher aktuell um eine vierte Reinigungsstufe erweitert. Nach der bestehenden, biologischen Abwasserreinigung werden zukünftig aus dem geklärten Abwasser durch Adsorption im Abwasser enthaltene Mikroschadstoffe mit granulierter Aktivkohle (GAK) eliminiert. Außerdem wird hierbei auch die Phosphatfällung an die zukünftigen Anforderungen angepasst.

Die sieben Filterkammern des GAK-Absorbers werden durch eine innovative Messtechnik und dazugehörige Motorschieber gleichmäßig mit ca. 140 l/s durchströmt. In regelmäßigen Abständen wird die Aktivkohle rückgespült und letztendlich alle zwei Jahre erneuert. Hierbei kann auch auf thermische Verfahren zurückgegriffen werden, um die Aktivkohle zu reaktivieren und wiederzuverwenden.

Besonders hervorzuheben an der Anlage ist, dass infolge der günstigen topografischen Bedingungen die Durchströmung im freien Gefälle erfolgt und keine zusätzliche Hebeanlage notwendig ist. Insgesamt soll die Anlage circa 6 Millionen Euro teuer werden und schon Ende 2022 fertiggestellt sein.

Bericht: A. Hugo, A. Pasic

Auch neben dem fachlichen Input hat alles gepasst! Es hat nur geregnet, wenn wir im Bus saßen oder anderweitig im Trockenen waren (so, wie sich das für eine Exkursion cooler Wasseringenieure gehört ;-) Und wir hatten ein beeindruckend motivierte Gruppe an Studierenden dabei! Sonst muss man als Professor meist ein paar Fragen „aus dem Ärmel schütteln“, damit nach einem Vortrag nicht absolute Stille ist. Dieses Mal war es eher schwierig, die eigenen Fragen loszuwerden, weil mit so viel Interesse von den Studierenden gefragt wurde.

Selbstverständlich gab es auch Gelegenheit für den persönlichen Austausch — sowohl zwischen den Studierenden (von Semester 1 bis Semester 6) als auch zwischen den Studierenden und den Professoren. Spannende Gespräche und Lebensgeschichten am Abendessen. Plaudereien aus dem Nähkästchen. Aber auch ganz viele Einblicke in die jeweilige Lebenssituation. Nach drei Semester grauer Video-Kästchen war das eine absolute Bereicherung für alle Seiten!

Zunächst also ein ganz herzliches Dankeschön an alle unsere Gastgeber, die uns spannende Ziele zugänglich gemacht haben und auf alle Fragen qualifizierte Antworten gewusst haben:

• Dem Tourguide der EnBW im Rheinkraftwerk Iffezheim,
• Frau U. Bannwarth vom Abwasserzweckverband Breisgauer Bucht,
• Herrn M. Ettner & Herrn U. Wilke von der Roche Pharma AG sowie Herrn B. Maier und Herrn M. Mumbach von der HPC AG auf der Kesslergrube,
• Herrn Thomas Krämer und Herrn J. Baryla von der BIT Ingenieure AG,
• Herrn W. Schadwinkel von der UNGER ingenieure Ingenieurgesellschaft mbH,
• Frau S. Busjahn vom Zweckverband Bodensee-Wasserversorgung,
• Frau D. Schmerer und Herrn T. Fink von der Weber-Ingenieure GmbH.

Damit der Exkursionbeitrag für die Studierenden halbwegs im Rahmen bleibt, hat die LEONHARD WEISS GmbH & Co. KG  — wie schon in vielen anderen Jahren — alle diesjährigen Exkursionen der Bauingenieure an der HFT Stuttgart mit einem Zuschuss unterstützt!

Ein ganz herzliches Dankeschön geht auch an das Bauingenieur-Team, dort werkeln kleine Feen das ganze Jahre im Hintergrund — und haben auch für diese Exkursion einiges „gezaubert“! Vielen Dank an

• Frau I. D‘ Ottavio,
• Frau E. Tezcan und
• Frau K. Spaccavento!

Auch für die Live-Berichterstattung von der Exkursion!

Auch die Unterkunft stand ganz im Zeichen des Wassers, wir nächtigten im Heimathafen in Lörrach! Danke an das ganze Team des Heimathafens für das nette Einchecken und den hervorragenden Frühstücksservice!

Last — but not least: Danke an Frau Trinkhaus von der Süsser Reisen & Transport GmbH für hervorragende Fahrdienste!