Potenzielle Überflutungsgebiete

Ermittlung mit 2D-Strömungsmodellierung

Bei den durchgeführten Simulationen handelt es sich um Berechnungen, welche die Geländesituation angenähert wiedergeben. Die Geländestruktur wurde aus dem 10 x 10 m-DGM der EMSCHERGENOSSENSCHAFT abgeleitet. Gebäude sowie mögliche unterirdische Transportwege (große Sammler, U-Bahnen, Schächte etc.) wurden soweit wie möglich ermittelt, in ihren möglichen Folgen für die Strömungsvorgänge aber nicht explizit berücksichtigt. Weitere Annahmen und Vereinfachungen werden in den folgenden Abschnitten aufgeführt.

Ermittlung der Einlaufwelle

Als Grundlage für die Ermittlung der einlaufenden Hochwasserwellen in die jeweiligen Polderflächen wurden die Abflussganglinien des jeweils nächstgelegenen Pegels für das Hochwasserereignis von Januar 1995 verwendet. Aus diesem Ereignis, das mit einer Jährlichkeit von etwa Tn = 25 einzuordnen ist, wird über das Verhältnis der Scheitelabflüsse eine fiktive Hochwasserwelle für das HW100, HW200 bzw. das HWextrem ermittelt

Netzgenerierung

Bei einer durchschnittlichen Elementgröße mit 25 m Seitenlänge und einem DGM mit einer Rasterweite von 10 x 10 m sind insbesondere in hydraulisch kritischen Bereichen keine genauen Aussagen zu erwarten. Deshalb wurde eine Gebietsbegehung durchgeführt, bei der diese Bereiche (i. W. Verengungen und Durchlässe) in Augenschein genommen wurden. Die Geländehöhen im Simulationsmodell wurden so angepasst, dass diese Verengungen und Durchlässe näherungsweise abgebildet wurden. Allerdings sind viele kleinere Bahnstrecken und Straßen in Hochlage nicht im DGM, welches die Basis für die Erzeugung des Berechnungsnetzes darstellt, abgebildet.

Auch die Gewässerbetten von Alter und Kleiner Emscher wurden stellenweise überarbeitet, um einen durchgängigen Abfluss zu gewährleisten.

Sektoren und terrestrische Kontrolle (Points of Interest)

Zur Vereinfachung der Beschreibung der Fließvorgänge in den potenziellen Überflutungsgebieten wurden die einzelnen Untersuchungsgebiete in Sektoren unterteilt. Diese werden mit einem Buchstaben („B“ für Boye, „E“ für Alte/Kleine Emscher, „K“ für Karnap, „S“ für Schalke) sowie mit einem Index bezeichnet. Die Indizes geben i. d. R. die Reihenfolge der Durchströmung der einzelnen Sektoren an. Die Begrenzung der Sektoren orientiert sich an den Geländegegebenheiten (vgl. Karten "Potenzielle Überflutungsgebiete/Szenario Deichversagen“).

Für jeden Sektor werden die maximalen Einstautiefen für das HW100 und das HW200 angegeben. Dabei werden keine Tiefpunkte berücksichtigt, die in eingestauten Gewässern oder dem Rhein-Herne-Kanal oder Bereichen liegen, in denen das Geländemodell vermutlich Fehler aufweist.

In jedem Untersuchungsgebiet wurden hydraulisch wichtige Punkte (Points of Interest) identifiziert (Durchlässe, Brücken etc.), die bei Begehungen terrestrisch kontrolliert wurden. Bezeichnet werden die Punkte mit dem Buchstaben „P“ sowie der Kennung für das Teilgebiet und einer fortlaufenden Nummer. Die terrestrisch kontrollierten Punkte werden auf den Karten "Potenzielle Überflutungsgebiete/Szenario Deichversagen“ dargestellt.

Deichversagensstellen

Für jede Polderfläche wurden verschiedene mögliche Deichversagensstellen untersucht. Die jeweils kritischste – mit dem tiefsten Geländepunkt hinter dem Deich – wurde als Einlaufstelle für das Strömungsmodell ausgewählt.

Randbedingungen

In allen untersuchten Gebieten können drei Arten von Randbedingungen unterschieden werden:

  • Einlaufrand der Emscher: hier wird die für die jeweilige Polderfläche ermittelte Hochwasserwelle als Ganglinie in das Untersuchungsgebiet eingeleitet
  • Gebietsrand mit zusätzlicher Randbedingung: an diesen Rändern wird über eine Wasserspiegel-Abfluss-Beziehung (W/Q-Beziehung) eine zusätzliche Randbedingung vorgegeben. Diese Randbedingung wird angesetzt:

    • am Rhein-Herne-Kanal, wenn Wasser über den Kanal das Untersuchungsgebiet verlässt,
    • dort wo Pumpwerke berücksichtigt werden müssen, die Wasser aus der Polderfläche befördern,
    • am Auslaufrand der Emscher, an dem ein Teil des Abflusses in Abhängigkeit von der Einströmsituation in den Polder in der Emscher weitergeleitet wird (die
      W/Q-Beziehung wird durch die vorliegende Hydraulik der Emscher vorgegeben).

  • Gebietsrand: alle anderen Gebietsränder werden als geschlossene Grenzen definiert, die nicht durchströmt werden (slip-velocity-Randbedingung).

Rauheiten

Das Programmsystem Hydro_AS-2D benötigt zur Berechnung eine Definition der Rauheit des Untergrunds nach Manning/Strickler.

Im gesamten Untersuchungsgebiet wird eine einheitliche Rauheit definiert. Dieser Wert wurde rau gewählt (kst = 25 m1/3/s), um auch den Einfluss von Bewuchs, Kraftfahrzeugen, Gebäuden etc. zu berücksichtigen.

Berücksichtigung von Pumpwerken

Für alle untersuchten Bereiche wurden Vergleichsrechnungen durchgeführt, bei denen die Pumpwerke nicht, teilweise oder vollständig angesetzt wurden. Die Berechnungen, bei denen die Pumpwerke nicht angesetzt wurden, lieferten naturgemäß größere Überflutungsflächen als die Berechnungen, bei denen die Pumpwerke abgebildet wurden.

Es lagen keine detaillierten Aussagen zu den einzelnen Pumpwerken hinsichtlich zulässiger Einstauhöhe und Ausfallsverhalten vor. Nach Absprache mit der EMSCHERGENOSSENSCHAFT wurden die Pumpwerke wie folgt berücksichtigt:

  • Pumpwerke, die im Bereich der angenommenen Deichversagensstelle liegen oder so hoch eingestaut sind, dass sie in jedem Fall ausfallen, werden nicht berücksichtigt
  • Pumpwerke, die eine sehr geringe Förderleistung haben, werden nicht berücksichtigt
  • Pumpwerke, die in einer Polderfläche liegen, und die das Wasser aus dem Untersuchungsgebiet hinausfördern, werden in Abhängigkeit des Wasserstands mit ihrer maximalen Leistungsfähigkeit berücksichtigt.
  • Bei Pumpwerken, die in einer Polderfläche liegen, die das Wasser jedoch ganz oder teilweise innerhalb des Polders weiterleiten, wird nur der Anteil berücksichtigt, der aus dem Gebiet hinausgefördert wird.
  • Pumpwerke, die in einer Polderfläche liegen, die jedoch in Vorfluter fördern, die das Wasser wieder zur Deichversagensstelle befördern, werden nicht berücksichtigt.
  • Pumpwerke, die nicht in einer Polderfläche liegen, deren angeschlossene Fläche jedoch teilweise überflutet wird, werden entsprechend des Anteils des überfluteten Gebietes am Einzugsgebiet berücksichtigt.
  • Pumpwerke, die nicht in einer Polderfläche liegen und deren Einzugsgebiet nicht überströmt wird, werden nicht berücksichtigt.
  • Pumpwerke können in Hydro_AS-2D nicht direkt abgebildet werden. Die Berücksichtigung wird deswegen folgendermaßen gewährleistet:

In den Bereichen um die Pumpenstandorte wurde das FE-Netz verfeinert und höhenmäßig angepasst (die genaue Höhe der Pumpwerke ist im DGM meist nicht abgebildet). Am Pumpenstandort selbst wurde im FE-Netz ein Element entfernt, sodass eine Auslaufrandbedingung angegeben werden kann. Diese wird als Wasserstands-/Abflussbeziehung (W/Q-Beziehung) entsprechend den Vorgaben des Programmherstellers in die Simulationen integriert.

Berechnung Extremereignis

Aus den Ausführungen zum Extremereignis ergeben sich vier verschiedene Szenarien, von denen die Fälle HWextrem und HWextrem_üs im Kapitel „Potenzielle Überflutungsgebiete beim Extremereignis“ beschrieben werden.

Potenzielles Überflutungsgebiet Herne Nord/Schalke

Übersicht über die Lage des potenziellen Überflutungsgebietes Herne Nord/Schalke

Ermittlung der Volumina

Bezugspegel: Pegel Buer Sutum, ca. km 30,8
Referenzhochwasser: Januar 1995 mit einem Scheitelabfluss
von 192,88 m3/s am 30.01.95 um 3.31 Uhr
Abfluss Versagenstelle: QHWx(t=y)= Faktor-HWx * QHW1995(t=y)
mit Faktor-HWx=Scheitelwert HWx/
Scheitelwert HW1995
Deichversagensszenario HW100 -
Abflussscheitel an der
Deichversagensstelle:
202 m3/s
Berechnungszeitraum 2D-Modell: 60 h
Volumen der Zulaufwelle: 14,5 Mio. m3
Deichversagensszenario HW200 -
Abflussscheitel an der
Deichversagensstelle:
221 m3/s
Berechnungszeitraum 2D-Modell: 60 h
Volumen der Zulaufwelle: 14,5 Mio. m3

Simulationsvoraussetzungen

Deichversagenstelle Station 32 + 300 Deichversagenstelle:

Station 32+300 Linkes Ufer, unterhalb L 644 Breite Einlaufstelle ca. 100 m (Profil 3220600 und 3234200) Tiefster Sohlpunkt hinter Deich: 34,26 m ü. NN

Die folgende Tabelle gibt die Simulationsparameter für das potenzielle Überflutungsgebiet Herne Nord/Schalke an. Die Zulauf- und Ablaufmengen gelten für das HW200.

Simulationsparameter Größe/Anzahl
Netz 25275 Elemente
Simulationszeit 60 Stunden
Deichversagensstelle km 32,300
Breite der Deichversagensstelle ca. 100 m
Maximaler Zufluss in den Polder 221 m³/s
Volumen Zufluss aus der Emscher (60 h) ca. 15,9 Mio. m³
Volumen Abfluss in der Emscher (60 h ca. 6,0 Mio. m³
Volumen PW GE-Kleine-Emscher (60 h) ca. 0,9 Mio. m³
Volumen PW GE-Bismarck (60 h) ca. 1,2 Mio. m³
Volumen PW GE-Schalke (60 h) ca. 0,2 Mio. m³
Volumen Ablauf Rhein-Herne-Kanal (60 h) ca. 0,4 Mio. m³
Volumen Polder (60 h) ca. 7,2 Mio. m³


Herne Nord/Schalke: Simulationsparameter, Randbedingungen und Berechnungsergebnisse für das Ereignis HW200

Alternative Deichversagensstellen

Im Zuge der Ermittlung des potenziellen Überflutungsgebietes Herne Nord/Schalke wurden auch alternative Deichversagensstellen untersucht. Hier wurden betrachtet:

  • Station 31,500: Gelände hinter Deich mit niedriger Geländehöhe
  • Station 31,900: oberhalb einer Brücke, die als verklaust angenommen wurde

Für beide Alternativen ergeben sich ähnliche Einströmsituationen wie im verwendeten Szenario. Das ungünstigste Szenario ergibt sich jedoch für die Deichversagensstelle bei Station 32,3, da die Einströmstelle im Bereich einer Siedlung liegt, die durch den Einstau betroffen ist. Diese ungünstigste Variante wird untersucht.

Ausbreitungsbeschreibung in Sektoren/Terrestrische Kontrolle

Einen Überblick über das Gebiet gibt z. B. der KVR-Atlas Nördliches Ruhrgebiet, Kartenblatt 1517, Quadrant D1 (Kommunalverband Ruhrgebiet, 1998). Es folgt eine Beschreibung des zeitlichen Ablaufs der Einströmung an Hand der Sektoren (vgl. Karten „Potenzielle Überflutungsgebiete/Szenario Deichversagen“).


Sektor S1: (Emscher – Recklinghauser Straße – Emscherschnellweg – Gewerbegebiet Grimberg)

Das Wasser breitet sich schnell über das südlich der Deichversagensstelle liegende Wohngebiet aus. Über die offene Gerinnestrecke vom Pumpwerk Herne, Hauptkanal Wanne zum Rhein-Herne-Kanal breitet sich das Wasser nach Süden in die Ortschaft Unser Fritz aus (ca. 1 Stunde). Von dort aus fließt das Wasser in das Gewerbegebiet Grimberg, bis die Flutwelle das Hafenbecken Grimberg erreicht und ein Großteil über den Rhein-Herne-Kanal weiter transportiert wird. Nach ca. 2 Stunden fließt das Wasser über die Durchlässe Unser Fritz Straße/Alleestraße und Höhe Ginsterstraße auf das Gelände der ehemaligen Zeche Unser Fritz. Nach ca. 3 ½ Stunden hat das Wasser weiter südlich den Durchlass Emscherschnellweg/Paulastraße erreicht. Bereiche der Chemiebetriebe Pluto GmbH sowie das östlich liegende Gebiet bis zur Hammerschmidstraße sind betroffen.

Ebenfalls nach ca. 1 Stunde fließt das Wasser im nördlichen Abschnitt des Sektors in westlicher Richtung über die Wiedehopfstraße in ein angrenzendes Waldstück. Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 11 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 8,1 m und beim HW200 ca. 8,2 m (Unterführung Paulstraße/Bahn).

Sektor S2: (Rhein-Herne-Kanal)

Über den Rhein-Herne-Kanal gelangt die Flutwelle nach ca. 6 Stunden bis zur Brücke Münsterstraße, an der es am linken Ufer zu Ausuferungen kommt (->S3).

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 3,9 m und beim HW200 ca. 4,0 m (Nähe Hafen Grimberg).

Sektor S3: (Rhein-Herne-Kanal – Ruhrzoo – Bahnhof Gelsenkirchen Zoo – Umspannwerk)

Nach ca. 6 Stunden erreicht die Flutwelle über den Rhein-Herne-Kanal das Zoo-Gelände und überflutet es. Das Wasser strömt überwiegend in südlicher Richtung und erreicht nach ca. 7 ½ Stunden den Durchlass Münsterstraße/Bahnhof. Durch den Durchlass fließt das Wasser in die Ortschaft Bismarck in den Sektor S4. Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 40 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 5,6 m und beim HW200 ca. 6,0 m (Unterführung Bahnhof Gelsenkirchen-Zoo).

Sektor S4: (Bahnhof Gelsenkirchen Zoo – Güterbahn – Hochkampstraße/Marschallstraße – Gewerbepark Hochkampstraße)

Nach ca. 7 ½ Stunden strömt das Wasser durch den Durchlass Münsterstraße/Bahnhof in den Sektor. Über den Friedhof und den Kinnbach fließt das Wasser zunächst in westlicher Richtung weiter. Ab dem Einlauf des Kinnbaches in die Verrohrung breitet sich das Wasser über die Trinenkampstraße auch nach Süden hin aus. Im Osten des Sektors reicht das Wasser bis an die Güterbahn entlang der Eichendorfstraße Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 40 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 6,6 m und beim HW200 ca. 7,0 m (Trinenkamp).

Sektor S5: (Rhein-Herne-Kanal)

Nach ca. 8 Stunden hat die Flutwelle im Rhein-Herne-Kanal die Brücke Kurt Schumacher Straße erreicht. Dort kommt es am rechten Ufer zu Ausuferungen und ein Teil der Wassermenge fließt in die Emscher zurück (-> S8). Nach ca. 12 ½ ist die Schleuse südlich der VEBA Werke Horst erreicht.

Es wird keine Einstautiefe angegeben, da der Sektor vollständig im Rhein-Herne –Kanal liegt.

Sektor S6: (Industrie- und Handelshafen)

Durch den Durchlass Rhein-Herne-Kanal/Uferstraße fließt Wasser in die Hafenbecken. Nach ca. 13 ½ Stunden fließt das Wasser über die Straße Am Stadthafen durch die Durchlässe Kurt Schumacher Straße/Güterbahn und Kurt Schumacher Straße/A42 in den Sektor S7.

Es wird keine Einstautiefe angegeben, da der Sektor vollständig im Rhein-Herne-Kanal liegt.

Sektor S7: (Am Stadthafen – Uechtinger Straße – Güterbahn – A42)

Über den Sellmannsbach fließt das Wasser in den Sektor. Von dort breitet sich das Wasser über die Glückaufkampfbahn bis zur Uechtinger Straße aus. Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 25 ½ Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 2,2 m und beim HW200 ca. 2,3 m (Glückaufkampfbahn).

Sektor S8: (Emscher)

An der Brücke Kurt Schumacher Straße/Rhein-Herne-Kanal kommt es am rechten Ufer zu Ausuferungen und ein Teil der Flutwelle fließt zurück in die Emscher.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 1,7 m und beim HW200 ca. 1,75 m (zwischen Emscher und Rhein-Herne-Kanal, Nähe PW Gelsenkirchen Springbach).

Terrestrische Kontrolle (Points of Interest)

Im Bereich des potenziellen Überflutungsgebietes Herne Nord/Schalke wurden die folgenden zu kontrollierenden Punkte identifiziert:

  • PS1: Unterführung Rhein-Herne-Kanal/Dorstener Straße
  • PS2: Bahnunterführung zur ehem. Zeche „Unser Fritz I/IV“
  • PS3: Brücke über BAB 42 (Paulastraße)
  • PS4: Bahn- und Autobahnunterführung Bismarckstraße
  • PS5: Bahnunterführung Braubauerschaft
  • PS6: Unterführung Grothusstraße unter Autobahn BAB 42
  • PS7: B 227 quert Rhein-Herne-Kanal

Diese Punkte wurden im Berechnungsnetz markiert, i. d. R. wurde das Netz in diesen Bereichen verfeinert. Es wurde kontrolliert, ob diese Durchlässe im Geländemodell korrekt abgebildet sind und ob das in den Polder eingedrungene Wasser durch diese Durchlässe in angrenzende Bereiche einströmen kann. I. d. R. wurden diese Punkte bei einer Gebietsbegehung besichtigt und fotografiert.

Vergleich HW100, HW200

In der folgenden Tabelle sind die über die Emscher in das Untersuchungsgebiet zufließenden sowie die unterhalb der Deichversagensstelle über die Emscher abfließenden Abflussmengen gegenübergestellt sowie das im Polder verbleibende Volumen (evtl. abzüglich Abflussmengen, die über Pumpwerke oder den Rhein-Herne-Kanal aus dem Gebiet geleitet werden). Die Zahlen beziehen sich auf das Ende der Simulation nach 60 Stunden.

Simulationsparameter HW100 [Mio. m³] HW200 [Mio. m³]
Zufluss aus der Emscher ca. 14,5 ca. 15,9
Abfluss in der Emscher ca. 5,6 ca. 6,0.
PW GE-Kleine-Emscher ca. 0,86 ca. 0,87
PW GE-Bismarck ca. 1,05 ca. 1,17
PW GE-Schalke ca. 0,16 ca. 0,25
Ablauf Rhein-Herne-Kanal ca. 0,36 ca. 0,42
Einstauvolumen Polder ca. 6,5 ca. 7,2
Zuwachs zu HQ100 - + 11 %


Vergleich der Wassermengen im potenziellen Überflutungsgebiet Herne Nord/Schalke

Die folgende Tabelle zeigt den Vergleich der Flächen und Wasserspiegellagen an ausgewählten Punkten im Polder.

  HW100 HW200
Überflutete Fläche
% Zuwachs im Vergleich zum HW100
4,2 km²
-
4,5 km²
+ 7 %
Laufzeit bis PW GE Kleine Emscher;
% Geschwindigkeitsänderung zu HW100
7,75 h
-
7,25 h
6 % schneller

% Geschwindigkeitsänderung zu HW100
25,5 h
-
22,0 h
14 % schneller
Laufzeit bis PW GE Schalke;
% Geschwindigkeitsänderung zu HW100
19,75 h
-
18,0 h
9 % schneller
Max. WSP Zeche Unser Fritz; Busch-/Steinhausenstraße;
Höhendifferenz zu HW100
37,3 mNN
-
37,4 mNN
h = 0,1 m
Max. WSP Unser Fritz; Alleestraße/II. Querstraße;
Höhendifferenz zu HW100
37,2 mNN
-
37,4 mNN
h = 0,2 m
Max. WSP Sektor S3; Knipping/Ehmsenstraße;
Höhendifferenz zu HW100
32,4 mNN
-
32,8 mNN
h = 0,4 m
Max. WSP in Bismarck; Kleisstraße/Brockskampweg;
Höhendifferenz zu HW100
32,4 mNN
-
32,8 mNN
h = 0,4 m
Max. WSP in Schalke-Nord; K.-Schumacherstraße/ Brockskampweg; Höhendifferenz zu HW100> 32,8 mNN
-
32,9 mNN
h = 0,1 m


Vergleich von Wasserspiegellagen an ausgewählten Punkten sowie Gesamtausbreitung des potenziellen Überflutungsgebietes Schalke/ Herne Nord

Potenzielles Überflutungsgebiet Karnap

Übersicht über die Lage des potenziellen Überflutungsgebietes Karnap

Ermittlung der Volumina

Bezugspegel: Pegel Bottrop Süd, ca. km 17,2 Referenzhochwasser: Januar 1995 mit einem Scheitelabfluss von 229,70 m3/s am 30.01.95 um 3.07 Uhr Abfluss Versagenstelle: QHWx(t=y)= Faktor-HWx * QHW1995(t=y) mit Faktor-HWx=Scheitelwert HWx/ Scheitelwert HW1995 Deichversagensszenario HW100 Abflussscheitel an der Deichversagensstelle: 252 m3/s Berechnungszeitraum 2D-Modell: 60 h Volumen der Zulaufwelle: 19,2 Mio. m3 Deichversagensszenario HW200 Abflussscheitel an der Deichversagensstelle: 275 m3/s Berechnungszeitraum 2D-Modell: 60 h Volumen der Zulaufwelle: 21,0 Mio. m3 Simulationsvoraussetzungen QHWx(t=y)= Faktor-HWx * QHW1995(t=y) mit Faktor-HWx=Scheitelwert HWx/ Scheitelwert HW1995 Deichversagenstelle Station 32 + 300 Deichversagenstelle:

Station 20+900 Rechtes Ufer, oberhalb B 224 Breite Einlaufstelle ca. 75 m (zwischen Profil 1020720 und 1020930) Tiefster Sohlpunkt hinter Deich: 27,16 m ü. NN

Die folgende Tabelle gibt die Simulationsparameter für das potenzielle Überflutungsgebiet Karnap an. Die Zulauf- und Ablaufmengen gelten für das HW200.

Simulationsparameter Größe/Anzahl
Netz 48429 Elemente
Simulationszeit 60 Stunden
Deichversagensstelle km 20,900
Breite der Deichversagensstelle ca. 75 m
Maximaler Zufluss in den Polder 275 m³/s
Volumen Zufluss aus der Emscher (60 h) ca. 21,0 Mio. m³
Volumen Abfluss in der Emscher (60 h ca. 10,0 Mio. m³
Volumen PW Karnap (60 h) ca. 0,2 Mio. m³
Volumen Polder (60 h) ca. 10,8 Mio. m³


Karnap: Simulationsparameter, Randbedingungen und Berechnungsergebnisse für das Ereignis HW200

Alternative Deichversagensstellen

Im Zuge der Ermittlung des potenziellen Überflutungsgebietes Karnap wurden auch alternative Deichversagensstellen untersucht. Hier wurden betrachtet:

Station 23,500: Gelände hinter Deich mit niedriger Geländehöhe Station 24,400: Gelände hinter Deich mit niedriger Geländehöhe; Bereich GE-Horst

Die alternative Deichversagensstelle bei km 23,5 weist zwar direkt hinter dem Deich niedrige Geländehöhen auf, dabei handelt es sich aber um eine Mulde, die von höherem Gelände umgeben ist. Dies führt dazu, dass sich die Einströmsituation weit weniger kritisch als im verwendeten Szenario darstellt.

Ein angenommenes Deichversagen bei km 24,4 im Bereich GE-Horst führt zu einer weniger starken Überflutung in Essen-Karnap, betrifft dagegen mehr den Bereich Horst.

Ausbreitungsbeschreibung in Sektoren/Terrestrische Kontrolle

Einen Überblick über das Gebiet gibt z. B. der KVR-Atlas Nördliches Ruhrgebiet, Kartenblatt 1516, Quadrant D5 (Kommunalverband Ruhrgebiet, 1998). Es folgt eine Beschreibung des zeitlichen Ablaufs der Einströmung an Hand der Sektoren (vgl. Karten „Potenzielle Überflutungsgebiete/Szenario Deichversagen“).

Sektor K1: (Güterbahn – Karnaper Straße – Emscher – Gladbecker Straße)

Die Deichversagensstelle liegt im Bereich des RWE Kraftwerks. Das Wasser überflutet schnell den Bereich bis zur Arenbergstraße. In der westlichen Hälfte des Sektors wird die Arenbergstraße nicht überströmt. Das Wasser fließt weiter durch Karnap (zwischen Oberland Glaswerk und Arenbergstraße). Nach ca. 1 ¼ Stunden wird die Karnaper Straße überströmt, und das Wasser läuft in den Sektor K2. Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 22 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 5,7 m und beim HW200 ca. 5,9 m (Gelände RWE-Kraftwerk).


Sektor K2: (Güterbahn – Fischerstraße – Emscherpark – Karnaper Straße)

Der Sektor ist nach ca. 2 ½ Stunden geflutet. Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 32 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 5,9 m und beim HW200 ca. 6,1 m (Lippermannweg/Im Osterbruch).


Sektor K3: (Güterbahn – Nordsternstraße – Fischerstraße)

Nach ca. 2 ½ Stunden fließt das Wasser über die Fischerstraße vom Sektor K2 in den Sektor K3. Das Wasser breitet sich sehr schnell in Richtung Friedrichstraße/Strickerstraße aus. Nach ca. 4 ½ Stunden ist der Bahndurchlass Emschertalbahn/Strickerstraße erreicht, durch den das Wasser weiter in den Sektor K4 fließt. Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 17 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 5,8 m und beim HW200 ca. 6,0 m (Strickerstraße).


Sektor K4: (Güterbahn GE-Horst-Nord – Turfstraße/An der Rennbahn – Emschertalbahn – Marienfriedstraße)

Der Sektor wird nach ca. 4 ½ Stunden von Süden her über den Durchlass Emschertalbahn/Strickerstraße geflutet. Das Wasser breitet sich schnell in nördlicher Richtung durch das Wohngebiet aus. Die Schmalhorststraße ist bereits nach ca. 5 ½ Stunden und die Güterbahn GE-Horst-Nord nach ca. 9 ½ Stunden erreicht. Nach ca. 12 Stunden fließt das Wasser über die Straße Auf der Schollbruch in Richtung Sportplätze (Sektor K6). Nach ca. 12 ½ Stunden fließt das Wasser im Süden des Sektors über den Drosteweg in Richtung Alte Emscher (Sektor K5). Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 25 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 7,1 m und beim HW200 ca. 7,3 m (Schmalhorststraße/Industriestraße).


Sektor K5: (Alte Emscher – Emschertalbahn – Karnaper Straße)

Nach ca. 3 Stunden fließt das Wasser über den Durchlass Heisterholz Straße/Emschertalbahn und die Alte Emscher in den Sektor K5. Nach ca. 4 ½ Stunden ist der Sektor geflutet. Nach ca. 12 ½ Stunden fließt das Wasser über die Steinrottstraße in den Sektor K6. Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 9 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 4,9 m und beim HW200 ca. 5,1 m (Stinnesstraße/Heisterholz).


Sektor K6: (Güterbahn GE-Horst-Nord – Boystraße – Steinrottstraße – Busfortshof)

Nach ca. 12 ½ Stunden fließt das Wasser von Süden über die Kreuzung Schmalhorststraße/Steinrottstraße in den Sektor K6. Zeitgleich wird der Sektor aus nordöstlicher Richtung (Sportanlage GE-Horst) geflutet. Nach ca. 17 Stunden ist der ganze Sektor geflutet. Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 22 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 3,5 m und beim HW200 ca. 3,6 m (Roßheiderstraße/Steinmann).


Sektor K7: (Oberland Glaswerke)

Über die Durchlässe Emschertalbahn/Ruhrglasstraße und Güterbahn/Ruhrglasstraße (Einfahrt zum Werksgelände) strömt nach ca. 3 ½ Stunden Wasser aus dem Sektor K1 auf das Werksgelände der Oberland Glaswerke. Das Werksgelände ist nach ca. 10 Stunden geflutet. Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 19 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 4,1 m und beim HW200 ca. 4,3 m (Firmengelände Oberland Glaswerke).


Terrestrische Kontrolle (Points of Interest)

Im Bereich des potenziellen Überflutungsgebietes Karnap wurden die folgenden zu kontrollierenden Punkte identifiziert:

PK1: Unterführung Karnaper Straße PK2: Unterführung Fischerstraße PK3: Unterführung Strickerstraße PK4: Bahnhof Gelsenkirchen Horst Nord, Horst-Gladbecker Straße PK5: Durchlass Oberland-Glas AG Nord PK6: Durchlass Oberland-Glas AG Süd

Diese Punkte wurden im Berechnungsnetz markiert, i. d. R. wurde das Netz in diesen Bereichen verfeinert. Es wurde kontrolliert, ob diese Durchlässe im Geländemodell korrekt abgebildet sind und ob das in den Polder eingedrungene Wasser durch diese Durchlässe in angrenzende Bereiche einströmen kann. I. d. R. wurden diese Punkte bei einer Gebietsbegehung besichtigt und fotografiert.

Vergleich HW100, HW200

In der folgenden Tabelle sind die über die Emscher in das Untersuchungsgebiet zufließenden sowie die unterhalb der Deichversagensstelle über die Emscher abfließenden Abflussmengen gegenübergestellt sowie das im Polder verbleibende Volumen (evtl. abzüglich Abflussmengen, die über Pumpwerke oder den Rhein-Herne-Kanal aus dem Gebiet geleitet werden). Die Zahlen beziehen sich auf das Ende der Simulation nach 60 Stunden.

Eine Besonderheit stellt die modelltechnische Berücksichtigung des Pumpwerks Bottrop Boye A/B dar. Das Pumpwerk selbst liegt nicht im überfluteten Gebiet, jedoch Teile seines Einzugsgebiets. Deshalb wurde der Abflussanteil, der durch das Pumpwerk aus dem Überflutungsgebiet befördert wird, abgeschätzt und die Entnahme an der tiefsten Stelle im Einzugsgebiet des Pumpwerks angesetzt.

Simulationsparameter HW100 [Mio. m³] HW200 [Mio. m³]
Zufluss aus der Emscher ca. 19,5 ca. 121,0
Abfluss in der Emscher ca. 8,9 ca. 10,0
PW Boye A/B ca. 0,16 ca. 0,17
Einstauvolumen Polder
Zuwachs zu HQ100
ca. 10,2
-
ca. 10,8
+ 6 %

Vergleich der Wassermengen im potenziellen Überflutungsgebiet Karnap

Auffällig in der folgenden Tabelle sind die einheitlichen Hochwasserstände an den verschiedenen Punkten. Daraus lässt sich die charakteristische Topographie des Untersuchungsgebiets Karnap ersehen. Auch bei steigenden Wasserständen verändert sich die überflutete Fläche nur unwesentlich. Das einströmende Wasser kann aus dem Untersuchungsgebiet nicht abfließen (abgesehen von dem geringen Anteil, der vom Pumpwerk Bottrop-Boye A/B abgepumpt wird; s. obige Tabelle. Das Untersuchungsgebiet füllt sich gleichmäßig.

HW100 HW200
Überflutete Fläche
% Zuwachs im Vergleich zum HW100
4,1 km²
-
4,2 km²
+ 2 %
Laufzeit bis Punkt PW Boye A/B;
% Geschwindigkeitsänderung zu HW100
15,0 h
-
13,25 h
12 % schneller
Max. WSP in Horst; Schlangenwall/Industriestraße;
Höhenunterschied zu HW100
31,6 mNN
-
31,8 mNN
h = 0,2 m
Max. WSP in Horst; Strickerstraße 31,6 mNN 31,8 mNN
Max. WSP in Karnap; Karnaper-/Hattramstraße 31,6 mNN 31,8 mNN
Max. WSP im Einlaufbereich;
RWE-Kraftwerk
31,6 mNN 31,8 mNN
Max. WSP in Welheim; Glasfabrik 31,6 mNN 31,8 mNN


Vergleich von Wasserspiegellagen an ausgewählten Punkten sowie Gesamtausbreitung des potenziellen Überflutungsgebietes Karnap

Potenzielles Überflutungsgebiet Boye

Übersicht über die Lage des potenziellen Überflutungsgebietes Boye

Ermittlung der Volumina

Bezugspegel: Pegel Bottrop Süd, ca. km 17,2
Referenzhochwasser: Januar 1995 mit einem Scheitelabfluss
von 229,70 m3/s am 30.01.95 um 3.07 Uhr
Abfluss Versagenstelle: QHWx(t=y)= Faktor-HWx * QHW1995(t=y)
mit Faktor-HWx=Scheitelwert HWx/
Scheitelwert HW1995
Deichversagensszenario HW100 -
Abflussscheitel an der
Deichversagensstelle:
276 m3/s
Berechnungszeitraum 2D-Modell: 60 h
Volumen der Zulaufwelle: 21,1 Mio. m3
Deichversagensszenario HW200 -
Abflussscheitel an der
Deichversagensstelle:
303 m3/s
Berechnungszeitraum 2D-Modell: 60 h
Volumen der Zulaufwelle: 23,6 Mio. m3

Simulationsvoraussetzungen

QHWx(t=y)= Faktor-HWx * QHW1995(t=y)
mit Faktor-HWx=Scheitelwert HWx/
Scheitelwert HW1995

Deichversagensstelle

Station 18+900 Rechtes Ufer, Welheimer Mark Breite Einlaufstelle ca. 130 m (Profil 1018900) Tiefster Sohlpunkt hinter Deich: 32,58 m ü. NN

Die folgende Tabelle gibt die Simulationsparameter für das potenzielle Überflutungsgebiet Boye an. Die Zulauf- und Ablaufmengen gelten für das HW200.

Simulationsparameter Größe/Anzahl
Netz 54559 Elemente
Simulationszeit 60 Stunden
Deichversagensstelle km 18,900
Breite der Deichversagensstelle ca. 130 m
Maximaler Zufluss in den Polder 303 m³/s
Volumen Zufluss aus der Emscher (60 h) ca. 23,6 Mio. m³
Volumen Abfluss in der Emscher (60 h ca. 20,1 Mio. m³
Volumen Polder (60 h) ca. 3,7 Mio. m³

Boye: Simulationsparameter, Randbedingungen und Berechnungsergebnisse für das Ereignis HW200

QHWx(t=y)= Faktor-HWx * QHW1995(t=y)
mit Faktor-HWx=Scheitelwert HWx/
Scheitelwert HW1995

Alternative Deichversagensstelle

Im Zuge der Ermittlung des potenziellen Überflutungsgebietes Boye wurde auch eine alternative Deichversagensstelle untersucht:

  • Emscher-km 17,000: Gelände hinter Deich mit niedriger Geländehöhe

Hier befindet sich hinter dem Deich eine kleine Mulde mit rundum ansteigendem Gelände. Die einlaufende Welle fließt zurück in die Emscher, es wird keine große Fläche betroffen, so dass die verwendete Variante die kritischere Situation abbildet.


Ausbreitungsbeschreibung in Sektoren/Terrestrische Kontrolle

Einen Überblick über das Gebiet gibt z. B. der KVR-Atlas Nördliches Ruhrgebiet, Kartenblatt 1516, Quadrant B6 (Kommunalverband Ruhrgebiet, 1998). Es folgt eine Beschreibung des zeitlichen Ablaufs der Einströmung an Hand der Sektoren (vgl. "Potenzielle Überflutungsgebiete/Szenario Deichversagen“).


Sektor B1: (Güterbahn – Bahndamm – Emscher – Industriebahn)

Die Flutwelle breitet sich zunächst nach Norden hin (Welheimer Mark über die Straße In der Welheimer Mark) in Richtung Wohnbebauung (0 bis ¾ Stunde) aus. Im Osten wird der Sektor durch einen Bahndamm begrenzt.

Die max. Ausdehnung der Überflutungsfläche im Sektor B1 ist von der Aufschüttung hinter dem Sportplatz, dem Bahndamm, der Emscher und auf Höhe der Straße Speckenbruch begrenzt. Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 6 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 2,4 m und beim HW200 ca. 2,5 m (Döckelhorst/Am langen Damm).


Sektor B2: (Güterbahn – Gladbecker Straße – Emscher – Bahndamm)

Anschließend gelangt die Flutwelle durch eine Bahnunterführung (Bahndamm/In der Welheimer Mark) nordöstlich in den zweiten Sektor. Das Wasser fließt zwischen der Güterbahn und der Straße in der Welheimer Mark bis zum Bahndurchlass Haverkampstraße. Der Durchlass ist nach ca. 2 Stunden erreicht. Die Kläranlage wird nicht überflutet. Das kleine Waldstück im Südwesten des Sektors wird nur teilweise geflutet. Nach ca. 3 ¼ Stunden ist auch die östliche Grenze des Sektors erreicht (->B3).

Die max. Ausdehnung der Überflutungsfläche in Sektor B2 ist von der Güterbahn, der Gladbecker Straße, der Kläranlage und dem Emscher-Bahndamm begrenzt. Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 10 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 6,0 m und beim HW200 ca. 6,5 m (Bahnunterführung Am Kämpchen/Haverkamp, Südseite).


Sektor B3: (Güterbahn - aufgeschütteter Damm - Arenbergstraße - Braukstraße)

Nach ca. 3 Stunden gelangt die Flutwelle durch die Unterführungen Prosperstraße/In der Welheimer Mark und Braukstraße/Boye aus westlicher Richtung kommend (Sektor 2) in Sektor 3. Das Wasser fließt im Gerinne der Boye in östlicher Richtung. Nach ca. 8,5 Stunden breitet sich die Welle durch den Durchlass Boye/Emschertalbahn weiter nach Norden aus (->B5).

An der Anschlussstelle von Sektor 2 und Sektor 3 befindet sich der Durchlass Braukstraße/Emschertalbahn. Durch diesen Durchlass strömt nach ca. 5 Stunden Wasser in den Sektor B5.

Die max. Ausdehnung der Überflutungsfläche in Sektor B3 ist von der Güterbahn, einem aufgeschütteten Damm, der Arenbergstraße und der Braukstraße begrenzt. Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 18 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 1,6 m und beim HW200 ca. 2,2 m (Bahnunterführung Braukstraße, Südseite).


Sektor B4: (Güterbahn – Braukstraße – Prosperstraße – Halde Prosperstraße)

Nach ca. 2 Stunden hat die Flutwelle den Durchlass Haverkamp erreicht. Die Flutwelle ergießt sich über die Straße Am Kämpchen entlang der Kokerei weiter über die Prosperstraße (ca. 2 ¾ Stunden). In westlicher Richtung dehnt sich die Überflutungsfläche bis zur Halde Prosperstraße aus, in nördlicher Richtung wird die Fläche zwischen Welheimer Straße und Gungstraße überflutet (nach ca. 4,5 Stunden). Nach ca. 3 Stunden gelangt das Wasser auch durch den Durchlass Prosperstraße/Güterbahn aus Sektor B2 in Sektor B4. Weiter östlich, ab der Kreuzung Gungstraße/Am Kämpchen dehnt sich die Überflutungsfläche entlang der Braukstraße in nördlicher Richtung aus (nach ca. 5 Stunden).

Die max. Ausdehnung der Überflutungsfläche in Sektor B4 ist von der Welheimer Straße/Gungstraße/Am Kämpchen, der Braukstraße, der Güterbahn und der Halde Prosperstraße begrenzt. Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 21 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 6,1 m und beim HW200 ca. 6,6 m (Bahnunterführung Am Kämpchen/Haverkamp, Nordseite).


Sektor B5: (Güterbahn – Oberland Glaswerke – Emschertalbahn – Braukstraße)

Dieser Sektor wird nach ca. 5 Stunden zuerst aus südwestlicher Richtung (B4) geflutet. Das Wasser strömt südlich der Kreuzung Gungstraße/Braukstraße in das Gebiet ein. Das Wasser breitet sich zwischen der Braukstraße und den Bergeteichen in nördlicher Richtung weiter aus. Die Bergeteiche werden im Norden umströmt und das Wasser fließt zwischen den Oberland Glaswerken und den Teichen nach Süden zurück.

Der Bereich zwischen Gungstraße, Boye, Emschertalbahn und Braukstraße wird gefüllt. Nach ca. 8,5 Stunden drückt die Flutwelle durch die Unterführung Boye/Emschertalbahn in den Sektor.

Die max. Ausdehnung der Überflutungsfläche in Sektor B5 ist im Norden etwas oberhalb der Bergeteiche, die Oberland Glaswerke, die Emschertalbahn und der Braukstraße begrenzt. Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 31 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 4,7 m und beim HW200 ca. 5,3 m (Bahnunterführung Braukstraße, Nordseite).

Terrestrische Kontrolle (Points of Interest)

Im Bereich des potenziellen Überflutungsgebietes Boye wurden die folgenden zu kontrollierenden Punkte identifiziert:

  • PB1: Durchlass Haverkamp/Am Kämpchen
  • PB2: Unterführung Prosperstraße
  • PB3: Durchlass Boye Braukstraße

Diese Punkte wurden im Berechnungsnetz markiert, i. d. R. wurde das Netz in diesen Bereichen verfeinert. Es wurde kontrolliert, ob diese Durchlässe im Geländemodell korrekt abgebildet sind und ob das in den Polder eingedrungene Wasser durch diese Durchlässe in angrenzende Bereiche einströmen kann. I. d. R. wurden diese Punkte bei einer Gebietsbegehung besichtigt und fotografiert.

Vergleich HW100, HW200

In der folgenden Tabelle sind die über die Emscher in das Untersuchungsgebiet zufließenden sowie die unterhalb der Deichversagensstelle über die Emscher abfließenden Abflussmengen gegenübergestellt sowie das im Polder verbleibende Volumen (evtl. abzüglich Abflussmengen, die über Pumpwerke oder den Rhein-Herne-Kanal aus dem Gebiet geleitet werden). Die Zahlen beziehen sich auf das Ende der Simulation nach 60 Stunden.

QHWx(t=y)= Faktor-HWx * QHW1995(t=y)
mit Faktor-HWx=Scheitelwert HWx/
Scheitelwert HW1995
Simulationsparameter HW100 [Mio. m³] HW200 [Mio. m³]
Zufluss aus der Emscher ca. 21,0 ca. 23,8
Abfluss in der Emscher ca. 18,2 ca. 20,1
Einstauvolumen Polder
Zuwachs zu HQ100
ca. 2,8
-
ca. 3,7
+ 32 %


Vergleich der Wassermengen im potenziellen Überflutungsgebiet Boye

Die folgende Tabelle zeigt den Vergleich der Flächen und Wasserspiegellagen an ausgewählten Punkten im Polder.

Simulationsparameter HW100 HW200
Überflutete Fläche
% Zuwachs im Vergleich zum HW100
1,6 km² 1,8 km²
Max. WSP in Welheimer Mark; Am langen Damm/
Binsenkamp
Höhenunterschied zu HW100
33,5 mNN
-
33,6 mNN
h = 0,1 m
Max. WSP südlich von Welheim; Haverkamp;
Höhenunterschied zu HW100
31,2 mNN
-
31,8 mNN
h = 0,6 m
Max. WSP in Welheim;
Am Kämpchen/Gungstraße
31,2 mNN 31,8 mNN


Vergleich von Wasserspiegellagen an ausgewählten Punkten sowie Gesamtausbreitung des potenziellen Überflutungsgebietes Boye

Potenzielles Überflutungsgebiet Alte/ Kleine Emscher

Ermittlung der Volumina

Bezugspegel: Pegel Königstraße, unterhalb Mdg. Handbach,
ca. km 10,8
Referenzhochwasser: Januar 1995 mit einem Scheitelabfluss
von 249,74 m3/s am 30.01.95 um 6.01 Uhr
Abfluss Versagenstelle: QHWx(t=y)= Faktor-HWx * QHW1995(t=y)
mit Faktor-HWx=Scheitelwert HWx/
Scheitelwert HW1995
Deichversagensszenario HW100
Abflussscheitel an der
Deichversagensstelle:
305 m3/s
Berechnungszeitraum 2D-Modell: 60 h
Volumen der Zulaufwelle: 23,1 Mio. m3
Deichversagensszenario HW200
Abflussscheitel an der
Deichversagensstelle:
335 m3/s
Berechnungszeitraum 2D-Modell: 60 h
Volumen der Zulaufwelle: 26,4 Mio. m3

Simulationsvoraussetzungen

QHWx(t=y)= Faktor-HWx * QHW1995(t=y)
mit Faktor-HWx=Scheitelwert HWx/
Scheitelwert HW1995

Deichversagensstelle

Station 14+000 Linkes Ufer, Rechtskurve, oberhalb Autobahnbrücke BAB 42 Breite Einlaufstelle ca. 85 m (Profil 1013800 bis 1013900) Tiefster Sohlpunkt hinter Deich: 26,84 m ü. NN

Die folgende Tabelle gibt die Simulationsparameter für das potenzielle Überflutungsgebiet Alte/Kleine Emscher an. Die Zulauf- und Ablaufmengen gelten für das HW200.

Simulationsparameter Größe/Anzahl
Netz 73526 Elemente
Simulationszeit 60 Stunden
Deichversagensstelle km 13,900
Breite der Deichversagensstelle ca. 85 m
Maximaler Zufluss in den Polder 335 m³/s
Volumen Zufluss aus der Emscher (60 h) ca. 26,4 Mio. m³
Volumen Abfluss in der Emscher (60 h) ca. 17,5 Mio. m³
Volumen Abfluss Kleine Emscher (60 h) ca. 1,1 Mio. m³
Volumen PW DU-Stockum Alte Emscher (60h) ca. 0,5 Mio. m³
Volumen Polder (60 h) ca. 7,1 Mio. m³


Alte/Kleine Emscher: Simulationsparameter, Randbedingungen und Berechnungsergebnisse für das Ereignis HW200

QHWx(t=y)= Faktor-HWx * QHW1995(t=y)
mit Faktor-HWx=Scheitelwert HWx/
Scheitelwert HW1995

Alternative Deichversagensstelle

Im Zuge der Ermittlung des potenziellen Überflutungsgebietes Alte/Kleine Emscher wurden auch alternative Deichversagensstellen untersucht. Hier wurden betracht

  • Station 7,000: oberhalb einstaugefährdeter Brücke

Diese Alternative führt zu wesentlich kleineren eingestauten Flächen als die verwendete Variante, da die umgebenden Geländehöhen dazu führen, dass die Hochwasserwelle zum großen Teil entlang der Emscher in Richtung Rhein strömt und nur zu einem kleineren Anteil in die Polderfläche fließt. Die sich ergebende eingestaute Fläche ist wesentlich kleiner als die in der verwendeten Variante. Ausbreitungsbeschreibung in Sektoren/Terrestrische Kontrolle Einen Überblick über das Gebiet gibt z. B. der KVR-Atlas Westliches Ruhrgebiet, Kartenblatt 1615, Quadrant C1 (Kommunalverband Ruhrgebiet, 1997). Es folgt eine Beschreibung des zeitlichen Ablaufs der Einströmung an Hand der Sektoren (vgl. "Potenzielle Überflutungsgebiete/Szenario Deichversagen“ ).


Sektor E1: (Bahnlinie – Emscher – Stadion Niederrhein – Rhein-Herne-Kanal – Bahnlinie – Chemiewerk – Essen-Steeler-Straße – Neumühler Straße – Kochstraße – Emscherstraße – Ostgrenze Thyssen AG)

Ab der Deichversagensstelle breitet sich das Wasser zunächst in südwestlicher Richtung aus. Die Flutwelle teilt sich zunächst in zwei Hauptrichtungen auf. Über die Durchlässe Güterbahn/Emscherschnellweg und Lindnerstraße/Emscherschnellweg fließt das Wasser in östlicher Richtung und eine weitere Welle breitet sich zwischen Emscherschnellweg und Rhein-Herne-Kanal aus (ca. 1 Stunde). Nach ca. 2 Stunden fließt das Wasser auch in den Rhein-Herne-Kanal und in die Kleine Emscher. Nach ca. 3 Stunden ist der Bereich Lindnerstraße/Emscherschnellweg/Hagelkreuzstraße/A3 geflutet. Über den nördlichen Abschnitt der A3 fließt das Wasser Richtung Südwesten. Der Fließweg beschränkt sich dabei überwiegend auf den Bereich zwischen der A42 und Konrad Adenauer Ring. Der Westfriedhof wird nicht überströmt. In der Alten Emscher fließt die Welle weiter in Richtung Emscher Schnellweg/Neumühler Straße (ca. 6,5 Stunden). Von dort aus breitet sich das Wasser südlich in Richtung L447 aus und überflutet das Wohngebiet. Nach ca. 7,5 Stunden strömt das Wasser über den Durchlass Alte Emscher/B8 bzw. A42 in den Sektor E3.

Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 12 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 4,5 m und beim HW200 ca. 4,6 m (Bahnunterführung Lindnerstraße).


Sektor E2: (Rhein-Herne-Kanal, Kaisergarten)

Nach ca. 3 Stunden strömt das Wasser vom Rhein-Herne-Kanal aus in den Kaisergarten. Die max. Ausdehnung der Überflutungsfläche in Sektor E2 umfasst den gesamten Kaisergarten. Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 6 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 2,1 m und beim HW200 ca. 2,2 m (Kaisergarten, Minigolfplatz).


Sektor E3: (Alleestraße – Humboldtstraße – Duisburger Straße – A42 - Alte Emscher – Bahngleise – Hamburger Straße – Beecker Straße – Bahngleise – An der Abtei – Hamborner Straße – Beecker Straße – Rote Straße)

Nach ca. 8 Stunden strömt das Wasser über den Sektor E1 in den Sektor E3 ein. Das Wasser fließt zunächst im Gerinne der Alten Emscher durch den Landschaftspark Duisburg-Nord bis zum Bahndurchlass nördlich der Thyssen Guss AG, Werk Meiderich (ca. 9 Stunden). Zeitgleich fließt das Wasser über den Durchlass Emscherschnellweg/­Emscherstraße nördlich in das Wohngebiet in Richtung Beecker Straße. Über den Durchlass südlich des Autobahnkreuzes Duisburg Nord fließt das Wasser in Richtung Hamborner Straße. Ebenfalls nach ca. 9 Stunden fließt das Wasser über die Durchlässe A59/Güterbahn (Gelände Stahlwerk Thyssen AG) in den Sektor E5. Nach ca. 11,5 Stunden erreicht das Wasser den Durchlass Beecker Straße/­Emscher­schnellweg und strömt in den nördlich anschließenden Stadtwald. Nach ca. 12,5 Stunden fließt das Wasser über die Dieselstraße in Richtung Altenheim/St. Johannis Krankenhaus. Das im Osten angrenzende Wohngebiet liegt nicht im Überflutungsgebiet. Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 17 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 5,7 m und beim HW200 ca. 5,8 m (südl. Autobahnkreuz Duisburg-Nord).


Sektor E4: (Udostraße – Overbruckstraße - Bahngleis – Alte Emscher – Am Ronsberghof – Alte Emscher in Duisburg-Stockum – Friedrich-Ebert-Straße – Stockumer Straße – Andreas-Hofer-Straße – Berlakstraße – Werntgenstraße – Goeckingk – Lange Kamp – Ostackerweg – Heinrich-Baken-Straße)

Nach ca. 13 Stunden strömt das Wasser aus Sektor E5 kommend über die Papiermühlenstraße in den Sektor E4 ein (Alte Emscher). Ungefähr 0,5 Stunden später kommt es zu ersten Ausuferungen auf Höhe des Friedhofes Möhlenkampstraße. Nach und nach wird der Bereich nordöstlich des Friedhofes eingestaut. Das Wasser reicht bis an die halbkreisförmig verlaufende Güterbahn. Das Wohngebiet zwischen Ostackerweg und Möhlenkampstraße wird nach ca. 16,5 Stunden geflutet. Die Überflutungsfläche reicht bis an den Ostackerweg.

Nach ca. 15 Stunden wird der Sektor auch aus nördlicher Richtung aus Sektor E3 (Durchlass Möhlenkampstraße/Güterbahn) geflutet.

Nach ca. 16 Stunden strömt das Wasser südwestlich der Gesamtschule Beeck über die Friedhofstraße entlang der Güterbahnlinie in südlicher Richtung. Der Friedhof und einige Gebäude entlang der Friedhofstraße sind betroffen. Anschließend wird das Wasser über die Alte Emscher in südwestlicher Richtung weitertransportiert. Die Welle folgt dem Lauf der alten Emscher nach ca. 23 Stunden in nordwestliche Richtung. Das Überflutungsgebiet endet kurz unterhalb des Pumpwerks Duisburg-Stockum. Dabei werden die südlichen Ortsteile von Beeck überflutet. Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 30 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 5,3 m und beim HW200 ca. 5,6 m (Möhlenkampstraße/Im Weidenkamp).


Sektor E5: (Bahnlinie – Vohwinkelstraße – Honigstraße – Gartensträucherstraße – Nomberichter Straße – Horststraße – Herwarthstraße)

Das Wasser strömt aus dem Sektor E2 in den Sektor E5 ein (durch die Durchlässe A59/Güterbahn (Gelände Stahlwerk Thyssen AG)). Das Wasser wird über die Alte Emscher und den Durchlass Honigstraße/Güterbahn in den Sektor E4 weitertransportiert. Der Bereich zwischen Honigstraße und Emstermannshof wird geflutet. Das Wasser reicht (nach ca. 18 Stunden) maximal bis zur Bezirkssportanlage. Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 17 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 3,0 m und beim HW200 ca. 3,1 m (Bahnunterführung Hamborner Straße).


Sektor E6: (Obere Sterkrader Straße - Otto-Hahn-Straße)

Nach 2 Stunden beginnt zunächst die Überflutung von Ortsteilen von Neumühl, die nördlich der Kleinen Emscher liegen. Nach ca. 2 Stunden beginnt dann auch die Überflutung südlich der Kleinen Emscher. Nach 5,5 Stunden ist der Sektor komplett unter Wasser. Der Wasserspiegel steigt weiter, sodass es noch zu geringfügigen Ausdehnungen der überfluteten Fläche kommt. Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 9 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 3,0 m und beim HW200 ca. 3,1 m (Fiskusstraße).


Sektor E7: (Kleine Emscher – Im Holtkamp – A 59 – Warbruckstraße)

Nach ca. 6,75 Stunden verlässt die Flutwelle an 2 Stellen gleichzeitig das Bett der Kleinen Emscher in südliche Richtung. Die erste Stelle befindet sich oberhalb der Ziegelhorststraße. Die zweite Stelle befindet sich ein wenig flussaufwärts im Bereich der Tennishalle. Nach 9 Stunden sind die Bereiche um die Kaiser Friedrich Straße überflutet. Die Parkanlage Jubiläumshain, die zunächst noch nicht betroffen ist, wird jetzt von Osten nach Westen überströmt. Die nordwestlichen Gebiete des Parks werden nicht betroffen. Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 18 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 2,2 m und beim HW200 ca. 2,3 m (Anschlussstelle Duisburg-Marxloh).


Sektor E8: (Prinzenstraße – Planetenstraße – A 59 – Bahnstrecke)

Nach ca. 7 Stunden erreicht die Flutwelle den Sektor. Auf Höhe der Kolpingstraße kommt es nördlich der Kleinen Emscher zu ersten Ausuferungen. Das Wasser fließt in östlicher Richtung (im Süden durch die ehemalige Kläranlage und im Norden durch die Bahnlinie begrenzt) bis zur A59. Durch die Durchlässe im Bahndamm, der parallel zur Kurfürstenstraße verläuft, strömt das Wasser bis in das Wohngebiet zw. Kurfürstenstraße, Dr. Wilhelm Roelen Straße/Dr. Hans Böckler Straße, der Güterbahn (im Osten) und der A59. Die Grenzen der Überflutungsfläche bleiben nach ca. 25 Stunden bei sich ändernden Einstautiefen konstant.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 3,7 m und beim HW200 ca. 3,8 m (Kurfürstenstraße/Kepler-Straße).


Sektor E9: (Essen-Steeler-Straße – A3 – Niebuhrstraße – Albrechtstraße – Gartroper Straße – Rhein-Herne-Kanal – Koopmannstraße – Heidekamp – Varziner Straße)

Nach ca. 6 Stunden fließt das Wasser im Rhein-Herne-Kanal von in südliche Richtung in den Sektor ein und nach 9,5 Stunden kommt es am linken Ufer des Kanals auf Höhe des Friedhofs zu ersten Überschwemmungen. Die Ausdehnung in östliche Richtung geht sehr langsam voran. Nach 14,5 Stunden sind die östlichen Ortsteile von Obermeiderich überflutet. Weitere 2 Stunden später erreicht das Wasser den Sportplatz und die Autobahn A3. Die maximale Ausdehnung im Sektor ist erreicht.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 1,8 m und beim HW200 ca. 1,8 m (Sportplatz Niebuhrstraße).


Sektor E10: (Heinrichstraße – Schulstraße – A42 – Beeckbach – Bahngleise – Lierheggenstraße – Ostackerweg – Lange Kamp – Alte Emscher – Am Beeckbach – Nordgrenze Sportplatz – Arnoldstraße – Ottokarstraße)

Die Überflutung des Sektors beginnt nach ca. 20 Stunden vom Durchlass der Alten Emscher in Stockum aus bis schließlich die Grünflächen zwischen Beeckbach und Autobahn A42 sowie die angrenzenden Grünflächen komplett überflutet sind. Zu überfluteten Gebäuden kommt es lediglich auf der Nordseite der Lierheggenstraße.

Die maximale Einstautiefe im Sektor beträgt beim HW100 ca. 4,9 m und beim HW200 ca. 5,3 m (Lierheggenstraße/Beeckbach).

Terrestrische Kontrolle (Points of Interest)

Im Bereich des potenziellen Überflutungsgebietes Alte/Kleine Emscher wurden die folgenden zu kontrollierenden Punkte identifiziert:

  • PE1: Bahnunterführung Buschhausener Straße
  • PE1: Bahnunterführung Buschhausener Straße
  • PE3: Unterführung Kleine Emscher unter Emscherstraße
  • PE4: Unterführung der Alten Emscher auf dem Gebiet der Thyssen AG
  • PE5: Bahngelände Chemiewerk Obermeiderich
  • PE6: Bahnunterführung Emmericher Straße
  • PE7: Bahnunterführung Talbahnstraße
  • PE8: Bahn unterquert A 42 und Dieselstraße
  • PE9: Bahnunterquerung Möhlenkampstraße
  • PE10: Brücke über Kleine Emscher: Kaiser-Friedrich-Straße
  • PE11: Bahnunterführung Im Holtkamp
  • PE12: Autobahnunterführung Papiermühlenstraße
  • PE13: Bahnunterführung Papiermühlenstraße
  • PE13: Autobahnunterführung Alsumer Straße

Diese Punkte wurden im Berechnungsnetz markiert, i. d. R. wurde das Netz in diesen Bereichen verfeinert. Es wurde kontrolliert, ob diese Durchlässe im Geländemodell korrekt abgebildet sind und ob das in den Polder eingedrungene Wasser durch diese Durchlässe in angrenzende Bereiche einströmen kann. I. d. R. wurden diese Punkte bei einer Gebietsbegehung besichtigt und fotografiert.

Vergleich HW100, HW200

 

In der folgenden Tabelle sind die über die Emscher in das Untersuchungsgebiet zufließenden sowie die unterhalb der Deichversagensstelle über die Emscher abfließenden Abflussmengen gegenübergestellt sowie das im Polder verbleibende Volumen (evtl. abzüglich Abflussmengen, die über Pumpwerke oder den Rhein-Herne-Kanal aus dem Gebiet geleitet werden). Die Zahlen beziehen sich auf das Ende der Simulation nach 60 Stunden.

QHWx(t=y)= Faktor-HWx * QHW1995(t=y)
mit Faktor-HWx=Scheitelwert HWx/
Scheitelwert HW1995

Simulationsparameter

HW100 [Mio. m³]

HW200 [Mio. m³]

Zufluss aus der Emscher

ca. 23,2

ca. 26,6

Abfluss in der Emscher

ca. 16,7

ca. 17,5

PW DU-Kleine-Emscher
ca. 0,71 ca. 1,09
PW DU-Stockum Alte Emscher
ca. 0,00 ca. 0,51
Ablauf Rhein-Herne-Kanal
ca. 0,22 ca. 0,42

Einstauvolumen Polder
Zuwachs zu HQ100

ca. 6,5
-

ca. 7,1
+ 8 %


Vergleich der Wassermengen im potenziellen Überflutungsgebiet Alte/Kleine Emscher

Simulationsparameter HW100 HW200

Überflutete Fläche
% Zuwachs im Vergleich zum HW100

8,6 km²
-

9,3 km²
+ 2 %

Laufzeit bis Punkt PW DU-Kleine Emscher;;
% Geschwindigkeitsänderung zu HW100

18,75 h
-

18,0 h
4 % schneller

Max. WSP in Beeck; Möhlenkampstraße;
Höhenunterschied zu HW100

23,8 mNN
-

24,2 mNN
h = 0,4 m

Max. WSP in Buschhausen; Buschhausener
Straße;
Höhenunterschied zu HW100

30,4 mNN
-

30,4 mNN
h = 0,0 m

Max. WSP in Fahrn; Kurfürstenstraße;
Höhenunterschied zu HW100

17,1 mNN
-

17,3 mNN
h = 0,2 m

Max. WSP Marxloh; Kaiser-Friedrich-Straße/
Ziegelhorststraße;
Höhenunterschied zu HW100

21,9 mNN
-

21,9 mNN
h = 0,0 m

Max. WSP in Obermeiderich; Nansenstraße/
Alewanderstraße;
Höhenunterschied zu HW100
27,6 mNN
-
27,7 mNN
h = 0,1 m
Max. WSP in Schmidthorst; Fiskusstraße/
Stuttgarter Straße
Höhenunterschied zu HW100
28,3 mNN
-
28,4 mNN
h = 0,1 m


Vergleich von Wasserspiegellagen an ausgewählten Punkten sowie Gesamtausbreitung des pot. Überflutungsgebietes Alte/Kleine Emscher

Potenzielle Überflutungsgebiete beim Extremereignis

Aus dem im Kapitel "Hydraulische Modelle der Emscher von Dortmund-Deusen bis zur Mündung" ausgeführten Überlegungen ergeben sich zwei Szenarien für die Ermittlung der potenziellen Überflutungsgebiete:

  • HWextrem: Im obersten Überlastungsbereich (dieser liegt im Bereich der angenommenen Deichversagensstelle für den Polder Herne Nord/Schalke) wird der Deich überströmt und dabei erodiert. Der Polder Herne Nord/Schalke wird geflutet. Unterhalb des erodierten Deichbereichs tritt aufgrund des geringen im Emscherhauptlauf verbleibenden Abflusses von ca. 136 m³/s kein Schaden mehr auf.
  • HWextrem_üs: Die Deiche in allen Überlastungsbereichen werden überströmsicher ausgebildet. Aufgrund der Überströmsicherung wird an jeder Überlastungsstelle nur die Abflussspitze gekappt, nach unterhalb wird bordvoller Abfluss weitergegeben. Hier ergeben sich 4 Bereiche, die durch Überflutungen betroffen sind:
    • Überlastungsbereich 1: links der Emscher, Herne Nord, oberhalb L644
    • Überlastungsbereich 2: links der Emscher, Schalke, unterhalb Sellmannsbach
    • Überlastungsbereich 3: links der Emscher, Essen, Überleitungsstelle in den RHK am Hafen Mathias Stinnes (hier besteht schon eine Überströmsicherung)
    • Überlastungsbereich 4: links der Emscher, Oberhausen Neue Mitte, unterhalb Läppkes Mühlenbach

     

Die betroffenen Bereiche wurden über 2D-Strömungsmodelle ermittelt unter Berücksichtigung der Deichhöhen aus der Vermessung von 2003.

Die Auswirkungen der Ausbildung von überströmsicheren Deichen zeigt der hydrologische Längsschnitt in der folgenden Abbildung:

Hydrologischer Längsschnitt der Szenarien beim Extremereignis

Potenzielles Überflutungsgebiet HWextrem (Herne Nord/Schalke)

Der erste Überlastungsbereich an der Emscher liegt oberhalb der Brücke der L644 (Recklinghauser Straße) bei Station 32,7. Ca. 500 m unterhalb befindet sich die angenommene Deichversagensstelle für die 2D-Simulationen im Polder Schalke.

Für die Ermittlung der Einlaufwelle für das HWextrem wurde prinzipiell vorgegangen wie für die anderen Jährlichkeiten auch. Die Scheitelwelle des 1995er Ereignisses wurde auf den Scheitel des laut Kapitel "Bemessungswassermengen für die hydraulischen Modelle" ermittelten Abflusses vergrößert.

Deichversagensszenario HWextrem
Abflussscheitel an der
Deichversagensstelle:
265 m3/s
Berechnungszeitraum 2D-Modell: 60 h
Volumen der Zulaufwelle: 21,0 Mio. m3

Da die Einlaufstelle oberhalb der Brücke der L644 liegt, stellt sich die Fläche etwas anders dar als für die Berechnungsfälle HW100 und HW200. Die Ausbreitungsvorgänge werden im Folgenden beschrieben. Dabei wird auf den Text zu der Strömungssituation beim HW100 bzw. HW200 zurückgegriffen.

Die kritischen Punkte werden an dieser Stelle nicht noch einmal aufgeführt.

Simulationsvoraussetzungen

Deichversagenstelle Station 32 + 300 Deichversagenstelle:

Station 32+700 Linkes Ufer, oberhalb Brücke L 644 Breite Einlaufstelle ca. 100 m (Profil 3264000 bis 3272258) Tiefster Sohlpunkt hinter Deich: 40,8 m ü. NN

Die folgende Tabelle gibt die Simulationsparameter für das potenzielle Überflutungsgebiet Herne Nord/Schalke an. Die Zulauf- und Ablaufmengen gelten für das HWextrem.

Simulationsparameter Größe/Anzahl
Netz 25971 Elemente
Simulationszeit 60 Stunden
Deichversagensstelle km 36,75
Breite der Deichversagensstelle ca. 80 m
Maximaler Zufluss in den Polder 142 m³/s
Volumen Zufluss aus der Emscher (60 h) ca. 21,0 Mio. m³
Volumen Abfluss in der Emscher (60 h) ca. 15,5 Mio. m³
Volumen PW GE-Kleine-Emscher (60 h) ca. 0,8 Mio. m³
Volumen PW GE-Bismarck (60h) -
Volumen PW GE-Schalke (60h) -
Volumen Ablauf Rhein-Herne-Kanal (60 h) ca. 0,1 Mio. m³
Volumen Polder (60 h) ca. 4,5 Mio. m³

Herne Nord/Schalke: Simulationsparameter, Randbedingungen und Berechnungsergebnisse für das Ereignis HWextrem

Ausbreitungsbeschreibung in Sektoren/Terrestrische Kontrolle

Einen Überblick über das Gebiet gibt z. B. der KVR-Atlas Nördliches Ruhrgebiet, Kartenblatt 1517, Quadrant D1 (Kommunalverband Ruhrgebiet, 1998). Es folgt eine Beschreibung des zeitlichen Ablaufs der Einströmung an Hand der Sektoren (vgl. "Potenzielle Überflutungsgebiete/Szenario Deichversagen“).

Die qualitative Ausbreitung wurde bereits für das HW100 und das HW200 im Kapitel "Ausbreitungsbeschreibung in Sektoren/Terrestrische Kontrolle Herne Nord/Schalke"

beschrieben. Die geänderten Ausbreitungsgeschwindigkeiten können den Vergleichstabellen im folgenden Kapitel entnommen werden.

Die Einströmung in den Polder Herne Nord/Schalke kann mit Hilfe der vorhandenen Sektoren beschrieben werden. Der Sektor S1 (Emscher – Recklinghauser Straße – Emscherschnellweg – Gewerbegebiet Grimberg) wird im Bereich des Hafens Wanne West nach Norden erweitert, um den Einströmbereich unterhalb der Deichversagensstelle abbilden zu können. Das Wasser strömt durch die Deichversagensstelle in südliche Richtung und erreicht nach ca. 0,75 Stunden das Hafenbecken. Von hier folgt die Welle dem Rhein-Herne-Kanal in westlicher Richtung und überflutet dann den Sektor S1 westlich der Recklinghauser Straße gleichermaßen nach Norden und Süden. Nach etwa 7,5 Stunden ist der komplette Sektor geflutet. Die Einströmung in den Sektor S2 (Rhein-Herne-Kanal) beginnt. Ab diesem Zeitpunkt folgt die Ausbreitung der Welle und die Einströmung in die weiteren Sektoren der Beschreibung im Kapitel "Ausbreitungsbeschreibung in Sektoren/Terrestrische Kontrolle Herne Nord/Schalke". Dies geschieht mit gewisser zeitlicher Verzögerung, da die Deichversagensstelle oberhalb der Brücke Recklinghauser Straße liegt.

Die überfluteten Flächen in den Sektoren S3 (Rhein-Herne-Kanal – Ruhrzoo – Bahnhof Gelsenkirchen Zoo – Umspannwerk), S4 (Bahnhof Gelsenkirchen Zoo – Güterbahn – Hochkampstraße/Marschallstraße – Gewerbepark Hochkampstraße) und S7 (Am Stadthafen – Uechtinger Straße – Güterbahn – A42) sind deutlich kleiner als bei den Ereignissen HW100 und HW200.

Vergleich HW100, HW200, HWextrem

In der folgenden Tabelle sind die über die Emscher in das Untersuchungsgebiet zufließenden sowie die unterhalb der Deichversagensstelle über die Emscher abfließenden Abflussmengen gegenübergestellt sowie das im Polder verbleibende Volumen (evtl. abzüglich Abflussmengen, die über Pumpwerke oder den Rhein-Herne-Kanal aus dem Gebiet geleitet werden). Die Zahlen beziehen sich auf das Ende der Simulation nach 60 Stunden.

Simulationsparameter HW100 in Mio. m³ HW200 in Mio. m³ HWextrem in Mio. m³ *)
Zufluss aus der Emscher ca. 14,5 ca. 15,9 ca. 21,0
Abfluss in der Emscher ca. 5,6 ca. 6,0. ca. 15,5
PW GE-Kleine-Emscher ca. 0,86 ca. 0,87 ca. 0,8
PW GE-Bismarck ca. 1,05 ca. 1,17 -
PW GE-Schalke ca. 0,16 ca. 0,25 -
Ablauf Rhein-Herne-Kanal ca. 0,36 ca. 0,42 ca. 0,1
Einstauvolumen Polder
Vergleich zu HW100
ca. 6,5
-
ca. 7,2
+ 11 %
ca. 4,5
- 30 %


*) Überlastungsbereich entspricht nicht der angenommenen Deichversagensstelle für HW100 und HW200

Vergleich der Wassermengen im potenziellen Überflutungsgebiet Herne Nord/Schalke

Die überflutete Fläche sowie das eingestaute Volumen sind beim Extremereignis deutlich kleiner als beim HW100. Für HW100 und HW200 wurde die angenommene Deichversagensstelle dort gewählt, wo das Gelände hinter dem Deich besonders niedrig liegt und die Auswirkungen der Flutung für den Polder besonders kritisch sind. Dagegen liegt der Überlastungsbereich beim Extremereignis oberhalb der Brücke L644, wo das Gelände hinter dem Deich eine ähnlich große Einströmung verhindert. Dies bewirkt, dass ein nennenswerter Anteil an der ankommenden Welle in der Emscher weiterfließt.

Das Extremereignis bedeutet für den Polder Herne Nord/Schalke somit eine geringere Gefährdung als die Annahme eines HW100 bzw. HW200 mit Deichversagen an einer ungünstigen Stelle.

Die folgende Tabelle zeigt den Vergleich der Flächen und Wasserspiegellagen an ausgewählten Punkten im Polder. Auch hier zeigt sich der Unterschied in den Berechnungsannahmen.

Simulationsparameter HW100 HW200 HWextrem*)
Überflutete Fläche
%-Zuwachs im Vergleich zum HW100
4,2 km²
-
4,5 km²
+ 7 %
3,7 km²
- 12 %
Laufzeit bis PW GE Kleine Emscher; % Geschwindigkeitsänderung zu HW100 7,75 h
-
7,25 h
6 % schneller
11 h
30 % langsamer
Laufzeit bis PW GE Bismarck;
% Geschwindigkeitsänderung zu HW100
25,5 h
-
22,0 h
14 % schneller
-
Laufzeit bis PW GE Schalke;
% Geschwindigkeitsänderung zu HW100
19,75 h
-
18,0 h
9 % schneller
-
Max. WSP Zeche Unser Fritz; Busch-/Steinhausenstraße;
Höhendifferenz zu HW100
37,3 m ü. NN
-
37,4 m ü. NN
h = 0,1 m
37,8 m ü. NN
h = 0,5 m
Max. WSP Unser Fritz; Alleestraße/
II. Querstraße;
Höhendifferenz zu HW100
37,2 m ü. NN
-
37,4 m ü. NN
h = 0,2 m
37,0 m ü. NN
h = - 0,2 m
Max. WSP im Sektor S3; Knipping-/
Ehmsenstraße;
Höhendifferenz zu HW100
32,4 m ü. NN
-
32,8 m ü. NN
h = 0,4 m
30,8 m ü. NN
h = - 1,6 m
Max. WSP in Bismarck; Kleisstraße/Brockskampweg.;
Höhendifferenz zu HW100
32,4 m ü. NN
-
32,8 m ü. NN
h = 0,4 m
30,9 m ü. NN
h = - 1,5 m
Max. WSP in Schalke-Nord; K.-Schumacherstraße/Brockskampweg;
Höhendifferenz zu HW100
32,8 m ü. NN
-
32,9 m ü. NN
h = 0,1 m
32,3 m ü. NN
h = - 0,5 m

*) Überlastungsbereich entspricht nicht der angenommenen Deichversagensstelle für HW100 und HW200

Vergleich von Wasserspiegellagen an ausgewählten Punkten sowie Gesamtausbreitung des potenziellen Überflutungsgebietes Schalke/ Herne Nord

Potenzielle Überflutungsgebiete HWextrem_üs

Wenn die Auswirkungen der Einströmung in den Polder Herne Nord/Schalke verringert werden sollen, muss das Versagen des Deiches bei einer Überströmung verhindert werden. Dann wird nur der Anteil des Abflusses in den Polder geleitet, der die Deichkrone übersteigt. Der Scheitel der Abflusswelle wird gekappt und ein Großteil des Abflusses (bordvoller Abfluss) verbleibt in der Emscher. Dies bewirkt eine Erhöhung des Hochwasser-Risikos für die Unterlieger. Mögliche weitere Überlastungsbereiche beim Extremereignis sind aus Gründen der Gleichbehandlung dann ebenfalls überströmsicher auszubilden. Dies trifft auf drei weitere Bereiche zu, von denen allerdings einer schon überströmsicher ausgebildet ist.

Im Gegensatz zu der Annahme, dass jeweils nur ein Polder von einer Flutung betroffen sein kann, sind beim Extremereignis mit überströmungssicherer Ausbildung der Deiche alle vier Bereiche betroffen. Die Auswirkungen in den vier Bereichen sind zu addieren.

Parameter HWextrem HWextrem_üs HWextrem_üs
Bereich 1 Bereich 2 Bereich 3 Bereich 4 Summe
Flächengröße in ha 361 49,4 81,8 - - 131,2
Eingestautes Volumen in Mio. m³ 4,5 0,5 0,6 - - 1,1
Max. Einstautiefe in m 7,9 3,7 2,2 - - -


Vergleich HWextrem und HWextrem_üs (Extremereignis mit Überströms­icheru)

Die eingestauten Flächen und Einstauvolumina für das HWextrem_üs sind um ca. 50 % kleiner als der Überflutungsbereich in Herne Nord/Schalke für das Extremereignis. Auch die Einstautiefen in den drei Bereichen liegen deutlich unter denen im Polder Herne Nord/Schalke beim Extremereignis mit Deichversagen.

Im folgenden werden die vier Bereiche detaillierter beschrieben. Die Bereiche sind in den Karten "Extremereignis mit Überströmsicherung" dargestellt.

Bereich 1: Herne Nord

Extremereignis mit Überströmsicherung der Deiche (HWextrem_üs), Bereich 1, mit Überlastungsbereich und eingestauter Fläche

Der Überflutungsbereich erstreckt sich westlich und östlich der L644 und südlich bis zum Rhein-Herne-Kanal. Einige Informationen zur Simulation und den Berechnungsergebnissen gibt die folgende Tabelle.

Simulationsparameter Größe/Anzahl
Netz 25823 Elemente
Simulationszeit 60 Stunden
Überlastungsbereich Station 32,7
Breite des Überflutungsbereichs ca. 120 m
Maximaler Zufluss in den Polder ca. 34,5 m³/s
Maximaler Abfluss in der Emscher ca. 244 m³/s
Volumen Zufluss in die Emscher (60 h) ca. 21,0 Mio. m³
Volumen Abfluss aus der Emscher (60 h) ca. 20,5 Mio. m³
Volumen Polder (60 h) ca. 0,5 Mio. m³


Bereich 1, Herne Nord: Simulationsparameter, Randbedingungen und Berechnungsergebnisse für das Ereignis HWextrem_üs

Bereich 2: Schalke

Extremereignis mit Überströmsicherung der Deiche (HWextrem_üs), Bereich 2, mit Überlastungsbereich und eingestauter Fläche

Die Ausbreitung des Wassers erfolgt über den Rhein-Herne-Kanal nach Westen und Osten. Nur kleine Flächen in Schalke werden betroffen. Einige Informationen zur Simulation und den Berechnungsergebnissen gibt die folgende Tabelle.

Die Bereiche 1 und 2 liegen im Polder Herne Nord/Schalke, der beim Extremereignis mit angenommenem Deichversagen überflutet wird. Die eingestauten Flächen sowie die maximalen Einstautiefen sind für das Extremereignis mit Überströmsicherung deutlich kleiner als sie bei einem Deichversagen eintreten würden (vgl. "Hochwassereignis HWextrem mit Überströmsicherung").

Simulationsparameter Größe/Anzahl
Netz 30964 Elemente
Simulationszeit 47 Stunden
Überlastungsbereich Station 26,9
Breite des Überflutungsbereichs ca. 140 m
Maximaler Zufluss in den Polder ca. 36 m³/s
Maximaler Abfluss in der Emscher ca. 273 m³/s
Volumen Zufluss in die Emscher (47 h) ca. 24,8 Mio. m³
Volumen Abfluss aus der Emscher (47 h) ca. 23,9 Mio. m³
Volumen PW GE-Kleine-Emscher (47 h) ca. 0,06 Mio. m³
Volumen PW GE-Bismarck (47 h) -
Volumen PW GE-Schalke (47 h) ca. 0,12 Mio. m³
Volumen Ablauf Rhein-Herne-Kanal (47 h) ca. 0,15 Mio. m³
Volumen Polder (47 h) ca. 0,57 Mio. m³


Bereich 2, Schalke: Simulationsparameter, Randbedingungen und Berechnungsergebnisse für das Ereignis HWextrem_üs

Bereich 3: Überleitstelle in den Rhein-Herne-Kanal

Extremereignis mit Überströmsicherung der Deiche (HWextrem_üs), Bereich 3, Überleitungsstelle in den Rhein-Herne-Kanal

Die Ausbreitung des Wassers erfolgt über den Rhein-Herne-Kanal nach Westen und Osten. An der bestehenden Überleitungsstelle in den Rhein-Herne-Kanal kann das Wasser (Scheitelabfluss von ca. 5 m³/s) schadlos im Kanal abgeführt werden.

Bereich 4: Oberhausen, Neue Mitte

Extremereignis mit Überströmsicherung der Deiche (HWextrem_üs), Bereich 4, mit Überlastungsbereich

Die Ausbreitung des Wassers erfolgt über den direkt benachbarten Rhein-Herne-Kanal nach Westen und Osten. Der maximal über die Deichkrone übertretende Scheitelabfluss von ca. 17 m³/s kann schadlos im Kanal abgeführt werden.

Dieser Überlastungsbereich wurde auch schon in der Studie zur Aktualisierung des hy­draulischen Gewässermodells Emscher (Hydrotec, 2001b) aufgeführt. Die dort ermittelte Leistungsfähigkeit von ca. 300 m³/s entspricht dem Ergebnis der Berechnung mit dem 2D-Simulationsmodell.

Scheitelabflüsse in der Emscher

Die Auswirkungen des Flutens der potenziellen Überflutungsgebiete auf den in der Emscher verbleibenden Abfluss kann gut im Vergleich der Scheitelabflüsse in der Emscher ober- und unterhalb der Deichversagensstelle dokumentiert werden (vgl. folgende Tabelle).

Während die Zufluss-Scheitelwellen immer der Berechnungsjährlichkeit (HW100, HW200, HWextrem) entsprechen, sind die abfließenden Scheitelwellen des im Hauptlauf verbleibenden Abflusses unterschiedlichen Jährlichkeiten zuzuordnen. Sie liegen aber jeweils weit unterhalb eines HW100.

Pot. Überflutungsgebiet/Polder HW100 HW200 HWextrem
Schalke, Scheitel Zufluss ca. 202 m³/s Ca. 221 m³/s ca. 265 m³/s
Schalke, Scheitel Abfluss ca. 38 m³/s Ca. 41 m³/s ca. 136 m³/s
Karnap, Scheitel Zufluss ca. 251 m³/s Ca. 276 m³/s -
Karnap, Scheitel Abfluss ca. 47 m³/s Ca. 51 m³/s -
Boye, Scheitel Zufluss ca. 276 m³/s Ca. 304 m³/s -
Boye, Scheitel Abfluss ca. 172 m³/ Ca. 178 m³/s -
Alte/Kleine Emscher, Scheitel Zufluss ca. 304 m³/s Ca. 334 m³/s -
Alte/Kleine Emscher, Scheitel Abfluss ca. 120 m³/s Ca. 124 m³/s -


Vergleich der Scheitelabflüsse in der Emscher ober- und unterhalb der Deichversagensstellen