Bolsenkötter, Laura

Detering, Michael

Küppers, Joana

German

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Conference Paper, Published VersionDetering, Michael; Bolsenkötter, Laura; Küppers, JoanaKosteneinsparungen durch intelligenten Umgang mitSedimentDresdner Wasserbauliche MitteilungenZur Verfügung gestellt in Kooperation mit/Provided in Cooperation with:Technische Universität Dresden, Institut für Wasserbau und technischeHydromechanikVerfügbar unter/Available at: https://hdl.handle.net/20.500.11970/104601Vorgeschlagene Zitierweise/Suggested citation:Detering, Michael; Bolsenkötter, Laura; Küppers, Joana (2018): Kosteneinsparungen durchintelligenten Umgang mit Sediment. In: Technische Universität Dresden, Institut fürWasserbau und technische Hydromechanik (Hg.): Wasserbauwerke im Bestand - Sanierung,Umbau, Ersatzneubau und Rückbau. Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen 60. Dresden:Technische Universität Dresden, Institut für Wasserbau und technische Hydromechanik. S.45-54.Standardnutzungsbedingungen/Terms of Use:Die Dokumente in HENRY stehen unter der Creative Commons Lizenz CC BY 4.0, sofern keine abweichendenNutzungsbedingungen getroffen wurden. Damit ist sowohl die kommerzielle Nutzung als auch das Teilen, dieWeiterbearbeitung und Speicherung erlaubt. Das Verwenden und das Bearbeiten stehen unter der Bedingung derNamensnennung. Im Einzelfall kann eine restriktivere Lizenz gelten; dann gelten abweichend von den obigenNutzungsbedingungen die in der dort genannten Lizenz gewährten Nutzungsrechte.Documents in HENRY are made available under the Creative Commons License CC BY 4.0, if no other license isapplicable. Under CC BY 4.0 commercial use and sharing, remixing, transforming, and building upon the materialof the work is permitted. In some cases a different, more restrictive license may apply; if applicable the terms ofthe restrictive license will be binding.Technische Universität Dresden – Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik 41. Dresdner Wasserbaukolloquium 2018 „Wasserbauwerke im Bestand – Sanierung, Umbau,    Ersatzneubau und Rückbau“    A2  Saal 3 Kosteneinsparungen durch  intelligenten Umgang mit Sediment Michael Detering Laura Bolsenkötter Joana Küppers  Die Sedimentation von Stauanlagen ist heute eines der weltweit größten Probleme für Talsperrenbetreiber. Jährlich gehen hierdurch 1 bis 2 % des aktiven Speicher-volumens verloren. Damit sind weite Teile der Wasserwirtschaft entgegen ihrer Zielsetzung nicht nachhaltig. Auch in Deutschland sind zahlreiche Anlagen be-troffen. Neben betrieblichen und technischen Einschränkungen hat dies für Be-treiber auch erhebliche finanzielle Folgen. Erreicht die Sedimentation Grundab-lass und Sperrwerk, können sich zudem Sicherheitsprobleme ergeben. Aus Sorge um unmittelbar entstehende hohe Kosten scheuen viele Anlagebetreiber frühzeiti-ge Lösungen ihrer Probleme. Hierdurch ist auch in Deutschland ein erheblicher Nachholbedarf entstanden. Aktuelle Regelwerke empfehlen durchaus Alternativen zum Umgang mit Talsperrensediment, auch weit günstigere als den Einbau oder eine Deponierung. Die Auswahl der jeweiligen Lösung sollte dabei mit einer Ana-lyse, erforderlichenfalls einschließlich moderner Probenahmeverfahren, erfolgen. Auf dieser Basis wird unter fundierter Einbeziehung der Sach-, vor allem aber der Rechtslage sowie der Morphodynamik und Prozesstechnik ein ökologisch vorteil-haftes Konzept zur dauerhaften Lösung des Sedimentationsproblems erarbeitet. 1 Probenlage und Dimensionen Die Sedimentation von Stauanlagen ist heute im internationalen Maßstab eines der weltweit größten Probleme für Talsperrenbetreiber. Jährlich gehen hierdurch 1 bis 2% des aktiven Speichervolumens verloren. Der Verlust von Speichervo-lumen durch Sedimentation wird nicht einmal durch den noch immer enormen Neubau von Talsperren ausgeglichen. Damit sind weite Teile der Wasserwirt-schaft entgegen ihrer Zielsetzung und des kommunizierten Selbstverständnisses der Branche nicht nachhaltig (Schleiss et al., 2010). Auch in Deutschland sind viele Anlagen betroffen. Neben betrieblichen Ein-schränkungen hat dies für Betreiber erhebliche finanzielle Folgen: 46 Kosteneinsparungen durch intelligenten Umgang mit Sediment   • Die Einschränkung des Betriebsraums und damit des ursprünglichen Zwecks der Stauanlagen bringt in der Regel eine Einschränkung des Be-triebs und bei kommerziellen Anlagen Erlöseinbußen mit sich. • Eine Verlandung bedeutet einen teilweisen Funktionsverlust der ursprüng-lich geschaffenen Infrastruktur. Talsperren sind sehr teure Bauwerke. Damit bedeutet eine Verlandung auch einen Wertverlust der ursprünglich geschaffenen Anlage. • Sedimentberäumungen waren in der Vergangenheit bei ihrer Durchfüh-rung häufig sehr teure Maßnahmen, insbesondere weil in den meisten Fäl-len eine Verbringung oder Deponierung erfolgt ist. • Erreicht die Sedimentation Grundablass und Sperrwerk, können sich zu-dem Sicherheitsprobleme ergeben. Auf Grund der enormen Kosten vieler bisheriger Ansätze zur Entsedimentierung sind jedoch meist weder Be-räumungen erfolgt noch finanzielle Mittel für deren zukünftige Durchfüh-rung eingeplant worden. Dies gilt selbst für viele der Fälle, bei denen Be-treiber zur unmittelbaren Durchführung oder zur Bildung bilanzieller Rückstellungen eine rechtliche Verpflichtung besteht. Neben der Wirkung im Stauraum durch überschüssiges Sediment besteht zudem eine hierdurch ausgelöste umgekehrte Wirkung durch einen Sedimentmangel stromabwärts mit ebenfalls bedeutenden volkswirtschaftlichen Auswirkungen. Auf diese Thematik sind die Autoren jedoch bereits an anderer Stelle eingegan-gen (Detering et al., 2016). Klassische Sedimentberäumungen mit anschließender Deponierung waren in der Vergangenheit sehr kostspielig. Aus Sorge um unmittelbar entstehende hohe Kosten scheuten und scheuen noch immer viele Anlagebetreiber frühzeitige Lö-sungen ihrer Probleme durch Sedimentation. Hierdurch ist auch in Deutschland ein erheblicher Nachholbedarf entstanden. Betreiber handeln deshalb häufig nicht schon bei Betriebseinschränkungen, sondern erst bei einer unmittelbaren Gefährdung, z.B. bei der Beeinträchtigung der Trinkwasserqualität oder bei un-zureichender Standsicherheit der Stauanlage durch zusätzliche Sedimentauflas-ten. Zumeist sind dann wiederum sehr schnelle Lösungen erforderlich. 2 Rechtliche Rahmenbedingungen Die anlagenspezifischen rechtlichen Pflichten, denen ein Betreiber unterliegt, sind vielfältig, teilweise in öffentlich-rechtlichen Verträgen, teilweise in wasser-rechtlichen Zulassungen, in privatwirtschaftlichen Vereinbarungen oder in wei-Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen, Heft 60 – 41. Dresdner Wasserbaukolloquium 2018 „Wasserbauwerke im Bestand – Sanierung, Umbau, Ersatzneubau und Rückbau“ 47    A2  Saal 3  teren entsprechenden Regelungen enthalten. Allen gemeinsam ist zumeist die Verpflichtung zur Einhaltung der Verkehrssicherheit, Bauwerkssicherheit und Gebrauchstauglichkeit der Anlage. Kommt ein Betreiber seinen Pflichten nicht rechtzeitig nach, so sind gemäß den Vorgaben des Privatrechts (siehe HGB § 249), aber bei öffentlichen Betreibern auch des öffentlichen Landesrechts (z.B. RLP GemHVO § 36) finanzielle Rück-stellungen in Höhe der zukünftig zu erwartenden Kostenhöhe zu bilden. Da der Lösungsweg in den meisten Fällen noch nicht ausgearbeitet ist, wird sich die Kostenhöhe wie zuvor dargestellt zumeist an den erwarteten Deponiekosten zu-züglich Beräumungs-, Entwässerungs- und Transportkosten orientieren. Buch-halterisch und bilanziell wirken die zu bildenden Rückstellungen damit ähnlich oder sogar noch stärker als die Kosten ausgeführter Maßnahmen. Zudem weist der noch nicht unterhaltene Betriebsraum eines Gewässers häufig Einschrän-kungen für den Anlagenbetrieb mit finanziellen Nachteilen für den Betreiber auf. Vor diesem Hintergrund sollte ein Betreiber eine zeitnahe Lösung anstre-ben. Vielfach bestehen hierzu jedoch noch Vorbehalte. In den vergangenen Jahrzehnten haben sich die rechtlichen Randbedingungen zum Umgang mit Sediment erheblich geändert. Zum einen ist eine Ausbringung auf landwirtschaftlichen Flächen wegen der schärferen Anforderungen an die zulässigen Schadstoffgehalte im Sediment meist nicht mehr zulässig, zudem mit einem erheblichen Logistikaufwand verbunden. Zum zweiten stellt die inzwi-schen etablierte EU-Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL) erweiterte Anforde-rungen an den guten Gewässerzustand. Und drittens ergeben sich aus dem aktu-ellen Kreislaufwirtschaftsgesetz und der Oberflächengewässerverordnung erwei-terte Randbedingungen. Dies schränkt den Handlungsraum eines zur Gewäs-serunterhaltung Verpflichteten vermeintlich deutlich ein. Tatsächlich eröffnen die aktuellen gesetzlichen Randbedingungen bei fachge-rechter Anwendung durchaus sinnvolle und kostengünstige Lösungsoptionen. So fordert die EU-WRRL den guten ökologischen Zustand – der manchmal pau-schal mit einem an Feinsediment verarmten Bild assoziiert wird –  und für einen sehr guten ökologischen Zustand gerade die Durchgängigkeit für Sediment. Das Wasserhaushaltsgesetz (WHG) wiederum ermöglicht den Betreibern in vie-len Fällen eine in wasserrechtlicher Hinsicht typischerweise genehmigungsfreie Durchführung von Maßnahmen der Gewässerunterhaltung und damit bewusst eine Ausführung mit reduziertem Genehmigungsaufwand. Dies stellt den Maß-nahmenträger wiederum nicht von seinen Sorgfaltspflichten frei, die sinnvoller-weise im Rahmen einer Vorplanung dokumentiert werden. 48 Kosteneinsparungen durch intelligenten Umgang mit Sediment   Neben den ökologischen Randbedingungen gilt es bei der Erarbeitung einer Ausführungsvariante auch die aus dem Anlagenbetrieb resultierenden Anforde-rungen zu erfassen. Diese können die Bereitstellung von Hochwasserschutz-raum, die Gewährleistung der Qualität einer Trinkwasserbereitstellung oder die aus einer öffentlichen Genehmigung resultierende Vorhaltung von Speicherraum auf vertraglicher Basis (z. B. für einen zugesicherten Speicherbetrieb, Re-gelenergie aus Wasserkraft, die Vorhaltung einer Schwarzstartbereitschaft oder einer Einsatzreserve für die Versorgung kerntechnischer Anlagen) sein. Unter den vorgenannten Aspekten gilt es, eine nachvollziehbare Abwägung der Kriterien für die gewählte Art eines Sedimentmanagements zu treffen. Sehr gute Hinweise geben hier für den Bereich der Bundeswasserstraßen die HABAB (2000) und für den Bereich außerhalb der Bundeswasserstraßen das gerade im Gelbdruck erschienene DWA-Merkblatt 513-1 „Umgang mit Sediment und Bag-gergut bei Gewässerunterhaltung und -ausbau“. Beide sehen im Sinne des Wasserrechts, der Hydromorphologie und des Kreis-laufwirtschaftsgesetzes 1) als mit Abstand häufigster Regelfall und anzustrebende Vorzugsvariante die fachgerechte Sedimentumlagerung/-weitergabe und nur, wenn dies nicht möglich sein sollte 2) die Verwendung des Sediments z.B. als Ersatzbaustoff, wiederum nur, wenn dies nicht möglich sein sollte 3) die Verwertung durch eine Aufbereitung, wiederum nur, wenn dies nicht möglich sein sollte 4) eine Deponierung vor. Beide Regelwerke stellen dabei auch die wirtschaftlichen und volkswirt-schaftlichen Belastungen der Alternativen 2 bis 4 heraus, die es nach Möglich-keit zu vermeiden gilt. 3 Technische Lösungsalternativen Gemäß den vorbeschriebenen vier grundsätzlichen Lösungswegen stehen ent-sprechende technische Konzepte bereit. Dabei gilt es, einen aufwändigen Um-gang mit Sediment nach Möglichkeit zu vermeiden, d.h. die verfahrenstechni-schen Schritte auf das notwendige Maß zu begrenzen: zu 1) Sedimentumlagerung/-weitergabe 50 Kosteneinsparungen durch intelligenten Umgang mit Sediment   zu 2) Verwendung des Sediments Ist eine Umlagerung und eine Weitergabe nicht möglich oder nicht sinnvoll – und nur dann – soll als nächste Alternative eine Entnahme und Verwendung er-wogen werden. Die Entnahme kann im trockenen oder nassen Zustand, d.h. bei abgelassenem Gewässer oder im gefüllten Zustand mit unterschiedlichen Ent-nahmetechniken erfolgen, die von Hydraulik- und Kettenbaggern bis hin zur Nassbaggerung reichen. Die Verwendung ist auf die anfallenden Sedimentquali-täten und die Einbaumöglichkeiten abzustimmen. Erforderlichenfalls ist das Se-diment vor seiner Verwendung auf einen einbaufähigen Zustand zu bringen, d.h. von Störstoffen zu befreien und falls nötig zu entwässern. Jeder Verfahrens-schritt bedeutet hierbei einen wirtschaftlichen Aufwand, den es aus kommerziel-len Gründen zu minimieren gilt. Daher ist eine frühzeitige Abstimmung mit möglichst ortsnahen Bauprojekten oft hilfreich. Insgesamt ist eine Verwendung häufig um den Faktor 3 bis 10 teurer als die zu vor beschriebene Umlagerung. zu 3) Verwertung Für den Fall, dass eine direkte Verwendung nicht möglich ist (z. B. durch zu ho-he Belastungsgrade oder einen zu hohen organischen Anteil), kann entnomme-nes Sediment häufig auch verwertet werden. Entscheidend für die Art der Ver-wertung des Sediments (z. B. als Bauprodukt) sind zumeist dessen mineralogi-schen Eigenschaften bzw. die Eigenschaften der verwertbaren Fraktion relevant, daneben Art und Anteil der organischen Fraktion sowie die Trennbar-keit/Trennschärfe der relevanten Fraktionen. Für die Erarbeitung des Verwer-tungswegs und der erforderlichen Verfahrenstechnik empfiehlt sich die Einbin-dung eines entsprechend erfahrenen Planers. zu 4) Deponierung Die Deponierung stellt nach Ausfall aller vorbeschriebenen Alternativen die ul-tima Ratio dar. Deponien haben einen Flächenverbrauch zur Folge und bilden mit Überwachungserfordernis und zumeist notwendiger Wasserhaltung gesell-schaftliche Ewigkeitslasten. Den Annahmekosten von je nach Deponie und Be-lastungsgrad typischerweise 25 bis 50 €/t im Anlieferungszustand, d.h. häufig 40 bis 80 €/m³ sind die Kosten für Baggerung des Sediments, ggf. Entwässerungs-kosten und der Transport hinzuzurechnen. Eine Deponierung ist daher der mit Abstand teuerste und gesellschaftlich mög-lichst zu vermeidende Verbringungsweg. Für höhere Belastungsgrade ist zudem die Aufnahmekapazität im Inland begrenzt, für größere Baggermengen in ver-tretbarer Entfernung teils gar nicht vorhanden, so dass nach Möglichkeit alterna-tive Verbringungswege zu entwickeln sind. 52 Kosteneinsparungen durch intelligenten Umgang mit Sediment   Auch zeitliche Aspekte haben oft eine erhebliche Bedeutung, dies gleich in mehrfacher Hinsicht:  Aufwand für die Beräumung Ein geringes Maß an Sedimentation kann häufig toleriert werden. Häufig tritt jedoch der umgekehrte Fall einer bereits weit fortgeschrittenen Sedimentation auf. Insbesondere wenn aus einer Sedimentation bereits eine Verlandung gewor-den ist, steigen Baggerkosten oft enorm an, da von schwimmenden Geräten aus nur noch eingeschränkt gearbeitet werden kann. Kommt dann noch ein zuneh-mender Bewuchs hinzu, steigen die Sedimentlösekosten zusätzlich an. Da dieser Vorgang fortschreitend ist, besitzt er eine zeitliche Relevanz. Referenzwerte Für eine Sedimentdurchgängigkeit bzw. einen kontinuierlichen Sedimenttransfer besitzen die Schadstoff-Referenzwerte des nachfolgenden Gewässers eine große Bedeutung. Häufig ändern sich diese zeitlich, so dass eine Durchgängigkeit je nach Belastungssituation gegebenenfalls nicht mehr möglich sein kann. In die-sem Fall muss auf teurere Lösungen ausgewichen werden.  Anlagensicherheit Schreitet eine Sedimentation bis zur Stauanlage voran, wird die Auflast auf die-se verändert. Falls die Stauanlage nicht für eine zusätzliche Sedimentauflast ausgelegt ist, muss diese ggf. verstärkt werden. Dies bedeutet einen zusätzlichen finanziellen Aufwand. Haftungsrisiken Ist aus rechtlichen Verpflichtungen heraus beispielsweise ein Hochwasser-schutzraum bereitzuhalten, dieser aber ganz oder teilweise sedimentiert und da-mit in seiner Funktion eingeschränkt, steigt das daraus resultierende Haftungsri-siko für den Betreiber. Dieses kann kalkulatorisch berücksichtigt werden und steigt mit der Zeit und fortschreitender Sedimentation an. Erlösausfälle Der teilweise Verlust des Betriebsraums durch Sedimentation und damit eine teilweise Funktionseinschränkung bringen meist auch wirtschaftliche Einbußen mit sich. So kann bei einem Speicher-Wasserkraftwerk nicht mehr die volle Speicherfunktion ausgenutzt werden. Mit abnehmendem Speicherraum verrin-gern sich mit der Zeit auch die durch die Anlage generierten Erlöse. Abbildung 3 zeigt zum einen die zurückgehenden Erlöse eines Beispielprojekts in Folge Sedimentation/Stauraumverlust bei der Stromerzeugung. Gleichzeitig zeigt die Grafik, wie die Erlöse aus dem Anlagenbetrieb durch eine Entsedimen-54 Kosteneinsparungen durch intelligenten Umgang mit Sediment   Vorgehensweisen. Das inzwischen veröffentlichte DWA-Merkblatt 513-1 wird helfen, rechtliche Vorurteile zu überwinden und gibt Hinweise für das konzepti-onelle Vorgehen. Die Auswahl der jeweils optimalen Lösung sollte dabei mit einer fundierten Analyse, erforderlichenfalls einschließlich moderner Probe-nahmeverfahren, erfolgen. Auf dieser Basis wird unter fundierter Einbeziehung der Sach-, vor allem aber der Rechtslage sowie der Kenntnis der Morphodyna-mik und moderner Prozesstechnik ein ökologisch vorteilhaftes Konzept zur Lö-sung des Sedimentationsproblems erarbeitet. Inzwischen verfügbare technische Entwicklungen in Probennahme, Analyse und Umsetzung lassen dabei ein intel-ligentes Sedimentmanagementkonzept mit dauerhaftem und nachhaltigem Er-folg zu, das gleichzeitig wirtschaftlich optimiert ist. Das schließt rechtskonforme und dabei innovative Verbringungswege ausdrücklich ein. 6 Literatur Bizzini, F.; Caruana, R.; Colonna, P.; De Vita, P.; Fanelli, G.; Granata, T.; Greco, A.; La Barbera, G.; Marchitelli, M.; Tiddia, D. (2009): The silting problem for reservoirs of Italian large dams. ICOLD Congress, Brasilien 2009 Detering, D.; Jokiel, C. & Bolsenkötter, L. (2016): Handling sediment management in practice. Hydro 2016 in Montreux, Schweiz 2016 DWA (2018): Umgang mit Sediment und Baggergut bei Gewässerunterhaltung und –ausbau. Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V., Merkblatt 513-1 (Gelbdruck) HABAB-WSV (2000): Handlungsanweisung für den Umgang mit Baggergut im Binnenland. 2. überarbeitete Fassung, BfG-Bericht 1251 Schleiss, A.; De Cesare, G. & Jenzer Althaus, J. (2010): Verlandung der Stauseen gefährdert die nachhaltige Nutzung der Wasserkraft. Wasser Energie Luft, Heft 1    Autoren:  Dr.-Ing. Michael Detering   DB Sediments GmbH Bismarckstr. 142 47057 Duisburg  Tel.: +49 203 306-3620 Fax: +49 203 306-3629 E-Mail: m.detering@db-sediments.com M.Sc. Laura Bolsenkötter M.Sc. Joana Küppers  DB Sediments GmbH Bismarckstr. 142 47057 Duisburg  Tel.: +49 203 306-3620 Fax: +49 203 306-3629 E-Mail: l.bolsenkoetter@db-sediments.com  j.kueppers@db-sediments.com  

Kosteneinsparungen durch intelligenten Umgang mit Sediment

http://henry.baw.de/bitstream/20.500.11970/104601/1/10_Detering_45_bis_54.pdf

Kosteneinsparungen durch intelligenten Umgang mit Sediment

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