Johannes Rüter, Dieter Grotehusmann, Benedikt Lambert

• Ziel des Forschungsvorhaben „Wirkung von Behandlungsanlagen der Straßenentwässerung im Hinblick auf AFS63“ (FE 05.0193/2016/GRB) ist die Ermittlung der AFS63 Jahresfrachten und die AFS63 Rückhalteleistung von Regenwasserbehandlungsanlagen an Bundesfernstraßen. Die Untersuchung erfolgte mit der Sedimentdepot- Methode, bei der die zurückgehaltenen Sedimentmengen in den einzelnen Anlagenteilen erfasst wurde. Die Bestimmung der AFS63 Fracht in den Sedimentationsanlagen erfolgte über die Sedimentmessung und Beprobung der zurückgehaltene Sedimentmenge in den Absetzanlagen. Die Erfassung der ausgetragenen Sedimente wird durch die Sedimentbeprobung der nachgeschalteten Anlagenstufe (RBF oder Versickerungsanlage) gewährleistet. Um Abschätzungen von potenziellen Fehlerquellen bei der Sedimentdepot-Methode treffen zu können, wurden Plausibilitätsuntersuchungen durchgeführt. Die Ergebnisse der Plausibilitätsuntersuchungen lassen sich wie folgt zusammenfassen: • Durch die hohe Betriebszeit (2 – 39 Jahre, Median 10a) erlaubt die Depotmethode eine ausreichend sichere Erfassung der AFS63-Fracht. • Die sehr starke horizontale AFS63-Zonierung auf den Filterflächen kann durch eine Teilflächenbeprobung repräsentativ erfasst werden. Die Teilflächen selbst sind homogen, wie Vergleichsmessungen gezeigt haben. Von den 115 ausgewerteten Anlagendaten wurden im Zeitraum Mai 2020 und April 2021 insgesamt 37 Anlagen bereist und 20 Anlagen vollständig über die Sedimentdepot-Methode untersucht. Durch die große Zahl an Anlagen konnte eine Spannweite der AFS63-Jahresfrachten ermittelt werden. Der Median der AFS63 Zulauffracht der untersuchten Anlagen liegt bei 437 kg/ha/a, das obere Quartil bei 536 kg/ha/a. Unter Berücksichtigung der auf dem Fließweg zur Behandlungsanlage zurückgehaltene AFS63 Fracht (Bankett-Mulden-Entwässerung) ergeben sich spezifische AFS63 Frachten von 558 kg/ha/a (Median) bzw. 821 kg/ha/a (oberes Quartil). Die Art der Entwässerung (Bordrinnen-Abläufe-Rohre bzw. Bankett-Böschung-Mulde) übt einen deutlichen Einfluss auf die an einer zentralen Regenwasserbehandlungsanlage ankommenden AFS63 Frachten aus. Werden größere Teile der Straßenflächen über Bankett-Böschung und Mulden entwässert, sinkt die an der zentralen Behandlungsanlage ankommende AFS63 Fracht deutlich. Betonschutzwände führen tendenziell zu einer Erhöhung der AFS63 Frachten, da weniger in den Straßenseitenraum verdriftet wird. Bei allen anderen potenziellen Einflussgrößen konnte kein deutlicher Zusammenhang hergestellt werden. Dies gilt auch für den durchschnittlichen täglichen Verkehrsstärke (DTV). Hier überlagern sich die einzelnen Faktoren, oder es sind zufällige nicht näher quantifizierbare Einflüsse, aufgrund derer keine eindeutige Beziehung hergestellt werden kann. Bei der Muldenentwässerung steht eine sehr hohe potenzielle Behandlungsfläche zur Verfügung über die eine hohe und weitgehend vollständige Behandlung des Straßenabflusses möglich ist. Eine nochmalige Behandlung des Muldenabflusses in einer zentralen Filteranlage ist deshalb nicht notwendig. Zukünftig sollte bei der Dimensionierung von RBF die EZG Flächen der Bankett-Mulden-Entwässerung unberücksichtigt bleiben. Im Median sind in den Absetzanlagen 142 kg/ha/a AFS63 zurückgehalten worden. Die prozentuale Rückhalteleistung bezogen auf die gesamte gemessene AFS63 Fracht im Anlagenzulauf beträgt im Median 65 %. Wie erwartet zeigt sich eine Abhängigkeit zum spezifischen Volumen. Absetzanlagen mit einem spezifischen Volumen von > 200 m³/ha können AFS63-Rückhaltegrade von bis zu > 90 % erzielen. Bei spezifischen Volumen ≤ 40 m³/ha liegt der AFS63-Wirkungsgrad hingegen größtenteils bei ≤ 40 %.
• The aim of the research project "Efficiency of road drainage treatment plants with regard to PM63“ (FE 05.0193/2016/GRB) is to determine the PM63 annual loads and the PM63 retention capacity of stormwater treatment plants on federal trunk roads. The investigation was carried out using the sediment depot method, in which the quantities of sediment retained in the individual plant sections were recorded. The PM63 load in the sedimentation plants was determined by sediment measurement and sampling of the retained sediment in the sedimentation plants. The recording of the discharged sediments is ensured by the sediment sampling of the downstream plant (retention soil filters or infiltration plant). In order to estimate potential sources of error in the sediment depot method, plausibility studies were carried out. The results of the plausibility studies can be summarised as follows: - Due to the long operating time (2 – 39 years, median 10a), the depot method allows a sufficiently reliable capture of the PM63 load. - The very strong horizontal PM63 zoning on the filter surfaces can be recorded representatively by partial surface sampling. The partial areas themselves are homogeneous, as comparative measurements have shown. Of the 115 evaluated plant data, a total of 37 plants were toured in the period May 2020 and April 2021, and 20 plants were fully investigated using the sediment depot method. Due to the large number of plants, a range of PM63 annual loads could be determined. The median of the PM63 inlet load of the investigated plants is 437 kg/ha/a, the upper quartile is 536 kg/ha/a. Taking into account the PM63 load retained on the flow path to the treatment plant (banquette-swale drainage), specific PM63 loads of 558 kg/ha/a (median) and 821 kg/ha/a (upper quartile) result. The type of drainage (curbs-gully-sewer or banquette-embankment-swale) has a significant influence on the PM63 loads arriving at a central stormwater treatment plant. If larger parts of the road surfaces are drained via banquettes, embankments and swales, the PM63 load arriving at the central treatment plant decreases significantly. Concrete protective barriers tend to increase the PM63 loads, as less drifts into the roadside area. For all other potential influencing variables, no clear correlation could be established. This also applies to the average daily traffic volume (DTV). Here, the individual factors overlap, or there are random influences that cannot be quantified in more detail, due to which no clear relationship can be established. With swale drainage, a very large potential treatment area is available, which enables a high and largely complete treatment of the road runoff. A further treatment of the swale runoff in a central filter system is therefore not necessary. In the future, the catchment areas of the banquette and swale drainage should not be taken into account when dimensioning retention soil filters. On median, 142 kg/ha/a of PM63 was retained in the sedimentation plants. The percentage retention rate in relation to the total measured PM63 load in the plant inlet is 65 % on median. As expected, there is a dependence on the specific volume. Sedimentation plants with a specific volume > 200 m³/ha can achieve PM63 retention rates of up to > 90 %. With specific volumes ≤ 40 m³/ha, however, the PM63 efficiency is mostly ≤ 40 %.