Modellierung der Durchströmungs- und Stofftransportcharakteristik im geplanten Pumpwerk Martinusstraße in Köln-Esch (MoDuPEP)

Mittels CFD simulierte Stromlinien und zugehörige Fließgeschwindigkeiten im Bauwerk

Für die Regenwasserbehandlung dreier Stadtteile in Köln soll ein hochliegender Stauraumkanal in offener Bauweise hergestellt werden. Die Anströmung des zugehörigen Drossel- und Entlastungsbauwerkes erfolgt von zwei gegenüberliegenden Seiten.

Im Trockenwetterfall soll eine Schmutzwasserpumpe im Pumpwerk den klärpflichtigen Anteil (Q = 110 l/s) des zuströmenden Wassers über das Drossel- und Entlastungsbauwerk in Richtung kläranlagen pumpen. Bei Regenwetterabfluss werden zusätzliche Pumpen aktiviert. Der Fokus des Projektes liegt auf dem Trockenwetterfall. Sollten sich hier bspw. aufgrund zu geringer Strömungsgeschwindigkeiten Ablagerungen (Partikel) auf der Sohle bilden, besteht beim nächsten Regenwetterfall die Gefahr der Remobilisierung dieser Partikel, welche dann im schlechtesten Fall in das Gewässer geleitet werden würden. Die Reinigung dieser Ablagerungen durch Betriebspersonal müsste permament und mit erheblichem Aufwand, d. h. nicht realitätsnah, erfolgen.

Um zu untersuchen, sich im geplanten Bauwerk auch im Trockenwetterfall keine Partikel auf der Sohle absetzen, ist das Ziel dieses Projektes die numerische Untersuchung zur Durchströmungscharakteristik und des Verhaltens von absetzbaren Stoffen im Bauwerk.

Mithilfe der numerischen Strömungssimulation (CFD - Computational Fluid Dynamics) kann die Stofftransport- und Durchströmungscharakteristik im Pumpwerk qualitativ und quantiativ analysiert und bewertet werden. Im Fokus dieses Projektes steht dabei das Verhalten absetzbarer Stoffe, die durch die zwei angeschlossenen Kanäle ankommen und im Pumpwerk in Richtung Kläranlage abgepumpt werden sollen. Die Nutzung von CFD erlaubt dabei Rückschlüsse auf auf der Sohle wirkende Schubspannungen sowie Informationen über Fließgeschwindigkeitsverteilungen und Aufenthaltszeiten von Partikeln im Becken.

Auf Basis eines im Vorhinein festgelegten Lastfalls - hier der Trockenwetterzufluss von 110 l/s - können die Informationen über die Sohlschubspannung oder bspw. die Strömungslinien und -geschwindigkeiten untersucht werden. Sollte sich auf Basis der Simulation herausstellen, dass eine erhöhte Gefahr von Ablagerungen auf der Sohle besteht, kann mithilfe der Ergebnisse eine betriebliche oder bauliche Optimierung des geplanten Pumpwerkes erfolgen. Das bedeutet z. B. eine gezielte Steuerung der Pumpen oder eine Profilierung der Sohle.