Dimensionierung eines Kanales

Qmax Maximale Wassermenge
z
Überschreitungshäufigkeit vom Qmax
 Planungshorizont (z.B. 50 Jahre)
 Erforderliche und mögliche Genauigkeit
 Minimale Schleppkraft
Abstufung der Kanaldurchmesser
Annahmen: kSt = 85 m 1/3 s-1, JS = 1%, JE = JS
Durchmesser mm Qvoll in m3s-1
300
400
500
600
700
800
1000
Kosten Fr m-1
0.10
0.22
0.40
0.66
1.00
1.40
2.50
500.600.700.800.900.1000.1250.-
r2.67
r0.75
Erforderliche Rechengenauigkeit rel. gering.
Energielinie bei
Überlastung, JE >> JS
Überlastung einer Kanalisation
L = 400 m
DhE,max
JE,max
DhS
JS
Energielinie bei Normalabfluss,
Dimensionierung: JE = JS
Vergleich der Energieverluste
flach
steil
Gefälle
Dimensionierung: Normalabfluss, Vollfüllung
0.002
0.01
JS = JE
m3 s-1
0.1
0.1
Qdim
mm
400
300
D
m s-1
0.8
1.4
vf,voll
m
0.8
4.0
DhS = DhE = JSL
Überlastung: Abfluss unter Überdruck
m3s-1
0.15
0.15
Qmax
m s-1
1.2
2.1
vf,max
0.0225 0.0045
JE,max
m
1.8
9
DhE,max
Sohlgefälle
Durchmesser
Fliessgeschwindigkeit
Energieverlust
Überlastung von 50%
= vf  (0.15 / 0.1)
= JS  (0.15 / 0.1)2
= JE,max  L
Wiederkehrintervall z in Jahren
Gefälle
City
Vororte
Landgemeinde
Schweiz
steil
D, NL, DK
flach
20
5
2-5
5-10
2
1-2
a
a
a
Die angewendeten z Werte müssen politisch
ausgehandelt werden
Entwässerungsverfahren: Mischsystem
Mischwasserkanal
Häusliche Abwässer
Industrie- und Gewerbe-Abwasser
Strassenentwässerung
Regen- und Grundwasser
Brunnen- und Bachwasser
Entlastung
Regenüberlaufbecken
Versickerung
Abwasserreinigung
Vorflut
Entwässerungsverfahren: Trennsystem
Schmutzwasserkanal
Regenwasserkanal
Häusliche Abwässer
Industrie- und Gewerbe-Abwasser
Strassenentwässerung
Regen- und Grundwasser
Brunnen- und Bachwasser
Abwasserreinigung
Versickerung
Vorflut
Ev. Rückhaltebecken
Regenrückhaltebecken
Retentionsbecken nur mit Notüberlauf
Retentionsvolumen
Qmax,zu
Drosselstrecke
Qab << Qmax,zu
häufig als offene Erdbecken gestaltet
Schmutzwasserkanal
Bestehend
Geplant:
3 ha
Ym= 0.33
T
min
10
20
30
40
Dimensionierung eines
Retentionsbeckens
QARA < 30 l/s
r
Vzu =
l s -1 ha-1 Fred  r  T
m3
256
152
163
196
120
216
95
228
Zürich, z = 5 a
K(z) = 4570 B = 8 min
Vab =
Vret =
QARA  T Vzu - Vab
3
3
m
m
18
134
36
160
54
162
72
156
Mischsystem: Entlastungsordnung
Entlastungen
ARA

Siedlung

Vorflut

RÜB


Speichervolumen bis zum Anspringen
des Überlaufes in m3 ha-1red
30 10
20
30
5
Jährlicher Überlauf in
% des Regenabflusses
Bereich
20
der
Regenbecken
10
Überlaufhäufigkeit / Jahr
10
30
0
0
10
20
20
30
40
Bereich der Hochwasserentlastungen
50
Maximal abgeleitete Regenintensität beim
Anspringen des Überlaufes in l s-1 ha-1
Sivalda, 1994, KA, 41, p.1988
Spezifisches Volumen der Kanäle
100
flach
m3 ha-1
45
mittel
18
10
10
steil, hügelig
100
1000
Einzugsgebiet in ha
1’000 EG
100’000 EG
Gesamtniederschlagshöhe in mm
20
15
HWE
10
5
0
0
Einzelereignis mit HWE
Beckenüberlauf und
Hochwasserentlastung
Einzelereignis ohne HWE
Regenüberlaufbecken
Ableitung zur ARA
Kanalisation füllen
Mulden, Wasserfilm
1
2
3
Dauer des Regens (h)
Beispiel: Regen in Fehraltorf, 1991
Niederschlagshöhe
in mm
vereinfachte Analyse!
25
HWE
20
Kanalentlastung
15
10
5
0
0
60
120
180
240
300
Dauer des Niederschlags
in Minuten
Fangbecken im Nebenschluss
Bei Trockenwetter
nicht durchflossen
zur ARA
Entleerung
Zufluss von
Mischwasser
Überlauf als Entlastung
Zufluss von
Mischwasser
Fangbecken
Vorflut
zur ARA
Fangbecken im Hauptschluss
zur ARA
Immer durchflossen
Zufluss von
Mischwasser
Überlauf als Entlastung
Überlauf zur
Vorflut
Vorflut
zur ARA
Klärbecken (Durchlaufbecken)
Vorflut
zur ARA
Hauptschluss: Bei Trockenwetter durchflossen
Nebenschluss: Bei Trockenwetter nicht durchflossen
Verbundbecken
Zufluss
Beckenüberlauf
Klärbecken
Gefällsverlust
Fangbecken
Zur Kläranlage
zur Vorflut
Fangkanal
Entlastung
Kanalstauraum
Fangkanal
Drossel
Trockenwetterabfluss
Speicherkanal
Entlastung
Kanalstauraum
Trockenwetterabfluss
Drossel
Schmutzstoffkonzentration (g CSB m-3)
Mischwasseranfall (Q in l s-1)
500
400
Fracht in g s-1
100
80
Schmutzstoss
300
60
CSB
200
40
Q
CSB
100
20
F
0
0
0
20
40
60
80
100
120
Dauer des Regenereignisses in min
Kumulative Schmutzstofffracht in kg CSB
100
Effektiver Verlauf
80
Zusätzlicher
Anfall
Schmutzstoss
60
40
Anfall bei konstanter
Konzentration
20
Frachtanfall
Trockenwetter
0
0
100
200
300
400 500 600 700
Kumulative Wasserfracht in m3
Schmutzwasser
Mischwasser
Meteorwasser
Kanalüberlauf
Becken
Schmutzwasserspeicher
Regenüberlaufbecken
Fangbecken
Durchlaufbecken
Entlastung
Regenrückhaltebecken
Regenklärbecken
Verbundbecken
Schmutzwasser
Mischwasser
Meteorwasser
Dimensionierung eines Fangbeckens
Hochwasserentlastung
rkrit = 30 l s-1 ha-1
Einzugsgebiet
Fred
QARA = 2 QTW = 2 l s-1 ha-1
FB
ARA
Vorflut
Frage:
Wie gross muss das Fangbecken werden, damit der
Schmutzstoss gefangen werden kann?
Dimensionierung eines Fangbeckens
Annahmen:

Am Ort des Fangbeckens gilt t0 = tan + tFK.

Der Schmutzstoss dauert ca. t0 = 10 min
 Die kritische Regenintensität beträgt rkrit = 30 l s-1 ha-1

Zur ARA werden QARA = 2 QTW oder 4 l s-1 hared-1
abgeleitet
VFB = (Q TW + Fred  rkrit - Q ARA )  t 0
VFB
3
-1
= 17 m ha red
Fred
Vorklärbecken bei Regen
Sedimentation
Entlastung
?
Entlastung
Schlammabzug
?
Wo soll die Entlastung angeordnet werden?
g DOC m-3
g TSS m-3
Zufluss
50
500
40
400
30
300
20
200
10
Ablauf 100
0
17
18
19
20 Uhr
g DOC s-1
160
120
80
40
0
18
18
19
20 Uhr
kg TSS s-1
200
17
0
17
Gemessene
Konzentrationen
19
20 Uhr
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0
Gemessene
Frachten
17
18
19
20 Uhr
Fracht in der Entlastung nach dem Becken
Schmutzstoffe bei Regen
Regenintensität r
Fläche F
Abflussbeiwert Ym
Einwohner E
Vorflut


Entlastung



ARA
Schmutzstoffe bei Regen
Beispiel: Ammonium/Ammoniak - ein Fischgift
Abwasseranfall:
qE = 0.3 m3 E-1 d-1
Ammoniumanfall: fN = 10 g N E-1 d-1
Frage: Wie reagiert die Ammonium Konzentration in der
Vorflut auf zunehmende Regenintensität?
Definitionen:
Qi
Fi
Ci
Fi
=
=
=
=
Durchfluss
[m3 s-1]
Fracht
[g s-1]
Konzentration [g m-3]
Qi  Ci
Schmutzstoffe bei Regen
= E  qE + r  F  Y m
= E  fN
= F 1 / Q1
Q4
C
4
= Zu Beginn konstant
0
Q2
C
2
= QARA  QTW
= C1
Q5
F
5
C5
= Q4 + Q3
= F4 + F3 = Q3  C1
= F5 / Q5
Q3
C
3
= Q 1 - Q2
= C1
Q1
F
1
C1
Q ARA 

E  fN   1 
 Q R + Q TW 
C5 =
Q Vf + Q R + Q TW - Q ARA
Ammonium in der Vorflut
g N m-3
1.5
1
0.5
0
0
10
20
30
Regenintensität in l s-1 ha-1

12 SWW Entwässerungsverfahren