Berechnungsansätze für Außengebietsabflüsse

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Greta Kramer
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1 J. Sartor Seminar Technische und wasserrechtliche Aspekte der Oberflächenentwässerung im Zuge von Straßenbaumaßnahmen, 19. April 2012

2 Grundsätzliches - Die folgendes Ausführungen beruhen u.a. auf dem entsprechenden DWA-Arbeitsbericht Arbeitsbericht (KA 8/2008)

3 Auswahl der grundlegenden Ansätze I. Verfahren zur Bestimmung des Scheitel-/Spitzenabflusses max Q Für einfache Bemessungsaufgaben, z.b. Durchlassdimensionierung für Abflüsse von Straßenflächen oder aus Außengebieten II. Verfahren zur Bestimmung der Abflussganglinie Q(t) Bei Überlagerung von Abflüssen, z.b. von Straßenfl enflächen und Außengebieten sowie zur RückhaltebeckenbemessungR

4 Bsp.: Entwässerung B 51 bei Aach-Hohensonne

5 Verfahren zur Bestimmung von max Q Zeitbeiwert-/Kalweit /Kalweit-Verfahren (Fließzeitverfahren) HQ n = ψ S r(t c,n) A E HQ n = K r(t c,n) A E mit [l/s] [l/s] (Zeitbeiwertverfahren, s. z.b. RAS-Ew) (Kalweit nach Landesamt Rhl.-Pfalz von 1973) HQ n (HQ T ): Hochwasserspitze ; n mal pro Jahr oder T n -jährlich (n = 1/T n ) Ψ S = K: Spitzenabflussbeiwert RAS-Ew: Ψ = 0,6 0,9 für f befestigte Flächen chen,, Fahrbahnen, Fels Kalweit: K = f(bodenart, Gefälle, Flächennutzung) Außengebiete r(t c,n): Regenspende der jährlichen j Häufigkeit H n und der Dauer D = t c in [l/(s ha)] Annahme: n Q = n N! t c : Konzentrationszeit des Einzugsgebietes nach Kirpich A E : Einzugsgebietsgr sgröße e [ha]

6 Kalweit-Verfahren Spitzenabflussbeiwert K (Gebietskonstante):

Zeitbeiwert-/Kalweit /Kalweit-Verfahren Konzentrationszeit des Einzugsgebietes t c nach Kirpich: t c 0, 06222 ( L J ) 0, 77 [h] mit L: längster Fließweg

7 Zeitbeiwert-/Kalweit /Kalweit-Verfahren Konzentrationszeit des Einzugsgebietes t c nach Kirpich: t c 0, ( L J ) 0, 77 [h] mit L: längster Fließweg vom Gebietsauslass (Einlauf ins Kanalnetz o.ä.) dem Talverlauf folgend bis zur Wasserscheide Δ H = H O H U : zugehörige Höhendifferenz J = Δ H / L (Gefälle)

8 Berechnungsbeispiel zu Kalweit Landwirtschaftlich gemischt genutzte Fläche (A E = 200 ha) mit flachgründigem sandigem Lehmboden und hängiger, h wenig rauer Oberfläche sowie L = 2500 m und ΔH = 12 m. Es gelte die Starkregenstatistik von Trier nach KOSTRA Gesucht: HQ 1 und HQ 20 K = 0,12

9 Berechnungsbeispiel zu Kalweit Landwirtschaftlich gemischt genutzte Fläche (A E = 200 ha) mit flachgründigem sandigem Lehmboden und hängiger, wenig rauer Oberfläche sowie L = 2500 m und ΔH = 12 m. Es gelte die Starkregenstatistik von Trier nach KOSTRA Gesucht: HQ 1 und HQ 20 Konzentrationszeit: J = ΔH/L = 0,012/2,5 = 0,0048 (4,8 ) L 0,77 2,5 0,77 t c 0,06222( ) 0,06222( ) 1, 0 h J 0,0048

Berechnungsbeispiel zu Kalweit Landwirtschaftlich gemischt genutzte Fläche (A E = 200 ha) mit flachgründigem sandigem Lehmboden und hängiger, wenig rauer Oberfläche sowie L =

10 Berechnungsbeispiel zu Kalweit Landwirtschaftlich gemischt genutzte Fläche (A E = 200 ha) mit flachgründigem sandigem Lehmboden und hängiger, wenig rauer Oberfläche sowie L = 2500 m und ΔH = 12 m. Es gelte die Starkregenstatistik von Trier nach KOSTRA Gesucht: HQ 1 und HQ 20 (t c = D = 1 h = 60 min.) r(1,1) = 45,8 l/(s ha) r(1,20) = 95,5 l/(s ha)

11 Berechnungsbeispiel zu Kalweit Landwirtschaftlich gemischt genutzte Fläche (A E = 200 ha) mit flachgründigem sandigem Lehmboden und hängiger, wenig rauer Oberfläche sowie L = 2500 m und ΔH = 12 m. Es gelte die Starkregenstatistik von Trier nach KOSTRA Gesucht: HQ 1 und HQ 20 HQ 1 = K r(1,1) A E = 0,12 45,8 200 = 1099 l/s ~ 1,1 m 3 /s HQ 20 = K r(1,20) A E = 0,12 95,5 200 = 2292 l/s ~ 2,3 m 3 /s

12 Weitere Verfahren zur Bestimmung von max Q Zeitabflussfaktorverfahren (genannt in RAS-Ew, beschrieben u.a. im ATV- Handbuch Planung der Kanalisation ): Ähnlich Zeitbeiwertverfahren, wobei aber u.a. die Geländeneigung eingeht BWK-Merkblatt 3: sog. potentiell naturnahe Hochwasserabflussspenden HQ-Regio Regio-Spenden für r Gebiete ab A E = 10 km 2 in Rheinland-Pfalz

13 Verfahren zur Bestimmung der Ganglinie Q(t) Flutplan-Verfahren (Kalweit-Verfahren): Flutplan mit t f : Fließzeit T R : Regendauer (i.d.r. für f r Kanalnetze) ähnlich (neben diversen Modifikationen): Summenlinienverfahren Ganglinie zum Kalweitverfahren Spitzenabflussbeiwert K = max. Abflussspende/zugehörige Regenspende ist linear proportional zu mittlerem Abflussbeiwert ψ m = Effektivregenhöhe/Regenh he/regenhöhe (ψ( m = 1,5 K K = const.) nicht plausibel!

14 Bestimmung der Ganglinie Q(t) für f r komplexe Systeme Hydrodynamische Verfahren: Haupteinsatzgebiet: Kanalnetzberechnungen, meist in Kombination mit hydrologischem Oberflächenmodell (siehe u.a. ATV-DVWK DVWK-M M 165) Hydrologische Niederschlags-Abfluss Abfluss-Modelle (NA-Modelle): Haupteinsatzgebiet: Flussgebiets-,, Außengebiets engebiets- und Kanalnetzberechnungen (siehe u.a. ATV-DVWK DVWK-M M 165 und DWA-Arbeitsbericht Arbeitsbericht Außengebiete ) Kalibrierung an gemessenen Naturereignissen möglich m (u.a. beliebige Niederschlagsbelastung) Beliebige Strukturierung hinsichtlich Teilflächen und sonstigen Komponenten (z.b. Gerinnestrecken, Becken) für f r beliebige Systemzustände Großer Sachverstand und Erfahrung des Bearbeiters (sowie Prüfers) erforderlich

15 Bsp.: NA-Modell für f r den Rolkemsbach (Teilplanung zum B 51 Um- und Ausbau Aach-Hohensonne)

16 NA-Modell für f r den Rolkemsbach: Hochwasserrückhaltebecken ckhaltebecken zum Abflussausgleich

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