Damrath/Cord-Landwehr Wasserversorgung

Transkript

1 Damrath/Cord-Landwehr Wasserversorgung Bearbeitet von Prof. Dr.-Ing. Klaus Cord-Landwehr Fachhochschule Nordostniedersachsen Fachbereich Bauingenieurwesen (Wasserwirtschaft und Kulturtechnik) Suderburg 10., neubearbeitete und erweiterte Auflage Mit 216 Bildern, 54 Tafeln und zahlreichen Beispielen B. G. Teubner Stuttgart 1992

2 Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Damrath, Helmut: Wasserversorgung: mit 54 Tafeln und zahlreichen Beispielen / Damrath; Cord-Landwehr , neubearb. und erw. Aufl. / bearb. von Klaus Cord-Landwehr. - Stuttgart: Teubner, 1992 Bis 9. Aufl. u.d.t.: Dahlhaus, Carl: Wasserversorgung ISBN ISBN (ebook) DOI / NE: Cord-Landwehr, Klaus [Bearb.] Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt besonders für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. B. G. Teubner, Stuttgart 1992 Gesamtherstellung: Allgäuer Zeitungsverlag GmbH, Kempten Umschlaggestaltung: P. P. K, S-Konzepte T. Koch, OstfildernjStuttgart

3 Vorwort zur 10. Auflage "Das Wasser ist das Beste", stellt schon der griechische Philosoph Pindar (um 500 v. Chr.) fest, und in der Europäischen Wasser-Charta ist verankert: "Jeder Mensch gebraucht Wasser und hat deshalb Rücksicht zu nehmen auf die anderen Wasserbenutzer. " Global gesehen haben wir Wasser im Überfluß, denn etwa zwei Drittel der Erde sind mit Wasser bedeckt. Aber davon sind mehr als 97% salziges Meerwasser, und nur 0,6% (ca. 8,8 Millionen Kubikkilometer) bilden das in Oberflächengewässern und im Grundwasser vorhandene Süßwasserreservoir. Wasser, als nicht ersetzbares Lebensmittel lebensnotwendig - der Mensch kann nur wenige Tage ohne Wasser überleben -, wird in zunehmendem Maße die Ursache für internationale Konflikte. Auf der Erde gibt es große Wassermangelgebiete, und aufgrund der Bevölkerungsentwicklung ist ein "Trinkwassernotstand" unvermeidbar. Die Trinkwasserversorgung der Dritten Welt ist daher eine der größten Zukunftsaufgaben. Deutschland liegt in der gemäßigten Klimazone und hat daher ein ausreichendes Wasserdargebot. Es gibt zwar lokale Wassermangelgebiete, diese können aber über Fernversorgungsleitungen einwandfreies Wasser erhalten. Im Bundesgebiet gibt es eigentlich keine Mengenprobleme, es fehlt aber vielfach aus lokalen Gründen die Einsicht, daß ein Ausgleich zwischen Wasserüberschuß- und -mangelgebieten unabdingbar ist. Die moderne Landwirtschaft benötigt z. B. erhebliche Beregnungsmengen, vielfach die 10fache Menge des Trinkwasserbedarfs einer Region. Obwohl beide aufeinander angewiesen sind, kann es so zum Konflikt zwischen Stadt und Land kommen. Der Rohstoff für das Lebensmittel Nr. 1, mit der einfachen Formel H 2 0, ist in die öffentliche Kritik geraten. Anthropogene Einflüsse, wie sie durch Altlasten in der Abfall- und Abwasserbeseitigung hervorgerufen werden, der Transport gefährlicher Güter und Flüssigkeiten, die intensive Landwirtschaft mit starkem Düngeund Pestizideinsatz, die Luftverschmutzung etc. gefährden den Rohstoff Wasser. Trotz aller Anstrengungen im Umweltschutz zeigen unsere Wasserrohstoffquellen (Grund-, Quell- und Oberflächenwasser) steigende Belastung. Mit der modernen Meßtechnik ist es möglich, Inhaltsstoffe im Nanogrammbereich festzustellen, dies entspricht einem Milliardstel Gramm. In Gesetzen und Verordnungen werden für Wasserinhaltsstoffe Grenzwerte festgelegt. Die stürmische Entwicklung in der Technik, die neuen gesetzlichen Regelungen und vor allem das gestärkte Umweltbewußtsein der Bevölkerung stellen höchste Anforderungen an die Bereitstellung von Trinkwasser: Die Wasserversorgungsunternehmen investieren mehr als 2 Milliarden DM jährlich, und durch die neuen Bundesländer wird dieser Trend noch steigen. Die vielfältigen Aufgaben von der Gewinnung über die Aufbereitung bis hin zur Verteilung werden von einem Team unterschiedlicher Fachleute gelöst. Diese müssen dialogfähig sein und bleiben. Ein

4 IV Vorwort nach den neuesten rechtlichen und technischen Regeln aufgebautes Fachbuch ist daher wichtig und hilfreich. Bei der neuen Ausgabe des seit Jahren eingeführten Fachbuches für Ingenieure und Techniker wurde der bewährte Aufbau des Buches vom Vorgänger übernommen. Eigene mehrjährige praktische Erfahrungen in der Wasserwirtschaftsverwaltung und im Ausland haben gezeigt, daß vor allem die naturwissenschaftlichen Grundlagen eine wesentliche Voraussetzung für eine erfolgreiche Arbeit auf dem Trinkwassersektor sind. Daher wurde ein neues Kapitel "Chemische, physikalische und biologische Beschaffenheit des Wassers" hinzugefügt. Alle Kapitel wurden den neuesten technischen Regeln, DIN-Vorschriften, dem DVGW-Regelwerk, den FIGAWA- und BGW-Mitteilungen, den neuen Rechtsvorschriften etc. angepaßt und grundlegend überarbeitet, da sich in den letzten Jahren zahlreiche Veränderungen ergeben haben. Um dem Benutzer die Möglichkeit zu geben, die alten und neuen Fachbegriffe miteinander verbinden zu können, werden beide parallel aufgeführt. Hierdurch wird es möglich, alte und bewährte Bemessungsansätze mit neueren Berechnungen zu vergleichen. Durch vereinfachte und übersichtliche Berechnungsbeispiele wird die Umsetzung der theoretischen Ansätze in Bemessungsansätzen aufgezeigt. Ziel des Buches ist es, sowohl den an den wissenschaftlichen und fachlichen Hochschulen Studierenden als auch den jungen Praktikern die Hauptaufgaben der Wasserversorgung darzulegen und somit einen Gesamtüberblick des Fachgebietes zu geben. Damit ist er in der Lage, die Standardaufgaben besser zu lösen. Sicherlich wird auch der erfahrene Kollege hilfreiche Hinweise finden. Zur Abrundung wurde ein Kapitel "Wasserrecht" angefügt, in dem die für die Wasserversorgung relevanten Rechtsquellen und die Gesellschaftsformen der Versorgungsunternehmen dargelegt werden. Der anstehende europäische Markt wird sicherlich weitere Neuerungen bringen. Für Hinweise und Anregungen sind der Verlag und Autor dankbar. Suderburg, im SOIpmer 1992 Klaus Cord-Landwehr

5 Inhalt 1 Grundlagen einer Wasserversorgung 1.1 Bestandteile und Begriffe der Wasserversorgung Anforderungen an eine Wasserversorgung Leitsätze für die zentrale Wasserversorgung Anforderungen an Trinkwasser Planung und Bau von zentralen Trinkwasserversorgungsanlagen Werkseigene Überwachung von zentralen Trinkwasserversorgungsanlagen Trinkwasser Wasser für gewerbliche und industrielle Zwecke 6 2 Wasserbedarf 2.1 Eigenbedarf und Wasserverluste 2.2 Verbrauchswerte Schwankungen des Wasserverbrauchs 2.4 Feuerlöschwasser 2.5 Wassereinsparung 2.6 Steigerung des Trinkwasserverbrauchs Wasservorkommen und Wassergewinnung Niederschläge und Abflüsse Kreislauf des Wassers Wasserdargebot Grundwasser Begriffsbestimmungen und Grundlagen Erkundung von Grundwasservorkommen Grundwassermeßstellen und -höhenlinien (Isohypsen) Die Ergiebigkeit eines Grundwasservorkommens Geophysikalische Messungen Die Ermittlung der Ergiebigkeit Der Durchlässigkeitsbeiwert kr Ergiebigkeitsgleichung Pumpversuch Durchführung und Auswertung des Pumpversuchs k,wertbestimmung durch einen Pumpversuch

6 VI Inhalt 3.3 Fassungsanlagen für die Grundwassergewinnung 3i\ Schacht- oder Kesselbrunnen Bohrbrunnen Bohrungen bei der Wassererschließung Filterrohr Brunnenkopf und Vorschacht Einzelbrunnen und Brunnenreihen Bemessung eines Bohrbrunnens in Lockergestein Entsandung Brunnengase Horizontale Grundwasserfassungsanlagen Uferfiltriertes Wasser und künstliche Grundwasseranreicherung Horizontalbrunnen Quellwasser Trinkwasser-Schutzgebiete Oberflächenwasser Flußwasser Seewasser und Talsperrenwasser Dünen- und Zisternenwasser Chemische, physikalische und biologische Beschaffenheit des Wassers Grundlagen Konzentrationsangaben in der Wasserchemie Wichtige Begriffe der Wasseranalytik Die Härte des Wassers Das Kohlensäure-Calcium-System, das Kalk-Kohlensäure Gleichgewicht (KKG) und weitere Begriffe der Korrosionschemie Die Entsäuerung aus chemisch/physikalischer Sicht Trinkwasserinhaltsstoffe Chemische und physikalische Wasserinhaltsstoffe (Auswahl) Bakteriologische Wasserinhaltsstoffe Untersuchungsumfang und Hinweise zur Probenahme bei Wasseranalysen.... Physikalische, chemische und biochemische Grundlagen der Eisenund Manganentfernung Die Löslichkeit von Gasen im Wasser Autbereitungsverfahren in der Trinkwasserversorgung Siebverfahren, Absetzbecken Flockung und Fällung Filtration Grundlagen Filterbauarten Filterbestandteile und -betrieb Belüftung und Entgasung

7 Inhalt VII 5.5 Entsäuerung Marmorfilterung Dolomitfilter Mechanische Entsäuerung 5.6 Eisen- und Manganentfernung Enteisenung Entmanganung Kombinierte Entfernung von Wasserinhaltsstoffen 5.8 Desinfektion von Trinkwasser und Versorgungsanlagen 5.9 Spuren stoff- und Salzentfernung sowie Enthärtung 5.10 Ablaufplan für die Herstellung eines Wasserwerkes Wasserförderung und Mengenmessung 6.1 Pumpen für die Trinkwasserversorgung Hauptpumpenbauarten und -einsatzbereiche Antriebsmaschinen Förderhöhe, NPSHA-Wert und Leistungsbedarf Pumpwerke Druckerhöhungspumpen Wassermengenmessung Speichern des Wassers 7.1 Hochbehälter Lage Speicherbemessung Bauliche Grundsätze für Wasserbehälter Einrichtungen der Wasserbehälter Wassertürme Druckbehälter Berechnung von Druckbehältern Automatisches Pumpwerk mit zwei Pumpen Dynamische Druckänderung in Wasserversorgungsanlagen Löschwasserspeicher Verteilen des Wassers 8.1 Hydraulische Grundlagen Reibungsverluste Gesamt-Druckverluste 8.2 Rohrnetzarten und -berechnung Versorgungsnetze Netzarten Druckzonen wasserversorgung Berechnung der Rohrnetze Verästelungsnetz Ringnetze Gruppen

8 VIII Inhalt Rohrnetzpläne Zubringerleitungen (ZW) Hauptleitungen (HW), Versorgungsleitungen (VW) und Anschlußleitungen (A W) Baustoffe in der Wasserverteilung Rohre Druckrohre aus duktilem Gußeisen (GGG) Stahlrohre Faserzementrohre Rohre aus Spannbeton und Stahlbeton Kunststoffrohre 8.4 Ausführung der Rohrleitung Lage im Straßenquerschnitt Verlegung der Leitung Verankerung der Rohrleitungen Nicht längskraftschlüssige Rohrverbindungen Längskraftschlüssige Rohrverbindungen Kreuzungen und Überführungen Rohrnetzüberwachung und -betrieb Wasserrecht 9.1 Rechtskompetenzen und Rechtsformen Wasserhaushaltsgesetz, landesrechtliche Umsetzung und tungshandeln Weitere Rechtsquellen für die Wasserversorgung (Auswahl) 9.4 Rechtsformen der WVU Literatur DVGW-Arbeitsblätter. Regelwerk Wasser Regelwerk Gas/Wasser DIN-Verzeichnis Sachverzeichnis. Verwal

9 Hinweise IX DIN-Normen. Für dieses Buch einschlägige Normen sind entsprechend dem Entwicklungsstande ausgewertet worden, den sie bei Abschluß des Manuskripts erreicht hatten. Maßgebend sind die jeweils neuesten Ausgaben der Normblätter des DIN Deutsches Institut für Normung e. V., die durch den Beuth-Verlag, Berlin und Köln, zu beziehen sind. Sinngemäß gilt das gleiche für alle sonstigen angezogenen amtlichen Richtlinien, Bestimmungen, Verordnungen usw. Maßeinheiten (GW 110). Verwendet wurden die durch das "Gesetz über Einheiten im Meßwesen" vom und seiner "Ausführungsverordnung" vom eingeführten Einheiten. Hinweise zur Umrechnung von "alten" in "neue" Einheiten und umgekehrt. Ab sind nur noch diese SI-Einheiten für den Gebrauch im Bauwesen zugelassen. Bezeichnungen Neue gesetzliche Einheiten Alte Einheiten Belastungen, Kraft I N (Newton) 0, I kp*) 10 N 1 kp 1 kn (Kilonewton) 100 kp 10 kn I Mp 1 MN (Meganewton) 100 Mp 2 Spannungen, 0,1 N/mm 2 I kp/cm 2 Fes tigkeiten I N/mm 2 = I MN/m 2 10 kp/cm 2 1 MN/m 2 = 10 6 N/I0 6 mm 2 = 1 N/mm I Pa (Pascal) = I N/m 2 1 MPa = 1 MN/m 2 = I N/mm 2 Moment I Nm 10 Nm 10 knm Energie, Arbeit, 1 J (Joule) = 1 Nm Wärmemenge I kj (Kilojoule) 1 W (Watt) = 1 Nm/s = I J/s 1 J = I Ws Sonstige gebräuchliche Maßeinheiten: Thermodynamische I K (Kelvin) Temperatur T Celsiustemperatur t C Druckp I Pa (Pascal) 1 bar = 10 5 Pa = 0, I MPa = 10 5 N/m 2 Dichte kg/m 3 Masse kg *) Hinreichende Genauigkeit in der Praxis 0,1 kpm*) 1 kpm I Mpm 0,1 kpm grd - I at (= I kp/cm 2 ) -lomws Umrechnung von kcal/h in Watt (W): I W = 0,86 kcal/h I kcal/h z. B. Wärmeleitzahl.1.: 1 kcal/m h K 1,16W 1,16W/mK