Die Deutsche Bibliothek CIP-Einheitsaufnahme

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3 Die Deutsche Bibliothek CIP-Einheitsaufnahme ATV-DVWK, Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall: ATV-DVWK-Regelwerk [Medienkombination] / ATV-DVWK, Wasserwirtschaft, Abwasser, Abfall. - Hennef: GFA, Ges. zur Förderung der Abwassertechnik. Früher u.d.t.: Abwassertechnische Vereinigung: ATV-Regelwerk Arbeitsblatt A 118. Kommentar ISBN Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieser Veröffentlichung darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form durch Fotokopie, Mikrofilm oder irgendein anderes Verfahren reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Daten- Verarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache übertragen werden. GFA-Gesellschaft zur Förderung der Abwassertechnik e. V., Hennef 2000 Herstellung: DCM, Meckenheim 2

4 Inhalt Zum Kommentar... 5 Benutzerhinweis... 7 Vorwort Anwendungsbereich Definitionen Begriffe Symbole Allgemeines Grundsätze Entwässerungssysteme Aufgabenstellung Maßgebliche Abflussgrößen und -querschnitte Schmutz- und Fremdwasserabfluss Berechnungsgrundlagen Bestehende Entwässerungssysteme Planung neuer Entwässerungssysteme Häusliches Schmutzwasser Betriebliches Schmutzwasser Fremdwasser Berechnung des Schmutz- und Fremdwasserabflusses Niederschlagsabfluss Ziel- und Nachweisgrößen Vorgaben zur Niederschlagsbelastung Regenspendenlinie und Blockregen Intensitätsvariable Modellregen Einzelmodellregen Modellregengruppen Gemessene Starkregenserien Niederschlagskontinuum Vorgabe zulässiger Abflüsse

5 5.3 Regenabfluss Abflussbildung Einzelverlustansätze Abflussbeiwert Abflusskonzentration Berücksichtigung von Maßnahmen der dezentralen Regenwasserbewirtschaftung Berechnungsmethoden für den Kanalabfluss Hydrologische Methoden Zeitbeiwertverfahren Hydrologische Abflussmodelle Hydrodynamische Berechnungs- methoden Hydraulische Berechnung und Nachweisführung Anwendungskriterien Berechnungsmethoden und Niederschlagsbelastung Einzugsgebiet Aufgabenstellungen Neubemessung von Entwässerungsnetzen Nachrechnung bestehender Systeme Berechnung von Sanierungsvarianten Nachweis der Überstauhäufigkeit Überflutungssicherheit Mitgeltende Normen und Regelwerke ATV-Regelwerk Abwasser-Abfall Europäische und DIN-Normen Literatur Anhang A 1: Erstellung eines Modellregens nach Euler Typ II A 2: Erstellung einer Modellregengruppe A 3: Erstellung von Starkregenserien

6 Zum Kommentar Mit der Herausgabe von Kommentaren zum ATV-DVWK-Regelwerk stellt die ATV-DVWK eine neue Publikationsreihe vor. Bei der Bearbeitung von Arbeits- und Merkblättern muss darauf geachtet werden, dass diese kurz aber verständlich abgefasst werden. Erläuterungen und zusätzliche Hintergrundinformationen finden daher in diesen Veröffentlichungen oft keinen Platz. Mit der neuen Reihe der ATV-DVWK- Kommentare sollen nun die vielen Ideen, Anregungen und Gedanken, die im Rahmen der Bearbeitung der technischen Regeln innerhalb der Arbeitsgruppen und Ausschüsse aufgekommen sind, festgehalten werden. Häufig sind es gerade die Nebensätze und Einschübe, die auf Handlungsspielräume bzw. Alternativen zu Standardlösungen hinweisen. Dieses aufzuzeigen, ist ebenfalls Ziel der Kommentare. Zur Bearbeitung der Kommentare wurden daher Personen angesprochen, die auch bei der Erstellung der kommentierten Arbeitsbzw. Merkblätter maßgeblich beteiligt waren. Die Kommentare sind nicht Bestandteil des ATV-DVWK Regelwerkes, sondern stellen die persönliche Meinung der jeweiligen Autoren dar. Dieser Band Hydraulische Berechnung von Entwässerungssystemen wurde von Herrn Professor Dr.-Ing. Schmitt bearbeitet, unter dessen Leitung auch das Arbeitsblatt ATV-A 118 Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwässerungssystemen erstellt wurde. Für die Übernahme der mit diesem Kommentar verbundenen Arbeiten danken wir Herrn Professor Schmitt sehr herzlich. Ein weiterer Dank gilt der Deutschen Bundesstiftung Umwelt, mit deren finanzieller Unterstützung die ATV-DVWK das Projekt Wissens- und Technologietransfer im Bereich der Abwasser- und Abfalltechnik für die Länder Polen, Tschechische Republik und Ungarn durchführt. Innerhalb dieses Projektes entstand auch dieser Kommentar, der zukünftig auch in der polnischen, tschechischen und ungarischen Sprache zur Verfügung stehen wird. Der Aufbau der Kommentare ist so gestaltet, dass die jeweils zugrunde gelegten Arbeits- und Merkblätter im Originaltext mit abgedruckt sind. Zur Verdeutlichung wurde der Originaltext grau unterlegt. Allen Leserinnen und Lesern wünschen wir durch die Nutzung des Kommentars zusätzliche Erkenntnisse, die Ihnen bei Ihrer täglichen Arbeit hilfreich sind. Dipl.-Ing. Johannes Lohaus Stellvertretender Hauptgeschäftsführer ATV-DVWK 5

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8 Benutzerhinweis Dieses Arbeitsblatt ist das Ergebnis ehrenamtlicher, technisch-wissenschaftlicher/wirtschaftlicher Gemeinschaftsarbeit, das nach den hierfür geltenden Grundsätzen (Satzung, Geschäftsordnung der ATV und dem ATV-A 400) zustande gekommen ist. Für dieses besteht nach der Rechtsprechung eine tatsächliche Vermutung, dass es inhaltlich und fachlich richtig sowie allgemein anerkannt ist. Jedermann steht die Anwendung des Arbeitsblattes frei. Eine Pflicht zur Anwendung kann sich aber aus Rechts- oder Verwaltungsvorschriften, Vertrag oder sonstigem Rechtsgrund ergeben. Dieses Arbeitsblatt ist eine wichtige, jedoch nicht die einzige Erkenntnisquelle für fachgerechte Lösungen. Durch seine Anwendung entzieht sich niemand der Verantwortung für eigenes Handeln oder für die richtige Anwendung im konkreten Fall; dies gilt insbesondere für den sachgerechten Umgang mit den im Arbeitsblatt aufgezeigten Spielräumen. Vorwort Das Arbeitsblatt ATV-A 118 wurde erstmalig 1956 unter dem Titel Richtlinie für die Berechnung von Regen- und Mischwasserkanälen veröffentlicht wurde es in einer überarbeiteten Fassung mit dem Titel Richtlinien für die hydraulische Berechnung von Schmutz-, Regen- und Mischwasserkanälen neu aufgelegt (ATV, 1977). Der Titel der vorliegenden Fassung (ATV, 1999) Bemessung und Nachweis von Entwässerungssystemen weist auf die Aufweitung der Aufgabenstellung in zwei Richtungen. Die Aufnahme der Teilaufgabe Nachweis betont die mit der Verfügbarkeit von Abflussmodellen zur Kanalnetzberechnung veränderte Vorgehensweise in der hydraulischen Berechnung. Die Verwendung des Begriffes Entwässerungssystem unterstreicht, dass es dabei nicht mehr allein um Kanäle geht, sondern auch weitere Systemelemente, insbesondere (dezentrale) Maßnahmen und Anlagen der Regenwasserbewirtschaftung, in die hydraulische Berechnung einzubeziehen sind. Mit der erneuten Überarbeitung wurde 1994 begonnen. Diese wurde durch die europäische Normung veranlasst, da einheitliche Normen für Entwässerungssysteme entwickelt wurden. Neben der Berücksichtigung der Vorgaben der Normenreihe DIN EN 752 zum Überflutungsschutz wurden bei der Überarbeitung die technische Entwicklung, zusätzliche Erkenntnisse und der fortschreitende Einsatz von Computerberechnungen mit einbezogen. Insbesondere ist eine im Jahre 1994 durchgeführte Umfrage bei 580 Städten und Gemeinden und 340 Ingenieurbüros zur derzeitigen Anwendungspraxis von Kanalnetzberechnungen eingeflossen (ATV, 1996). Die erwähnte Umfrage hat u.a. ergeben, dass mit Stand 1996 als häufigste Berechnungsmethode für die Bemessung das Zeitbeiwertverfahren angewandt wurde und Regenhäufigkeiten im Bereich n=1,0 bis n=0,5 dominierten. Nachweisrechnungen wurden überwiegend mit hydrodynamischen Abflussmodellen und Modellregen durchgeführt. Die Starkregenseriensimulation war bis dahin auf komplexe Systeme und besondere Fragestellungen beschränkt. Bei der Überarbeitung wurden auch, dank der Mitarbeit ausländischer Fachkollegen, die Erfahrungen aus benachbarten Ländern eingearbeitet. Die aus der Überarbeitung resultierenden wesentlichen Neuerungen beziehen sich auf die Ansätze, Vorgaben und Vorgehensweise zur Berechnung des Niederschlagsabflusses, da diese Komponente für die Ermittlung und den Nachweis des bestehenden Überflutungsschutzes i.d.r. allein maßgebend sein wird. In jedem Anwendungsfall ist für die vorliegenden orts- und projektspezifischen Gegebenheiten zu prüfen, ob die nachstehend aufgeführten Regeln uneingeschränkt angewandt werden können. Sie dürfen durch andere Ansätze ergänzt oder ersetzt werden, wenn entsprechende Erkenntnisse oder Erfahrungen vorliegen. Generell besteht die unbedingte Notwendigkeit, die wasserwirtschaftlichen Gegebenheiten und Erfordernisse insgesamt ausreichend zu würdigen. Bei der hydraulischen Berechnung von Entwässerungssystemen muss die Gesamtkonzeption der Siedlungs- bzw. Stadtentwässerung unbedingt einbezogen werden. Dies betrifft sowohl Maßnahmen der Regenwasserbewirtschaftung als auch die Gewässerbelastung durch Regen- und Mischwasserabflüsse. Mit dieser Forderung soll sichergestellt werden, dass die hydraulische Berechnung nicht als isolierte Aufgabenstellung verstanden wird. Vielmehr müssen sowohl bei der Neuplanung als auch bei der Sanierung bestehender Systeme die Zielsetzungen, Maßnahmen und Anlagen der Entwässerung allgemeinen wasserwirtschaftlichen Anliegen und den Belangen des Gewässerschutzes gerecht werden. 7

9 1 Anwendungsbereich Das vorliegende ATV-Arbeitsblatt befasst sich mit der Bemessung und dem Nachweis von Entwässerungssystemen, die vorwiegend als Freispiegelsysteme betrieben werden und zur Ableitung von Schmutz-, Regen- und Mischwasser dienen. Die Formulierung vorwiegend als Freispiegelsysteme bringt zum Ausdruck, dass Systeme mit Druck- und Unterdruckentwässerung nicht Gegenstand von ATV-A 118 sind. In den für Freispiegelabfluss ausgelegten Kanäle können jedoch bei Starkregenereignissen Wasserstände über Kanalscheitel auftreten. Damit tritt (zeitlich und räumlich begrenzt) Abfluss unter Druck auf. Sein Gültigkeitsbereich erstreckt sich nach Normenreihe DIN EN 752 Entwässerungssysteme außerhalb von Gebäuden von dem Punkt an, wo das Abwasser das Gebäude bzw. die Dachentwässerung verlässt oder in einen Straßenablauf fließt bis zu dem Punkt, wo das Abwasser in eine Behandlungsanlage oder in ein Gewässer eingeleitet wird. Abwasserleitungen und -kanäle unter Gebäuden sind hierbei eingeschlossen, soweit sie nicht Bestandteil der Gebäudeentwässerung sind 1. Mit der Ausweitung des Gültigkeitsbereiches wird den Vorgaben der Europäischen Normenreihe DIN EN 752 Rechnung getragen. Die Grundsätze und Anforderungen an den Überflutungsschutz gelten damit auch für die Entwässerungsleitungen auf den Grundstücken. In die Berechnungen zur Bemessung und zum Nachweis werden diese jedoch i.d.r. nicht mit aufgenommen. Die Bemessungsansätze hierfür werden auch zukünftig in DIN 1986 enthalten sein, die als sogenannte Restnorm neu vorgelegt werden wird. Die Ausführungen in Kap. 3 bis 6 beziehen sich in erster Linie auf öffentliche Entwässerungssysteme. Sie gelten im übertragenen Sinne auch für die Entwässerung größerer privater Flächeneinheiten (Gewerbe-/Industriebetriebe, Wohnanlagen). Die Entwässerung von Gewerbe- oder Industriebetrieben und privaten Wohnanlagen kann bei entsprechender Ausdehnung zu Systemen führen, die hinsichtlich Netzstruktur, Leitungslänge und Leitungsquerschnitten öffentlichen Entwässerungssystemen entsprechen. In diesen Fällen empfiehlt es sich, in Entwurf und Nachweis die Vorgaben des vorliegenden Arbeitsblattes unmittelbar anzuwenden. 1 Anlagen der Gebäudeentwässerung fallen in den Anwendungsbereich der Normenreihe DIN EN Entwässerungsanlagen innerhalb von Gebäuden. Regelungen für Grundstücksentwässerungsanlagen größerer Flächeneinheiten werden in DIN 1986 aufgenommen. Für die hydraulische Berechnung der Kanalquerschnitte und offenen Profile ist Arbeitsblatt ATV-A 110 Richtlinien für die hydraulische Dimensionierung und den Leistungsnachweis von Abwasserkanälen und -leitungen zu beachten. Für Regenwasserentlastungsanlagen gilt ATV-A 111 Richtlinien für die hydraulische Dimensionierung und den Leistungsnachweis von Regenwasser- Entlastungsanlagen in Abwasserkanälen und -leitungen, für sonstige Sonderbauwerke ATV-A 112 Richtlinien für die hydraulische Dimensionierung und den Leistungsnachweis von Sonderbauwerken in Abwasserkanälen und -leitungen. Sonderformen der Entwässerung und deren Bemessung sind z.b. in DIN EN 1091, DIN EN 1671, im Arbeitsblatt ATV-A 116 Besondere Entwässerungsverfahren Unterdruckentwässerung - Druckentwässerung sowie in ATV-A 138 Bau und Bemessung von Anlagen zur dezentralen Versickerung von nicht schädlich verunreinigtem Niederschlagswasser aufgeführt. Die Bemessung von Speicher- und Rückhalteanlagen in Entwässerungsnetzen ist Gegenstand des Arbeitsblattes ATV-A 117, während die Anordnung, Bemessung und Gestaltung von Regenentlastungsbauwerken in der Mischkanalisation im Arbeitsblatt ATV-A 128 beschrieben sind. Trotz der Verschiedenartigkeit der Anlagen der o.a. Normen und Arbeitsblätter hinsichtlich Funktion und baulicher Gestaltung gelten grundsätzlich auch bei deren Anwendungen die Anforderungen an den Überflutungsschutz entsprechend Kap. 5 und DIN EN Definitionen 2.1 Begriffe Die im nachfolgenden Text verwandten Fachbegriffe sind überwiegend in DIN EN Entwässerungssysteme außerhalb von Gebäuden; Allgemeines und Definitionen und DIN 4045 Abwasserwesen Fachausdrücke und Begriffserklärungen enthalten. Die wichtigsten sind nachstehend wiedergegeben. Abflussbeiwert Vom Einzugsgebiet abhängiger Faktor, mit dem die Regenmenge pro Zeiteinheit multipliziert werden muss, um den zu erwartenden Regenabfluss zu erhalten, der in das Entwässerungssystem eingeleitet werden soll. Für die Berechnung von Maximalabflüssen im Kontext des vorliegenden Arbeitsblattes ist der 8