16 2. Wasserabgabe und Wasserbedarf

Transkript

1 15 Grundlagen

2 16. Wasserabgabe und Wasserbedarf

3 .1 Struktur der öffentlichen Wasserversorgung 17. Wasserabgabe und Wasserbedarf bearbeitet von Prof. Dr. Winfried Hoch DVGW-Regelwerk, DIN-Normen, Gesetze, Verordnungen, Vorschriften, Richtlinien siehe Anhang, Kap. 13, S. 934 ff. Literatur siehe S Struktur der öffentlichen Wasserversorgung Die Struktur der öffentlichen Wasserversorgung in Deutschland lässt sich anhand der Ergebnisse aus der Umweltstatistik veranschaulichen (Abb. -1). Die dargestellten Zahlen sind im statistischen Jahrbuch 01 [1] des Statistischen Bundesamtes veröffentlicht. Hier ist der Weg des Wassers von der Gewinnung bis zum Letztverbraucher erfasst (alle Zahlenangaben in Mio. m 3 ). Grundwasser Quellwasser 431 Angereichertes Grundwasser 895 Oberflächenwasser (See, Fluss) 68 Trinkwasseraufkommen 5 13 Wasserwerksverbrauch 145 Wasserverluste Messdifferenzen 475 Wasserabgabe an Verbraucher Wasserabgabe Privathaushalt und Kleingewerbe 3580 (79,5 %) Wasserabgabe gewerblich und sonstige Abnehmer 93 (0,5 %) Abb. -1: Struktur der öffentlichen Wasserversorgung in Deutschland (Zahlenangaben in Mio. m 3 ), aus statistischem Jahrbuch 01 J. Rautenberg et al., Mutschmann/Stimmelmayr Taschenbuch der Wasserversorgung, DOI / _, Springer Fachmedien Wiesbaden 014

4 18. Wasserabgabe und Wasserbedarf Die Eigengewinnung, aufgeschlüsselt nach den einzelnen Gewinnungsarten, ergibt mit dem Fremdwasserbezug das Wasseraufkommen. Daraus werden der Wasserwerkseigenverbrauch, die unvermeidbaren Wasserverluste/Messdifferenzen und vor allem die gesamte Wasserabgabe abgedeckt. Der Hauptteil der Wasserabgabe geht zum Letztverbraucher und hier in die Privathaushalte einschließlich Kleingewerbe. Jedes einzelne WVU weist seine eigene Struktur auf. In Deutschland sind über 99 % der Bevölkerung an die öffentliche Wasserversorgung angeschlossen. Für die Bemessung von Anlageteilen einer WV-Anlage kann daher in Deutschland von einer Vollversorgung ausgegangen werden. Dies gilt auch für die Nachbarländer wie z. B. Frankreich, Belgien oder Niederlande, wohingegen in östlichen Ländern wie z. B. Polen knapp 90 % oder in südlichen Ländern wie Portugal oder Griechenland nur 90 bis 95 % an ein öffentliches Wasserversorgungssystem angeschlossen sind.. Wasserbedarf..1 Begriffe und bestimmende Faktoren Wasserabgabe und Wasserbedarf beziehen sich hier auf Wasser mit Trinkwasserqualität, das von einem WVU geliefert wird. Angaben über den Industrie-Wasserbedarf sind nur zum Vergleich angeführt; bezüglich des nicht von WVU gelieferten Wassers, z. B. Beregnungen in der Landwirtschaft u. a., siehe Spezialliteratur. Zur Klarstellung werden folgende übliche Begriffe nach DIN 4046 und Umweltstatistikgesetz (UStatG) verwendet: Wasserdargebot ist die für eine bestimmte Zeiteinheit nutzbare Wassermenge eines Wasservorkommens. Wasserbereitstellung ist die vorhandene größte Wassermenge je Zeiteinheit, die ein Wasserwerk unter Berücksichtigung der wasserrechtlichen Genehmigung tatsächlich zur Verfügung stellen kann. Wasseraufkommen ist die (Eigen-)Wassergewinnung + der Wasserbezug von anderen WVU. Wasserabgabe ist die wirklich vorhandene, gemessene oder geschätzte Wasserlieferung des WVU (Netzeinspeisung); sie besteht aus Abgabe an Letztverbraucher + Wasserwerkseigenverbrauch + Wasserverluste + ggf. Wasserabgabe zur Weiterverteilung. Nutzbare Wasserabgabe = Netzeinspeisung (Wasserabgabe) Wasserwerkseigenverbrauch Wasserverlust ist die gemessene Wasserlieferung an die Verbraucher = Wasserverbrauch. Wasserverlust ist der Anteil der in das Rohrnetz eingespeisten Wassermenge (der Wasserabgabe), dessen Verbleib im einzelnen volumenmäßig nicht erfasst werden kann. Er besteht aus tatsächlichen Verlusten (Rohrbrüche, Undichtigkeiten usw.) und aus scheinbaren Verlusten (Fehlanzeigen der Messgeräte, unkontrollierte Entnahmen usw.) und wird auch in Prozent der Wasserabgabe angeführt. Wasserabgabe an Letztverbraucher setzt sich zusammen aus Abgabe an Haushalte einschließlich Kleingewerbe + an gewerbliche Unternehmen (produzierendes Gewerbe, Handel, Verkehr und Dienstleistungen) + an sonstige, öffentliche Einrichtungen (Krankenhäuser, Bundeswehr, Schulen usw.).

5 . Wasserbedarf 19 Wasserbedarf ist ein Planungswert für die in einer bestimmten Zeitspanne unter Berücksichtigung der örtlichen Verhältnisse und möglichen Einflüsse voraussichtlich benötigte Wassermenge, die von einer WV- Anlage zur ausreichenden künftigen Versorgung zu liefern ist. Die Wasserabgabe- bzw. -verbrauchswerte werden durch folgende Faktoren maßgeblich beeinflusst: Klima In Gebieten mit geringen Niederschlagshöhen und hohen Sommertemperaturen ist der mittlere Wasserverbrauch höher, besonders hoch sind die Verbrauchsspitzen, mitverursacht durch Rasensprengen, Schwimmbadfüllungen, Nassreinigung der öffentlichen Verkehrswege, Kleinklimaanlagen, Nachfüllen von leeren Regenwasserspeichern u. a. Wasserdargebot Unzureichendes Wasserdargebot führt zum Abwandern von Gewerbe und Industrie, damit zu geringerem Gesamtverbrauch. Sonstige Wasserbezugsquellen Das Vorhandensein von Privatbrunnen, insbesondere Industriebrunnen, bedingt einen geringeren Gesamtverbrauch (siehe hierzu Tab. -1 Trinkwasserbedarf der Bundesländer ). Wasserbeschaffenheit Ungünstige Wasserbeschaffenheit hat zur Folge sparsamen Verbrauch, geringe Tendenz zum Ansiedeln von Gewerbe und Industrie, Verwendung von anderem Wasser, z. B. von Regenwasser. Wasserpreis und Kontrolle der Abnahme Hoher Wasserpreis wirkt verbrauchsdämpfend. Das Fehlen einer Verbrauchskontrolle durch Wasserzähler und Wasserabgabe nur nach Pauschaltarif führt zu unkontrollierbarer Wasserverschwendung mit großen Spitzenwerten in Trockenzeiten bis zu 100 % und mehr über den normalen Verbrauchswerten. Die außerordentlich hohen Einheitsverbrauchswerte z. B. in England oder in einigen osteuropäischen Ländern sind zum großen Teil eine Folge des Fehlens einer Verbrauchskontrolle durch Wasserzähler bei den Abnehmern sowie der nicht kostendeckenden niedrigen Wasserpreise. Kanalisation Bei Fehlen einer Kanalisation ist der Wasserverbrauch geringer, besonders bei ungünstigen Vorflutverhältnissen. Wirtschaftsstruktur und Größe des Versorgungsgebietes Mit der Größe des Versorgungsgebietes und bei stärkerem Anteil an Gewerbe- und Industriebetrieben sowie bei Fremdenverkehr nehmen die Verbrauchswerte zu, die Spitzenwerte jedoch relativ ab. Komfort, soziale Struktur, Besiedlungsart Die Wasserverbrauchswerte nehmen zu mit Wohnkomfort, technischer Ausstattung der Wohnungen mit Wasser verbrauchenden Geräten, Wohnungsgrößen, verbesserten sozialen Verhältnissen, aufgelockerter Bebauung mit hohem Grünflächen- oder Gartenanteil, Fremdenverkehr. Wasserverluste Hoher Wasserdruck im Rohrnetz, ungünstige Wasserbeschaffenheit, die häufige Netzspülungen erfordert, überalterte undichte Rohrnetze sowie das nicht rechtzeitige Beheben der Wasserverluste können die Wasserabgabe stark anheben.

6 0. Wasserabgabe und Wasserbedarf Tab. -1: Trinkwasserbedarf der Bundesländer (BDEW-Wasserstatistiken/statistisches Bundesamt) Land Abgabe an Letztverbraucher 010 Bevölkerung 010 Anteil Haushalt Kleingewerbe personenbezogener Verbrauch 010 Mio. m³ % l/(e x d) Baden-Württemberg ,3 115 Bayern ,6 18 Berlin ,3 11 Brandenburg ,5 104 Bremen ,3 13 Hamburg ,1 147 Hessen ,0 10 Mecklenburg-Vorpommern ,0 106 Niedersachsen ,8 16 Nordrhein-Westfalen ,7 133 Rheinland-Pfalz ,4 10 Saarland ,8 11 Sachsen ,9 84 Sachsen-Anhalt ,1 91 Schleswig-Holstein , 14 Thüringen ,7 89 Deutschland ,7 11 Die gemessene Wasserabgabe in das Versorgungsgebiet ist die Grundlage für die Betriebskontrolle und die Auslastung sowie für die Einnahmen- und Ausgabenrechnungen des WVU. Die laufende Feststellung der Wasserabgabe zeigt den Trend an, wie sich die künftige Wasserabgabe entwickeln wird. Zweckmäßig ist auch der Vergleich mit anderen WVU. Hilfreich sind hier auch die Ergebnisse aus den langjährigen (Umwelt-)Statistiken des Statistischen Bundesamtes, veröffentlicht in den statistischen Jahrbüchern [1], und die statistischen Erhebungen des Bundesverbandes der Energieund Wasserwirtschaft (BDEW) [3]. In der Vergangenheit sind über den Wasserverbrauch mehrere eingehende Untersuchungen durchgeführt worden. Besonders wird hingewiesen auf das Ergebnis des DVGW-Forschungsprogrammes Ermittlung des Wasserbedarfes, durchgeführt an Wohngebäuden, Versorgungsgebieten, Schulen, Hotels, Krankenhäusern, landwirtschaftlichen Anwesen und Verwaltungsgebäuden, veröffentlicht in der DVGW-Schriftenreihe Wasser Nr. 81 [4], und letztlich umgesetzt in das neue DVGW-Arbeitsblatt W 410 Wasserbedarf Kennwerte und Einflussgrößen [5]... Wasserabgabe im Betrachtungszeitraum Die Wasserabgabe ist keine einzelne feste Größe, sie ist abhängig von dem gewählten Betrachtungszeitraum und schwankt entsprechend den örtlichen Verhältnissen. Je nach Aufgabenstellung ist der Betrachtungszeitraum zu wählen. Es wird entweder die Wasserabgabe als Gesamtwert für den Betrachtungszeitraum angegeben, m 3 /a, m 3 /d, l/s, oder als Einheitswert je Verbraucher, z. B. in l/(e d).

7 . Wasserbedarf 1..3 Wasserabgabe pro Jahr Die Wasserabgabe pro Jahr (Q a ) wird in m 3 /a angegeben. Sie ist maßgebend für die Jahresbilanz und auch Grundlage für die Bemessung von Anlageteilen über Spitzenfaktoren. In Tab. - sind anhand der jährlichen BDEW-Statistiken die Jahreswasserabgabe und der Wasserverbrauch je Einwohner und Tag in den zurückliegenden Jahren zusammengestellt. Auffallend sind die relativ hohen Werte in den Trockenjahren 1976 und 1983, bei denen sich die hohen Spitzenverbrauchswerte in den heißen Sommermonaten auf den Jahresdurchschnitt auswirkten. Die verbrauchsstarken Jahre 003 und 006 sind durch die Umweltstatistik leider nicht erfasst. Die Abgabe an Verbraucher insgesamt umfasst die Abgabe an Haushalte einschl. Kleingewerbe sowie an die Industrie und Sonstige. Anzumerken ist, dass die für den Haushalt angegebenen personenbezogenen Verbrauchswerte auch immer den Verbrauch des Kleingewerbes (Bäcker, Fleischer, Metzger, Arzt, Reinigung, Rechtsanwaltspraxis usw.) mit beinhalten, weil das an diese Verbraucher abgegebene Wasser nicht getrennt, sondern nur über den Hauswasserzähler erfasst werden kann. Der Anteil Kleingewerbe beträgt nach BDEW-Untersuchungen durchschnittlich etwa 10 %, ist aber stark von der Versorgungsstruktur abhängig. Tab. -: Wasserabgabe an Verbraucher und Wasserverbrauch je Einwohner und Tag nach BDEW-Wasserstatistiken Jahr Wasserabgabe an Verbraucher durchschnittl. tägl. Wasserverbrauch je Einwohner und Tag (l/e d) 10 6 m 3 /a Verbraucher insgesamt nur Haushalt und Kleingewerbe alte Bundesländer alte Bundesländer mit B-Ost Bundesgebiet D Bundesgebiet D Bundesgebiet D Bundesgebiet D Bundesgebiet D 119 Bundesgebiet D Am Beispiel der Stadt München soll in Abb. - die langfristige Entwicklung der Wasserabgabe aus den zentralen Durchlauf-Hochbehältern in das Verteilungsnetz aufgezeigt werden. Markant sind die hohen Wasserverluste im kriegszerstörten Rohrnetz, die sich in der hohen einwohnerbezogenen Wasserabgabe niederschlagen, und die Erfolge der Rohrnetzsanierung. Seit den 1980er Jahren nimmt der Pro-Kopf-Verbrauch ab und erreichte im Jahr 010 einen Wert von 00 l/(e d). Im Vergleich zu den spezifischen personenbezogenen Bedarfswerten in anderen Ländern oder auch in den einzelnen Bundesländer (siehe Abb. -3 oder Tab. -16) liegt der Wert sehr hoch. Hierbei muss aber berücksichtigt werden, dass in dieser Zahl auch der Wasserbedarf von gewerblichen Bedarfsträgern enthalten ist.

8 . Wasserabgabe und Wasserbedarf Abb. -: Entwicklung der durchschnittlichen Wasserabgabe in 1/(E d) einschließlich versorgte Einwohner am Beispiel der Stadt München (Quelle: SWM Stadtwerke München) In Abb. -3 sind für einige europäische Länder die Wasserabgabe öffentlicher Wasserversorgungen insgesamt und die Wasserabgabe an Haushalte (einschließlich Kleingewerbe) in l/e d dargestellt. Deutschland liegt mit seiner rationellen Wassernutzung im unteren Bereich (Ursachen und Entwicklung siehe Kap..3.3). Abb. -3: Durchschnittliche Wasserabgabe im Jahre 010 in Liter je Einwohner und Tag in europäischen Ländern (VEWA-Studie 010 im Auftrag des BDEW Branchenbild der deutschen Wasserwirtschaft 011 []

9 . Wasserbedarf 3 Die Wasserabgabe pro Jahr schwankt relativ gering in Abhängigkeit von den klimatischen Verhältnissen, von nassen oder trockenen Jahren. Diese Verbrauchsschwankungen werden wesentlich geprägt von der Zu- und Abnahme der Verbraucher, von der Verringerung der Haushaltsgröße, von der Ausstattung der Wohnungen mit wasserintensiven und Wasser sparenden Einrichtungen und Armaturen sowie von der Änderung des Verbraucherverhaltens; siehe auch Tab. -10 und Tab Wasserabgabe pro Monat Die örtlichen klimatischen Verhältnisse von Winter und Sommer, niederschlagsreiche und -arme Monate, verursachen mehr oder weniger große Schwankungen von Q Mt. Diese Schwankungen sind in Großstädten mit geringem Anteil an Grünflächen und großem Anteil an Industrie und Gewerbe kleiner als in Kleinstädten und Landorten. Hieraus ist ersichtlich: Der Größtwert der Wasserabgabe tritt i. a. im Juli, der Kleinstwert im Januar oder Februar auf. Die Wasserabgabe der Monate Mai bis August liegt i. a. über der mittleren Q Mt, so dass in dieser Zeit die Hauptbeanspruchung der WV-Anlagen stattfindet. So lag, wie in Abb. -4 dargestellt, in Stuttgart der Monatsverbrauch im Juli 006 mit rd. 10,5 % des zugehörigen Jahresverbrauchs deutlich über dem Mittelwert von 8,3 %. Auch der Winter 006 war mit überdurchschnittlich vielen Eistagen sehr kalt, so dass in der Folge mehrere Wasserleckstellen durch Frosteinwirkung entstanden sind, die zu einem spürbaren Anstieg der Wasserverluste im Januar führten (Anstieg um ca. %). Das Verhältnis des maximalen Monatsbedarfs zum durchschnittlichen Monat beträgt für ein ländliche Ortschaft rd. 1,5 und für eine Kleinstadt rd. 1,3. In Stuttgart betrug dieser Wert für das warme Jahr 006 ca. 1,6. Abb. -4: Monatlicher Wasserverbrauch in Stuttgart (Jahr 006): Mittelwerte der %-Anteile QMonat/Q a..5 Wasserabgabe pro Tag..5.1 Größe und Bemessungsgrundlage Die größte Wasserabgabe/Tag (Q dmax ), angegeben in m 3 /d, ist die Grundlage für die Bemessung der Wassergewinnung, der Aufbereitung, der Zuleitung zum Speicher und der Speicherung. Die mittlere Wasserabgabe/Tag (Q dm ) ist die Grundlage für die Wasserbilanz und die Basis für die Bemessung von Anlageteilen über Spitzenfaktoren mit Q dm= Q a/365.

10 4. Wasserabgabe und Wasserbedarf..5. Schwankungen Q d im Jahr Größtwert Q d max Die tägliche Wasserabgabe schwankt in unterschiedlichen Grenzen, der Größtwert stärker als der Kleinstwert. Der tägliche Wasserbedarf und somit auch der Spitzenwasserbedarf hängen im Wesentlichen von der Größe und Struktur des Versorgungsgebietes ab. Weitere Einflüsse sind Tagestemperatur, Dauer von Trockenperioden, Wachstumsperiode, Schulferien, Wochentag und andere Faktoren. Abb. -5: Tagesspitzenfaktoren f d und durchschnittliche Monatstemperatur in Stuttgart (Jahr Sep. 006 Aug. 007) In Abb. -5 ist erkennbar, wie langanhaltende überdurchschnittliche Temperaturen den Wasserverbrauch beeinflussen. Zum Beispiel lag in der Zeit vom September 006 bis August 007 in Deutschland die Temperatur im Schnitt rd.,5 o C über dem langjährigen Mittelwert, so dass im Versorgungsgebiet von Stuttgart Tagesspitzenfaktoren von bis zu f d = 1,6 auftraten; normalerweise betragen diese nur rd. f d = 1,4. Aus einer umfangreichen DVGW-Umfrage in den 1980er Jahren, die sich weitgehend auf die Spitzenverbrauchsjahre 1976 und 1983 bezog, ermittelten Poss und Hacker (siehe Literatur) eine stark korrelierende Abhängigkeit zwischen max. Tagesabgabe (Q d max ) und Jahresabgabe (Q a ) bzw. Einwohnerzahl (E) des Versorgungsgebietes. Somit lässt sich aus der bekannten Jahresabgabe (Q a ) und/oder aus der Einwohnerzahl (E) die max. Tagesabgabe (Q d max ) grob abschätzen. Liegen keine verlässlichen Messungen der max. Tagesabgabe vor, so lässt sich Q d max näherungsweise aus der jahresdurchschnittlichen, also der mittleren Tagesabgabe Q dm über den Tagesspitzenfaktor errechnen. Der Tagesspitzenfaktor f d ist definiert als das Verhältnis der max. Tagesabgabe zur jahresdurchschnittlichen (mittleren) Tagesabgabe Q fd Q dmax dm

11