Ursachen von Fremdwasserabflüssen und mögliche Auswirkungen Dipl.-Ing. Ralf Ostermann 26.11.2013 - Folie 1 Ursachen (Fremdwasserquellen und pfade) von Fremdwasser Auswirkung von Fremdwasser Zusammenfassung 26.11.2013 - Folie 2 1
Ursachen (Fremdwasserquellen und pfade) 26.11.2013 - Folie 3 Ursachen Fremdwasserquellen (Oberflächenwasser) Schichtenwasser Grundwasser Hochwasser / Qualmwasser Fremdwasserpfade Fehlangeschlossene Flächen Senken / Mulden / Überschwemmungsbereiche Undichtigkeiten (öffentlich / private Leitungen) Dränagen 26.11.2013 - Folie 4 2
Ursachen Oberflächenwasser (i.d.r. nur in SW-Kanälen) Senken und Mulden (auch im MS) Ungeregelte Straßenentwässerung Fehlangeschlossene Flächen 26.11.2013 - Folie 5 Ursachen Grundwasser / Schichtenwasser Undichte öffentliche Kanäle und Schächte Undichte private Grund- und Anschlussleitungen Dränagen Wasserhaltungen 26.11.2013 - Folie 6 3
Ursachen Hochwasser / Qualmwasser Undichte öffentliche Kanäle und Schächte im Bereich von Gewässern Schachtdeckel / Einläufe im Bereich von Gewässern Tief liegende Entlastungsschwellen (Rückstau) 26.11.2013 - Folie 7 Ursachen Abwassersystem Verbindungen zwischen Schmutz- und Regenwasserkanal RW SW SW RW RW SW www.berdingbeton.de 26.11.2013 - Folie 8 4
Ursachen Gräben und Gewässer geregelte Einleitung in das Kanalnetz Überleitung bei seltenen Ereignissen 26.11.2013 - Folie 9 Ursachen Landwirtschaftliche Flächen Dränagen Außengebiete 26.11.2013 - Folie 10 5
von Fremdwasser 26.11.2013 - Folie 11 Auswertung Abwasseranfall [l/(ew x d)] Auswertung langjähriger Messungen Erste Hinweise Q T,d,mM >250 l/(ew x d) C CSB, mm < 250 mg/l C NO3-N, mm > 5 mg/l Quelle: MKULNV, Entwicklung und Stand der Abwasserbeseitigung in NRW, 15. Auflage 26.11.2013 - Folie 12 6
Auswertung der Kläranlagenaufzeichnungen Auswertung langjähriger Messungen Erste Indizien (Menge, Art) 1000 900 Fremdwasserzuschlag in % 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Jahr Quelle: DWA-M 182 (2012) 26.11.2013 - Folie 13 Auswertung von Beckeneinstau Lange Einstau- / Entlastungsdauer Fremdwasserschwerpunktgebiete FB > 150 h/a, DB > 300 h/a Entlastungsdauer [h/a] 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 SK 1 SK 2 SK 3 SK 4 SK 5 SK 6 SK 7 SK 8 SK 9 SK 10 SK 11 SK 12 SK 13 SK 14 SK 15 Quelle: DWA-M 182 (2012) 26.11.2013 - Folie 14 7
Auswertung von Pumpwerksaufzeichnungen Lange Pumpenlaufzeiten Fremdwasserschwerpunktgebiete h Monatswerte: Laufzeit der Pumpwerke [h] / Zufluss zur KA [m³] m³ 180000 350000 160000 140000 PW Bahnhofstr. PW Möllen PW Hühnerfeld PW Löhnen Zulauf KA 300000 250000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 Jan 90 Jul 90 Jan 91 Jul 91 Jan 92 Jul 92 Jan 93 Jul 93 Jan 94 Jul 94 Jan 95 Jul 95 Jan 96 Jul 96 Jan 97 Jul 97 Jan 98 Jul 98 Jan 99 Jul 99 Jan 00 Jul 00 Jan 01 200000 150000 100000 50000 0 26.11.2013 - Folie 15 Auswertung von Grundwasserständen / Messungen (z.b. KA) Abgleich des zeitlichen / quantitativen Verlaufs Hinweise zur Fremdwasserherkunft 20 Fremdwasserabfluss (monatl. Mittelwert mit Spannweiten) Grundwasserflurabstand (monatl. Mittelwert) 3,0 3,2 Fremdwasserabfluss in l/s 15 10 5 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 Grundwasserflurabstand in m unter GOK 4,8 0 Jul. 2001 Sep. 2001 Dez. 2001 Apr. 2002 Jul. 2002 Okt. 2002 Jan. 2003 Apr. 2003 Jul. 2003 Okt. 2003 Jan. 2004 Apr. 2004 Jul. 2004 Okt. 2004 Jan. 2005 5,0 Quelle: DWA-M 182 (2012) 26.11.2013 - Folie 16 8
GIS - Auswertungen Undichtigkeiten (Auswertung Kanalzustand, fremdwasserrelevante Schäden) Haltungen mit potentiellem Fremdwasserzutritten Regenüberlauf Pumpwerk Regenüberlaufbecken Regenüberlauf Regenüberlauf Regenüberlauf 26.11.2013 - Folie 17 GIS - Auswertungen Grundwasser (Verschneidung Grundwassergleichen / Kanalnetz) Haltungen mit Grundwasserkontakt Regenüberlauf Pumpwerk Regenüberlaufbecken Regenüberlauf Regenüberlauf Regenüberlauf 26.11.2013 - Folie 18 9
GIS - Auswertungen Hochwasser / Qualmwasser (Verschneidung mit Kanalnetz) Haltungen im Hoch- / Qualmwasserbereich 26.11.2013 - Folie 19 GIS - Auswertungen Außengebiete Schächte mit pot. Zufluss von Außengebieten 26.11.2013 - Folie 20 10
Vorbereitete, orientierende Begehungen Gebietsüberblick Erste Erkenntnisse zu Schwerpunktgebieten und weiterem Vorgehen 26.11.2013 - Folie 21 Vorbereitete, detaillierte Begehungen Gebietsüberblick Erste Erkenntnisse zu Schwerpunktgebieten und weiterem Vorgehen 26.11.2013 - Folie 22 11
Nachtbegehungen Optische Abflussüberprüfung Eingrenzung der Fremdwasserquellen 26.11.2013 - Folie 23 Befragung und Abstimmung Betriebspersonal, Anlieger, Feuerwehr, Verifizierung und Ergänzung der Erhebungen 26.11.2013 - Folie 24 12
Nebelungen (TS) Oberflächenwasser Sondierung von fehlangeschlossenen Flächen 26.11.2013 - Folie 25 Farbbeprobung (TS) Oberflächenwasser Sondierung von fehlangeschlossenen Flächen 26.11.2013 - Folie 26 13
Kamerabefahrung Bei hohen GW-Ständen (Undichtigkeiten) Nach Niederschlagsereignissen zu Nachtstunden (nachlaufende Drainagen) Sondierung von fremdwasserrelevanten Schäden und Zuläufen 26.11.2013 - Folie 27 Abflussmessungen Abgrenzung von Teilgebieten Feststellung des Gesamtabflusses, Ermittlung des Fremdwasserabfluss Gebiet, Art und Menge des Fremdwassers MS1 MS2 Kein weiterer Fremdwasserzufluss 26.11.2013 - Folie 28 14
Abflussmessungen Abgrenzung von Teilgebieten Feststellung des Gesamtabflusses, Ermittlung des Fremdwasserabfluss Gebiet, Art und Menge des Fremdwassers Niederschlagsbedingter Abfluss im Trennsystem Fehlangeschlossene Fläche 26.11.2013 - Folie 29 Abflussmessungen Abgrenzung von Teilgebieten Feststellung des Gesamtabflusses, Ermittlung des Fremdwasserabfluss Gebiet, Art und Menge des Fremdwassers M25 M17 Weiterer Fremdwasserzufluss 275 l/s 225 l/s im Transportsammler Zufluss über Schachtdeckel?? 26.11.2013 - Folie 30 15
Abflussmessungen Abgrenzung von Teilgebieten Feststellung des Gesamtabflusses, Ermittlung des Fremdwasserabfluss Gebiet, Art und Menge des Fremdwassers MS2 MS9 Weiterer Fremdwasserzufluss nur bei seltenen Ereignissen Überlauf von RW nach SW?? 26.11.2013 - Folie 31 Abflussmessungen Abgrenzung von Teilgebieten Feststellung des Gesamtabflusses, Ermittlung des Fremdwasserabfluss Gebiet, Art und Menge des Fremdwassers MS8 MS7 Weiterer Fremdwasserzufluss nur bei seltenenm Hochwasser Zufluss vom Gewässer?? Hochwasser Hochwasser 26.11.2013 - Folie 32 16
Abflussmessungen Abgrenzung von Teilgebieten Feststellung des Gesamtabflusses, Ermittlung des Fremdwasserabfluss Gebiet, Art und Menge des Fremdwassers Nachlauf Niederschlagsereignisse Zufluss aus Dränagen?? Messung Berechnung Kalibrierung 26.11.2013 - Folie 33 Messungen DTS (Distributed Temperature Sensing) Faseroptische Temperaturmessung mittels Glasfaserkabel (Veränderung der Eigenschaften der Lichtleitung durch Temperaturänderung) Örtliche Feststellung des Fremdwasserzuflusses im Haltungsverlauf Eingrenzung des Fremdwassers Quelle: Ing.-Büro Pecher 26.11.2013 - Folie 34 17
Zusammenfassende Darstellung Kategorisierung der Teileinzugsgebiete Erläuterung der Ergebnisse anhand nachvollziehbarer Dokumentation MST Name Entwässerung - verf. Fremdwasser [l/s] Ranking nach l/s Fremdwasser Summe Gebiet [l/ s] Ranking Gesamtgebiet nach l/s Innenstadt / westliches Weserufer 22 Mw-Pwk Werftstr. Weiterleitung MV 33,29 1 26 stat. Messung Kanal Hermannstr. MV 13,75 6 34 stat. Messung Kanal Marienwall MV 15,85 5 86,2 1 32 RÜ Tonhallenstr. MV 12,12 7 23 stat. Messung Kanal Brühlstr. MV 11,21 9 konkreter Handlungsbedarf Rodenbecker Straße / Kuhlenstraße 69 Kuhlenstraße TV 21,47 2 44.4 SW-Pwk Rodenbecker Straße TV 12,07 8 4 SW-Pwk Wettiner Allee TV 8,82 12 Hohenstaufenring / Kuhlenstraße 70 Hohenstaufenring MV 20,46 3 46 zusätzliche MST: Zulauf West - Kuhlenstr. MV 16,50 4 47 zusätzliche MST: Zulauf Nord - Ringstr. MV 7,63 13 52 RÜ Schwichowwall MV 7,40 15 42,4 52,0 3 2 RÜB Weidestraße (Häverstädt) 20 zusätzliche MST: Weidestraße MV 6,13 16 21 zusätzliche MST: Paul-Ehrlich-Str. TV 9,08 10 24,2 4 7 zusätzliche MST: Lübecker Straße TV 9,01 11 RÜB Hopfengarten (Haddenhausen) 17 Mw-Pwk Hopfengarten MV 7,46 14 7,5 5 26.11.2013 - Folie 35 Auswirkung von Fremdwasser 26.11.2013 - Folie 36 18
Auswirkungen Kläranlage Wassermenge und -temperatur Beeinträchtigung der Reinigungsleistung (Nitrifikation, Denitrifikation) 100 90 Stickstoffelimination in [%] Ablaufkonzentration Stickstoff in [mg/l] 50 Stickstoffelimination in [%] 80 70 60 50 40 30 40 30 20 Ablaufkonzentration Stickstoff in [mg/l] 20 10 10 0 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 spezifischer Trockenwetterabfluss in [l/(ew d)] Quelle: DWA-M 182 (2012) 26.11.2013 - Folie 37 Auswirkungen Regenüberlaufbauwerke Häufigere und längere Entlastung an Sonderbauwerken Höhere Frachtentlastung Höhere Betriebskosten 26.11.2013 - Folie 38 19
Auswirkungen Regenklärbecken mit Dauerstau Dauerhafter / lang anhaltender Überlauf Remobilisierung von Schmutzstoffen, Einleitung von aufgewärmtem Wasser 26.11.2013 - Folie 39 Auswirkungen Regenklärbecken ohne Dauerstau Einstau / ständiger Abfluss zur Kläranlage Fremdwasserbelastung der Kläranlage Höhere Betriebskosten 26.11.2013 - Folie 40 20
Auswirkungen Retentionsbodenfilter Häufige und lange Überstauung Kolmation, Schäden am Bewuchs, Gewässerbelastung 26.11.2013 - Folie 41 Auswirkungen Oberirdische Gewässer Häufige und lange Einleitungen Erhöhung der Einleitungsfracht 26.11.2013 - Folie 42 21
Auswirkungen Kanalisation Hydraulische Überlastung Austritt von Schmutzwasser, Rückstau in die Anschlussleitungen Niederschlagshöhe in Millimeter pro 5 Minuten 1.600 4,0 1.500 3,0 1.400 2,0 1.300 1,0 1.200 0,0 Abfluss 1.100 in [l/s] 1.000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 tatsächlicher Abfluss aufgrund des zusätzlichen Fremdwasserabflusses erwarteter Trockenwetterabfluss -9,5-10 -10,5-11 -11,5 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30 18:00 18:30 19:00 19:30-12 20:00 Quelle: DWA-M 182 (2012) 26.11.2013 - Folie 43 4 3 2 1 0-0,5-1 -1,5-2 -3-4 -5-6 -7-8 -9 Auswirkungen Grundwasser Infiltration, Beeinflussung des Grundwasserspiegels künstliche Absenkung 26.11.2013 - Folie 44 22
Auswirkungen Grundwasser Exfiltration aus undichten Kanälen und Leitungen Verunreinigung des Grundwassers 26.11.2013 - Folie 45 Auswirkungen Investitions- und Betriebskosten Realistische Berücksichtigung bei der Dimensionierung Höhere Investitionskosten und ggf. Betriebskosten in Einzelfällen ggf. die volkswirtschaftlich sinnvollere Lösung 26.11.2013 - Folie 46 23
Auswirkungen Investitions- und Betriebskosten Anlagenbetrieb fast nur nachteilig Kanalisation Sonderbauwerke Kläranlage Kostenstelle Investitionen Betriebskosten Schmutzwasserkanalnetz größere Nennweite bei FWZ > 100 % erforderlich bessere Spülwirkung, besonders in Anfangshaltungen Regenwasserkanalnetz i. d. R. keine Auswirkungen i. d. R. keine Auswirkungen Mischwasserkanalnetz Schmutzwasser-, Regenwasser- und Mischwasserpumpwerke Regenrückhalteräume Regenüberlaufbecken/ Stauraumkanäle Regenklärbecken ohne Dauerstau Regenklärbecken mit Dauerstau hydraulisch bemessene Anlagenteile biologische Abwasserreinigung ( ) i. d. R. keine Auswirkungen, außer bei starker Drosselung des Mischwasserabflusses größere Förderleistung erforderlich keine Auswirkung bei entsprechender Erhöhung des Drosselabflusses erforderliches Beckenvolumen steigt auch bei Berücksichtigung des Fremdwasserabflusses im Drosselabfluss annähernd proportional zum FWZ minimale Auswirkung bei entsprechender Erhöhung des Drosselabflusses, nachfolgende Anlagen sind allerdings entsprechend größer auszulegen minimale Auswirkung, wasserwirtschaftliche Sinnhaftigkeit allerdings fraglich hydraulisch ausgelegte Anlagenteile müssen proportional zum FWZ vergrößert werden theoretisch kleinere Behandlungsvolumina erforderlich bei konzentrationsbezogenen Ablaufanforderungen Anmerkung: Bei der Planung dürfen keine unzulässigen Verdünnungen angesetzt werden. größere Behandlungsvolumina erforderlich bei frachtbezogenen Ablaufanforderungen ( ) tendenziell bessere Spülwirkung, besonders bei hohen Fremdwasserabflüssen Betriebskosten steigen proportional zum FWZ keine Auswirkung bei entsprechender Erhöhung des Drosselabflusses keine Auswirkung am Sonderbauwerk bei entsprechender Erhöhung des Drosselabflusses keine Auswirkung am Regenklärbecken bei entsprechender Erhöhung des Drosselabflusses keine Auswirkung am Regenklärbecken, jedoch evtl. Probleme für das nachfolgende Gewässer Betriebskosten der hydraulisch ausgelegten Anlagenteile steigen stark an theoretisch geringere Betriebskosten bei konzentrationsbezogenen Ablaufanforderungen Anmerkung: Bei der Planung dürfen keine unzulässigen Verdünnungen angesetzt werden. höhere Betriebskosten bei frachtbezogenen Ablaufanforderungen Sonstiges Abwasserabgabe nicht relevant die Abwasserabgabe steigt mit zunehmenden Fremdwasserabfluss an (landesspezifische Regelungen) leichte Kostensenkung starker Kostenanstieg keine Kostenbeeinflussung starke Kostensenkung leichter Kostenanstieg ( ) Vernachlässigbare Kostenwirkung Quelle: DWA-M 182 (2012) 26.11.2013 - Folie 47 Zusammenfassung 26.11.2013 - Folie 48 24
Zusammenfassung Die Ursachen für Fremdwasser können (auch in einem Einzugsgebiet) grundsätzlich verschiedener Art sein Bei der sollte vom Groben zum Feinen vorgegangen werden Erste Indizien können i.d.r. aus vorliegenden Datengrundlagen gewonnen werden Die Auswirkungen hängen in einem starken Maße von Art und Menge des Fremdwassers ab Erhöhter Fremdwasseranfall führt (fast) immer zu erhöhten Betriebskosten Gesamtwirtschaftliche und nachhaltige Lösungen sind anzustreben 26.11.2013 - Folie 49 Befreiung vom Anschluss- und Benutzungszwang für Niederschlagswasser 26.11.2013 - Folie 50 25
Ursachen Quelle: DWA-M 182 (2012) 26.11.2013 - Folie 51 26