Fakultät Forst-, Geo- und Hydrowissenschaften Fachrichtung Wasserwesen Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft, Professur für Siedlungswasserwirtschaft Übung zur Bemessung von Regenentlastungsanlagen nach ATV A 128 thilo.koegst@tu-dresden.de
Gliederung Notwendigkeit von Entlastungsanlagen Arten von Entlastungsbauwerken Bemessung von Entlastungsbauwerken Rechenbeispiel 27.11.2008 ATV A 128 Folie 2
Notwendigkeit von Regenüberlaufbauwerken im Mischsystem 27.11.2008 ATV A 128 Folie 3
Abwasserentsorgung mit Mischkanalisation Einzugsgebiet Mischkanalisation ARA Grundwasser Fließgewässer 27.11.2008 ATV A 128 Folie 4
Notwendigkeit von Mischwasserentlastungsbauwerken Systemversagen (Kompromiss zwischen Wirtschaftlichkeit und Gewässerschutz) Einzugsgebiet Q m = 2Q ts + Q f24 Grundwasser Mischkanalisation ARA ATV A 128 Fließgewässer 27.11.2008 ATV A 128 Folie 5
Alternativen 1. Minderung des Abwasseranfalles Regenwasserabfluss Schmutzwasserabfluss Fremdwasserabfluss 2. Maßnahmen zur Regenwasserbehandlung im Mischsystem Zwischenspeicherung von Mischwasser Umverteilen der Regenabflüsse Klärtechnische Maßnahmen 3. Entlastungsbauwerke 27.11.2008 ATV A 128 Folie 6
Zielsetzung der Regenwasserbehandlung 1 Ziel der Regenwasserbehandlung ist es... Regenabfluss zur Kläranlage so zu begrenzen, dass dort die angestrebten Ablaufwerte eingehalten werden und gleichzeitig die stoßweise Belastungen aus Regenentlastungen in vertretbaren Grenzen bleiben (hinsichtlich Menge und Konzentration). 1 Regenwasser (eigentlich Mischwasser) = Schmutzwasser + Regenwasser 27.11.2008 ATV A 128 Folie 7
Arten von Entlastungsbauwerken 27.11.2008 ATV A 128 Folie 8
Entlastungsbauwerke Regenüberlauf (RÜ) Regenüberlaufbecken (RÜB) Regenrückhaltebecken (RRB) ATV A 117 Durchlauflaufbecken (DB) Fangbecken (DB) Stauraumkanal (SK) (SKO oder SKU) Verbundbecken (VB) Nebenschluss / Hauptschluss Parallel / in Reihe 27.11.2008 ATV A 128 Folie 9
Entlastungsbauwerke Regenüberlauf (RÜ) zur Abminderung hoher Mischwasserabflussspitzen Regenüberlaufbecken (RÜB) unterhalb von stark ablagerungsbehafteten Haltungen 27.11.2008 ATV A 128 Folie 10
Entlastungsbauwerke Fangbecken (FB) bei ausgeprägtem Spülstoß in der Regel bei nicht vorentlasteten Entwässerungsgebieten bei kurzer Fließzeit (unter 20 min) 27.11.2008 ATV A 128 Folie 11
Entlastungsbauwerke Durchlaufbecken (DB) haben einen Klärüberlauf (KÜ) bei größeren Fließzeiten (über 20 min) - gleichm. Verschm. meist bei vorentlasteten Entwässerungsgebieten besonders sinnvoll im Nebenschluss 27.11.2008 ATV A 128 Folie 12
Entlastungsbauwerke Stauraumkanäle (SK) SKU und SKO 27.11.2008 ATV A 128 Folie 13
Entlastungsbauwerke Verbundbecken (VB) 27.11.2008 ATV A 128 Folie 14
RÜB in Dresden Regenüberlaufbecken Johannstadt 12.000 m³ - 50 m Länge x 45 m Breite 5 Kammern Durchlaufbecken im Nebenschluss Regenüberlaufbecken Kaditz Gesamtvolumen 24.000 m³ 6 Kammern Durchlaufbecken im Nebenschluss 27.11.2008 ATV A 128 Folie 15
Bemessung von RÜB 27.11.2008 ATV A 128 Folie 16
Grundsätzlich stehen zwei Verfahren zur Bemessung und zum Nachweis der Zielsetzung der Regenwasserbehandlung zur Verfügung vereinfachtes Bemessungsverfahren nach Tabellen Nachweisverfahren mittels Schmutzfrachtberechnung 27.11.2008 ATV A 128 Folie 17
Bemessung nach Tabellen Bezugslastfall (wurde 'vorsimuliert') regionale und gebietsspezifische Größen Anpassung (Korrektur) benötigtes Beckenvolumen 27.11.2008 ATV A 128 Folie 18
Einfluss auf Überlaufmenge und Konzentration Wesentlichen Einfluss auf die Überlaufmenge und - konzentration haben... regionale und gebietsspezifische Größen: Niederschlag Fließzeit Gefälle Kanalspeicherung Starkverschmutzer... Bezugslastfall: mittlere Jahresniederschlagshöhe CSB Konzentration im Regenwasser CSB Konzentration im Trockenwetterabfluss CSB Konzentration im Kläranlagenablauf 800 mm 107 mg/l 600 mg/l 70 mg/l Normalanforderung (nur Emission) 27.11.2008 ATV A 128 Folie 19
Bemessungsbeispiel Rechenaufgabe 27.11.2008 ATV A 128 Folie 20
Bemessungsbeispiel Für ein Entwässerungsgebiet mit einer gesamten Entwässerungsfläche von A EK = 33,6 ha ist ein Regen-überlaufbecken vor der Kläranlage zu bemessen. Die Kläranlage soll mit einem Auslastungsgrad von n = 2 beaufschlagt werden. Trenngebiete, Gewerbe und Industrie sind nicht angeschlossen. Die Fließzeit t f bis zum geplanten Becken beträgt rund 7 min. Von der Entwässerungsfläche sind ca. 35 % befestigt und davon wiederum 85 % abflusswirksam. Nach Mitteilungen des Deutschen Wetterdienstes (DWD) beträgt der mittlere Jahresniederschlag 722 mm. 27.11.2008 ATV A 128 Folie 21
Bemessungsbeispiel Aus einer vorliegenden Entwässerungsplanung sind noch folgende Gebietsgrößen bekannt: mittlere Geländeneigungsklasse NGm = 2 Fremdwasserabfluss entsprechend einem Messprogramm Qf = 1,0 l/s angeschlossene Einwohnerzahl EZ = 1350 E mittlerer Wasserverbrauch wv = 180 l/ed Stundenfaktor für die Trockenwetterabflussspitze x = 12 mittlere CSB-Konzentration im Trockenwetterabfluss ct = 443 mg/l 27.11.2008 ATV A 128 Folie 22
Bemessungsbeispiel Gebietskenngrößen: 27.11.2008 ATV A 128 Folie 23
Bemessungsbeispiel Regenabfluss: 27.11.2008 ATV A 128 Folie 24
Bemessungsbeispiel Gesamtspeichervolumen: 27.11.2008 ATV A 128 Folie 25
Bemessungsbeispiel gebietsspez. Eingangsgröße undurchlässige Fläche A_u (ha) gebietsspez. Eingangsgröße Einwohnerzahl EZ gebietspezifische Eingangsgröße Mischwasseraufnahme Q_m der Kläranlage n*q_sx+q_f (l/s) ATV A128 Vereinfachtes Bemessungsverfahren nach Th. Bettmann ATV-DVKW-Regelwerk 01/2003 gewerblicher Abfluss Q_g24=0,2..0,8 l/(s*h) industrieller Abfluss Q_i24=0,2..0,8 l/(s*h) häuslicher Abfluss Q_h24=EZ*w_s/86400 gebietspezifische Eingangsgröße Fließzeit t_f Schmutzwasserabfall Q_s24=Qh_24+Q_g24+Q_i24 (l/s) Arbeitsstunden pro Tag a_g,i (1 Schicht = 8h) Produktionstage pro Jahr b_g,i (d) Fließzeitabminderung a_f=0,5+50(t_f+100) t_f < 30 min a_f=0,885 t_f > 30 min Fremdwasseranfall Q_f24=0..0,5 l/(s*h) Schmutzwasserabfluss x Q_sx=24*Q_h24/x+24/a_g*365/b_g*Q_g24+24/a_i*365/b_i*Q_i24 (l/s) mittlerer Entlastungszufluß Q_re = a_f *(3+3,2*q_r)*A_u (l/s) Trockenwetterabfluss Q_t24=Q_s24+Q_f24 (l7s) Trockenwetterabfluss x Q_tx=Q_sx+Q_f24 (l/s) Regenwasserabfluß Q_r24 = Q_m-Q_t24-Q_rT24 (l/s) mittleres Mischungsverhältnis m = (Q_re + Q_rT24)/Q_t24 (l/s) Trockenwetterabflussspende q_t24=q_t24/a_u l/(s*ha) Regenwasserabflußspende q_r = Q_r24 / A_u l/(s*ha) rechnerische Entlastungskonz. c_e = (107*m+c_b)/(m+1) (mg/l) Einflusswert für Starkverschmutzer a_c=1 c_t<600 mg/l a_c= c_t/600 c_t>600 mg/l Einflusswert für Kanalablagerungen x_a=24*q_t24/q_tx a_a aus Tabelle Einflusswert für Jahresniederschlagshöhe a_h = h_na/800-1 600 < h_na < 1000 a_h = -0,25 h_na < 600 a_h = +0,25 h_na > 1000 zulässige Entlastungsrate e_o = 3700 / (c_e-70) (%) Bemessungskonzentration TW c_b = 600 *(a_c+h_h+a_a) (mg/l) spezifisches Beckenvolumen V_s aus Tabelle (m³/ha) 27.11.2008 ATV A 128 Folie 26 gebietsspez. Eingangsgröße Trockenwetterkonz. c_t gebietsspez. Eingangsgröße mittlere Neigungsgruppe NG_m gebietsspez. Eingangsgröße Jahresniederschlagshöhe h_na Gesamtvolumen V=V_s * A_u (m³)
Bemessungsbeispiel Gesamtspeichervolumen: Fließzeit Gefälle Starkverschmutzer Niederschlag 27.11.2008 ATV A 128 Folie 27
Bemessungsbeispiel 0,381 13,81 2 0,35 27.11.2008 ATV A 128 Folie 28
Bemessungsbeispiel 18 47 0,844 27.11.2008 ATV A 128 Folie 29
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Bemessungs- und Nachweisverfahren Bemessung von Regenentlastungsanlagen Bestimmung des Gesamtspeichervolumens Volumenbestimmung einzelner Regenüberlaufbecken und Stauraumkanäle... 27.11.2008 ATV A 128 Folie 33
Verständnisfragen Wann ist die Verwendung von Durchlaufbecken / Fangbecken sinnvoll? Anwendungsfälle von Haupt- und Nebenschluss Welche ortsspezifischen Eingangsgrößen sind bei der Bemessung von RÜBs notwendig? Wie wirken sie? 27.11.2008 ATV A 128 Folie 34