Mischwasserentlastungen und die damit verbundenen Frachtnachweise Dr. Hendrik Walther Tiefbauamt der Bundesstadt Bonn Hendrik.walther@bonn.de Dr.-Ing. Harald Wegner Franz Fischer Ingenieurbüro harald.wegner@fischer-teamplan.de Beteiligte A128 ein Märchen Folie 2 ATV A128 Kreuzritter Brunnenvergifter Stadt Bonn Bezirksregierung Köln Weiße Ritter Heinzelmännchen Ingenieurbüro Marketender: Softwarebüros Beteiligte der ATV A128 Seite 1
Projekt Folie 3 Optimierung von Kanalnetz und Kläranlage Einzugsgebiet KA Salierweg, Bonn Projekt Folie 4 KA Salierwegl KA Beuel EZG KA Salierweg EZG KA Duisdorf KA Bad Godesberg A e A u 2,985 ha 1,643 ha Länge Kanäle 527 km Stauvolumen 137,842 m 3 Q KA 2347 l/s Seite 2
Grundlagen Folie 5 Schmutzfrachtnachweise DWA A 128 Nachweis der entlasteten Schmutzfrachten Unsicherheiten bei Verschmutzung: Akkumulation der Schmutzstoffe, jahreszeitlicher Verlauf, Reinigungsleistung Stadtbetriebe, Sedimentation und Erosion im Netz, Absetzwirkung in den Rückhalteräumen eine große Spanne an Ergebnissen bei Berechnungen. Grundlagen Folie 6 Schmutzfrachtnachweise DWA A 128 Nachweis der entlasteten Niederschlagsanteile Entlastungsrate allein berücksichtigt Schmutzeintrag nicht Nachweis der Einhaltung der zulässigen Entlastungsrate e für Bauwerke der Mischwasserbehandlung. Besonders schutzwürdige Gewässer werden berücksichtigt, indem die zulässige Entlastungsrate herabgesetzt wird. In den verschiedenen Bundesländern gibt es deutlich abweichende Erlasse zum Thema. In NRW Abflussbeurteilung mit Berücksichtigung des Mischungsverhältnisses. Seite 3
Grundlagen Folie 7 Einzugsgebiet Kläranlage Salierweg Erhebung der Daten Modellaufbau Führung der Nachweise Verletzung der Nachweise Sanierungsbescheid Prüfung von Sanierungsmöglichkeiten Modellaufbau Datenabstimmung Führung der Nachweise Keine Verletzung der Nachweise Parameter: Mischungsverhältnis Grundlagen Folie 8 Modellaufbau Problembereich: Eine Kette hintereinander geschalteter Entlastungen Faktor 2 bis 5 in den Mischungsverhältnissen KA Salierweg BSK28 Seite 4
Schmutzfracht Folie 9 Definitionen Mischungsverhältnis LWAFlut Schmutzfracht Folie 1 Definitionen Mischungsverhältnis A128 (1992) Kapitel 6.2.8 Seite 5
Schmutzfracht Folie 11 Definitionen Mischungsverhältnis A128 (1992) Kapitel 6.5 (Bezug LWAFlut) Schmutzfracht Folie 12 Definitionen Mischungsverhältnis Moment Seite 6
Schmutzfracht Folie 13 Definitionen Mischungsverhältnis A128 (1992) Kap 9.2 (Bezug Moment) Schmutzfracht Folie 14 Weitere Quellen M177 (21), Kap 5.5 Seite 7
Schmutzfracht Folie 15 Weitere Quellen Gespräche mit Kollegen/Recherche D. Jacobi, BWB Hosang/Bischof (1998) M. Hippe, IBF Telefonat Dr. Meißner (9.11.9): Berechnungen nach 6.17 wären für die Verhältnisse nicht korrekt. Unterschiede Mischungsverhältnis Folie 16 Grundlage der korrekten Mischungsberechnung nach Formel 9.5 1,2 24 1,2 24 Q [l/s] 1, 8 6 4 Q/V Qzu SK 27 Qab SK 27 Vol SK 27 2 16 12 8 Volumen [m³] Q [l/s] 1, 8 6 4 Qzu SK 26 Qab SK 26 Vol SK 26 2 16 12 8 Volumen [m³] 2 4 2 4 12: 14: 16: 18: 2: 22: : 2: 4: 6: Zeit 12: 14: 16: 18: 2: 22: : 2: 4: 6: Zeit 1 9 8 7 1 9 8 7 c [CSB] [mg/l] 6 5 4 Cbek Cab Centl c [CSB] [mg/l] 6 5 4 3 czulauf SK 27 3 czulauf SK 26 2 cbecken SK 27 2 cbecken SK 26 1 cablauf SK 27 1 cablauf SK 26 12: 14: 16: 18: 2: 22: : 2: 4: 6: Zeit 12: 14: 16: 18: 2: 22: : 2: 4: 6: Zeit Größere Differenzen ergeben sich durch Vorentlastungen/Rückhaltungen, sie mindern die Zulauf- und damit Entlastungskonzentration. Seite 8
Unterschiede Mischungsverhältnis Folie 17 Die Unterschiede liegen im Ansatz der Belastung bei unterhalb liegenden Becken. Bei der Volumenbetrachtung wird immer von Q t als Belastung ausgegangen. Für die Dauer der Entlastung werden unten liegende Becken nicht mit C t, sondern mit dem C e /C ab von oben belastet (+ggf. zusätzliche Einleitungen). Bei der Konzentrationsbetrachtung wird realistisch die geringere Belastung von oben berücksichtigt. Hieraus begründet sich ein Faktor von der Größenordnung 3 und mehr. 25 Qzu 27 V 27 Qab 27 2 15 1 Q 5 12: 14:24 16:48 19:12 21:36 : 2:24 4:48 7:12 25 Qzu 26 V 26 Qab 26 2 15 1 5 12: 14:24 16:48 19:12 21:36 : 2:24 4:48 7:12 6 5 Qzu 25 V 25 Qab 25 4 3 2 1 12: 14:24 16:48 19:12 21:36 : 2:24 4:48 7:12 6 5 Qzu 24 V 24 Qab 24 4 3 2 1 12: 14:24 16:48 19:12 21:36 : 2:24 4:48 7:12 9 8 7 6 5 4 C 3 2 1 Czu 27 Cbek 27 Cab 27 12: 14:24 16:48 19:12 21:36 : 2:24 4:48 7:12 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Czu 26 Cbek 26 Cab 26 12: 14:24 16:48 19:12 21:36 : 2:24 4:48 7:12 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Czu 25 Cbek 25 Cab 25 12: 14:24 16:48 19:12 21:36 : 2:24 4:48 7:12 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Czu 24 Cbek 24 Cab 24 12: 14:24 16:48 19:12 21:36 : 2:24 4:48 7:12 Unterschiede Mischungsverhältnis Folie 18 Formel 9.5 rechnet realistische Minderung der Konzentrationen Formel 6.17 berechnet in LWA-Flut das Mischungsverhältnis mit der Summe von Q t Ausgabe LWA-Flut, Berechnung IBF aus den Ergebnisdaten 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Czu 27 Cbek 27 Cab 27 12: 14:24 16:48 19:12 21:36 : 2:24 4:48 7:12 TAB S1 : AUSGABE DER EINGANGSDATEN lfd. Nr Name v. Ele. n. Ele Vol Qd 16 RRR 414 321 326 115 1531 21 SK 27 334 335 48 2 28 SK 26 35 352 4675 233 31 SK 25 356 358 859 27 35 SK 24 372 38 13 33 TAB S2 : AUSGABE AUSGEWAEHLTER ELEMENTSUMMEN lfd. Nr Name Ele v. Ele n. Ele Typ Sum Au ha Sum Qt24 Vol m3 spez Vol m3/ha Qd l/s Sum Vol m3 Sum spez.vol m3/ha Qd,spez l/sha 16 RRR 414 321 326 1321 3 63.4 18 115 28 1531 12321 195 23.86 21 SK 27 334 335 1334 3 118.5 44 48 19 2 1814 153 1.32 28 SK 26 35 352 135 3 197.9 63 4675 6 233 22955 116.86 31 SK 25 356 358 1356 3 222.9 7 859 34 27 23814 17.9 35 SK 24 372 38 1372 3 242.9 84 13 65 33 25114 13 1.1 TAB JL : AUSGABE DER JAHRESWASSERBILANZEN MITTELWERTE FUER 29 JAHRE lfd. Nr Name Typ Sum QZm Tsd m3 Sum QAm Tsd m3 Sum Qr Tsd m3 Vqe m3/a VQE % Anz Ere Anz Tage edauer h/a m - Qre aus Vqe l/s Qre aus qd-qt Sum Qre l/s m=qre/qt 16 RRR 414 3 861.1 86.8 28.4.3.1 219.9 21 SK 27 3 199.4 183.6 521.1 15.8 2.4 16 19 53 16.2 554.5 156 71.5 16.1 28 SK 26 3 2774.8 2667.4 873.9 17.4 24.4 18 23 82 8.4 363.8 17 533.8 8.5 31 SK 25 3 2985.1 2957.9 986.4 27.2 24.4 2 22 52 4.9 145.3 2 345.3 4.9 35 SK 24 3 3496.1 3488.2 173.3 7.8 23.2 6 7 13 4.9 166.7 246 412.7 4.9 Seite 9
Fazit Folie 19 Die Definition des Mischungsverhältnisses in Kapitel 6.2.8 der A128, Formel 6.17 ist eine erste Vorgehensweise, sie ist richtig für Einzelbecken, dafür auch vorgesehen. Die weitergehende Vorgehensweise im Nachweisverfahren der A128 ist in Kapitel 9.5 in Formel 9.5 angegeben. In M177 von 21 (Kap. 5.5) wird die Anwendung dieser Formel explizit empfohlen. Die Grenze des Mischungsverhältnisses von 7 oder größer wird nicht in Frage gestellt. Eine Diskussion mit Kollegen Drechsel (Darmstadt), Jacobi (Berlin) und Meissner (Bayern) hat uns in der Auffassung bestärkt. Die Berechnungen nach Formel 6.17 sind nicht nur für das komplexe System Bonn nicht anzuwenden und erfordern eine Beurteilung des Mischungsverhältnisses nach Formel 9.5 der A128. Die Moral von der Geschicht Unplausibilitäten dürfen wir nicht aus dem Weg gehen. Danke den Kollegen, die mitgedacht haben es waren einige. Und denen, die Unplausibilitäten erkannt und sie korrigiert haben. Vorsicht bei Anwendung vereinfachter Ansätze. Vorsicht bei Formulierung vereinfachter Ansätze ohne eindeutige Beschreibung der Grenzen. Danke Seite 1