Dimensionierung eines Kanales l Q max Maximale Wassermenge l zÜberschreitungshäufigkeit vom Q max...

Dimensionierung eines Kanales

Qmax Maximale Wassermenge

z Überschreitungshäufigkeit vom Qmax

Planungshorizont (z.B. 50 Jahre) Erforderliche und mögliche Genauigkeit Minimale Schleppkraft

Durchmesser mm Qvoll in m3s-1 Kosten Fr m-1

300 0.10 500.- 400 0.22 600.- 500 0.40 700.- 600 0.66 800.- 700 1.00 900.- 800 1.40 1000.-1000 2.50 1250.-

r2.67 r0.75

Abstufung der KanaldurchmesserAnnahmen: kSt = 85 m 1/3 s-1, JS = 1%, JE = JS

Erforderliche Rechengenauigkeit rel. gering.

hE,max

JE,max

L = 400 m

Energielinie bei Normalabfluss,Dimensionierung: JE = JS

Energielinie beiÜberlastung, JE >> JS

Überlastung einer Kanalisation

hS

JS

Vergleich der Energieverluste

Wiederkehrintervall z in Jahren

Schweiz D, NL, DKGefälle steil flach

City 20 5-10 aVororte 5 2 aLandgemeinde 2-5 1-2 a

Die angewendeten z Werte müssen politischausgehandelt werden

MischwasserkanalHäusliche AbwässerIndustrie- und Gewerbe-AbwasserStrassenentwässerungRegen- und Grundwasser Brunnen- und Bachwasser

EntlastungRegenüberlaufbecken

Abwasserreinigung

Vorflut

Versickerung

Entwässerungsverfahren: Mischsystem

Schmutzwasserkanal

Häusliche AbwässerIndustrie- und Gewerbe-Abwasser

Regenwasserkanal

Versickerung

Entwässerungsverfahren: Trennsystem

Vorflut

StrassenentwässerungRegen- und Grundwasser Brunnen- und Bachwasser

AbwasserreinigungEv. Rück-haltebecken

RegenrückhaltebeckenRetentionsbecken nur mit Notüberlauf

Qmax,zu

Retentions-volumen

Qab << Qmax,zu

Drosselstrecke

häufig als offene Erdbecken gestaltet

Zürich, z = 5 aK(z) = 4570 B = 8 min

Tmin

r s-1 ha-1

Vzu =Fred r T

m3

Vab =QARA T

m3

Vret =Vzu - Vab

m3

10203040

25616312095

152196216228

18365472

134160162156

Dimensionierung einesRetentionsbeckens

Bestehend

Geplant:3 ham= 0.33

QARA < 30 /s

Schmutz-wasser-kanal

Mischsystem: Entlastungsordnung

ARA

RÜB

Entlastungen

Siedlung

Vorflut

0 10 20 30 40 50

30

20

10

0

Maximal abgeleitete Regenintensität beim Anspringen des Überlaufes in s-1 ha-1

Speichervolumen bis zum Anspringendes Überlaufes in m3 ha-1

red

Jährlicher Überlauf in% des Regenabflusses

51030

Bereichder Regenbecken

Bereich der Hoch-

wasserentlastungen

20

Überlaufhäufigkeit / Jahr

10

2030

Spezifisches Volumen der Kanäle

10

100

10 100 1000

m3 ha-1

Einzugsgebiet in ha

flach

steil, hügeligmittel

18

45

1’000 EG 100’000 EG

Sivalda, 1994, KA, 41, p.1988

Mulden, WasserfilmKanalisation füllen

Ableitung zur ARARegenüberlaufbecken

Einzelereignis ohne HWE

Beckenüberlauf undHochwasserentlastung

0

5

10

20

0 1 2 3Dauer des Regens (h)

Gesamtniederschlagshöhe in mm

15 HWE

Einzelereignis mit HWE

0

5

10

15

20

25

0 60 120 180 240 300

Niederschlagshöhein mm

Dauer des Niederschlagsin Minuten

Beispiel: Regen in Fehraltorf, 1991

HWE Kanalentlastung

vereinfachte Analyse!

Entleerung

zur ARA

Überlauf als Entlastung

Zufluss vonMischwasser

Vorflut

Fangbecken im NebenschlussBei Trockenwetternicht durchflossen

zur ARAFangbecken

Zufluss vonMischwasser

zur ARAFangbecken im HauptschlussImmer durchflossen

Überlauf als Entlastung

Zufluss vonMischwasser

Vorflut

Überlauf zur Vorflut

zur ARA

Klärbecken (Durchlaufbecken)

Vorflut

zur ARA

Hauptschluss: Bei Trockenwetter durchflossenNebenschluss: Bei Trockenwetter nicht durchflossen

Zufluss Beckenüberlauf

zur Vorflut

Zur Kläranlage

Klärbecken

FangbeckenGefällsverlust

Verbundbecken

Entlastung

DrosselKanalstauraum

Fangkanal

Trockenwetterabfluss

Entlastung

DrosselKanalstauraum

Trockenwetterabfluss

Speicherkanal

Fangkanal

0

100

200

300

400

500

0 20 40 60 80 100 1200

20

40

60

80

100

Dauer des Regenereignisses in min

Schmutzstoffkonzentration (g CSB m-3)Mischwasseranfall (Q in s-1) Fracht in g s-1

Schmutzstoss

CSBQ

F

CSB

0

20

40

60

80

100

0 100 200 300 400 500 600 700

Kumulative Wasserfracht in m3

Kumulative Schmutzstofffracht in kg CSB

Schmutz-stoss

Effektiver Verlauf

Anfall bei konstanterKonzentration

ZusätzlicherAnfall

FrachtanfallTrockenwetter

Kanalüberlauf

EntlastungBecken

Meteorwasser

Schmutzwasser-speicher

Regenklär-becken

MischwasserSchmutzwasser

Verbundbecken

Durchlaufbecken

Fangbecken

Regenüber-laufbecken

MeteorwasserMischwasserSchmutzwasser

Regenrück-haltebecken

Dimensionierung eines Fangbeckens

Frage:Wie gross muss das Fangbecken werden, damit der Schmutzstoss gefangen werden kann?

ARA

Vorflut

FB

Hochwasserentlastungrkrit = 30 s-1 ha-1 QARA = 2 QTW = 2 s-1 ha-1

EinzugsgebietFred

Dimensionierung eines Fangbeckens

V Q F r Q tFB TW red krit ARA ( ) 0

VF

FB

red

hared17 1 m3

Annahmen: Am Ort des Fangbeckens gilt t0 = tan + tFK.

Der Schmutzstoss dauert ca. t0 = 10 min

Die kritische Regenintensität beträgt rkrit = 30 s-1 ha-1

Zur ARA werden QARA = 2 QTW oder 4 s-1 hared-1 abgeleitet

Vorklärbecken bei Regen

Schlamm-abzug

Entlastung

?Entlastung

?

Sedimentation

Wo soll die Entlastung angeordnet werden?

17 18 19 20 Uhr

17 18 19 20 Uhr

17 18 19 20 Uhr

50

40

30

20

10

0

g DOC m-3

17 18 19 20 Uhr

200

160

120

80

40

0

g DOC s-1

500

400

300

200

100

0

g TSS m-3

3.02.52.01.51.00.5

0

kg TSS s-1

Ablauf

Zufluss

GemesseneKonzentrationen

GemesseneFrachten

Fracht in der Entlastung nach dem Becken

Fläche FAbflussbeiwert m

Einwohner EARA

Vorflut

Entlastung

Regenintensität r

Schmutzstoffe bei Regen

Schmutzstoffe bei RegenBeispiel: Ammonium/Ammoniak - ein Fischgift

Frage: Wie reagiert die Ammonium Konzentration in derVorflut auf zunehmende Regenintensität?

Abwasseranfall: qE = 0.3 m3 E-1 d-1

Ammoniumanfall: fN = 10 g N E-1 d-1

Qi = Durchfluss [m3 s-1]Fi = Fracht [g s-1]Ci = Konzentration [g m-3]Fi = Qi Ci

Definitionen:

Schmutzstoffe bei Regen

Q4 = Zu Beginn konstantC4 0

Q2 = QARA QTW

C2 = C1

Q3 = Q1 - Q2

C3 = C1

Q1 = E qE + r F m

F1 = E fN

C1 = F1 / Q1

Q5 = Q4 + Q3

F5 = F4 + F3 = Q3 C1

C5 = F5 / Q5

C

E fQ

Q Q

Q Q Q Q

NARA

R TW

Vf R TW ARA5

1

0

0.5

1

1.5

0 10 20 30

Regenintensität in s-1 ha-1

Ammonium in der Vorflutg N m-3