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isold-schinkel
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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