Im Rahmen der Seminarreihe der FH Trier Regionale Wasserwirtschaft in Theorie und Praxis - Belastung der Kanalisation durch Außengebietsabflüsse und gewässerseitiges

Im Rahmen der Seminarreihe der FH Trier Regionale Wasserwirtschaft in Theorie und Praxis

- Belastung der Kanalisation durch Außengebietsabflüsse und gewässerseitiges Hochwasser-

Bearbeitung: Dipl.-Ing. Peter Moche

Abflüsse aus AußengebietenArbeitsbericht der DWA-Arbeitsgruppe ES- 2.6

„Abfluss- und Schmutzfrachtsimulation“, veröffentlicht in der KA 2008 Nr.8

19.05.2011INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ

Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach2

Inhalt

• Grundlagen• Größenangaben• Berechnungsansätze• Hinweise zur Anwendung• Schlussbemerkung



Grundlagen

Außengebiete- sind nach ATV-DVWK-M 165„... größere Teilgebiete ohne nennenswertemAnteil undurchlässiger Flächen, die ein eigenesoberirdisches Entwässerungssystem aufweisenund in ein Kanalnetz einmünden.“

- Die „Einmündung“ ist grundsätzlich zuvermeiden, kann aber aus wirtschaftlichen oderaufgrund der örtlichen Randbedingungennicht verhindert werden.



Grundlagen

Oberflächenabfluss von Außengebieten

[Wohlrab/Ernstberger/Meuser/Sokolek 1992: Landschaftswasserhaushalt]

N: Niederschlag

NF: durch die Veg. gefallener N

NT: von Veg. abtropfender N

NK: Kronendurchlass NK = NF+NT

NS: an Baumstämmen und Pflanzenstengeln abfl. N

NB: Anteil des N der auf die Bodenoberfläche gelangtNB = NF +NT+NS

A: Abfluss

A=A0+AI+AG+AUA-AK-AUZ

A0: Oberflächenabfluss(wenn NB > AS1)

AS1: NW das in den Wurzelraum einsickert

AS2: NW vom Wurzelraum in die nicht durchw. Absickert

AS3: Anteil der dem GW zusickertAI: Interflow, NW d. über dem

GW-Leiter abfließt (Return flow wenn NW wieder zu Tage tritt)

AG: GrundwasserAUA: unterirdischer AbstromAUZ: unterirdischer ZustromAK: Kapillarer Wasseraufstieg

[Zeichen und Einheiten ≠ATV-DVWK-A198]



Grundlagen

Abhängigkeiten des Oberflächenabflusses

• Niederschlagsintensität und –dauer• Vegetation• Topographie, Oberflächengefälle• Infiltrationskapazität der Bodenschichten

- Durchlässigkeit der einzelnen Bodenschichten(Makro- und Mikroporen)

- Aktuelle Bodenfeuchte (bis zur Sättigung) (z.B. durch vorangeg. Niederschläge und/oder oberflächennahes GW)



Größenangaben

Literaturangaben• voralpines EZG

35% Waldanteil max. 70 l/(s ha)97% Waldanteil max. 30 l/(s ha)

(Messreihe von 1902 bis 1993) [Forster/Keller/Rickenmann/Röthlisberger 1994: Schweizerische Zeitschrift für das Forstwesen, „Hochwasser“]



Reduzierung bei zunehmender - Größe des EZG- Bewuchsdichte- Bodendurchlässigkeit- Temperatur- Rauheit der Geländeoberfläche

Größenangaben

Literaturangaben• Hochgebirge 30 l/(s ha)

Mittelgebirge 20 l/(s ha)Flachland 1-5 l/(s ha)

- [ATV (Hrsg.) 1994: ATV-Handbuch „Planung der Kanalisation“]



Größenangaben

Literaturangaben

Abflussspenden aus natürlichen Einzugsgebieten [l/(s ha)][ATV-AG 1.2.6, KA 4/1999: Regenwasserbewirtschaftung in Siedlungsgebieten zur Angleichung an natürliche Abflussverhältnisse]

Gefällegruppen

IJs< 1%

II1%≤Js≤4%

III4%≤Js≤10%

IVJs>10%

0 – 5 5 - 10 10 - 15 15 – 20



Größenangaben

Pegelwerte (N-A Messungen)

Bsp. : NRW, Nordeifel KyllgebietEZG Grisselsiefen Esterbach

Pegel Baasem Berk

Größe 0,33 km² 0,49 km²

Nutzung fast vollst. Wald

Untergrund schuffiger Lehm (Devon)

Messreihe 15 Jahre 27 Jahre

Gefälle 8,5% 8,2%



Größenangaben

Pegelwerte (N-A Messungen)

Abflussspenden in [l/(s ha)]

Wiederkehrzeit Tn [a] 1 2 5 10 20 50

Abfluss-spende

[l/(s ha)]

Pegel Baasem

(1975-1989)

3 4 6 7 9 11

Pegel Berk

(1963 - 1989

4 6 8 10 13 16



Berechnungsansätze

Abflussbildung(Berechnung des Effektivregens)• Abflussbeiwertansätze• Verlustratenansätze• Bodenspeichermodelle

AbflusskonzentrationAbflussganglinie mit zeitlichen Verlauf der Abflusswelle



Berechnungsansätze

Abflussbildung• Abflussbeiwertansätze

- z.B. mittlerer Abflussbeiwert Ψm = hw/hn

- Abhängigkeiten je nach Verfahren:Bodenart, Bewuchs, GefälleVorregen, JahreszeitNiederschlagshöhe und Dauer

- Verfahren: SCS, mod. d. ZAIß, ØVERLAND,...- vergleichsweise einfache und transparente

Berechnungsverfahren



Berechnungsansätze

Abflussbildung• Verlustratenansätze

- Bilanzierung von Niederschlag und Infiltrationsrate in Zeitabschnitten

- Abhängigkeiten:Muldenverluste (Oberfläche, Vegetation) Bodeneigenschaften

- Verfahren: z.B. nach HORTON, PAULSEN, ...

- geeignet für haltungsbezogene EZG, weniger für AG mit unterirdischen Abflusskomponenten



Berechnungsansätze

Abflussbildung• Bodenspeichermodelle

- i.d.R. sehr komplex und sensitiv

- physikalisch basierte Eingangsdaten

- hohen Aufwand bei der Datenerhebung, Modellerstellung und Berechnung

- Ergebnisgenauigkeit nicht zwangsläufig höher



Berechnungsansätze

Abflusskonzentration

beschreibt die Umwandlung ... des Niederschlags

... in eine Abflussganglinie unter Berücksichtigung

der Translation und der Retention (näherungsweise).

Verfahren (wenn Ganglinie nicht gemessen wurde):• Einheitsganglinienverfahren• Standard-Einheitsganglinie• Lineare Speicherkaskade



Berechnungsansätze

Abflusskonzentration• Einheitsganglinienverfahren

Einheitsganglinie aus Übertragungsfunktion(aus DVWK-Katalog mit Übertragungsf.) mit den Gebietsparametern:

AE: Größe des Einzugsgebietes

L: längster Fließweg...

H: Höhendifferenz im EZG

J: Gefälle im EZG[DVWK 1982 u. 1988: Katalog von Übertragungsfunktionen, Bonn]



Berechnungsansätze

Abflusskonzentration• Standard-Einheitsganglinie

Einheitsganglinie aus Übertragungsfunktion(nach VERWORN und HARMS) mit den Gebietsparametern:

AE: Größe des Einzugsgebietes

L: längster Fließweg...

H: Höhendifferenz im EZG

J: Gefälle im EZG ...[Verworn/Harms; Wasserwirtschaft, 7-8/1980; Die Standardeinheitsganglinie – eine gebiets-übergreifende Systemfunktion]



Berechnungsansätze

Abflusskonzentration• Doppelspeicherkaskade

(wenn keine Kalibriermöglichkeit besteht)

Einheitsganglinie mit Übertragungsfunktionnach WACKERMANN (1981) und Parametern

nach EULER (s. SCHRÖDER 1999) wenn AE< 10 km²

[DVWK 1999: Schrift Nr. 124, „Hochwasserabflüsse“, Bonn][Schröder 1999: Grundlagen des Wasserbaus, Köln]



Hinweise zur Anwendung

• Die Berechnung von Außengebietsabflüssenbei Kanalnetz- bzw. Flussgebietsmodellen können erheblich differieren.

- Verlustratenansätze ergeben im Regelfall zu hohe Außengebietsabflüsse -

- Realitätsnähere Ergebnisse bei Anwendung der üblichen Methoden der Flussgebietsmodelle auch ohne Kalibrierung -



Hinweise zur Anwendung

• Ansatz als Außengebiet ggf. schon ab 5 bis 10 ha

• Grundsätzlich sind alle in DWA-A 118 und ATV-DVWK-M 165 genannten Niederschlags-belastungen bei Außengebieten anwendbar

• Langzeitsimulation anwenden, wenn ungünstigste Abflusskombi. nicht erkennbar ist

• Bei hohem Einfluss der Außengebietsabflüsseauf die Kanalisation bzw. damit verbundenen Invest.kosten –Modellkalibrierung!



Schlussbemerkung

• Einige Parameter der verwendeten Verfahren sollten anhand von Messdaten kalibriert werden.

Da Messdaten nur in sehr geringem Umfang vorliegen, besteht diesbezgl. erheblicher Forschungsbedarf.



Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit[Foto: J. Sartor]


Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach2311.04.23 23

Musterhausen





[Foto: J. Sartor]



[Foto: J. Sartor]



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