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Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 1 3 Wassertransport 3.1 Hydromechanische Grundlagen 3.2 Abfluss unter.

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1 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 1 3 Wassertransport 3.1 Hydromechanische Grundlagen 3.2 Abfluss unter Druck 3.3 Freispiegelabfluss 3.4 Bauvorgang zur Erstellung von Rohrleitungen Wasserwesen Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft Peter Krebs Professur Siedlungswasserwirtschaft Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft

2 Kap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 2 3.1 Hydromechanische Grundlagen 3 Wassertransport

3 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 3 Strömungsmodelle 3D, turbulent Grundlagenforschung Untersuchung lokaler Prozesse 1D, instationär, ungleichförmig Numerische Modelle der Urbanhydrologie Ereignissimulation Variantenvergleich 1D, stationär, gleichförmig Leicht verständlich und anwendbar Dimensionierung

4 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 4 Beispiel 3D Strömung Sekundärströmungen; Large Eddy Simulationen (LES)

5 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 5 Stationäre und gleichförmige Strömung Stationär Gleichförmig Kontinuität Normal- abfluss

6 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 6 Eindeutige Beziehung zwischen Abfluss und Wassertiefe Keine Hysterese Stationäre und gleichförmige Strömung

7 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 7 Energieerhaltung Referenzkote l ISIS v IEIE IPIP

8 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 8 3.2 Abfluss unter Druck 3 Wassertransport

9 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 9 Energieliniengefälle Reibungsverlust Strömungsgeschwindigkeit Darcy-Weisbach (Prandtl-Colebrook)

10 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 10 Reibungsbeiwert Glatter Bereich Übergangs- bereich Rauer Bereich mit der Reynoldszahl

11 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 11 Reibungsbeiwert

12 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 12 Rauhigkeitskoeffizient k S (Sandrauheit) Rohrmaterialk S Bereich (mm) neualt Steinzeug0.03 – 0.150.3 – 3.0 PVC0.03 – 0.060.15 – 1.50 Beton0.06 – 1.501.5 – 6.0 Faserzement0.015 – 0.0300.6 – 6.0 Mauerwerk – guter Zustand0.6 – 6.03.0 – 15 Mauerwerk – schlechter Zustand-15 – 30 Druckleitungen0.03 – 0.60

13 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 13 Übergangk lokal (-) Rohreintritt (scharfkantig)0.50 Rohreintritt (angerundet)0.25 Rohreintritt (trompetenförmig)0.05 Rohraustritt (abrupt)1.0 90° Krümmer (scharf)1.0 90° Krümmer (weit)0.2 Schacht, gerade (Teilfüllung)< 0.1 Schacht, gerade (eingestaut)0.15 Schacht mit 30° Krümmung (eingestaut)0.5 Schacht mit 60° Krümmung (eingestaut)1.0 Lokale Verluste

14 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 14 Hazen-Williams Gleichung Empirische Gleichung für die Rohrströmung ! Geschwindigkeit R = Hydraulischer Radius I = Gefälle C = Rauheitsbeiwert 0.85 = Koeffizient

15 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 15 3.3 Freispiegelabfluss 3 Wassertransport

16 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 16 Freispiegelströmung Normalabflusstiefe: Gleichgewicht zwischen Reibung und Hangabtrieb Energieliniengefälle = Rohrgefälle Hydraulischer Radius für das gefüllte Rohr allgemein

17 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 17 Manning-Strickler Gleichung Voraussetzung: Normalabfluss Geschwindigkeit Abfluss Material k St (m 1/3 /s) Glas> 100 Zement80 – 100 Beton65 – 100 Mauerwerk50 – 75 Für k S /D = 0.001 bis 0.01 Rauhigkeitsbeiwert, Stricklerkoeffizient

18 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 18 Teilfüllung Empirischer AnsatzFranke (1956) Geschwindigkeit Abfluss

19 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 19 Teilfüllung mit

20 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 20 Betriebs-k-Wert: k b KanaltypNormierte Schächte Spezielle Schächte Transportkanal0.50.75 Hauptsammelkanal0.751.5 Mauerwerk, Ortsbeton1.5 Keine Schächte, Druckleitungen0.25 Kombination, Annahme1 k b in mm

21 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 21

22 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 22 DN v krit I (mm) (m/s) (%o) 150 200 300 400 500 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0,48 0,50 0,56 0,67 0,76 0,84 0,98 1,12 1,24 1,34 1,44 1,54 1,62 2,72 2,04 1,51 1,45 1,40 1,37 1,31 1,26 1,24 1,20 1,18 1,16 1,14 Kritische Werte für Sedimentbildung (halbvolles Rohr)

23 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 23 Strömen und Schießen Froudezahl F h C Informationen stromab und stromauf F > 1 schießenh < h C Informationen nur stromab F = 1 kritisch h = h C minimale Energie Übergang schießen strömen Wassersprung h C ist unabhängig vom Gefälle ! h > h C flacher Kanal h < h C steiler Kanal

24 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 24 3.4 Bauvorgang zur Erstellung von Rohrleitungen 3 Wassertransport

25 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 25 Sicherung von Rohrgräben Ohne VerbauMit Saumbohle

26 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 26 Sicherung von Rohrgräben Waagrechter Normverbau

27 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 27 Sicherung von Rohrgräben Senkrechter Verbau

28 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 28 Mindestgrabenbreite in m (DIN EN 1610) DNverbauter Graben nicht verbauter Graben (mm)(m) > 60° 60° 225 OD + 0.40 225 – 350OD + 0.50 OD + 0.40 350 – 700OD + 0.70 OD + 0.40 700 – 1200OD + 0.85 OD + 0.40 > 1200OD + 1.00 OD + 0.40 OD = Außendurchmesser in m = Böschungswinkel gegen die Horizontale

29 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 29 Rohrgraben ohne Verbau

30 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 30 Berstlining

31 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 31 Schlauchrelining

32 Grundlagen der SiedlungswasserwirtschaftKap. 3 Wassertransport© PK, 2005 - Seite 32 Symbole A Abflussquerschnitt b Wasserspiegelbreite D Durchmesser F Froudezahl g Erdbeschleunigung h Abflusstiefe h C kritische Abflusstiefe h N Normalabflusstiefe I f Energieliniengefälle I P Druckliniengefälle I S Sohlgefälle des Rohres k b Betriebsrauheit k S Sandrauheit k St Strickler Rauhigkeitsbeiwert P benetzter Umfang p Druck Q Abfluss R Hydraulischer Radius Re Reynoldszahl t Zeit v Geschwindigkeit h E Reibungsverlust Reibungsbeiwert Kinematische Viskosität Dichte


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