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

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Präsentation zum Thema: "Im Rahmen der Seminarreihe der FH Trier Regionale Wasserwirtschaft in Theorie und Praxis - Belastung der Kanalisation durch Außengebietsabflüsse und gewässerseitiges."—  Präsentation transkript:

1 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 Außengebieten Arbeitsbericht der DWA-Arbeitsgruppe ES- 2.6 Abfluss- und Schmutzfrachtsimulation, veröffentlicht in der KA 2008 Nr.8

2 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 2 Inhalt Grundlagen Größenangaben Berechnungsansätze Hinweise zur Anwendung Schlussbemerkung

3 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 3 Grundlagen Außengebiete - sind nach ATV-DVWK-M größere Teilgebiete ohne nennenswertem Anteil undurchlässiger Flächen, die ein eigenes oberirdisches Entwässerungssystem aufweisen und in ein Kanalnetz einmünden. -Die Einmündung ist grundsätzlich zu vermeiden, kann aber aus wirtschaftlichen oder aufgrund der örtlichen Randbedingungen nicht verhindert werden.

4 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 4 Grundlagen Oberflächenabfluss von Außengebieten [Wohlrab/Ernstberger/Meuser/Sokolek 1992: Landschaftswasserhaushalt] N:Niederschlag N F :durch die Veg. gefallener N N T :von Veg. abtropfender N N K :Kronendurchlass N K = N F +N T N S :an Baumstämmen und Pflanzenstengeln abfl. N N B : Anteil des N der auf die Bodenoberfläche gelangt N B = N F +N T +N S A:Abfluss A=A 0 +A I +A G +A UA -A K -A UZ A 0 :Oberflächenabfluss (wenn N B > A S1 ) A S1 :NW das in den Wurzelraum einsickert A S2 :NW vom Wurzelraum in die nicht durchw. Absickert A S3 : Anteil der dem GW zusickert A I :Interflow, NW d. über dem GW-Leiter abfließt (Return flow wenn NW wieder zu Tage tritt) A G :Grundwasser A UA :unterirdischer Abstrom A UZ :unterirdischer Zustrom A K : Kapillarer Wasseraufstieg [Zeichen und Einheiten ATV-DVWK-A198]

5 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 5 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)

6 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 6 Größenangaben Literaturangaben voralpines EZG 35% Waldanteilmax. 70 l/(s ha) 97% Waldanteilmax. 30 l/(s ha) (Messreihe von 1902 bis 1993) [Forster/Keller/Rickenmann/Röthlisberger 1994: Schweizerische Zeitschrift für das Forstwesen, Hochwasser]

7 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 7 Reduzierung bei zunehmender - Größe des EZG - Bewuchsdichte - Bodendurchlässigkeit - Temperatur - Rauheit der Geländeoberfläche Größenangaben Literaturangaben Hochgebirge30 l/(s ha) Mittelgebirge 20 l/(s ha) Flachland1-5 l/(s ha) -[ATV (Hrsg.) 1994: ATV-Handbuch Planung der Kanalisation]

8 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 8 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 I J s < 1% II 1%J s 4% III 4%J s 10% IV J s >10% 0 – – 20

9 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 9 Größenangaben Pegelwerte (N-A Messungen) Bsp. : NRW, Nordeifel Kyllgebiet EZGGrisselsiefenEsterbach PegelBaasemBerk Größe0,33 km²0,49 km² Nutzungfast vollst. Wald Untergrundschuffiger Lehm (Devon) Messreihe15 Jahre27 Jahre Gefälle8,5%8,2%

10 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 10 Größenangaben Pegelwerte (N-A Messungen) Abflussspenden in [l/(s ha)] Wiederkehrzeit T n [a] Abfluss- spende [l/(s ha)] Pegel Baasem ( ) Pegel Berk (

11 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 11 Berechnungsansätze Abflussbildung (Berechnung des Effektivregens) Abflussbeiwertansätze Verlustratenansätze Bodenspeichermodelle Abflusskonzentration Abflussganglinie mit zeitlichen Verlauf der Abflusswelle

12 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 12 Berechnungsansätze Abflussbildung Abflussbeiwertansätze - z.B. mittlerer Abflussbeiwert Ψ m = h w /h n -Abhängigkeiten je nach Verfahren: Bodenart, Bewuchs, Gefälle Vorregen, Jahreszeit Niederschlagshöhe und Dauer -Verfahren: SCS, mod. d. ZAIß, ØVERLAND,... -vergleichsweise einfache und transparente Berechnungsverfahren

13 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 13 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

14 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 14 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

15 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 15 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

16 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 16 Berechnungsansätze Abflusskonzentration Einheitsganglinienverfahren Einheitsganglinie aus Übertragungsfunktion (aus DVWK-Katalog mit Übertragungsf.) mit den Gebietsparametern: A E :Größe des Einzugsgebietes L:längster Fließweg... H: Höhendifferenz im EZG J:Gefälle im EZG [DVWK 1982 u. 1988: Katalog von Übertragungsfunktionen, Bonn]

17 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 17 Berechnungsansätze Abflusskonzentration Standard-Einheitsganglinie Einheitsganglinie aus Übertragungsfunktion (nach VERWORN und HARMS) mit den Gebietsparametern: A E :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]

18 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 18 Berechnungsansätze Abflusskonzentration Doppelspeicherkaskade (wenn keine Kalibriermöglichkeit besteht) Einheitsganglinie mit Übertragungsfunktion nach WACKERMANN (1981) und Parametern nach EULER (s. SCHRÖDER 1999) wenn A E < 10 km² [DVWK 1999: Schrift Nr. 124, Hochwasserabflüsse, Bonn] [Schröder 1999: Grundlagen des Wasserbaus, Köln]

19 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 19 Hinweise zur Anwendung Die Berechnung von Außengebietsabflüssen bei 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 -

20 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 20 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 Außengebietsabflüsse auf die Kanalisation bzw. damit verbundenen Invest.kosten –Modellkalibrierung!

21 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 21 Schlussbemerkung Einige Parameter der verwendeten Verfahren sollten anhand von Messdaten kalibriert werden. Da Messdaten nur in sehr geringem Umfang vorliegen, besteht diesbezgl. erheblicher Forschungsbedarf.

22 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit [Foto: J. Sartor]

23 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach Musterhausen

24 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 24

25 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 25 [Foto: J. Sartor]

26 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 26 [Foto: J. Sartor]

27 INGENIEURBÜRO FÜR BAUWESEN UND UMWELTSCHUTZ Dipl.-Ing. R. Lenhard GmbH, Bad Kreuznach 27


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