Wasserbedarf - Abwasseranfall Ziele: Sie verstehen den Zusammenhang zwischen Wasserbedarf und Abwasseranfall Sie kennen die Lastfälle und deren Begründung Sie können einfache Lastfälle berechnen Sie kennen grobe Richtwerte

Herkunft des Abwassers, 1981 Fremdwasser 40% Regenwasser 15% Haushalt und Kleingewerbe 25% Industrielle Abwässer 20% BUWAL 1981

Wasserbedarf, Abwasseranfall Trinkwasserauslieferung - Verluste in den Leitungen - Bewässerung von Gärten - Verbrauch (Landwirtschaft, Bau, Brunnen, …) + Eigenförderung der Industrie + Fremdwasser + Regenwasser - Versickerung - Verluste von Kanälen

Wasserabgabe in der Stadt Zürich in 1000 m3 d-1 120 140 160 180 200 220 240 260 280 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Monat 1991 Dauerkurve

Wasserabgabe in 1000 m3 d-1 März April Mai 1991

Tagesgang des Wasserverbrauches typische Verhältnisse in der Schweiz Verhältnis fh(t) = Qh / Qd ländlich städtisch Uhrzeit

Spezifischer Wasserverbrauch m3 E-1 d-1 200 400 600 800 1000 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Tendenz fallend Maximaler Tag Mittlerer Tag 1976

Extremwertfaktoren fd, fh Qd = Tagesmittelwert, nur als Tagessumme messbar Qh = Momentanwert, direkt messbar fd = Jahresgang der Tagessumme, relativ zum Jahresmittel fh = Tagesgang des Verbrauches, relativ zur Tagessumme Dimensionierungswassermenge für Produktion bei Tagesausgleich Dimensionierungswassermenge für Verteilung

Wie gross ist fd,max für das Jahr 1991 in der Stadt Zürich? Grundlage: Mittelwert ist 192‘000 m3 d-1 268/192 = 1.4 Wie gross ist fh,max in einer ländlichen Gemeinde? 0.087×24 = 2.09

Wie gross ist fd,max, fh,max? Drucklinie Zwischenspeicher im Hause Wie gross ist fd,max, fh,max?

Extremwertfaktoren für Trinkwasser 1 2 3 4 5 6 1000 10000 100000 1000000 Belieferte Einwohner Extremwertfaktoren fd,max, fh,max fd,max fd,max × fh,max DVGW W410 1995

Maximaler Wasserbedarf einer Kleinstadt Berechnen Sie Qh,max,max für eine Stadt mit 20’000 Einwohner. Wasserverbrauch im Mittel: qd,m = 0.3 m3 E-1 d-1 Qh,max,max = 0.3×20’000×4=6’000×4=24’000m3d-1=0.28m3s-1

Lastfälle der Wasserversorgung 'Jederzeit' genügend hygienisch einwandfreies Trinkwasser mit genügendem Druck zur Verfügung stellen Feuerwehr: Zusätzlich genügend Wasser für die Bedürfnisse der Feuerwehr bereitstellen, grösstes Risiko abdecken

Trinkwasser ist ein Lebensmittel Es ist deshalb durch Barrieren von der Umwelt abgeschlossen: Schutzzonen um Fassungsbauwerke Gestaltung der Bauwerke Aufbereitung Sicherung der Anlagen Betriebsdruck

Planungshorizont Leitungen 40 - 80 Jahre Speicher 20 - 40 Jahre Aufbereitung 15 - 40 Jahre Ressourcen (Grundwasser) > 50 Jahre

Reduktion des Wasserverbrauchs

Substitution von Trinkwasser Aktivität Wasserbedarf l / E d Trinkwasser Regenwasser Toilettenspülung Baden / Duschen Wäsche Körperpflege Geschirrspülen Garten Trinken, Kochen Putzen Autowaschen 59 58 18 11 9 5 4 - Total 180 90 Statistik BUWAL 1984

Entwicklungsprognosen Bevölkerungswachstum (Abnahme) Änderung in den Industriegebieten Entwicklung des spezifischen Verbrauches, Wassersparende Massnahmen Entwicklung im saisonalen Gang Veränderung des Tagesganges (z.B. Bewässerungsverbot)

Jahresgang des Abwasseranfalles Abwasseranfall Qd in m3 d-1 Niederschlag in mm d-1 40 50000 100000 150000 80 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

Summenhäufigkeit des Abwasseranfalles % der Werte 100 80 Qd,80% = 45’000 m3 d-1 60 Mittelwert: Qd,m = 35’700 m3 d-1 40 20 50'000 100'000 150'000 Abwassermenge Qd in m3 d-1

Summenhäufigkeit des Niederschlages 20 40 60 80 100 Mittelwert: rd,m = 3.3 mm d-1 rd,80% = 5.6 mm d-1 rd,50% = 0.1mm d-1 % der Werte Niederschlag, Tagessumme in mm d-1

Tagesgang des Abwasseranfalles Q in L3 T-1 QARA 2.00 Reserve für Regenwasser QRW QTW,h,max QTW,80% 1.00 Schmutzwasser, QSW Fremdwasser, QFW 0.00 4 8 12 16 20 24 Uhrzeit

Dimensionierungswassermenge der Kläranlage: QARA Schweiz: Q ARA = × 2 80% f d h , max Deutschland Q ARA = × + 2 85% f SW d h FW , max

Abwassermengen TW Trockenwetteranfall SW Schmutzwasser FW Fremdwasser H Haushalt und Kleingewerbe I Industrie und Gewerbe

Siedlungsentwässerung ARA RÜB

Siedlungsentwässerung 2 QTW 20 QTW ARA 200 h / a 100 QTW RÜB 2 QTW 8600 h / a 10 h / a 50 h / a Dimensionierungswassermengen

Typische Werte Einwohner 1000 10’000 100’000 Wasserversorgung Spitzentag: Q d,max m 3 d -1 800 8’000 80’000 Tagesspitze: Q h,max m 3 s -1 0.02 0.15 1.2 Æ Hauptleitung mm 250 400 1000 Bedarf Feuerwehr m 3 s -1 0.03 0.1 0.1 Löschreserve m 3 200 800 - Abwasser mittl. Tagesanfall m 3 d -1 400 4’000 40’000 Tagesspitze: QTW m 3 s -1 0.01 0.09 0.8 max. Regenwasser m 3 s -1 1 7.5 50 Æ Kanal m 1 2 20 m 2

Lastfall Feuerwehr Ziel: Grenzkosten der Erweiterung der Wasserversorgung = Grenzkosten (Schaden) von Mangel an Löschwasser Annahmen: Brandfall mit einer Dauer von 3 h mit Wasserbedarf QFeurwehr Kritischer Lastfall: Wasserbedarf der Feuerwehr trifft zusammen mit hohem Wasserbedarf der Konsumenten Fragestellung: Von welchem Wasserbedarf soll ausgegangen werden?

Lastfall Feuerwehr Eine detaillierte Risikoabschätzung würde den Rahmen dieser Vorlesung sprengen. Frage: Mit welcher Wahrscheinlichkeit ist ein Brand ein extremes Ereignis und fällt mit einem extremen Wasserbedarf zusammen? Annahmen: Brand und Trinkwasserbedarf sind nicht korreliert. Jeder 6. Brand ist ein extremes Ereignis WB,ext = 1 / 6 und dauert 3 h tB,ext = 3 h Extremer Wasserbedarf dauert 1 h pro Tag: th = 1 h

Lastfall Feuerwehr Wie gross ist die Wahrscheinlichkeit Wh, dass an einem Tag an dem ein Brandfall eintritt, der maximale Wasserbedarf Qh,max und der Brandfall sich überlagern? Wie gross ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Brand auf einen Tag mit höchstem (Wd,max) oder mindestens mittlerem Wasserbedarf (Wd,m) fällt? Wd,max = 1 / 365 Wd,m = 180 / 365 = 1/2

Lastfall Feuerwehr Wie gross ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein extremer Brand mit maximalem Tagesbedarf und der Tagesspitze des Bedarfes zusammenfallen? Wh,max,max × WB,ext = Wh,max × Wd,max × WB,ext = 1/6 × 1/365 × 1/6 = 1 / 13‘000 Nur bei jedem 13‘000. Brand wird die verfügbare Wassermenge wirklich beansprucht, wenn Qdim = Qh,max,max + QFeuerwehr Häufig wird von einem kleineren Wasserbedarf ausgegangen: Qdim = Qh,m,max + QFeuerwehr Die Wahrscheinlichkeit, dass bei einem Brand für ca. 1 h nicht genügend Wasser zur Verfügung steht, beträgt dann ca. 5%.