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Dimensionierung eines Kanales

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Präsentation zum Thema: "Dimensionierung eines Kanales"—  Präsentation transkript:

1 Dimensionierung eines Kanales
Qmax Maximale Wassermenge z Überschreitungshäufigkeit vom Qmax Planungshorizont (z.B. 50 Jahre) Erforderliche und mögliche Genauigkeit Minimale Schleppkraft

2 Abstufung der Kanaldurchmesser Annahmen: kSt = 85 m 1/3 s-1, JS = 1%, JE = JS
Durchmesser mm Qvoll in m3s-1 Kosten Fr m-1 r r0.75 Erforderliche Rechengenauigkeit rel. gering.

3 Überlastung einer Kanalisation
Energielinie bei Überlastung, JE >> JS Überlastung einer Kanalisation L = 400 m DhE,max JE,max DhS JS Energielinie bei Normalabfluss, Dimensionierung: JE = JS

4 Vergleich der Energieverluste

5 Wiederkehrintervall z in Jahren
Schweiz D, NL, DK Gefälle steil flach City a Vororte a Landgemeinde a Die angewendeten z Werte müssen politisch ausgehandelt werden

6 Entwässerungsverfahren: Mischsystem
Häusliche Abwässer Industrie- und Gewerbe-Abwasser Strassenentwässerung Regen- und Grundwasser Brunnen- und Bachwasser Mischwasserkanal Entlastung Regenüberlaufbecken Versickerung Abwasserreinigung Vorflut

7 Entwässerungsverfahren: Trennsystem
Schmutzwasserkanal Regenwasserkanal Häusliche Abwässer Industrie- und Gewerbe-Abwasser Strassenentwässerung Regen- und Grundwasser Brunnen- und Bachwasser Ev. Rück- haltebecken Abwasserreinigung Versickerung Vorflut

8 Regenrückhaltebecken Retentionsbecken nur mit Notüberlauf
volumen Qmax,zu Qab << Qmax,zu Drosselstrecke häufig als offene Erdbecken gestaltet

9 Dimensionierung eines Retentionsbeckens
Schmutz- wasser- kanal Bestehend Dimensionierung eines Retentionsbeckens Geplant: 3 ha Ym= 0.33 Zürich, z = 5 a K(z) = B = 8 min QARA < 30 l/s T r V = V = V = zu ab ret min l s -1 ha -1 Fred × r × T Q × T V - V ARA zu ab m 3 m 3 m 3 10 256 152 18 134 20 163 196 36 160 30 120 216 54 162 40 95 228 72 156

10 Mischsystem: Entlastungsordnung
Entlastungen ARA Ë Siedlung RÜB Î Ê Í Ì Vorflut

11 Speichervolumen bis zum Anspringen des Überlaufes in m3 ha-1red
30 10 5 Jährlicher Überlauf in % des Regenabflusses 20 30 Bereich der Regenbecken Überlaufhäufigkeit / Jahr 20 10 10 20 Bereich der Hoch-wasserentlastungen 30 10 20 30 40 50 Maximal abgeleitete Regenintensität beim Anspringen des Überlaufes in l s-1 ha-1

12 Spezifisches Volumen der Kanäle
Sivalda, 1994, KA, 41, p.1988 Spezifisches Volumen der Kanäle 100 flach m 3 ha -1 45 mittel 18 steil, hügelig 10 10 100 1000 Einzugsgebiet in ha 1’000 EG 100’000 EG

13 Gesamtniederschlagshöhe in mm
20 Einzelereignis mit HWE Beckenüberlauf und Hochwasserentlastung 15 HWE Einzelereignis ohne HWE 10 Mulden, Wasserfilm Kanalisation füllen Ableitung zur ARA Regenüberlaufbecken 5 1 2 3 Dauer des Regens (h)

14 Dauer des Niederschlags
Beispiel: Regen in Fehraltorf, 1991 Niederschlagshöhe in mm vereinfachte Analyse! 25 HWE 20 Kanalentlastung 15 10 5 60 120 180 240 300 Dauer des Niederschlags in Minuten

15 Fangbecken im Nebenschluss
Bei Trockenwetter nicht durchflossen zur ARA Entleerung Zufluss von Mischwasser Überlauf als Entlastung Vorflut Zufluss von Mischwasser zur ARA Fangbecken

16 Fangbecken im Hauptschluss
Immer durchflossen zur ARA Zufluss von Mischwasser Überlauf als Entlastung Vorflut Überlauf zur Vorflut zur ARA

17 Klärbecken (Durchlaufbecken)
Vorflut zur ARA Hauptschluss: Bei Trockenwetter durchflossen Nebenschluss: Bei Trockenwetter nicht durchflossen

18 Verbundbecken Zufluss Beckenüberlauf zur Vorflut Klärbecken
Gefällsverlust Fangbecken Zur Kläranlage

19 Fangkanal Speicherkanal Entlastung Drossel Trockenwetterabfluss
Kanalstauraum Fangkanal Drossel Trockenwetterabfluss Speicherkanal Entlastung Kanalstauraum Drossel Trockenwetterabfluss

20 Schmutzstoss Dauer des Regenereignisses in min
Schmutzstoffkonzentration (g CSB m-3) Mischwasseranfall (Q in l s-1) Fracht in g s-1 100 200 300 400 500 20 40 60 80 120 Schmutzstoss CSB Q CSB F Dauer des Regenereignisses in min

21 Kumulative Schmutzstofffracht in kg CSB
100 Effektiver Verlauf 80 Schmutz- stoss Zusätzlicher Anfall 60 40 Frachtanfall Trockenwetter Anfall bei konstanter Konzentration 20 100 200 300 400 500 600 700 Kumulative Wasserfracht in m3

22 Schmutzwasser Mischwasser Meteorwasser Kanalüberlauf Becken Entlastung
speicher Regenüber- laufbecken Regenrück- haltebecken Verbundbecken Durchlaufbecken Fangbecken Regenklär- becken Schmutzwasser Mischwasser Meteorwasser

23 Dimensionierung eines Fangbeckens
Hochwasserentlastung rkrit = 30 l s-1 ha-1 QARA = 2 QTW = 2 l s-1 ha-1 ARA FB Einzugsgebiet Fred Vorflut Frage: Wie gross muss das Fangbecken werden, damit der Schmutzstoss gefangen werden kann?

24 Dimensionierung eines Fangbeckens
Annahmen: Am Ort des Fangbeckens gilt t0 = tan + tFK. Der Schmutzstoss dauert ca. t0 = 10 min Die kritische Regenintensität beträgt rkrit = 30 l s-1 ha-1 Zur ARA werden QARA = 2 QTW oder 4 l s-1 hared-1 abgeleitet V Q F r t FB TW red krit ARA = + × - ( ) ha 17 1 m 3

25 Vorklärbecken bei Regen
Sedimentation Entlastung ? Entlastung ? Schlamm- abzug Wo soll die Entlastung angeordnet werden?

26 Fracht in der Entlastung nach dem Becken
g DOC m-3 g TSS m-3 50 40 30 20 10 Zufluss 500 400 300 200 100 Gemessene Konzentrationen Ablauf Uhr Uhr g DOC s-1 kg TSS s-1 200 160 120 80 40 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 Gemessene Frachten Uhr Uhr Fracht in der Entlastung nach dem Becken

27 Schmutzstoffe bei Regen
Regenintensität r Fläche F Abflussbeiwert Ym Einwohner E Entlastung Ê Ë ARA Ì Vorflut Í Î

28 Schmutzstoffe bei Regen Beispiel: Ammonium/Ammoniak - ein Fischgift
Abwasseranfall: qE = 0.3 m3 E-1 d-1 Ammoniumanfall: fN = 10 g N E-1 d-1 Frage: Wie reagiert die Ammonium Konzentration in der Vorflut auf zunehmende Regenintensität? Definitionen: Qi = Durchfluss [m3 s-1] Fi = Fracht [g s-1] Ci = Konzentration [g m-3] Fi = Qi × Ci

29 Schmutzstoffe bei Regen
Ê Q1 = E × qE + r × F × Ym F1 = E × fN C1 = F1 / Q1 Í Q4 = Zu Beginn konstant C4 » 0 Î Q5 = Q4 + Q3 F5 = F4 + F3 = Q3 × C1 C5 = F5 / Q5 Ë Q2 = QARA » 2 × QTW C2 = C1 Ì Q3 = Q1 - Q2 C3 = C1 C E f Q N ARA R TW Vf 5 1 = × - + æ è ç ö ø ÷

30 Ammonium in der Vorflut g N m-3
1.5 1 0.5 10 20 30 Regenintensität in l s-1 ha-1


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