Zusammenfassung von
V03-2 GWA1-Siedlungshydrologie2006-07.pdf
4. Elemente von Entwässerungssystemen
V03-2 GWA1-Siedlungshydrologie2006-07.pdf
4. Elemente von Entwässerungssystemen
Ziele:
Elemente
1) Grundstücksentwässerung
4) Regenbecken
6) Abwasserreinigungsanlagen /Klärwerke
Leitungen
Abwasserableitung
Rohrwerkstoffe und ihre Verteilung DN<> 800
Schmutzwasserkanal
Grundlagen der Rohrhydraulik
Kontinuitätsgleichung: v = Q/A
... jetzt kommt eigentlich das, was ich mir unter einem Ingenieursstudium vorgestellt habe: eine schon leicht komplexe Angelegenheit so besprechen, dass man Grundprinzipien der Physik, Chemie und Biologie ingenieursmäßig umsetzen kann:
Hydraulische Verhältnisse bei Rohrleitungen mit Vollfüllung
Reibungsverlusthöhe hR entspricht
Geschwindigkeitshöhe v²/2g = const entspricht
Wasserspiegelhöhe Hgeod + P/y entspricht
Reibungsverluste (nach WEISBACH => Formelsammlung)
Widerstandsbeiwert (PRANDTL & Colebrook)
Betriebliche Rauhheit k(b)
Rohrtabellen
Teilfüllungen von Kreisrohren (Diagramm)
Ordinate:
Vorgehensweise:
erforderlich für
Foto: Stauraumkanal DN 2500 (Handwerker bei Reparaturarbeiten)
Einteilung
Gegenüberstellung im Lastfall
Kreuzung mit
Wir haben einen Fluss oder ein anderes Hindernis
Der Kanal wird nun unterhalb des Flusses verlegt ("Unterführung")
Dükeroberhaupt, Einstiegsschacht und ggf. Verteilbauwerk
Trennverfahren
Sonstiges
- Bezeichnung und Unterscheidung de Elemente von Entwässerungssystemen
- Aussehen und Konstruktion der Elemente
- Funktion der Elemente
- Anordnung der Elemte
Elemente
1) Grundstücksentwässerung
- behandlungsbedürftiges Niederschlagswasser
- nicht behandlungsbedürftiges Niederschlagswasser
- Schmutzwasser
- Straßenabläufe
Nassablauf (Aufsatz direkt neben Bordstein)
Trockenablauf
- Haltungen
- Sonderbauwerke
Absturz-3) Pumpwerke
Kreuzung-
Überlauf-
Auslaufbauwerke
4) Regenbecken
- Mischsysteme
- Trennsystem
6) Abwasserreinigungsanlagen /Klärwerke
Leitungen
Abwasserableitung
- geschlossen, selten Gräben
- Freigefälle, selten Druckleitungen
- Kreis
hydraulisch sehr günstig
leicht (kostengünstig) herstellbar
Ablagerungen bei niedriger Wasserführung
- Ei
bei geringen Wassermengen vorteilhaft
große Baugrubentiefe
teuer
Betonfertigteile, Kanalklinker
- Maul
bei geringer Bauhöhe
hydraulisch nicht günstig
- Rechteck
Rohrwerkstoffe und ihre Verteilung DN<> 800
- Steinzeug (langlebiger und beständiger als Beton, aber höhere Investionskosten)
- Beton/Stahlbeton
- Faserzement
- Kanalklinker /Mauerwerk
- Kunststoffrohre
- Guss/Stahl
- Sonstige
- auf kürzestem Wege
- in Richtung des Straßengefälles
- in bebauten Gebieten in jeder Straße
- Haltungslänge möglichst kleiner als 100m
- Gefälle so, dass mögllichst wenig Ablagerungen
- Durchmesserwechsel nur an Schächten
- keine Verengung in Fließrichtung
- Durchmesserwechsel mit sohlen- oder scheitelgleichem Anschluss
- Rückstauebene ist Straßenoberkante
- Abwasserkanäle in Straßenmitte
mögliche Ausnahmen
Hautpverkehrsstraßen
sehr schmale Straßen
einseitig bebaute Straßen
besonders breite Straßen
- frostsichere Lage des Kanals (Frage: wie tief werden die Rohre in Sibirien gelegt ?)
- Abwasserkanal ist tiefste Lage
Wasserversorgungsleitungen über AbwasserkanalRegelquerschnitt im Mischsystem genau anschauen !
Trennsystem: Schmutzwasserkanal unter Regenwasserkanal
- die Skizze scheint Mindestabstände und -tiefen wiedergeben zu wollen
- symmetrische Anordnung, von einem Grundstück über Bürgersteig (=Gehweg) zur Straßenmitte, dann wieder zum gegenüberliegenden Grundstück
- lateral:Vorgarten mit Mauer oder Zaun
Hausschlussanleitung DUB 1230 (führt in den Mischwassersammler)
- Bürgersteig:
Elektrizität (0,9)
Gasleitung DIN 2420 (>1m)
Post-, Feuerwehr- u. Polizeikabel (1,35m)
Wasserleitung DIN 2420 (Mindesttiefe 1,5m)
- Straße:
Straßenablauf aus Betonformstücken DIN 4052 (führt in den Mischwassersammler)
Fernheizung (1m)
Hauptgasleitung (1m)
Hauptwasserleitung (1,5m)
- Straßenmitte:
Mischwassersammler DIN 4052 (keine Mindestiefe angegeben, außer, dass er der tiefste Punkt im Kanalsystem sein muss !!!)
- Die Kanalnetzberechnung erfolgt auf der Grundlage verschiedener Arbeitsblätter der "Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall"
- (ATV-DVWK; seit Sommer 2004: DWA)
A110Maßgebliche Abflussgrößen
A111
A112
A118
A128
Schmutzwasserkanal
- Q(ges) = Q(T,max) + Q(R,Tr)
- Q(T,max) = Spitzentrockenwetterabfluss
- Q(R,Tr) = unvermeidbarer Regenabfluss im Schmutzwasserkanal von Trenngebieten (= 0,2 - 0,7 l/(s*ha)
- Q(ges) = Q(R)
- Q(R) = Regenwetterabfluss
- Q(ges) = Q(T,max) + Q(R)
- Der Abfluss lässt sich wegen der Verlegungsgenauigkeiten, Schächten usw. nicht exakt berechnen
- Die Ableitung erfolgt meist im Freispiegelabfluss
- Druckleitungen nur in Sonderfällen
- Q(R) : QT = 100 : 1
- im Mittel 2Q(S) + Q(F) => v(Mittel) = 1,0 - 2,5 m/s
- Q(T) => v(T) = 0,5 - 0,6 m/s
- bei Q(R) => v(R) = 6.8 m/s
Grundlagen der Rohrhydraulik
Kontinuitätsgleichung: v = Q/A
- v = mittlere Geschwindigkeit in Fließrichtung [m/s]
- Q = Durchfluss [m³/s]
- A = durchflossener Querschnitt [m²]
... jetzt kommt eigentlich das, was ich mir unter einem Ingenieursstudium vorgestellt habe: eine schon leicht komplexe Angelegenheit so besprechen, dass man Grundprinzipien der Physik, Chemie und Biologie ingenieursmäßig umsetzen kann:
Hydraulische Verhältnisse bei Rohrleitungen mit Vollfüllung
- Skizze
- I(s) = I(E)
- Reibungsverlusthöhe hR
- Geschwindigkeitshöhe v²/2g = const
- Wasserspiegelhöhe Hgeod + P/y
Reibungsverlusthöhe hR entspricht
- Energielinie J=hr/L' [-]
Geschwindigkeitshöhe v²/2g = const entspricht
- Wasserspiegellinie J? = JP
- Drucklinie
Wasserspiegelhöhe Hgeod + P/y entspricht
- Rohrscheitel
- Geschwindigkeit v
- Neigungswinkel
- Rohrsohle Js = tg alpha [-]
Reibungsverluste (nach WEISBACH => Formelsammlung)
- hv = λ * L/D * v²/2g
hv = Energieverlusthöhe
λ = dimensionloser Widerstandsbeiwert
L = Rohrlänge
D = Rohrdurchmesser
v = Fließgeschwindigkeit
g = Erdbeschleunigung
Widerstandsbeiwert (PRANDTL & Colebrook)
- 1/sqr(λ) = -2 * lg [ 2,51/Re*sqr(λ) + 1/3,71 * k/D]
- für nicht kreisförmige Profile gelten erweiterte Formeln
- die Ergebnisse können aus Graphiken abgelesen werden.
Betriebliche Rauhheit k(b)
- Pauschalwerte für genormte Rohre
- Sammelkanäle und -leitungen mit Sonderbauwerken,
- Mauerwerkskanäle,
- Ortbetonkanäle,
- Kanäle aus nicht genormten Rohren ohne besonderen Nachweis der Wandrauheit
- Sammelkanäle und -leitungen mit Schächten (bis DN 1000)
- oder mit angeformten Schächten gem. (ATV A 157, für alle DN)
- Transportkanäle mit Sonderschächten bzw. mit angeformten Schächten (für alle DN)
- Transportkanäle mit Schächten gem. (A157)
- Druckrohrleitungen
- Drosselstrecken
- Düker und Reliningstrecken ohne Schächte
Rohrtabellen
Bsp: betriebliche Rauheit k(b) = 0,75Fragen:
z.B. für Sammelkanäle
was bedeuten die Promillenangaben ?Grundsätze / Lastfälle
was bedeuten die Verhältnisse 1:278 bis 1:250 ?
in welcher Beziehung stehen Q(v)=[l/s] und v(v)=[m/s] ?
Berechnung für maximale Wassermengen
Gewährleistung einer minimalen Fließgeschwindigkeit bzw. Schleppkraft
Bemessungsabfluss mit freiem Wasserspiegel, Ausnahmen: Düker, Drosselstrecken, Druckleitungen
Bei stationär gleichförmigem Abfluss können Teilfüllungskurven verwendet werden
Teilfüllungen von Kreisrohren (Diagramm)
Ordinate:
- Teilfüllungsgrad h(teil) / D
- Q(teil) / Q(voll)
- V(teil) / V(voll)
Vorgehensweise:
- ich berechne / erhalte den Teilfüllungsquotienten
- wandere senkrecht zur blauen Durchflusskurve hoch und ermittle den Teilfüllungsgrad (0-1)
- wandere waagerecht nach rechts zur roten Fließgeschwindigkeitskurve und ermittle somit die Fließgeschwindigkeit
Schächte
erforderlich für
- Be- und Entlüftung der Kanalisation
- Kontrolle und Revision
- Reinigung der Kanäle
- bei Änderung
der Richtung (bei nicht begehbaren Kanälen)
des Querschnitts
des Materials
des Gefälles
- bei Einmündung von weiteren Kanälen
- als Zwischenschacht bei geraden Kanalstrecken je nach Durchmesser alle 50 bis 70 m(DN kleiner 1.200) bzw. alle 70 bis 100m (ab DN 1.200)
Einstiegsschacht (Grundriss)
für Rohrnennweiten kleiner 500mm (DN 500)
für Rohrnennweiten kleiner 500mm (DN 500)
- Wände (Beton, Mauerwerk mit Schutzanstrich außen, quadratisch<1m²)
- Schachtring (D>1m)
- Schachthals = Eingang (D=0,625m)
- Glockenmuffe stülpt sich über das nächste Rohr => Dichtung besteht aus Bitumen oder Textil
- Schmutzfänger / Schachtabdeckung
- Schachthals (Einstieg)
- Schachtringe + Steighilfe
- Anschluss (Rohre) oder Gerinne (Auftritt, Neigung<1:20)
Foto: Stauraumkanal DN 2500 (Handwerker bei Reparaturarbeiten)
Vereinigungsschacht
(für Querschnitte ab DN 600)
(für Querschnitte ab DN 600)
- Vereinigung von Kanälen gleicher Größe mit ggf. unterschiedlichen Fließgeschwindigkeiten
- Schacht muss den Strömungsimpuls aufnehmen können (hydraulische Berechnung)
- Rückstau in in Zulaufkanälen soll vermieden werden
- Q1,v1 + Q2,v2 => Q3,v3
- Einstieg im Kreuzungspunkt
- Rechtwinkelige Einmündung eines Kanals mit geringer Nennweite (90°-Verbindung bis ca. DN 500, darüber 45°-Verbindungen)
- Einführungen immer senkrecht zur Schachtwand
- Radius des R des Zulaufkanals > (2-3) * DN
- Q1,v1 + Q2,v2 => Q3,v3
Kurvenbauwerk
- ab DN 600 nur 45°-Winkel
- ab DN 1.200 mit Kurvenradien>15m (Reinigung, Inspektion)
- Q1,v1 => Q1,v1
Regenbecken
Einteilung
- Regenüberlaufbecken (RÜB) im Mischsystem
Speicherraum und Entlastung
ggf. mechanische Mischwasserbehandlung
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- Stauraumkanäle (SK) im Mischsystem
Speicherraum und Entlastung
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- Regenklärbecken (RKB) im Trennsystem
Speicherraum
mechanische Regenwasserbehandlung
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Foto 10
- Filteranlagen (FA) im Misch- und Trennsystem
mechanische Misch- bzw. Regenwasserbehandlung
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Foto 11
Foto 12
- Regenrückhalteräume (RRR) im Misch- und Trennsystem
Speicherraum
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Regenbecken
Gegenüberstellung im Lastfall
- RÜB (Regenüberlaufbecken)
besitzt einen Trockenwetterabfluss und eine Überlaufschwelle
Schmutzwasser kommt an, der größte (?) Teil gelangt in die Vorflut, der kleinere Teil wird zur Kläranlange weitergeleitet
Die Welle gleicht der Aufladungskurve eines Kondensator, wobei die aufsteigende Flanke hier linear bis zu einem folgenden Plateau ansteigt
- RRR (Regenrückhalteraum)
besitzt nur einen Trockenwetterabfluss
alles verschmutzte Regenwasser und ungeklärte Abwasser aus der Mischkanalisation wird, falls der Trockenwetterabfluss überschritten wird, an die Kläranlage weitergeleitet
die Welle sieht aus wie eine Sägezahnspannung
Kreuzungsbauwerke
Kreuzung mit
Lösungsansätze
- Verkehrswegen (Tiefgarage, U-Bahn)
- Gewässer
- Leitungen und Kanäle (Trinkwasser, Abwasser)
- sonstige Versorgungsleitungen (die meisten einfach zu verlegen sind)
Umgehungskanal (Umweg => geringeres Gefälle)
Profiländerung
Sohlhöhe des Kanals bleibt bestehen, Scheitelhöhe wird vermindert bei gleichzeitiger Erweiterung des Querschnitts
Dükerung ("Unterführung")
Pumpwerk mit Druckleitung
Düker
Wir haben einen Fluss oder ein anderes Hindernis
Der Kanal wird nun unterhalb des Flusses verlegt ("Unterführung")
Dükeroberhaupt, Einstiegsschacht und ggf. Verteilbauwerk
Freispiegelkanal einDükerunterhaupt, Zusammenführung
1:3 steiler
dadurch entsteht eine Druckleitung !
Freispiegelkanal aus (tiefer als Einbau !)Querschnitt:
1:6 flacher
- Die drei Druckrohre werden mit zunehmenden Durchfluss, nach Bedarf durch Überfälle in Betrieb genommen; dies vermindert die Sediment-Bildung
Anzahl der Dükerleitungen, Verteilung des Abwassers
Trennverfahren
eine Leitung für SchmutzwasserMischverfahren
zwei Leitungen für Regenwasser
Aufteilung je nach Wassermeng
eine Leitung für Trockenwetterabfluss (kleiner Strang 1)Verteilung des Zuflusses durch Überfallschwellen
zwei weitere Leitungen für Mischwasserabfluss (Stränge 2 +3)
Sonstiges
"horizontaler" Dükerteil mit leichtem Gefälle in Fließrichtung
Entleerungsschacht mit Pumpensumpf an der tiefsten Stelle
Schieber / Absperrmöglichkeiten am Einlauf jedes Strang
Auslaufbauwerke
- Auslaufbauwerke sind die Auslaufstellen der Kanäle in oberirdische Gewässer
- Die Kanalausmündung soll in Fließrichtung mit einem Winkel von max. 45° geführt werden.
- Die Austrittsgeschwindigkeit ist möglichst gering zu halten, ggf. durch Erweiterung des Mündungsprofils
- Sohle und Böschung des Vorfluters sind gegen Unterspülung zu sichern
- Vor der Ausmündung des Kanals ist ein Schacht anzubringen
- Die Kanalausmündung ist durch eine Gitterkonstruktion gegen unbefugtes Betreten oder Bekriechen zu sichern
- Schnittskizze: Schacht, Kanal, Rohrglocke, Schutzgitter, Gewässer
- Grundriss
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