dimensionierung eines kanales l q max maximale wassermenge l zÜberschreitungshäufigkeit vom q max...
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Dimensionierung eines Kanales
Qmax Maximale Wassermenge
z Überschreitungshäufigkeit vom Qmax
Planungshorizont (z.B. 50 Jahre) Erforderliche und mögliche Genauigkeit Minimale Schleppkraft
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Durchmesser mm Qvoll in m3s-1 Kosten Fr m-1
300 0.10 500.- 400 0.22 600.- 500 0.40 700.- 600 0.66 800.- 700 1.00 900.- 800 1.40 1000.-1000 2.50 1250.-
r2.67 r0.75
Abstufung der KanaldurchmesserAnnahmen: kSt = 85 m 1/3 s-1, JS = 1%, JE = JS
Erforderliche Rechengenauigkeit rel. gering.
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hE,max
JE,max
L = 400 m
Energielinie bei Normalabfluss,Dimensionierung: JE = JS
Energielinie beiÜberlastung, JE >> JS
Überlastung einer Kanalisation
hS
JS
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Vergleich der Energieverluste
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Wiederkehrintervall z in Jahren
Schweiz D, NL, DKGefälle steil flach
City 20 5-10 aVororte 5 2 aLandgemeinde 2-5 1-2 a
Die angewendeten z Werte müssen politischausgehandelt werden
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MischwasserkanalHäusliche AbwässerIndustrie- und Gewerbe-AbwasserStrassenentwässerungRegen- und Grundwasser Brunnen- und Bachwasser
EntlastungRegenüberlaufbecken
Abwasserreinigung
Vorflut
Versickerung
Entwässerungsverfahren: Mischsystem
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Schmutzwasserkanal
Häusliche AbwässerIndustrie- und Gewerbe-Abwasser
Regenwasserkanal
Versickerung
Entwässerungsverfahren: Trennsystem
Vorflut
StrassenentwässerungRegen- und Grundwasser Brunnen- und Bachwasser
AbwasserreinigungEv. Rück-haltebecken
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RegenrückhaltebeckenRetentionsbecken nur mit Notüberlauf
Qmax,zu
Retentions-volumen
Qab << Qmax,zu
Drosselstrecke
häufig als offene Erdbecken gestaltet
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Zürich, z = 5 aK(z) = 4570 B = 8 min
Tmin
r s-1 ha-1
Vzu =Fred r T
m3
Vab =QARA T
m3
Vret =Vzu - Vab
m3
10203040
25616312095
152196216228
18365472
134160162156
Dimensionierung einesRetentionsbeckens
Bestehend
Geplant:3 ham= 0.33
QARA < 30 /s
Schmutz-wasser-kanal
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Mischsystem: Entlastungsordnung
ARA
RÜB
Entlastungen
Siedlung
Vorflut
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0 10 20 30 40 50
30
20
10
0
Maximal abgeleitete Regenintensität beim Anspringen des Überlaufes in s-1 ha-1
Speichervolumen bis zum Anspringendes Überlaufes in m3 ha-1
red
Jährlicher Überlauf in% des Regenabflusses
51030
Bereichder Regenbecken
Bereich der Hoch-
wasserentlastungen
20
Überlaufhäufigkeit / Jahr
10
2030
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Spezifisches Volumen der Kanäle
10
100
10 100 1000
m3 ha-1
Einzugsgebiet in ha
flach
steil, hügeligmittel
18
45
1’000 EG 100’000 EG
Sivalda, 1994, KA, 41, p.1988
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Mulden, WasserfilmKanalisation füllen
Ableitung zur ARARegenüberlaufbecken
Einzelereignis ohne HWE
Beckenüberlauf undHochwasserentlastung
0
5
10
20
0 1 2 3Dauer des Regens (h)
Gesamtniederschlagshöhe in mm
15 HWE
Einzelereignis mit HWE
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0
5
10
15
20
25
0 60 120 180 240 300
Niederschlagshöhein mm
Dauer des Niederschlagsin Minuten
Beispiel: Regen in Fehraltorf, 1991
HWE Kanalentlastung
vereinfachte Analyse!
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Entleerung
zur ARA
Überlauf als Entlastung
Zufluss vonMischwasser
Vorflut
Fangbecken im NebenschlussBei Trockenwetternicht durchflossen
zur ARAFangbecken
Zufluss vonMischwasser
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zur ARAFangbecken im HauptschlussImmer durchflossen
Überlauf als Entlastung
Zufluss vonMischwasser
Vorflut
Überlauf zur Vorflut
zur ARA
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Klärbecken (Durchlaufbecken)
Vorflut
zur ARA
Hauptschluss: Bei Trockenwetter durchflossenNebenschluss: Bei Trockenwetter nicht durchflossen
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Zufluss Beckenüberlauf
zur Vorflut
Zur Kläranlage
Klärbecken
FangbeckenGefällsverlust
Verbundbecken
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Entlastung
DrosselKanalstauraum
Fangkanal
Trockenwetterabfluss
Entlastung
DrosselKanalstauraum
Trockenwetterabfluss
Speicherkanal
Fangkanal
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0
100
200
300
400
500
0 20 40 60 80 100 1200
20
40
60
80
100
Dauer des Regenereignisses in min
Schmutzstoffkonzentration (g CSB m-3)Mischwasseranfall (Q in s-1) Fracht in g s-1
Schmutzstoss
CSBQ
F
CSB
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0
20
40
60
80
100
0 100 200 300 400 500 600 700
Kumulative Wasserfracht in m3
Kumulative Schmutzstofffracht in kg CSB
Schmutz-stoss
Effektiver Verlauf
Anfall bei konstanterKonzentration
ZusätzlicherAnfall
FrachtanfallTrockenwetter
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Kanalüberlauf
EntlastungBecken
Meteorwasser
Schmutzwasser-speicher
Regenklär-becken
MischwasserSchmutzwasser
Verbundbecken
Durchlaufbecken
Fangbecken
Regenüber-laufbecken
MeteorwasserMischwasserSchmutzwasser
Regenrück-haltebecken
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Dimensionierung eines Fangbeckens
Frage:Wie gross muss das Fangbecken werden, damit der Schmutzstoss gefangen werden kann?
ARA
Vorflut
FB
Hochwasserentlastungrkrit = 30 s-1 ha-1 QARA = 2 QTW = 2 s-1 ha-1
EinzugsgebietFred
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Dimensionierung eines Fangbeckens
V Q F r Q tFB TW red krit ARA ( ) 0
VF
FB
red
hared17 1 m3
Annahmen: Am Ort des Fangbeckens gilt t0 = tan + tFK.
Der Schmutzstoss dauert ca. t0 = 10 min
Die kritische Regenintensität beträgt rkrit = 30 s-1 ha-1
Zur ARA werden QARA = 2 QTW oder 4 s-1 hared-1 abgeleitet
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Vorklärbecken bei Regen
Schlamm-abzug
Entlastung
?Entlastung
?
Sedimentation
Wo soll die Entlastung angeordnet werden?
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17 18 19 20 Uhr
17 18 19 20 Uhr
17 18 19 20 Uhr
50
40
30
20
10
0
g DOC m-3
17 18 19 20 Uhr
200
160
120
80
40
0
g DOC s-1
500
400
300
200
100
0
g TSS m-3
3.02.52.01.51.00.5
0
kg TSS s-1
Ablauf
Zufluss
GemesseneKonzentrationen
GemesseneFrachten
Fracht in der Entlastung nach dem Becken
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Fläche FAbflussbeiwert m
Einwohner EARA
Vorflut
Entlastung
Regenintensität r
Schmutzstoffe bei Regen
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Schmutzstoffe bei RegenBeispiel: Ammonium/Ammoniak - ein Fischgift
Frage: Wie reagiert die Ammonium Konzentration in derVorflut auf zunehmende Regenintensität?
Abwasseranfall: qE = 0.3 m3 E-1 d-1
Ammoniumanfall: fN = 10 g N E-1 d-1
Qi = Durchfluss [m3 s-1]Fi = Fracht [g s-1]Ci = Konzentration [g m-3]Fi = Qi Ci
Definitionen:
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Schmutzstoffe bei Regen
Q4 = Zu Beginn konstantC4 0
Q2 = QARA QTW
C2 = C1
Q3 = Q1 - Q2
C3 = C1
Q1 = E qE + r F m
F1 = E fN
C1 = F1 / Q1
Q5 = Q4 + Q3
F5 = F4 + F3 = Q3 C1
C5 = F5 / Q5
C
E fQ
Q Q
Q Q Q Q
NARA
R TW
Vf R TW ARA5
1
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0
0.5
1
1.5
0 10 20 30
Regenintensität in s-1 ha-1
Ammonium in der Vorflutg N m-3