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Dimensionierung eines Kanales

Dimensionierung eines Kanales. Q max Maximale Wassermenge z Überschreitungshäufigkeit vom Q max Planungshorizont (z.B. 50 Jahre) Erforderliche und mögliche Genauigkeit Minimale Schleppkraft. Abstufung der Kanaldurchmesser Annahmen: k St = 85 m 1/3 s -1 , J S = 1%, J E = J S.

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Dimensionierung eines Kanales

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Presentation Transcript

  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 KanaldurchmesserAnnahmen: kSt = 85 m 1/3 s-1, JS = 1%, JE = JS Durchmesser mmQvoll in m3s-1Kosten Fr m-1 300 0.10 500.- 400 0.22 600.- 500 0.40 700.- 6000.66 800.- 7001.00 900.- 8001.40 1000.- 10002.50 1250.- r2.67r0.75 Erforderliche Rechengenauigkeit rel. gering.

  3. 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 SchweizD, NL, DKGefälle steilflach City 205-10 a Vororte 52 a Landgemeinde 2-5 1-2 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. Drosselstrecke Qab << Qmax,zu RegenrückhaltebeckenRetentionsbecken nur mit Notüberlauf Retentions- volumen Qmax,zu häufig als offene Erdbecken gestaltet

  9. Schmutz- wasser- kanal Bestehend Dimensionierung eines Retentionsbeckens Geplant: 3 ha Ym= 0.33 Zürich, z = 5 a K(z) = 4570 B = 8 min QARA < 30 l/s T r V = V = V = zu ab ret -1 -1 min l s ha V - V Fred r T Q T × × × zu ab ARA 3 3 3 m m m 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 Ê Î 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 0 50 40 30 20 10 0 Maximal abgeleitete Regenintensität beim Anspringen des Überlaufes in l s-1 ha-1

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

  13. Regenüberlaufbecken Ableitung zur ARA Kanalisation füllen Mulden, Wasserfilm Gesamtniederschlagshöhe in mm 20 Einzelereignis mit HWE Beckenüberlauf und Hochwasserentlastung 15 HWE Einzelereignis ohne HWE 10 5 0 0 1 2 3 Dauer des Regens (h)

  14. Beispiel: Regen in Fehraltorf, 1991 Niederschlagshöhe in mm vereinfachte Analyse! 25 HWE 20 Kanalentlastung 15 10 5 0 0 60 120 180 240 300 Dauer des Niederschlags in Minuten

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

  16. Fangbecken im Hauptschluss Immer durchflossen zur ARA Zufluss von Mischwasser Vorflut Überlauf als Entlastung 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 Entlastung Kanalstauraum Fangkanal Drossel Trockenwetterabfluss Speicherkanal Entlastung Kanalstauraum Drossel Trockenwetterabfluss

  20. 500 100 400 80 300 60 200 40 100 20 0 0 0 20 40 60 80 100 120 Schmutzstoffkonzentration (g CSB m-3) Mischwasseranfall (Q in l s-1) Fracht in g s-1 Schmutzstoss CSB Q CSB F Dauer des Regenereignisses in min

  21. 0 100 200 300 400 500 600 700 Kumulative Schmutzstofffracht in kg CSB 100 Effektiver Verlauf 80 Zusätzlicher Anfall Schmutz- stoss 60 40 Frachtanfall Trockenwetter Anfall bei konstanter Konzentration 20 0 Kumulative Wasserfracht in m3

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

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

  24. 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 - Q ) × t FB TW red krit ARA 0 V 3 - 1 FB = 17 m ha red F red Dimensionierung eines Fangbeckens

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

  26. g DOC m-3 g TSS m-3 50 40 30 20 10 0 500 400 300 200 100 0 Zufluss Gemessene Konzentrationen Ablauf 17 18 19 20 Uhr 17 18 19 20 Uhr g DOC s-1 kg TSS s-1 200 160 120 80 40 0 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 Gemessene Frachten 17 18 19 20 Uhr 17 18 19 20 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 RegenBeispiel: 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. Ê Q1 = E × qE + r × F × YmF1 = E × fN C1 = F1 / Q1 Í Q4 = Zu Beginn konstantC4» 0 Î Q5 = Q4 + Q3F5 = F4 + F3 = Q3× C1C5 = F5 / Q5 Ë Q2 = QARA» 2 × QTWC2 = C1 Ì Q3 = Q1 - Q2C3 = C1 æ ö Q ARA E × f × 1 - ç ÷ N è ø Q + Q R TW C = 5 Q + Q + Q - Q Vf R TW ARA Schmutzstoffe bei Regen

  30. Ammonium in der Vorflutg N m-3 1.5 1 0.5 0 0 10 20 30 Regenintensität in l s-1 ha-1

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