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Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft
Grundlagen der Abwassersysteme
1 Ei füh i di Ab t 1 Einführung in die Abwasserentsorgung
2 Siedlungsentwässerung
3 Abwasserreinigung
4 Schlammbehandlung
Peter Krebs Dresden, November 2011
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Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft
Peter Krebs
2 Si dl ä
Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs und Industriewasserwirtschaft
Grundlagen der Abwassersysteme
2 Siedlungsentwässerung
2.1 Regencharakterisierung
2.2 Niederschlag-Abfluss-Prozess
2.3 Dimensionierung mit Zeitbeiwertverfahren
2.4 Misch- und Trennsystem y
2.5 Kanäle
2 6 Mischwasserentlastung und -rückhalt 2.6 Mischwasserentlastung und rückhalt
2.7 Regenwasserrückhalt und Versickerung
2 8 Sonderbauwerke und Hausanschlüsse
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 2
2.8 Sonderbauwerke und Hausanschlüsse
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Peter Krebs
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Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs und Industriewasserwirtschaft
Grundlagen der Abwassersysteme
2 Siedlungsentwässerung
2.1 Regencharakterisierung
2.2 Niederschlag-Abfluss-Prozess
2.3 Dimensionierung mit Zeitbeiwertverfahren
2.4 Misch- und Trennsystem y
2.5 Kanäle
2 6 Mischwasserentlastung und -rückhalt 2.6 Mischwasserentlastung und rückhalt
2.7 Regenwasserrückhalt und Versickerung
2 8 Sonderbauwerke und Hausanschlüsse
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2.8 Sonderbauwerke und Hausanschlüsse
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Niederschlag-Abfluss-Prozess
Niederschlag Abflusssystematischen Verän nicht vorhersagbar systematischen Verän- derungen unterworfen
statistisch erfassbar statistisch nicht erfassbar
Modelle
Messungen Dimensionierung
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 4
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Bedeutung des Regenwassers
• Regenwasserabfluss → maßgebend für Kanaldurchmesser
• Regenwasser nach Oberflächenabfluss kontaminiert
• Wegen Regenwasser wird Schmutzwasser entlastet
• Kanalsedimente werden erodiert
• Kläranlagenbetrieb wird über das Regenereignis hinaus gestört
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Regenmessung
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 6Syphon-Schreiber Niederschlagswaage Messwippe
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Beschreibung eines Regenereignisses
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 7
aus Dyck und Peschke (1989)
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Regenmessgerät
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 8
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Regenmessung mit Wippengerät
Definierte Auffangfläche von 200 cm2Definierte Auffangfläche von 200 cm
Genormte Form im Vertikalschnitt
Messfehler abhängig von
WindgeschwindigkeitWindgeschwindigkeit
Regen oder Schnee
Windschutzschild
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 9
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Regenmessung mit Radar/Satellit
- Verbesserte Abbildung derVerbesserte Abbildung der räumlichen Variabilität
Messfehler ca 20%- Messfehler ca. 20%
- Kombination aus k ti ll dkonventionellen und neuen Verfahren sinnvoll
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 10
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Beschreibung des Regens
Regenhöhe hN in mm
Regendauer tN in min
hRegenintensität in mm/min, l/(s·ha), μm/s N
N
thr =
Regen-intensität
r Flä h hr Fläche = hN
Blockregen Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 11
Zeit ttN
Blockregen
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Zeitliche Auflösung
400
500
300
400
))
200
300
400
200
300
(l/(s
·ha)
0
100
0 5 10 15 20 250
100
0 5 10 15 20 25
r
400 400
)
200
300
200
300
(l/(s
·ha)
0
100
0 5 10 15 20 250
100
0 5 10 15 20 25
r
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 12
Zeit (min) Zeit (min)
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Einfluss der zeitlichen Auflösung auf Abfluss
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 13
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Einfluss zeitlichen Auflösung auf Rückhaltevolumen
RegenereignisRückhaltevolumen in m3
Δt = 5 min Δt = 10 min(Datum) Δt = 5 min Δt = 10 min
29 08 1964 1890 188629.08.1964
07.07.1965
1890
1792
1886
177207.07.1965
17.07.1963
1792
1232
1772
1225
19.05.1964 1089 1075
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 14
aus Krejci et al. (1994)
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Räumliche Auflösung
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 15
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Zuordnung von Regenmessern
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 16
Thiessen-Polygon
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Regenhäufigkeit und Extremwerte
( ) ( )( )( )
( )3690min9
min38 41115 ./ −
+= z
trr
NztN
(Reinhold, 1940)
4
1) (
-) 10 20
( )N
3
N( z
) / r
15(
5
2
nsitä
t r t
N
z = 1
1
egen
inte
n
0.25
00 15 30 45 60
rel.
Re
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 17
0 15 30 45 60
Regendauer t N (min)
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Bezugsregenintensität r15(1) in l/(s· ha)
Baden-Baden 120 Göttingen 98 Oldenburg 108 Baden Baden 120
Berlin 94
Bonn 108
Göttingen 98
Hamburg 99
Hannover 100
Oldenburg 108
Osnabrück 150
Passau 123 Bonn 108
Bremen 108
Hannover 100
Köln 97
Passau 123
Saarland 135
Dortmund 120
Dresden 102
Konstanz 150
Krefeld 112
Stuttgart 126
Tübingen 200
Essen 96
Flensburg 100
Lübeck 106
Mainz 117
Ulm (Donau) 140
Wetzlar 122
Frankfurt/Main 120
Garmisch-Patenkirchen 200
München 135
Münster 100
Wilhelmshaven 85
Wolfsburg 112
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Wiederkehrperiode zur Kanaldimensionierung
Jäh li hk i ( ) G bi Jährlichkeit z (a) des Rückstaus
Gebiet
Allgemeine Bebauungsgebiete
St dt t i hti G b
1 – 2
Stadtzentren, wichtige Gewerbe-und Industriegebiete
S ß ß h lb b b G bi
1 – 5
1 Straßen außerhalb bebauter Gebiete
Straßen-, Autobahnunterführungen,
1
5 20 U-Bahn-Anlagen 5 – 20
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 19
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Historisches Regenereignis
Bedeutung
v.a. für kritische Belastungen für das Fließgewässer
für Kanaldimensionierung weniger wichtig
Vo a sset ngen b gl Daten Voraussetzungen bzgl. Daten
Messzeitraum
räumliche Auflösung
zeitliche Auflösung g
zeitliche Synchronisation
Datenbank
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 20
Datenbank
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Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft
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Grundlagen der Abwassersysteme
2 Siedlungsentwässerung
2.1 Regencharakterisierung
2.2 Niederschlag-Abfluss-Prozess
2.3 Dimensionierung mit Zeitbeiwertverfahren
2.4 Misch- und Trennsystem y
2.5 Kanäle
2 6 Mischwasserentlastung und -rückhalt 2.6 Mischwasserentlastung und rückhalt
2.7 Regenwasserrückhalt und Versickerung
2 8 Sonderbauwerke und Hausanschlüsse
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2.8 Sonderbauwerke und Hausanschlüsse
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Scheitelabflussbeiwert
ArQS
S ⋅=ψ
Armax
r·AQR
rmax·A
QQS
AbflussdauerRegendauer
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Scheitelabflussanteil und -beiwert
Oberfläche αS Bebauung ψS
Metall und Schieferdächer 0 95Metall- und Schieferdächer 0,95
Dachziegel und Dachpappe 0,90 Bauklasse I bei ca. 350 E/ha 0,8
Holzzement- Flachdächer 0 50 – 0 70Holzzement , Flachdächer 0,50 0,70
Asphaltstraßen, -fußwege 0,85 – 0,90 Bauklasse II bei ca. 250 E/ha 0,60 – 0,65
Pflaster 0,75 – 0,85Pflaster 0,75 0,85
Reihenpflaster (offen) 0,25 – 0,60 Bauklasse III bei ca. 150 E/ha 0,40 – 0,52
Schotterstraßen 0,25 – 0,60, ,
Kieswege 0,15 – 0,30 Bauklasse IV bei ca. 100 E/ha 0,25 – 0,46
Unbefestigte Flächen 0,10 – 0,20
Rasengittersteine 0,15 Bauklasse V ohne Bebauung 0,05 – 0,35
Park- und Gartenflächen 0,05 – 0,10
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Wiese, Wald 0
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Scheitelabflussbeiwert = f(r, Gefälle)
0,9
1-) 4% < J < 10%
0 7
0,8
0,9
rt ψ
S(- 4% < J G < 10%
0 5
0,6
0,7
sbei
we
r = 225 (l/(s·ha))
0 3
0,4
0,5
nabf
luss r = 225 (l/(s ha))
r = 180 (l/(s·ha))r = 130 (l/(s·ha))
100 (l/( h ))
0 1
0,2
0,3
Spitz
en r = 100 (l/(s·ha))
0
0,1
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
S
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 24
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
versiegelte Fläche (-)
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Trockenwetter- und Regenwetterabfluss
Einwohnerdichte e = 100 E/ha
TW-Verbrauch q = 100 l/(E·d)
Regenintensität
Scheitelabflussbeiwert
r15(1) = 100 l/(s·ha)
ψ = 0 4Scheitelabflussbeiwert ψS = 0,4
llhasl120
dhal100100
⋅≅
⋅⋅=⋅= ,qeQTWTW
( ) hasl40
hasl10040115 ⋅
≅⋅
⋅=⋅ψ= ,rQ SRWRW
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 25
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N-A-Prozess in zwei Schritten
AbflussbildungAbflussbildungr·A
Q
Abflusskonzentration
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 26
Zeit
Page 27
Detaillierte Beschreibung der Abflussbildung
Dauerverluste Dauerverluste
Versickerung
t
tens
ität
Abflusswirksamer Regen egen
int
g
Re
Regendauer
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 27
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Sickersteine
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 28
Page 29
Oberflächenbestimmung
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 29
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Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft
Peter Krebs
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Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs und Industriewasserwirtschaft
Grundlagen der Abwassersysteme
2 Siedlungsentwässerung
2.1 Regencharakterisierung
2.2 Niederschlag-Abfluss-Prozess
2.3 Dimensionierung mit Zeitbeiwertverfahren
2.4 Misch- und Trennsystem y
2.5 Kanäle
2 6 Mischwasserentlastung und -rückhalt 2.6 Mischwasserentlastung und rückhalt
2.7 Regenwasserrückhalt und Versickerung
2 8 Sonderbauwerke und Hausanschlüsse
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 30
2.8 Sonderbauwerke und Hausanschlüsse
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Regendauer maximaler Abfluss
raNtA
tN < tC NtAr
CtA
tN tC
Ca t
Ar
N C
tC = tA + tf
Konzentrationszeit = Anlaufzeit + Fließzeit
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Regendauer maximaler Abfluss
rbA
tN = tC Arb
tC
b
2 tCC 2 tC
rc
t t
A
tN > tCArc
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 32
tN tN+tC
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Zeitbeiwertverfahren (I)
3
4 5 621
4 5 62
( ) ( ) ( )111 FAN ttt += ( )43324 ,QQQ +=
( ) ( ) ( ) ( )2112 FFAN tttt ++= kritQQ =5
( ) ( ) ( )333 FAN ttt += ( ) ( )( )666 FA ttfQ +=für Punkt 3
( ) ( )243 NN tt =, 566 QQQ tot +=,für Punkt 4
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 33
Iteration mit effektiven Fließzeiten tF
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Zeitbeiwertverfahren Querschnitt 1 2 3 4 5 6 BemerkungQuerschnitt 1 2 3 4 5 6 Bemerkung
L Kanal (m) 120 180 60 180
v (m/s)v (m/s)
Fließzeit (min)
tN = tA + tF (min) tA = 5 min
r (tR, z) (l/(s·ha)) 199 167 212 167 15 187 (Reinhold, 1940)
Ai (ha) 2 3 1 3
ψS (-) 0,4 0,6 0,6 0,5
Ared,i (ha)
ΣAred,i (ha) 0,8 2,6 0,6 3,2 3,2 1,5
QR (m3/s) QRain = r·ΣAred,i
k t Q ( 3/ )konst. Q (m3/s)
QR,tot (m3/s)
Qt (m3/s)
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Qt (m /s)
Qm (m3/s)
Page 35
Querschnitt 1 2 3 4 5 6 Bem Zeitbeiwertverfahren (II)
Querschnitt 1 2 3 4 5 6 Bem.
L Kanal (m) 120 180 60 180
v (m/s) 1 1 1 1v (m/s) 1 1 1 1
Fließzeit (min) 2 3 1 3
tN = tA + tF (min) 7 10 6 10 8 tA = 5 min
r (tR, z) (l/(s·ha)) 199 167 212 167 15 187 R (Reinhold, 1940)
Ai (ha) 2 3 1 3
ψS (-) 0,4 0,6 0,6 0,5
Ared,i (ha) 0,8 1,8 0,6 1,5
ΣAred,i (ha) 0,8 2,6 0,6 3,2 3,2 1,5
QR (m3/s) 0,16 0,43 0,13 0,53 0,28 QR = r·ΣAred,i
k t Q ( 3/ ) 0 05konst. Q (m3/s) 0,05
QR,tot (m3/s) 0,33
Q (m3/s)
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Qt (m /s)
Qm (m3/s)
Page 36
Anwendungsbereich von N-A-Modellen
Fließzeitverfahren
M i l bfl Maximalabfluss
Extremregen als Input
Dimensionierung von Kanalquerschnitten
Detaillierte numerische Simulationen
Abfluss als Funktion der Zeit an allen wichtigen Punkten
Gemessene Regenereignisse als Input
Überprüfung der Funktion des Kanalnetzes Überprüfung der Funktion des Kanalnetzes
Optimierung des Betriebs und der Steuerung
b h d b l
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Abschätzung der Gewässerbelastung
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Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft
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2 Si dl ä
Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs und Industriewasserwirtschaft
Grundlagen der Abwassersysteme
2 Siedlungsentwässerung
2.1 Regencharakterisierung
2.2 Niederschlag-Abfluss-Prozess
2.3 Dimensionierung mit Zeitbeiwertverfahren
2.4 Misch- und Trennsystem y
2.5 Kanäle
2 6 Mischwasserentlastung und -rückhalt 2.6 Mischwasserentlastung und rückhalt
2.7 Regenwasserrückhalt und Versickerung
2 8 Sonderbauwerke und Hausanschlüsse
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 37
2.8 Sonderbauwerke und Hausanschlüsse
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Mischsystem
Quellen, Drai-nage, Brunnen
Regenwasser Schmutzwasser, häusl., gewerbl.∼sauber verschm.
MischMisch-kanal
Entlastung Kläranlage
Quellen Drai- Regenwasser Schmutzwasser Quellen, Drai-nage, Brunnen
ege asse Schmutzwasser, häusl., gewerbl.∼sauber verschm.
Misch-kanal
Entlastung Kläranlage
kanalVersickerung
Grundwasser-
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 38
g gleiter
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Trennsystem
Quellen, Drai-nage, Brunnen
Regenwasser
Regen-
Schmutzwasser, häusl., gewerbl.∼sauber verschm.
Schmutz-Regen-kanal
Schmutz-kanal
RW-Kläranlage
RWBehandlung
Quellen Drai- Regenwasser Schmutzwasser Quellen, Drainage, Brunnen
Regen-kanal
Schmutzwasser, häusl., gewerbl.∼sauber verschm.
Schmutz-kanal
Kläranlage
Versickerung
Grundwasser-RW-
Behandlung
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Grundwasserleiter
Behandlung
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Misch- und Trennsystem
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http://www.stadt.sg.ch/
Page 41
Misch- und Trennsystem
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 41http://www.ruhr-uni-bochum.de/
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Mischsystem
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 42
Page 43
Trennsystem
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 43
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Vergleich von Misch- und Trennsystem (I)
Randbed. Mischsystem Trennsystem
• BelastungsschwankungenKläranlage • gleichmäßigere Belastung • BelastungsschwankungenKläranlage• Regenbecken erforderlich • Höhere Bemessungswerte,
• gleichmäßigere Belastung in Bezug auf Volumenstrom und Fracht
Vorfluterteurer
• Entlastung von Misch-wasser und damit teilweise
• Regenwasser wird ungeklärt eingeleitet wasser und damit teilweise
des Schmutzwassers • Durch Mischwasserbecken
Verzögerung der Einleitung
ungeklärt eingeleitet
• Kein Schmutzwasseranteil • Ohne Retention schnellere
Kanalnetz
Verzögerung der Einleitung Einleitung
• Geringere Baukosten • Zwei Kanäle, höhere
• großer Platzbedarf im Bereich von Mischwasser-becken
Baukosten
• größerer Platzbedarf im Baugrund
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 44
becken g• Keine Mischwasserbecken
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Vergleich von Misch- und Trennsystem (II)
Randbed. Mischsystem Trennsystem
• Spülwirkung bei Regenwetter
Ablagerungen • Schmutzwasserkanal anfällig
Unterhalt
• Gefälle kann geringer sein
• weniger R i i f d
• Mehr Reinigungsaufwand
• rel. Hohes Gefälle nötig
Reinigungsaufwand
• gute Lüftung • gesamte Kanallänge
größer
Hausanschluss • keine Fehlanschlüsse • Kellerrückstau
• Problem Fehlanschlüsse • kein Kellerrückstau
Pumpen • große Pumpenleistung nötig, die nur selten genutzt wird
• häufig nur Pumpen für Schmutzwasser nötig
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 45
genutzt wird
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Regenwasserableitung an der Oberfläche
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Grundlagen der Abwassersysteme
2 Siedlungsentwässerung
2.1 Regencharakterisierung
2.2 Niederschlag-Abfluss-Prozess
2.3 Dimensionierung mit Zeitbeiwertverfahren
2.4 Misch- und Trennsystem y
2.5 Kanäle
2 6 Mischwasserentlastung und -rückhalt 2.6 Mischwasserentlastung und rückhalt
2.7 Regenwasserrückhalt und Versickerung
2 8 Sonderbauwerke und Hausanschlüsse
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 47
2.8 Sonderbauwerke und Hausanschlüsse
Page 48
Genormte Kanalquerschnitte
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 48
Page 49
Kanalprofile
4 2 1,4 3,3 1,31,1 3,4 Kreis < 400Kreis 400 - 600
37,24,2 Kreis 400 - 600
Kreis 600 - 1000Kreis >1000Ei 500/750 - 700/1050Ei 700/1050 - 1000/1500Ei >1000/1500
48,1Ei 1000/1500übrige Profile
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 49
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Werkstoffe
38
2 1 1Beton (58)Steinzeug (38)Asbestzement (2) ABL38 Asbestzement (2)PVC (1)Sonstige (1)
ABL
58
343 3,2 3,5 1,8
NBL34Beton (34)Steinzeug (54.5)Asbestzement (3)Asbestzement (3)PVC (3.2)Guß und Stahl (3.5)Mauerwerk (1 8)
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54,5 Mauerwerk (1.8)
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Preise, Orientierungsgröße in EUR/m
DN Steinzeug Beton Beton mit GFK PE BauKuDN Steinzeug Beton PVC-Inliner GFK PE BauKu
300 50,- 22,- 50,- 45,- 35- 55,-
400 60 - 25 - 55 - 65 - 60 - 65 -400 60,- 25,- 55,- 65,- 60,- 65,-
600 160,- 40,- 95,- 110,- 120,- 90,-
800 ? 80,- 150,- 170,- 190,- 130,-
1000 ? 110,- 210,- 250,- 290,- 190,-
1200 ? 170 280 310 420 260
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1200 ? 170,- 280,- 310,- 420,- 260,-
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„Sonstiges“ Kanalprofil
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Page 53
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 53
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Rohrverbindungen
Muffen
Rollring Gleitring
Gestoßene Falzverbindung mit plastischen Bändern
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Page 55
Drainage in bindigen Böden
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 55
Page 56
Ausführungsnormen und Richtlinien
DIN 1054 zulässige Belastung des Baugrunds
DIN 18300DIN 18301
ErdarbeitenBohrarbeiten
DIN 1055DIN 4033
Lastannahmen für BautenEntwässerungskanäle und -leitungen
DIN 18303DIN 18304DIN 18305
VerbauarbeitenRammarbeitenWasserhaltungsarbeiten
DIN 4084
DIN 4123
gBaugrund; Gelände und BöschungenGebäudesicherung bei
DIN 18305DIN 18313
WasserhaltungsarbeitenSchlitzwandarbeiten mit Flüssigkeiten
DIN 4123
DIN 4124
Gebäudesicherung bei AusschachtungenBaugruben und Gräben
ATV A125ATV A139
RohrvortriebHerstellung von Entwässerungskanälen
ATV A127 statische Berechnung von Entwässerungs- kanälen und -leitungeng
DIN EN 1610
Technische Regeln für die Bauausführungen von Abwasserleitungen und kanälen
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 56
1610 und –kanälen
Page 57
Rohranschlüsse
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 57
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Rohrstatik (I)
gesN FFEZ ⋅γ=⋅
F Z lä i S h it ld kk ft f (R h t i l d h FN = Zulässige Scheiteldruckkraft, f (Rohrmaterial, -durchmesser, Wandstärke), aus Tabellen
EZ = Einbauziffer, f (Lagerungsfall, Auflagerwinkel) , ( g g , g )
Fges = gesamte Belastung = Erdlast + Flächenlast + Verkehrslast *
γ = Sicherheitsfaktor, f (Sicherheitsklasse, Rohrmaterial) γ
* Erdlast = Erdauflast – Abminderung durch Reibung an Grabenwand Grabenwand Flächenlast: dito Verkehrslast = Gewicht Regelfahrzeuge · Stoßbeiwert (Dynamik)
wenn γ nicht erfüllt - Auflagerwinkel vergrößern
- seitliches Stützen durch verbesserte Verdichtung
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 58
- seitliches Stützen durch verbesserte Verdichtung
- Grabenbreite minimieren
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Rohrstatik (II): Sicherheitsfaktor γ
Rohrmaterial Sicherheitsklasse
Rohrmaterial
Asbest- und Faserzement,
A B
Asbest und Faserzement, Beton (unbewehrt), SteinzeugGusseisen (duktil)
2,2 1,8
1,5 1,3Gusseisen (duktil)
PE-hart (HDPE), PVC-hart
1,5 1,3
2,5 2,0
Stahl
Stahlbeton, Spannbeton
1,5 1,3
1,75 1,4
A Regelfall: Gefährdung GW, beträchtliche wirtschaftliche Folgen
B Sonderfall: keine Gefährdung geringe wirtschaftliche Folgen
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 59
B Sonderfall: keine Gefährdung, geringe wirtschaftliche Folgen
Page 60
Rohrstatik (III): Einbauziffer EZ
I II
2α 2α
Boden, Sand-/Kies-Auflager Beton-Auflager
Lagerungsfall Auflagerwinkel 2α
Einbauziffer EZ (nach ATV A127)
I
60° 90° 120° 180°
1,59 1,91 2,18
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 60
II 2,17 2,50 3,69
Page 61
Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft
Peter Krebs
2 Si dl ä
Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs und Industriewasserwirtschaft
Grundlagen der Abwassersysteme
2 Siedlungsentwässerung
2.1 Regencharakterisierung
2.2 Niederschlag-Abfluss-Prozess
2.3 Dimensionierung mit Zeitbeiwertverfahren
2.4 Misch- und Trennsystem y
2.5 Kanäle
2 6 Mischwasserentlastung und -rückhalt 2.6 Mischwasserentlastung und rückhalt
2.7 Regenwasserrückhalt und Versickerung
2 8 Sonderbauwerke und Hausanschlüsse
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 61
2.8 Sonderbauwerke und Hausanschlüsse
Page 62
Elemente der Regenwasserbehandlung
Funktion Element Verwendung
H h tl t E tl t Mi h t• Hochwasserentlastung Entlastung• Kanalüberlauf
Mischsystem
Regenüberlaufbecken (Mischwasserbecken)
• Fangbecken • Durchlaufbecken • Verbundbecken
Mischsystem
kl b k
• Verbundbecken • Stauraumkanal
Regenklärbecken Trennsystem
Regenrückhaltebecken vor Misch-, Trennsystem
Schmutzstoffrückhalt • Schmutzwasserspeicher • Gully
Vor MischsystemMisch-, Trennsystem
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 62
Page 63
Betrieb von Mischwasserentlastungsbauwerken
RB schwacher
Fließgewässer
HE KA
RB schwacher Regen
KÜ
RB mittlerer R
HE KA
Regen KÜ
RB
Regen starker RB Regenüberlaufbecken
(Mischwasserbecken)
HE KA KÜ KA Kläranlage
KÜ Kanalüberlauf
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 63HE KA
RB
regen Extrem-
KÜ
HE Hochwasserentlastung
Page 64
Überlauf mit hochgezogenem Wehr
Entlastung bei ( )( ) ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛
⋅⋅
+=
hasl15
min120min120
fkrit t
r ( ) ⎠⎝ ⋅+ hasmin120ft
Drosselabfluss ∑+⋅+= idukrittd QArQQ ,24
Mischungsverhältnis 724
24 ≥−
=t
tdRÜ Q
QQm
( )/l180
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 64
bzw. ( )( )mg/l60
mg/l180−= t
RÜcm bei ct > 600 mg/l
Page 65
Berechnung Streichwehr (I)
Überfall nach Poleni 23232
üüü hgLcQ μ=3
Überfallbeiwert c 1 bei vollkommenem Überfall Überfallbeiwert c = 1 bei vollkommenem Überfall
21
⎟⎞
⎜⎛
⎟⎞
⎜⎛ ′
nh
bei rückgestautem Überfall
h‘1⎟⎟
⎠⎜⎜
⎝⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
ühhc h
ü
h‘
n = 2 scharfkantige Wehre
n = 3 runde Wehre n = 3 runde Wehre
n = 4 breitkronige Wehre
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 65
Page 66
Berechnung Streichwehr (II)
lü
hü,uhü,o
h hQo Qüdo
ho hu
Δs
Qo
Qu
ü
du
so
( )2
vB,u vu
Überfallhöhe ( )oüuüoümü hhhh ,,,, −+=32
uBvv 22
Bernoulli EuB
uo
o hg
vhs
gvh Δ++=Δ++
22,
( )1
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 66
Energieverlust ( ) üuEoEE lIIh ⋅−=Δ ,,21
Page 67
Hinweise zur Anordnung des Streichwehrs
S hlhöh Diff i D l t k 3 • Sohlhöhen-Differenz Δs vor einer Drosselstrecke ≥ 3 cm
Ü• Die Überfalllänge lü für einseitige Wehre mindestens 3·dofür beidseitige Wehre mindestens 4·do
• Wehrhöhe zwischen 0.5 und 0.8·do
• Überfallhöhe hü,o < 0.85·do – so
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 67
Page 68
„Leaping weir“ mit Bodenöffnung
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 68
Page 69
Mischwasserbecken („Regenüberlaufbecken“)
Fangbecken Schmutzstoß
kurze Konzentrationszeit (< 15 min)
mittleres Gefälle
Durchlaufbecken kontinuierliche Klärung bzgl. suspendierter Stoffe
Verbundbecken Kombination
Fangteil plus Klärteil
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 69
Page 70
Fangbecken
Nebenschluss Hauptschluss
Klär-anlage
KÜKlär-
anlage
KÜ, HE
HEHE
Entleerung mit Pumpe Entleerung durch freies Gefälle
Abfluss Richtung KA separat Abfluss Richtung KA durch FB
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 70
Der gesamte Fangbecken-Inhalt fließt durch die Kläranlage!
Page 71
Durchlaufbecken
Nebenschluss HauptschlussKÜ KÜ HE
Klär-anlage
KÜKlär-
anlage
KÜ, HE
HE
Entleerung mit Pumpe
Abfluss Richtung KA separat
Entleerung durch freies Gefälle
Abfluss Richtung KA durch DBAbfluss Richtung KA separat Abfluss Richtung KA durch DB
Ein wesentlicher Teil der Entlastung fließt durch das
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 71
Durchlaufbecken!
Page 72
Stauraumkanäle
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 72
Page 73
Dimensionierung von Regenüberlaufbecken (DWA A128)
Ziel für CSB-Jahresfracht
SF SF SF
Schmutzfracht „Entlastung + Kläranlagenablauf ≤ Regenwasser“
SFe + SFk ≤ SFr
( ) rrkrer cVQceVQceVQ ≤−+ 00 1 c CSB-Konzentration ( ) rrkrer QQQ 00e0 Jahresentlastungsrate
kr cce −≤0 mit ct : cr : ck = 600 : 107 : 70
ke cc −0 t r k
1++
=m
cmcc bre m Mischungsverhältnis
( )ahctb aaacc ++=
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 73
c Verschmutzung, h Niederschlagshöhe, a Ablagerungen
Page 74
Spezifisches Speichervolumen
35
40
3 /ha)
5045 40 35 30 e 0 = 25 %
30
35
n V
s (m
3
55
20
25
ervo
lum
en
60
15
20
s Sp
eich
e
70
65
5
10
ezifi
sche
s
e 0 = 75
Vs,mind
tmr A
QQq 24−=
00 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
spe redA
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 74
mittlere Regenabflussspende q r (l/(s·ha))
Page 75
OK TauchwandOK Schwelle ( Beckenüberl.)
OK Schwelle ins Fangbecken Notentleerung Fangbecken im Nebenschluss
Kanalüberlauf
Nebenschluss
Pumpe
Fangbecken Drosselschacht
Pumpe
SchwelleTauchwand Schwelle
Schwelle
KanalüberlaufDrosselschacht
Fangbecken
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 75
Page 76
Fangbecken Fangbecken im Hauptschluss Hauptschluss
OK TauchwandOK Schwelle (Beckenüberl.)
Fangbecken
Beckenüberlauf
Fangbecken
Drosselschacht
FangbeckenDrosselschacht
Schwelle
Tauchwand
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 76
SchlängelgerinneBeckenüberlauf
Page 77
evtl. Spülkippe
Klärüberlaufz.B. schräge
Durchlaufbecken im Nebenschluss g
Auslaufschlitze
PumpeDurchlaufbecken
Nebenschluss
OK TauchwandOK Beckenüberl. Notentleerung
OK Schwelle ins DurchlaufbeckenK lüb l f D l h hHochwasserentlastung Kanalüberlauf DrosselschachtHochwasserentlastung
Kanalüberlauf
Schwelle
Schwelle
Tauchwand
Kanalüberlauf
Durchlaufbecken Drosselschacht
SchwelleHochwasserentlastung
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 77
Klärüberlauf
Page 78
OK TauchwandOK Beckenüberlauf
N l
Durchlaufbecken im Hauptschluss
evtl. Spülkippe
Klärüberlaufz.B. schräge
AuslaufschlitzeHochwasserentlastung
Notentleerung im Hauptschluss
Durchlaufbecken
Drosselschacht
Durchlaufbecken
Tauchwand
DrosselschachtSchwelle
Hochwasserentlastung
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 78
Page 79
OK TauchwandOK Schwelle (Beckenüberl.)
OK Schwelle ins DLBOK TauchwandKlärüberlauf
OK Schwelle ins Fangbecken
Notentleerung
HochwasserentlastungVerbundbecken im Nebenschluss
FangbeckenDurchlaufbecken
Durchlass(Schieber)
Pumpe(Schieber)
Tauchwand Schwelle
Schwelle
HochwasserentlastungDurchlaufbecken Fangbecken Drosselschacht
Schwelle
TauchwandKlärüberlauf
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 79
Page 80
Wirbelbecken im Hauptschluss
NotentleerungOK TauchwandOK Schwelle BÜ
Schnitt
NotentleerungOK Schwelle BÜ
Drosselschacht
Beckenüberlauf TW- Rinne
Tauchwand
Schwelle DrosselschachtBeckenüberlauf
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 80
Page 81
Spülkippe
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 81
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Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft
Peter Krebs
2 Si dl ä
Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs und Industriewasserwirtschaft
Grundlagen der Abwassersysteme
2 Siedlungsentwässerung
2.1 Regencharakterisierung
2.2 Niederschlag-Abfluss-Prozess
2.3 Dimensionierung mit Zeitbeiwertverfahren
2.4 Misch- und Trennsystem y
2.5 Kanäle
2 6 Mischwasserentlastung und -rückhalt 2.6 Mischwasserentlastung und rückhalt
2.7 Regenwasserrückhalt und Versickerung
2 8 Sonderbauwerke und Hausanschlüsse
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 82
2.8 Sonderbauwerke und Hausanschlüsse
Page 83
Dimensionierung Regenrückhaltebecken
Abschätzung mit Blockregen
( )( )( ) ( )3690min9
min38 41115 ,−
+= z
trr
NIntensität
Jährlichkeit z = 5 a
red. Fläche Ared = 3 had ä red 3 a
Dauer tN = gesucht
Zuflussvolumen
fl l
( ) NredNQ tAtrV ⋅⋅=
( )3Ausflussvolumen
Speichervolumen
( ) NNausaus ttQV ⋅=⋅= sm10 3,
( ) ( )ztVVV NausQRRB ,fmax =−=
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 83
Speichervolumen ( ) ( )NausQRRB ,
Page 84
Dimensionierung Regenrückhaltebecken
800 350ZuflussvolumenAusflussvolumen
600
700
m3 )
250
300
s·ha
))
AusflussvolumenRetentionsvolumenRegenintensität
400
500
600
umen
(m
200
250
ät r
(l/(
s
300
400
sser
volu
100
150
nint
ensi
tä
100
200Was
50
100
Reg
en
00 10 20 30 40 50 60
0
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 84
Regendauer t N (min)
Page 85
Regenrückhaltebecken
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 85
Page 86
Dezentraler Regenwasserrückhalt
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 86
Page 87
Regenrückhalt durch begrüntes Dach
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 87
Page 88
Regenrückhaltebecken als Biotop
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 88
Page 89
Schmutzwasserspeicher
Schmutzwasser-speicher
ÜberlaufEntlastung
KläranlageKläranlage
Fli ß ä
Mischwasser-speicherung
Gereinigtes Abwasser
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 89
Fließgewässerp g
Page 90
Verminderung von Frachten bei Regenwetter
Nassgully
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 90
Page 91
Versickerung
Mittel
E t i l Ob flä h Entsiegeln von Oberflächen Ableiten von z.B. Dachwasser in eine Versickerungsanlage
Bedingungen
Nutzung des entsprechenden Teileinzugsgebietes Nutzung des entsprechenden Teileinzugsgebietes Beschaffenheit des Bodens Distanz zur Trinkwasserfassung
Effekt
g
Verminderung des Abflusses Verminderung von Frachten in Mischwasserentlastungen
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 91
Speisung des Grundwasserleiters
Page 92
Guter Bereich für die Versickerung
Grobkies
Fein-/Mittelkies
Sandiger Kies
Grobsand
Mittelsand
Feinsand
Schluffiger Sand, sandiger Schluff
S hl ff Schluff
Toniger Schluff
10- 10-8 10-6 10-4 10-2 1
Schluffiger Ton, Ton
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 92
10-10
10-8 10-6 10-4 10-2 1
Gute Versickerungskapazität Gute Sorptionskapazität
Page 93
Rasengittersteine
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 93
Page 94
Versickerungsmulde
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 94
Page 95
Rückhalte- und Versickerungsbecken
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 95
Page 96
Versickerungsschacht
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 96
Page 97
Versickerungsrohr, -strang
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 97
Page 98
Versickerungsgraben
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 98
Page 99
Mulden-Rigolen-System (I) System (I)
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 99
Page 100
Mulden-Rigolen-System (II)
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 100
Page 101
Mulden-Rigolen-System (III)
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 101
Sieker (2001)
Page 102
Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft
Peter Krebs
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Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs und Industriewasserwirtschaft
Grundlagen der Abwassersysteme
2 Siedlungsentwässerung
2.1 Regencharakterisierung
2.2 Niederschlag-Abfluss-Prozess
2.3 Dimensionierung mit Zeitbeiwertverfahren
2.4 Misch- und Trennsystem y
2.5 Kanäle
2 6 Mischwasserentlastung und -rückhalt 2.6 Mischwasserentlastung und rückhalt
2.7 Regenwasserrückhalt und Versickerung
2 8 Sonderbauwerke und Hausanschlüsse
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 102
2.8 Sonderbauwerke und Hausanschlüsse
Page 103
Wirbelfallschacht
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 103
Page 104
Abwasserdüker
Austrittskammer Eintrittskammer
10m
Trockenwetterrohr (Steinzeug) NW 450Spülleitung
R tt h (G ß M ff h ) NW900Regenwetterrohr (Grauguß-Muffenrohr) NW900
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 104
Page 105
Hausanschlüsse im Mischsystem
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 105
Page 106
Hausanschlüsse im Trennsystem
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 106
Page 107
Unterdruckentwässerung
H l iVakuum-t tiHauptleitung station
KläranlageKläranlage
Anschl ssdichte St anglänge (m) Net längeAnschlussdichte Stranglänge (m) Netzlänge
(E/m) DN 65 DN 80 DN 100 DN 125
0.04 – 0.06 200 m 800 m 1000 m < 5000 m
0.06 – 0.12 150 m 650 m 900 m 1000 m < 4000 m
Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 107
0.06 0.12 150 m 650 m 900 m 1000 m < 4000 m
0.12 – 0.20 100 m 300 m 300 m 300 m < 3000 m
Page 108
Regenwassernutzung
rk-
9o70
6nw
asse
rwer
7mij9
49ab
o9ei
spie
l-re
gen
cc8s
6h11
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anla
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e?o
sCsi
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csa
mm
ler.d
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n-10
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lw
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rege
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ster
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Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 2 Siedlungsentwässerung © PK, 2011 – Seite 108http
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be