Überprüfungsmessung und Auftragsmessung
Eine Überprüfungs- oder Auftragsmessung eignet sich zur Erfassung der Wasserströme in einem Einzugsgebiet, der Abwassermenge von einem Gelände oder dem Durchfluss innerhalb eines Prozesses. Die Überprüfungsmessung dient der Erfassung aktuelle Wasserströme oder der Überprüfung bestehende Messsysteme. Die temporäre, aber länger andauernde Auftragsmessung dient der Validierung von Entwässerungssystemen und der Erstellung von Prognosen. Die DWA-M 181 "Messung von Wasserstand und Durchfluss in Entwässerungssystemen" empfiehlt folgende Einsatzfelder, für welche sich ein temporäres Messprogramm eignet:
- Ermittlung der abflusswirksamen Fläche AU für die Stadtentwässerung
- Kalibrierung von Kanalnetzmodellen und Schmutzfrachtmodellen
- Ermittlung von Kenndaten zur Modellvalidierung für Niederschlagsereignisse oder Hochwasserereignisse
- Fremdwasserprobleme in Abwasserkanälen
- Hydraulische Funktion und Wirksamkeit von Bauwerken der Misch- und Regenwasserbehandlung
- Rohrkennlinien und Pumpenkennlinien an Pumpenanlagen
- Drosselkalibrierung an Regenbecken und Regenüberläufen
- Überprüfung und Kalibrierung von Durchflussmessanlagen
- Kanalnetz- und Kläranlagensteuerung
Diese Messprogramme werden in der Regel vor einem Umbau oder einem Neubau durchgeführt. Die erhobenen Daten dienen als weitere Planungsgrundlage. Werden während der Planungsphase Fehler gemacht oder falsche Datengrundlagen erhoben, wird das erst nach der Auftragsvergabe, bzw. der Inbetriebnahme, festgestellt. In diesem Fall ist eine Korrektur mit unverhältnismäßig hohen Kosten verbunden. Dieses Kostenrisiko legt die sorgfältige Zugrundelegung und –prüfung der ermittelten Messdaten während dieser Phasen (Grundlagenermittlung und Vorplanung nach HOAI) nahe.
Datenerfassung für Modellkalibrierung
Die Ermittlung der abflusswirksamen Fläche AU nach DWA-A 138 dient als Vorplanung für die Dimensionierung eines Kanalnetzes. Bei der Neubemessung kleinerer Entwässerungsnetze ist die Dimensionierung mittels Fließzeitverfahren und Blockregen im allgemeinen ausreichend. Die Prognose von Schmutzfrachten, Niederschlägen, Hochwasserereignissen, Rohrkennlinien und deren Verlustbeiwerte wird rechnerisch erstellt. Eingangsgrößen für die anfallenden Wassermengen sind unter anderem Tabellen- und Erfahrungswerte (z.B. DWA-A 110):
- Einfluss von Niederschlagswasser in Trennkanalisation: ≈ 0,2 –0,7 [L / (s · ha)]
- Fremdwasseranteile, wenn keine Messungen vorliegen: ≈ 0,05 bis 0,15 [L / (s · ha)]
- Betriebe mit geringem Wasserverbrauch: ≈ 0,2 bis 0,5 [L / (s · ha)]
- Betriebe mit mittlerem bis hohem Wasserverbrauch: ≈ 0,5 bis 1,0 [L / (s · ha)]
oder die Eingangsgrößen beruhen auf tatsächliche Messprogramme, bzw. vor-Ort aufgenommene Messwerte. Die DWA-M 181 unterscheidet hierbei zwischen einer Temporärmessung (mindestens eine Woche bis über drei Jahre) und einer Einzelmessung, die vorwiegend zu Überprüfungs- und Orientierungszwecke dient. Die Messdaten, bzw. die Messstellen selbst, sollten für die Erstellung eines Abflussmodells valide sein und nachvollziehbare Messergebnisse liefern. Hierbei ist die Auswahl der Messtechnik für die Datenerhebung von entscheidender Bedeutung. Eine Bestandsaufnahme der vorhandenen Messstellen und Messsysteme durch Betreiber, Planungs- oder Ingenieurbüro und einem Hydraulikexperten sollte im Vorfeld gemeinsam unternommen werden.
Um genaue Prognosen zu erstellen werden die erfassten Daten in ein Entwässerungsmodell, Schmutzfrachtmodell o.ä. eingepflegt und ein eine hydrologisches und/oder hydrodynamisches Computersimulationsmodell wird erstellt. Diese Vorgehensweise wird auch in der ATV-A 118 (Hydraulische Bemessung und Nachweis von Entwässerungssystemen) für die Nachweisrechnung empfohlen. Diese Prognosen dienen der Auslegung eines Neubaugebietes oder für Sanierungsmaßnahmen der Stadtentwässerung. Im Rahmen der Kanalbewirtschaftung kann hierdurch auch Steuerungspotential entdeckt werden und die Nutzung und Dimensionierung von Stauraumkanälen optimiert werden. Grundlage der Entwässerungsmodelle und Schmutzfrachtsimulation sind Niederschlag-Abfluss-Modelle (N-A-Modelle) die im Trockenwetterabfluss und im Regenwetterabfluss erstellt werden. Hierbei werden teilweise Akkumulations/Erosions-Ansätze sowie detaillierte Sedimenttransport-Modelle und Umsatzprozesse im Kanal (Teilumsatz organischer Stoffe im Kanalnetz) hinterlegt.
Die Ergebnisse der hydrodynamische Berechnungsmodelle sind in jedem Fall auch durch die Auftraggeber zu überprüfen, denn Modellierer sind nicht unbedingt Hydrauliker und die Verantwortung obliegt dem Auftraggeber. Es können aus dem simulierten Abflussmodell z.B. für jedes Netzelement Abflussganglinien erzeugt und ausgedruckt werden. Hierbei sollten die Ganglinien von wichtigen Netzelementen (z.B. Zusammenflüsse von Hauptsammlern) stabil sein, dh. keinen sägezahnartigen Verlauf aufweisen. Weist das Modellergebnis stark instabile Ganglinien auf, ist in jedem Fall eine Überprüfung der vorhandenen Daten und eine Wiederholung der Simulation notwendig.
Weiterführende Literatur
DWA Arbeitsbericht Schmutzfrachtsimulation in der Siedlungsentwässerung, 2012, der DWA-Arbeitsgruppe ES-2.6 „Abfluss- und Schmutzfrachtsimulation“
Eine vertiefende Darstellung der Niederschlags-Abflussberechnung können u. a. dem Merkblatt ATV-DVWK-M 165 (ATV-DVWK 2004) entnommen werden
