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siegfried-stuedemann
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Wasserbedarf - Abwasseranfall
Ziele: Sie verstehen den Zusammenhang zwischen
Wasserbedarf und Abwasseranfall Sie kennen die Lastfälle und deren
Begründung Sie können einfache Lastfälle berechnen Sie kennen grobe Richtwerte
Herkunft des Abwassers, 1981
Fremdwasser40%
Regenwasser15%
IndustrielleAbwässer20%
Haushalt und Kleingewerbe25%
BUWAL 1981
Wasserbedarf, AbwasseranfallAbwasseranfall =
Trinkwasserauslieferung- Verluste in den Leitungen- Bewässerung von Gärten- Verbrauch (Landwirtschaft, Bau, Brunnen, …)+ Eigenförderung der Industrie+ Fremdwasser+ Regenwasser- Versickerung- Verluste von Kanälen
Wasserabgabe in der Stadt Zürich in 1000 m3 d-1
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
Monat 1991
Dauerkurve
100
150
200
250
300
Feb-91 Mrz-91 Apr-91 Mai-91März April Mai 1991
Wasserabgabe in 1000 m3 d-1
Tagesgang des Wasserverbrauchestypische Verhältnisse in der Schweiz
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 6 12 18 24
Uhrzeit
Verhältnis fh(t) = Qh / Qd
ländlich
städtisch
Spezifischer Wasserverbrauchm3 E-1 d-1
0
200
400
600
800
1000
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
Tendenz fallendMaximaler Tag
Mittlerer Tag
1976
Extremwertfaktoren fd, fh
Qd = Tagesmittelwert, nur als Tagessumme messbarQh = Momentanwert, direkt messbarfd = Jahresgang der Tagessumme, relativ zum Jahresmittelfh = Tagesgang des Verbrauches, relativ zur Tagessumme
Q Q fd d m d,max , ,max
Dimensionierungswassermenge für Produktionbei Tagesausgleich
Q Q f Q f fh d h d m d h,max,max ,max ,max , ,max ,max Dimensionierungswassermenge für Verteilung
Q Qd m Jahressumme, / 365
Wie gross ist fd,max für das Jahr 1991 in der Stadt Zürich?
Grundlage: Mittelwert ist 192‘000 m3 d-1
268/192 = 1.4
Wie gross ist fh,max in einer ländlichen Gemeinde?
0.087
Drucklinie
Wie gross ist fd,max, fh,max?
Zwischenspeicherim Hause
0123456
1000 10000 100000 1000000Belieferte Einwohner
Extremwertfaktoren fd,max, fh,max
fd,max
fd,max fh,max
DVGW W410 1995
Extremwertfaktoren für Trinkwasser
Maximaler Wasserbedarf einer Kleinstadt
Berechnen Sie Qh,max,max für eine Stadt mit20’000 Einwohner.
Wasserverbrauch im Mittel: qd,m = 0.3 m3 E-1 d-1
Qh,max,max = 0.320’0004=6’0004=24’000m3d-1=0.28m3s-1
Lastfälle der Wasserversorgung
Wasserversorgung:'Jederzeit' genügend hygienisch einwandfreiesTrinkwasser mit genügendem Druck zurVerfügung stellen
Feuerwehr:Zusätzlich genügend Wasser für dieBedürfnisse der Feuerwehr bereitstellen,grösstes Risiko abdecken
Trinkwasser ist ein LebensmittelEs ist deshalb durch Barrieren von der Umwelt abgeschlossen:
Schutzzonen um Fassungsbauwerke Gestaltung der Bauwerke Aufbereitung Sicherung der Anlagen Betriebsdruck
Planungshorizont
Leitungen 40 - 80 Jahre
Speicher 20 - 40 Jahre Aufbereitung 15 - 40 Jahre Ressourcen (Grundwasser) > 50 Jahre
Reduktion des Wasserverbrauchs
Substitution von Trinkwasser
AktivitätWasserbedarf
/ E dTrinkwasser
/ E dRegenwasser
/ E dToilettenspülungBaden / DuschenWäscheKörperpflegeGeschirrspülenGartenTrinken, KochenPutzenAutowaschen
59581811119554
-58-
1111-55-
59-
18--9--4
Total 180 90 90
Statistik BUWAL 1984
Entwicklungsprognosen
Q q Einwohner f fh d mittel d h,max,max , ,max ,max
Bevölkerungswachstum (Abnahme) Änderung in den Industriegebieten Entwicklung des spezifischen Verbrauches,
Wassersparende Massnahmen Entwicklung im saisonalen Gang Veränderung des Tagesganges
(z.B. Bewässerungsverbot)
0
50000
100000
150000
Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
0
40
80
Abwasseranfall Qd in m3 d-1 Niederschlag in mm d-1
Jahresgang des Abwasseranfalles
0
20
40
60
80
100
0 50'000 100'000 150'000
% der Werte
Abwassermenge Qd in m3 d-1
Mittelwert:Qd,m = 35’700 m3 d-1
Qd,80% = 45’000 m3 d-1
Summenhäufigkeit des Abwasseranfalles
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
Mittelwert:rd,m = 3.3 mm d-1
rd,80% = 5.6 mm d-1
rd,50% = 0.1mm d-1
% der Werte
Niederschlag, Tagessumme in mm d-1
Summenhäufigkeit des Niederschlages
0.00
1.00
2.00
0 4 8 12 16 20 24
Schmutzwasser, QSW
Fremdwasser, QFW
QTW,80%
Reserve fürRegenwasser QRW
QARA
QTW,h,max
Uhrzeit
Q in L3 T-1
Tagesgang des Abwasseranfalles
Dimensionierungswassermengeder Kläranlage: QARA
QARA 2 80%Q fd h, ,max
QARA 2 85%Q f QSW d SW h FW, , , ,max
Schweiz:
Deutschland
Abwassermengen
Q Q Q Q Q QTW SW FW H I FW
TW TrockenwetteranfallSW SchmutzwasserFW FremdwasserH Haushalt und KleingewerbeI Industrie und Gewerbe
Q Q f f QTW h SW d m SW d SW h FW, , , , , , , ,max80% 80%
Siedlungsentwässerung
ARA
RÜB
Siedlungsentwässerung
ARA
RÜB
10 h / a50 h / a
2 QTW
200 h / a
2 QTW
8600 h / a
Dimensionierungswassermengen
100 QTW
20 QTW
Typische Werte
Einwohner 1000 10’000 100’000
WasserversorgungQd,max Spitzentag:Qh,max Tagesspitze:
Hauptleitung
m3 d-1
m3 s-1
mm
8000.02250
8’0000.15400
80’0001.2
1000
Bedarf FeuerwehrLöschreserve
m3 s-1
m30.03200
0.1800
0.1-
Abwassermittl. TagesanfallTagesspitze: QTW
m3 d-1
m3 s-1400
0.014’000
0.0940’000
0.8max. Regenwasser
Kanal
m3 s-1
m11
7.52
5020 m2
Lastfall Feuerwehr Ziel:
Grenzkosten der Erweiterung der Wasserversorgung = Grenzkosten (Schaden) von Mangel an Löschwasser
Annahmen: Brandfall mit einer Dauer von 3 hmit Wasserbedarf QFeurwehr
Kritischer Lastfall:Wasserbedarf der Feuerwehr trifft zusammen mit hohem Wasserbedarf der Konsumenten
Fragestellung:Von welchem Wasserbedarf soll ausgegangen werden?
Lastfall Feuerwehr Eine detaillierte Risikoabschätzung würde den Rahmen dieser
Vorlesung sprengen. Frage:
Mit welcher Wahrscheinlichkeit ist ein Brand ein extremes Ereignis und fällt mit einem extremen Wasserbedarf zusammen?
Annahmen:Brand und Trinkwasserbedarf sind nicht korreliert.Jeder 6. Brand ist ein extremes Ereignis WB,ext = 1 / 6und dauert 3 h B,ext = 3 hExtremer Wasserbedarf dauert 1 h pro Tag: h = 1 h
Lastfall Feuerwehr
Wie gross ist die Wahrscheinlichkeit Wh, dass an einem Tag an dem ein Brandfall eintritt, der maximale Wasserbedarf Qh,max und der Brandfall sich überlagern?
Wie gross ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Brand auf einen Tag mit höchstem (Wd,max) oder mindestens mittlerem Wasserbedarf (Wd,m) fällt?
Wd,max = 1 / 365 Wd,m = 180 / 365 = 1/2
61
h24h1h3
)Q|Brand(WTag 1
QBrandmax,h
max,h
Wie gross ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein extremer Brand mit maximalem Tagesbedarf und der Tagesspitze des Bedarfes zusammenfallen?Wh,max,max WB,ext = Wh,max Wd,max WB,ext
= 1/6 1/365 1/6 = 1 / 13‘000Nur bei jedem 13‘000. Brand wird die verfügbare Wassermenge wirklich beansprucht, wenn Qdim = Qh,max,max + QFeuerwehr
Häufig wird von einem kleineren Wasserbedarf ausgegangen: Qdim = Qh,m,max + QFeuerwehr
Die Wahrscheinlichkeit, dass bei einem Brand für ca. 1 h nicht genügend Wasser zur Verfügung steht, beträgt dann ca. 5%.
Lastfall Feuerwehr