Ein probabilistisches Verfahren für die Bestimmung ablagerungskritischer Teilbereiche einer Mischkanalisation

• A probabilistic approach for the identification of areas with risk of sedimentation in combined sewerages

Staufer, Philipp; Pinnekamp, Johannes (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2010, 2011)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2010

Kurzfassung

Durch Regenabfluss remobilisierte Ablagerungen in der Mischkanalisation tragen signifikant zu den über Mischwasserentlastungen in Gewässer eingetragenen Frachten bei. Vor dem Hintergrund der demographischen Entwicklung in Deutschland und den Veränderungen der Niederschlagshäufigkeiten und -intensitäten durch den prognostizierten Klimawandel ist eine Verschärfung der negativen Folgen von Ablagerungen zu erwarten. Mit konstruktiven und betrieblichen Maßnahmen kann die in der Regel lokal begrenzte und zeitlich schwankende Ablagerungsbildung reduziert bzw. vermieden werden. Informationen über die Lage der Ablagerungen können durch Inaugenscheinnahme oder mathematischer Modellierung gewonnen werden. Beide Vorgehensweisen sind allerdings mit beträchtlichen Aufwendungen verbunden Gegen den Einsatz der deterministischen Stofftransportsimulation in der Mischkanalisation spricht, dass die zugrunde liegenden Modelle mit hohen Unsicherheiten behaftet sind. Um dennoch mit mathematischen Modellen die ablagerungskritischen Teilbereiche effizient erkennen zu können, bietet sich die hydrologisch-stochastische Stofftransportsimulation an. Sie verzichtet auf einen eindeutigen durch Kalibrierung gewonnen Parametersatz für das Stofftransportmodell und variiert die Parameter stattdessen bei der Durchführung einer Vielzahl von Berechnungsläufen. Ziel der durchgeführten Untersuchungen war es, mit der Entwicklung einer systematischen Vorgehensweise (1) den Umfang der Ablagerungsbildung in der Mischkanalisation, der die Schmutzfrachtdynamik beeinflusst, abzubilden und (2) die ablagerungskritischen Teilbereiche eines Mischwassernetzes zu identifizieren.Durch Felduntersuchungen in einer Mischwasserkanalisation wurden leicht erodierbarer Sedimente als der wesentliche stoffliche Prozess identifiziert, der die Variation in der Schmutzfrachtdynamik verursacht. Aus den Erkenntnissen der Felduntersuchungen wurde ein hydrologisch-stochastisches Stofftransportmodell erstellt. Das gegliederte Modell betrachtet ein Gesamtnetz einschließlich der kleinen Durchmesserklassen (kleiner-gleich DN 300), die fast 50% der Gesamtlänge des Mischwassernetzes ausmachen, konzeptionell ab. Aus den mathematischen Untersuchungen zur Ablagerungsbildung, deren Ergebnisse der Situation einer realen Mischkanalisation gegenübergestellt wurden, konnten folgende Erkenntnisse gewonnen werden: (1) Der berechnete Umfang der ablagerungskritischen Teilbereiche in Summe von 2.998 m Länge stimmt gut mit dem durch Inspektionen ermitteltem Wert von 3.121 m überein. (2) Die Modellbeschreibung des Eintrags und der Stofftransportprozesse von groben organischen Sedimenten konnte die beobachteten realen Ablagerungsverhältnisse in den Anfangssträngen zutreffend abbilden. Damit ist die Bewertung der Auswirkungen intermittierender Abflüsse und des Rückganges des Schmutzwasseranfalls, die insbesondere Abschnitte mit geringen Fließtiefen betreffen, auf die Ablagerungsbildung erfolgreich.

Einrichtungen

• Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Wassergütewirtschaft und Institut für Siedlungswasserwirtschaft [314110]