DE4104451C2 - Regenüberlaufbauwerk mit einer Meßeinrichtung zur Bestimmung der Überlaufwassermenge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Regenüberlaufbauwerk, insbesondere Regenüberlaufbecken, mit Meß­ einrichtungen zur Bestimmung der Überlaufwassermenge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2.

Während bisher in den zurückliegenden Jahren Über­ laufbauwerke in Mischwasserkanalisation (Regenüber­ läufe, Beckenüberläufe und Klärüberläufe) aus­ schließlich für die Aufgabe der Mischwasser-Ent­ lastung bemessen wurden, besteht zunehmend aufgrund von Vorschriften und Auflagen die Aufgabe, einen Nachweis über die bei Regen entlasteten Wasser­ mengen zu schaffen. Dies erfordert den Einsatz ent­ sprechender Meßeinrichtungen.

Grundsätzlich sind verschiedene Meßeinrichtungen für eine Mengenmessung an Entlastungsanlagen be­ kannt. So gibt es beispielsweise die höhenabhängige Mengenmessung an einer Überlaufschwelle, die ober­ wasserseitig einen Meßwertaufnehmer zur Ermittlung des Wasserstandes bzw. der Überlaufhöhe aufweist. Mittels der Poleni-Formel kann dann die Ent­ lastungsmenge bestimmt werden. Es können Meß­ wertaufnehmer eingesetzt werden, die zum Beispiel als Druckaufnehmer, Echolot oder Einperl-Meßgerät ausgebildet sind.

Ferner sind sogenannte geschwindigkeitsabhängige Meßeinrichtungen bekannt, das heißt, die zu bestim­ mende Wassermenge im definierten Rohrquerschnitt ist von der Strömungsgeschwindigkeit abhängig. Der­ artige Meßeinrichtungen sind zum Beispiel induktive Durchflußmeßgeräte (IDM), die in der Entlastungs­ leitung zum Beispiel zwischen einem Überlaufbauwerk und einem Vorfluter gedükert angeordnet werden. Die Dükerung ist notwendig, damit die als Freispiegel­ leitung ausgebildete Entlastungsleitung stets voll­ gefüllt ist, da nur dann eine richtige Messung er­ folgen kann.

Bei der vorstehend genannten Bestimmung der Über­ laufwassermenge tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß etwa 70 bis 80% der jährlich an einem derarti­ gen Bauwerk entlasteten Mischwassermenge auf rela­ tiv kleine Regenereignisse, das heißt, Regenereig­ nisse mit nur geringen Niederschlagsmengen, basie­ ren. Die verbleibende Mischwassermenge (20-30%) resultiert aus sogenannten Starkregenereignissen, die zu sehr hohen Entlastungsmengen führen. Daraus ergibt sich die Problematik, daß die Meßeinrichtun­ gen sehr große Meßbereiche aufweisen müssen, um das sehr breite Abfluß-Spektrum erfassen zu können. Wird zum Beispiel an einem typischen Entlastungs­ bauwerk bei Starkregen kurzzeitig (zum Beispiel für 10 Minuten) eine Wassermenge von bis zu 10 000 l/s zum Vorfluter abgeschlagen, so kann beim gleichen Bauwerk bei Schwachregen und gegebenenfalls über lange Zeiträume die Entlastungsmenge bei 10 bis 20 l/s liegen. Stets ist jedoch sicherzustellen, daß eine möglichst genaue Messung der Überlaufwasser­ menge erfolgt. Dies ist bei den herkömmlichen Meß­ einrichtungen nicht gegeben.

Das vorstehend erwähnte breite Abfluß-Spektrum er­ fordert Meßbereiche von 1 : 500 bis 1 : 1000, die je­ doch - bei den bekannten Meßeinrichtungen - mit er­ heblichen Meßfehlern, insbesondere im unteren Be­ reich, verbunden sind. Wird zum Beispiel bei einer mit höhenabhängigem Wasserstandsmesser versehenen Meßschwelle eine Überlaufmenge von 10 000 l/s bei einer vorgegebenen Schwellenlänge mit 50 cm Höhe überströmt, so ist bei einer Überströmmenge von 100 l/s oder gar 10 l/s nur mit einer Überfallhöhe im Zentimeter- oder gar im Millimeterbereich zu rech­ nen. Hierdurch wird deutlich, daß Meßfehler ohne weiteres bis zu 100% und mehr auftreten können.

Sinngemäß bewegt sich bei einem induktiven Durch­ flußmesser, der geschwindigkeitsabhängig arbeitet, die Strömungsgeschwindigkeit bei einer Entlastung von zum Beispiel 10 000 l/s bei 12 m/s und bei ei­ ner minimalen Entlastung von zum Beispiel 100 l/s bei 0,1 m/s beziehungsweise bei 10 l/s nur bei 0,01 m/s. Der aufgrund dieses breiten Abfluß-Spektrums auftretende Meßfehler ist gravierend.

Die genannten Meßfehler sind insbesondere im unte­ ren Meßbereich nicht tolerierbar; sie werden den­ noch heute hingenommen, da offensichtlich noch nie­ mand hier Abhilfe geschaffen hat.

Aus dem Prospekt der "Gesellschaft für Meßtechnik", 5520 Bittburg, "Abflußmessung an Schwellen von Regenüberläufen", IFAT 90, München, ist ein Regenüberlaufbauwerk der gattungsgemäßen Art bekannt. Für die Bemessung von Regenentlastungen erfolgt die Bestimmung der Überlaufhöhe einer Überlaufschwelle, wobei die Ermittlung der Überlaufhöhe nicht nur an einer Stelle der Schwelle erfolgt, um daraus dann die gesamte Entlastungsmenge zu ermitteln, da diese vereinfachte Annahme in der Praxis zu falschen Ergebnissen führen kann. Es wird vorgeschlagen, an verschiedenen Stellen der Schwelle die Überlaufhöhe zu bestimmen, da die Wasserspiegellage nicht eben, sondern als Kurve ausgebildet ist. Für die Abflußmengenbestimmung werden mittels mehrerer entlang der Schwelle angeordneter, parallel geschalteter Meßvorrichtungen die Überlaufhöhen bestimmt und mittels einer Formel die gesamte Überlaufwassermenge ermittelt. Bei breiten Abflußspektren, also sehr unterschiedlichen Wassermengen ist mit entsprechend großen Meßfehlern zu rechnen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Regenüberlaufbauwerk der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem mit hoher Genauigkeit die Über­ laufwassermenge trotz des Auftretens eines sehr breiten Abfluß-Spektrums ermittelt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 oder 2 gelöst.

Es sind zwei in Reihe liegende Meßvorrichtungen vorgesehen. Die Auswerteeinrichtung zieht zur Bestimmung der Überlaufwas­ sermenge das Ergebnis der Meßvorrichtung heran, de­ ren Meßbereich nicht überschritten ist und deren Meßergebnis innerhalb des zugehörigen Meßbereichs einen möglichst großen Relativwert darstellt.

Eine Meßvorrichtung ist als Überlaufschwelle mit oberwasserseitigem, höhenabhängigem Meßwertaufneh­ mer und die andere Meßvorrichtung als induktiver Durchflußmesser ausgebildet.

Alternativ ist die zweite Meßvorrichtung als Pumpe, insbesondere als Krei­ sel- oder Schneckenpumpe, ausgebildet, über deren Betriebszeit oder deren zugeordneter Durch­ flußmesser das Meßergebnis bestimmt wird. Die Pumpe ist vorzugsweise für einen intermittierenden Be­ trieb ausgelegt und dazu an Wasserstandshöhenschal­ ter angeschlossen. Wird ein bestimmter Wasserstand überschritten, so tritt die Pumpe in Aktion und senkt dadurch den Wasserspiegel. Unterschreitet der Wasserspiegel einen Mindestwert, so wird die Pumpe ausgeschaltet. Wird allerdings ein Höchstwert über­ schritten, wenn die Förderung der Pumpe nicht aus­ reicht um den Wasserspiegel zu senken, so wird der Meßwert nicht mehr von der Pumpe, sondern von einer anderen Meßvorrichtung zur Bildung der Überlauf­ wassermenge abgenommen, die für eine größere Über­ laufwassermenge ausgelegt ist.

Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung an­ hand mehrerer Ausführungsbeispiele und zwar zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Regenüber­ laufbauwerk nach einem Ausfüh­ rungsbeispiel,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Regenüberlaufbau­ werk der Fig. 1 und

Fig. 3 ein Regenüberlaufbauwerk nach einem wei­ teren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Abb. 1 zeigt ein Ausführungsbei­ spiel eines Regenüberlaufbauwerks 1, das eine Rei­ henschaltung aus einer Überlaufschwelle 2 und einem induktiven Durchflußmesser IDM aufweist. Im einzel­ nen ist ein Staubecken 21 vorgesehen, das von der Überlaufschwelle 2 begrenzt wird. Unterwasserseitig der Überlaufschwelle 2 befindet sich eine Kammer 8 sowie ein Schacht 9, wobei Kammer 8 und Schacht 9 mit einem Meßrohr 11 verbunden sind, das den induk­ tiven Durchflußmesser IDM aufweist. Mit einem durchmessergrößeren Rohr 22, das parallel zum Meß­ rohr 11 liegt, besteht eine weitere Verbindung zwi­ schen der Kammer 8 und dem Schacht 9. Der Schacht 9 ist mit einem Abfluß 10 versehen.

Im Betrieb erfolgt eine Messung der Überlaufwasser­ menge bei kleinen Mengen mittels des induktiven Durchflußmessers IDM (Meßvorrichtung 5). Tritt - zum Beispiel bei einem Starkregen - eine hohe Entla­ stungsmenge auf, so wird nicht der Meßwert des in­ duktiven Durchflußmessers IDM, sondern der eines Meßwertaufnehmers MW (Meßvorrichtung 6) verwendet, der die Überfallhöhe h an der Überlaufschwelle 2 bestimmt. Um zu verhindern, daß bei einer geringen Überlaufwassermenge ein Abwasseranteil das Rohr 22 passiert, also nicht im Meßrohr 11 zur Verfügung steht, kann entweder dem Rohr 22 ein Schieber zuge­ ordnet sein oder eine weitere Überlaufschwelle 2 in der Kammer 8 vorgesehen sein (dies ist in der Fig. 2 gezeigt).

Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Regenüberlaufbauwerks 1 mit einer Überlauf­ schwelle 2, dem ein Meßwertaufnehmer MW (Meßvor­ richtung 6) zugeordnet ist. Unterwasserseitig ist ein Sumpf 23 vorgesehen, in dem eine Pumpe 24 ange­ ordnet ist, die an Wasserstandshöhenschalter 25, 26 und 27 angeschlossen ist. Auf dem untersten Niveau befindet sich der Wasserstandshöhenschalter 25, auf einem mittleren Niveau der Wasserstandshöhenschal­ ter 26 und auf einem höchsten Niveau der Wasser­ standshöhenschalter 27. Der Pumpe 24 ist ein Abfluß 10 über eine Schwelle 28 nachgeschaltet.

Im Betrieb spricht bei relativ kleinen Überlaufwas­ sermengen der Wasserstandshöhenschalter 26 beim Er­ reichen des entsprechenden Niveaus an, der die Pumpe 24 einschaltet. Sinkt dadurch der Wasserstand derart, daß der Wasserstandshöhenschalter 25 an­ spricht, so wird die Pumpe 24 wieder ausgeschaltet. Über die Betriebszeit der Pumpe 24 läßt sich die Überlaufwassermenge ermitteln (Meßvorrichtung 5). Alternativ kann jedoch auch dem Pumpendruckrohr ein Durchflußmesser zugeordnet sein, der die Überlauf­ wassermenge bestimmt. Erreicht - bei einer großen Zulaufmenge - der Wasserstand im Bereich der Pumpe 24 eine Höhe, so daß der Wasserstandshöhenschalter 27 anspricht, so wird die Pumpe 24 ausgeschaltet und zur Überlaufwassermengenbestimmung der Meß­ wertaufnehmer MW herangezogen. Dies erfolgt in üb­ licher Weise mit Hilfe der Poleni-Formel.

Es sei noch auf eine Darstellungsbesonderheit in der Fig. 1 verwiesen, da dort - aus zeichnerischen Gründen - das Rohr 22 oberhalb des Meßrohres 11 wieder­ gegeben ist. In der Realität befinden sich aller­ dings Meßrohr 11 und Meßrohr 12 beziehungsweise Meßrohr 11 und Rohr 22 auf etwa gleicher Höhe.

Claims (2)

1. Regenüberlaufbauwerk, insbesondere Regenüber­ laufbecken, mit Meßvorrichtungen zur Bestimmung der Überlaufwassermenge, von denen mindestens eine ein der Überlaufschwelle zugeordneter Meßwertaufnehmer für die Bestimmung der Überfallhöhe ist, insbesondere für Mischwassersysteme, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - die Meßvorrichtungen (5, 6) haben für größere und kleinere Überlaufwassermengen unterschiedliche Meßbereiche und liegen in Reihe zueinander,
• - die erste Meßvorrichtung (6) für größere Überlaufwassermengen ist der Meßwertaufnehmer (MW) der Überlaufschwelle (2),
• - die zweite Meßvorrichtung (5) für kleinere Überlaufwassermengen ist ein unterwasserseitig vor der ersten angeordneter induktiver Durchflußmesser (IDM) mit einem parallelen Bypassrohr (22), dessen zu frühes Anspringen durch einen Schieber oder eine weitere Überlaufschwelle vor dem Bypasseingang verhindert ist,
• - eine Auswerteeinrichtung zieht das Meßergebnis der zweiten Meßvorrichtung (5) stets heran, wenn deren Meßbereich nicht überschritten ist, ansonsten das Meßergebnis der ersten Meßvorrichtung (6).

2. Regenüberlaufbauwerk, insbesondere Regenüberlaufbecken, mit Meßvorrichtungen zur Bestimmung der Überlaufwassermenge, von denen mindestens eine ein der Überlaufschwelle zugeordneter Meßwertaufnehmer für die Bestimmung der Überfallhöhe ist, insbesondere für Mischwassersysteme, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - die Meßvorrichtungen (5, 6) haben für größere und kleinere Überlaufwassermengen unterschiedliche Meßbereiche und liegen in Reihe zueinander,
• - die erste Meßvorrichtung (6) für größere Überlaufwassermengen ist der Meßwertaufnehmer (MW) der Überlaufschwelle (2),
• - die zweite Meßvorrichtung (5) für kleinere Überlaufwassermengen ist eine Erfassungseinrichtung für die Betriebszeit einer unterwasserseitig vor der ersten Meßvorrichtung (6) angeordneten Pumpe (24) oder ein in das Druckrohr dieser Pumpe eingebauter induktiver Durchflußmesser (IDM), wobei der Motorschalter der Pumpe (24) an drei Wasserstandshöhenschalter (25, 26, 27) auf einem untersten (25), einem mittleren (26) und einem höchsten (27) Niveau angeschlossen ist, der mittlere Wasserstandshöhenschalter (26) das Einschaltsignal und der unterste Wasserstandshöhenschalter (25) das Ausschaltsignal für den Motorschalter der Pumpe (24) gibt und der höchste Wasserstandshöhenschalter (27) das Ausschaltsignal für den Motorschalter der Pumpe (24) und das Einschaltsignal für die erste Meßvorrichtung (6) gibt,
• - eine Auswerteeinrichtung zieht das Meßergebnis der zweiten Meßvorrichtung (5) stets heran, wenn ihr Meßbereich nicht überschritten ist.