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Mess- und Drosseleinrichtungen an Regenbecken Aufgrund rechtlicher und betrieblicher Anforderungen werden Abwasseranlagen zunehmend mit Durchflussmesseinrichtungen ausgerüstet. Damit gewinnt die Messung von Volumenströmen und die Kalibrierung der Anlagen zunehmend an Bedeutung. Da auf diesem Gebiet noch erhebliche Verbesserungspotenziale bestehen, veranstaltete der Landesverband der ATV in Nordrhein-Westfalen am 27. Oktober 2004 einen Info-Tag zu diesem Zukunftsthema im IKT – Institut für Unterirdische Infrastruktur in Gelsenkirchen. Aus seinen langjährigen Erfahrungen beim StUA Minden berichtete Hr. Dipl.-Ing. Sürder über Anforderungen an die Auswertung und Überprüfung von Mess- und Drosseleinrichtungen an Regenbecken. |
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Mess- und Drosseleinrichtungen an Regenbecken 1.Einleitung Aufgrund der begrenzten Leistungsfähigkeit von Kanalisationen und zur Beschränkung des Zuflusses zur Kläranlage werden im Kanalnetz in der Regel Speicherräume in Form von Regenbecken in Verbindung mit Drosselorganen zur Regulierung des Abflusses angeordnet. Die Regulierung des Drosseldurchflusses beeinflusst maßgeblich den Betrieb und die Entlastungstätigkeit von Regenbecken und Regenentlastungsanlagen. Nicht zuletzt hängt von der ordnungsgemäßen Funktion der Drosselorgane auch der ungestörte Betrieb der Kläranlagen ab. Damit diese Bauwerke der Kanalisation und die aufnehmende Kläranlage die gestellten Anforderungen für den Gewässerschutz erfüllen können, sind sie ordnungsgemäß zu überwachen und zu betreiben. Für die Selbstüberwachung von Kanalisationen wurde vom Ministerium für Umwelt, Raumordnung und Landwirtschaft des Landes Nordrhein-Westfalen die “Verordnung zur Selbstüberwachung von Kanalisationen und Einleitungen von Abwasser aus Kanalisationen im Mischsystem und im Trennsystem - Selbstüberwachungsverordnung Kanal, SüwV Kan - vom 16. Januar 1995“ gemäß § 57 LWG bekannt gemacht und eingeführt. Sie schreibt im § 3 unter anderem eine Überwachung der wesentlichen Einleitungen und der wichtigsten Regenbecken mit Wasserstandsmessern vor. Weiterhin werden geeignete Auswertungen der damit gewonnenen Messdaten verlangt, die eine Ermittlung der Entlastungstätigkeiten ermöglichen. In der Anlage zur SüwV Kan wird eine Überprüfung von Drosseln an Regenüberläufen sowie eine hydraulische Kalibrierung der Drosselorgane von Regenklärbecken, Regenüberlaufbecken, Stauraumkanälen und Regenrückhaltebecken verlangt. Die Umsetzung der Forderungen bereitet in der Praxis häufig eine Reihe von Schwierigkeiten. Insgesamt ist auf dem Feld der Drosselkalibrierung und der Wasserstandsmessung erheblicher Handlungsbedarf gegeben. Dies verdeutlicht u.a. die Anzahl der in NRW betroffenen Bauwerke: |
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Tab. 1:Anzahl der Regenbecken in NRW (Quelle: REBEKA) |
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2.Grundsätzliche Vorgehensweise des StUA Minden/StAfUA OWL Im Rahmen der Gewässeraufsicht nach § 116 LWG wurde in den letzten Jahren verstärkt die Überprüfung der Regenbecken mit dem Schwerpunkt der Einhaltung der Vorgaben der Selbstüberwachungsverordnung Kanal durchgeführt. Neben der Überprüfung der Vorgaben für
wurde insbesondere den Bereichen
verstärkt Aufmerksamkeit geschenkt. Im Zuge der Auswertung der Selbstüberwachungsberichte wurde festgestellt, dass u.a. im Bereich der Drosselkalibrierung und der Wasserstandsmessung erhebliche Defizite vorhanden sind. Dies deckte sich auch mit den Erkenntnissen aus der Überprüfung des Betriebs der Regenbecken:
Mangels konkreter Vorgaben in NRW ist dann den Betreibern 2001 empfohlen worden, die Drosselkalibrierung analog zum „Merkblatt zur Abwassereigenkontrollverordnung“ des Landes Hessen durchzuführen. (www.mulf.hessen.de). Mittlerweile liegt auch für NRW ein entsprechender Fachbericht des LUA NRW vor (www.lua.nrw.de). Eine Arbeitsgruppe erstellt darüber hinaus zur Zeit ein entsprechendes Papier zur Wasserstandsmessung. Eine Veröffentlichung soll in 2004 erfolgen. |
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3. Drosselkalibrierung Konsequenzen aus einer Fehlfunktion der Drossel: bei Unterschreiten der Drosselwassermenge:
bei Überschreitung der Drosselwassermenge:
Nach den bisher im Dienstbezirk vorliegenden Erkenntnissen arbeiten rd. 60 % der Drosselorgane bei Regenüberlaufbecken und Stauraumkanälen außerhalb des Toleranzbereichs von 20 %. Dabei ist festzustellen, dass überwiegend der Bereich nach oben hin überschritten wird. Die Größenordnungen sind erheblich, sie reichen bis zu einigen 100 Prozent der zulässigen Drosselwassermenge. In diesem Zusammenhang muss darauf hingewiesen werden, dass in diesen Fällen bei einer Neueinstellung der Drossel auf den zulässigen Bereich, d.h. eine Verminderung der bisher abgeleiteten Mengen, ein „neues“(altes) Problem auftauchen könnte: Die Ableitung zu hoher Mengen hat bisher „verschleiert“, dass das betreffende Mischwassernetz fremdwasserbelastet ist. Wird die Drossel jetzt auf ein vermindertes Maß eingestellt, werden die Einstauhäufigkeiten, die Einstauzeiten und in nicht wenigen Fällen auch die Überlaufanzahl und damit die Überlaufmengen ansteigen. Insofern ist es wichtig, dass die Sonderbauwerke und das zugehörige Netz immer als Einheit angesehen werden. Im Hinblick auf die ersten Ergebnisse der Kalibrierung wird dringend empfohlen, nach der Installation einer Drossel immer eine Erstkalibrierung ausführen zu lassen und die Ergebnisse mit in die Gewährleistung einzubeziehen. Die Kalibrierung kann nach folgender Priorität durchgeführt werden: |
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Tab. 2: Vorschlag zur Priorität der Kalibrierung |
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Die Selbstüberwachungsverordnung lässt die Möglichkeit von abweichenden Häufigkeiten und verringertem Umfang durchaus zu (§ 2 Abs.2 SüwV Kan: Häufigkeit ; § 6 SüwV Kan: Umfang). Die SüwV Kan differenziert in ihren Festlegungen nicht nach Drosseltypen, auch wird der Begriff der Erstprüfung einer Drosseleinrichtung nicht genannt. Im Fachbericht 6/2003 des LUA NRW ist eine präzisierende Übersicht enthalten: |
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Tab. 3: Überblick über die vorzunehmenden Überprüfungen nach LUA Fachbericht 6/2003 |
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Es wird empfohlen, die entsprechenden Maßnahmen immer mit der zuständigen Wasserbehörde und dem StUA/StAfUA abzustimmen. Zeigt das Ergebnis der Kalibrierung Werte, die außerhalb der Toleranzgrenze liegen, so ist nicht in jedem Fall eine Neueinstellung bzw. eine Sanierung der Drosseleinrichtung erforderlich. Hier sollte im ersten Schritt versucht werden, das betreffende Mischwassernetz über eine aktuelle Berechnung, z.B. mit Hilfe einer Langzeitsimulation nachzuweisen. Dabei kann auch die Möglichkeit geprüft werden, die zugehörige Abwasserbehandlungsanlage mit einem erhöhtem Mischwasservolumenstrom zu beschicken. |
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4. Wasserstandsmessung In § 3 der SüwV Kan sind die technische Überwachung der Einleitungen und die zu überwachenden Bauwerke wie folgt festgelegt : „Bei wesentlichen Abwassereinleitungen gemäß § 1 Abs. 1 Nr. 2, die in der Anweisung zur Selbstüberwachung festzulegen sind, sind bei den wichtigsten Regenklärbecken, Regenüberlaufbecken und Stauraumkanälen eines Kanalisationsnetzes zur Überwachung kontinuierlich aufzeichnende Wasserstandsmessgeräte einzubauen. Durch geeignete Auswertungen der Füllstände und Benutzungszeiten sind Überlaufmengen, Dauer und Häufigkeit und bei Bedarf die zur Abwasserbehandlungsanlage weitergeleiteten Abwassermengen zu ermitteln.“ Aus Sicht des StUA ist hier eine Konkretisierung der Begriffe unbedingt erforderlich, vor allem, um vergleichbare Daten zu den Entlastungen zu bekommen. In der Arbeitsgruppe wurde folgende Festlegung der „Wesentlichen Einleitungen“ und der „Wichtigsten Bauwerke“ abgestimmt: Zu den wesentlichen Abwassereinleitungen aus Entlastungsbauwerken von Kanalisationsnetzen gehören aus Gewässersicht:
Bei der Bestimmung, welche den wesentlichen Einleitungen zuzuordnenden Entlastungsbauwerke wichtig sind, ist zu prüfen, ob diese aus Sicht des Kanalnetzes, d.h. aus abwassertechnischer Sicht wichtig sind. Dazu gehören:
Eine Entscheidungshilfe für die Festlegung kann auch das Ergebnis der Simulation eines Mischwassernetzes sein. Hier kann man Entlastungsschwerpunkte erkennen und dementsprechend ausrüsten. Ziel der Datengewinnung und Auswertung soll es zunächst sein, für die betrachtete Entlastung die Betriebsdaten eines Jahres zu ermitteln. Dies führt dazu, dass für die Becken eines Entwässerungssystems nach einigen Jahren eine Historie vorhanden ist; d.h. durch den Vergleich der jeweils betrachteten Zeiteinheit sind Abweichungen im Betriebsverhalten des einzelnen Beckens erkennbar. Durch diesen Vergleich ist die Stellung und Funktion der einzelnen Entlastung in einen Netz zu bewerten. Dazu ist es erforderlich, dass eine Auswertung nach einheitlichen Kriterien erfolgt. Darüber hinaus hat die Wasserstandsmessung auch Synergieeffekte, da die Daten und Signale auch anderweitig vom Betreiber benutzt und verarbeitet werden können. Als Beispiele seien hier genannt:
In der SüwV- Kan wird die Berechnung der Überlaufmengen aus den Füllständen und Benutzungszeiten gefordert. Bei der Berechnung der Überlaufmengen ist allerdings größte Vorsicht geboten, die Fehlerquellen sind vielfältig, daher sollten die berechneten Mengen als grobe Schätzwerte angesehen werden. So werden z.B. Entlastungsschwellen auf Sicherheit ausgelegt, um Rückstau in das Netz zu verhindern. Dies führt dann zwangsläufig zu sehr langen Schwellen mit geringen Überfallhöhen. Berücksichtigt man, dass eine Vielzahl von Entlastungsereignissen nur kleine Mengen und damit geringe Überfallhöhen bringen, ist die Anforderung an die Messtechnik enorm. Weitere Einflussgrößen bei der Berechnung der Mengen aus den Wasserständen sind:
Eine mögliche Lösung wären hier aufgelöste Schwellen, welche die oft auftretenden geringen Abflüsse konzentrieren und dabei ausreichend Überfallhöhe erzeugen. Darüber hinaus sind Überlaufmengen als isolierter Wert nicht unbedingt hilfreich. Welche Aussage hat eine entlastete Menge in m3? Um hier vergleichen zu können, wäre es erforderlich, die Überlaufmenge auf einen vergleichbaren Maßstab zu beziehen, z.B. entlastete Menge zu Fläche ( m3/haAred). Damit werden aber neue Fehlerquellen aktiviert. Besser und insbesondere weniger fehleranfällig erscheint eine Bewertung [1] anhand folgender Parameter:
Einstauhäufigkeit und Dauer sind bei sinnvoller Anordnung der Messgeräte mit geringen Fehlern behaftet. Hier ist die Festlegung eines Mindest- oder Grenzwasserstandes, ab dem der Einstau beginnt, der entscheidende Schritt. Dies gilt insbesondere für Nebenschlussbecken. Bei der Bestimmung der Überlaufhäufigkeit und der Überlaufdauer nimmt die Anfälligkeit für Fehler zu. Diese Daten werden u.a. beeinflusst von der
Die entscheidende Frage ist, wann beginnt und wann endet ein Überlaufereignis? Insbesondere im Bereich der Schwelle ist erkennbar, dass es aufgrund verschiedener Ursachen zu einer Unschärfe bei den Häufigkeiten kommt [2]. Um dieser Unschärfe Rechnung zu tragen, wird empfohlen, nicht die geodätisch “richtige“ Höhenlage der Schwelle zugrunde zu legen, sondern zu definieren, dass eine Entlastung beginnt, wenn eine Ordinate von „x“ cm unterhalb der Schwelle überschritten wird. Die Entlastung endet dann, wenn diese Ordinate wieder unterschritten wird. Während es kurzfristiges Ziel sein sollte, dass jeder Betreiber für seine Becken eine Historie erstellt, sollte es mittelfristig Ziel sein, alle Entlastungen eines Betreibers untereinander zu vergleichen und bewerten zu können. Langfristig ist anzustreben, alle Entlastungen einem ggf. landesweiten Ranking zu unterziehen. Hier könnte bereits jetzt auf der Grundlage verifizierter Daten der Entlastungen z.B. in NRW, eine Ranking-Gerüst für
etc erarbeitet werden, in welches jeder Betreiber seine Becken einordnen und bewerten kann. Unbedingt erforderlich ist, dass Rohdaten gespeichert werden. Es sollte unbedingt davon Abstand genommen werden, berechnete Wassermengen zu speichern. Damit sind spätere Korrekturen; z.B. bei einem Fehler in der Nullpunktbestimmung nicht mehr korrigierbar. Mit diesen gespeicherten Wasserständen kann man dann auch jederzeit die Mengen berechnen. Die Auswertung der Messdaten soll es ermöglichen, mit relativ wenigen, komprimierten Daten das Betriebsverhalten eines Regenbeckens zu überprüfen. Gerade den kleineren Betreibern ist es allerdings aus verschiedenen Gründen nicht möglich, eigene Auswertungen zu erstellen. Hier sind dann auch die Ingenieurbüros gefragt, die diese Aufgabe als Dienstleistung anbieten. Generell ist auf eine möglichst zeitnahe Verifizierung der Daten zu achten, damit werden Ausfallzeiten und Lücken in den Daten minimiert. Darüber hinaus sollten in die entsprechende Software auch Warnfunktionen bei nicht plausiblen Werten eingebaut werden. Oft wird in den Betriebsstellen eine vordergründig „tolle“ Auswertesoftware installiert, die auf Knopfdruck Ergebnisse liefert. Hier sind aber Fehler im wahrsten Sinne des Wortes vorprogrammiert. Da die vordergründig „exakte“ Angabe von Ergebnissen eine Genauigkeit vorspiegelt, die in der Realität nicht vorhanden ist, beschäftigt sich der Betreiber dann nicht mehr mit den für das Ergebnis wesentlichen Randbedingungen. Dies sind z.B. die hydraulischen Verhältnisse im Bereich der Schwelle, die Festlegung des Einstaubeginns, die Kontrolle der Höhenlage der Schwelle, Sondennullpunkt. Wichtig ist auch eine weitgehende Visualisierung der Ergebnisse, hier sollte die Möglichkeit vorhanden sein, Ganglinien des Wasserstandes, Histogramme von Häufigkeit und Dauer der Wasserstände in frei wählbarer zeitlicher Auflösung zu erstellen. Die wesentlichen Aufgaben im Bereich der Wasserstandsmessung dürften in den nächsten Jahren verstärkt dort liegen, wo es um die Verifizierung und Auswertung der Daten geht. Hier sind unbedingt einheitliche Vorgaben erforderlich, um die Daten schlussendlich miteinander vergleichen zu können. Aber auch der Bereich der Bewertung erfordert konkrete Vorgaben, damit es dem Betreiber möglich ist, das Betriebsverhalten der jeweiligen Becken einordnen zu können. |
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| [1] Willems, G. und Hinzmann, U Auswertung von Wasserstandsmessungen an Regenbecken, GWF Wasser-Abwasser 2001 S. 761 bis 766 | ||
| [2] Brombach, H. und Schütz, A. Eigenkontrolle von Regenentlastungsanlagen KA 1990, S.1165 bis S.1174 | ||
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Für
weitere Informationen Thomas Sürder StAfUA OWL Büntestraße 1 32423 Minden 0571-808258 |
