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Dr.-Ing. Ulrich Dittmer
Institut für Siedlungswasserbau,
Wassergüte- und Abfallwirtschaft
Universität Stuttgart
Fachliche Grundlagen für den
Betrieb von Regenüberlaufbecken
Inhaltsübersicht
Grundlagen der Entwässerung im MischsystemPrinzip MS – Abflussmengen - Notwendigkeit von RÜB – Funktion, Arten Anordnung -
Betriebszustände
Bauformen und Bauwerkskomponenten von RÜB
Maschinen- und elektrotechnische Ausrüstung
Bedeutung des Drosselabflusses
Entlastungsaktivität
Grundlagen – Prinzip des Mischsystems
Abwasser aus Haushalten,
Gewerben und Industrie
zusammen mit Fremdwasser
und Niederschlagswasser
Sammlung und Ableitung in
einem gemeinsamen Kanal
Bei Regen sehr große
Abflüsse:
→ Können nicht alle in Kläranlage
behandelt werden
→ Bauwerke zur
Zwischenspeicherung notwendig!
Bildquelle: DWA, Betrieb von Regenüberlaufbecken
Konventionelles System
Grundlagen - modifiziertes Mischsystem
In Neubaugebieten
Gering verschmutztes
Niederschlagswasser wird
versickert oder in Gewässer
eingeleitet
Stärker verschmutztes
Niederschlagswasser wird zur
Kläranlage geleitet
Behandlungsbedarf des
Niederschlagswassers
abhängig von
• Herkunftsfläche
• Belastbarkeit des Gewässers
Bildquelle: DWA, Betrieb von Regenüberlaufbecken
Modifiziertes System
Grundlagen - Abflusskomponenten
Häusliches Schmutzwasser aus privaten Haushalten, Schulen,
Kleingewerbe
QH
QG
QR
QF
Gewerbliches Schmutzwasser aus Industrie und Gewerbe
Regenwasserbei Regen von befestigten Flächen
abfließendes Wasser
Bildquelle: Dr. Percher AG
QGes Fremdwasser
eindringendes Grundwasser, Bach-/Quell-
wasser und Außengebietszuflüsse
Grundlagen – Abflussmengen: Regenspende
Beispiel: Messstation Schömberg (Baden-Württemberg)
Grundlagen – Abflussmengen: Regenspende
Quelle: DWA, Betrieb von Regenüberlaufbecken
Beispiel: Messstation Schömberg (Baden-Württemberg)
Nachfolgende Vergleiche vernachlässigen
Verlust bei Abflussbildung (Regen = Abfluss)
Grundsätzliche Schlussfolgerungen sind davon
unberührt
über Anteil Dauer
über Anteil Volumen
Grundlagen – Abflussmengen: Regenspende
Quelle: DWA, Betrieb von Regenüberlaufbecken
Beispiel: Messstation Schömberg (Baden-Württemberg)
Vergleich mit Bemessung der KA (QM):
qR = 0,5 bis 2 l/(s*ha)
20 bis 40 % des Volumens werden ohne
Zwischenspeicherung in der KA mitbehandelt
großer Einfluss von QM Reserven auf der
KA unbedingt ausnutzen
Vollständige Behandlung unwirtschaftlich
qr
Grundlagen – Abflussmengen: Regenspende
Quelle: DWA, Betrieb von Regenüberlaufbecken
Beispiel: Messstation Schömberg (Baden-Württemberg)
Vergleich mit Kanalnetzbemessung (Q0):
rD,n = ca. 100 bis 200 l/(s*ha)
Starkregen (n < 1/a) liefern nur geringen Anteil
des gesamten Abflussvolumens (< 1 %)
Grundlagen – Abflussmengen: Regenspende
Quelle: DWA, Betrieb von Regenüberlaufbecken
Beispiel: Messstation Schömberg (Baden-Württemberg)
Festlegung von rkrit :
Nicht alle abgeleiteten Abflüsse können
behandelt werden.
Sinnvolle Grenze unter Abwägung von ökol.
und ökon. Belangen.
rkrit
Bei rkrit = 15 l/(s*ha) werden nur
10 bis 20 Vol.-% enlastet.
Verdopplung von rkrit erhöht
behandeltes Vol. nur wenig.
Grundlagen – Notwendigkeit von
Regenüberlaufbecken
Bei Starkregen müssen
Kanäle etwa 100 bis 200l/(s·ha) ableiten können
An Regenüberläufen wird der
Abfluss auf Qkrit reduziert
Kläranlagen können das
3 bis 9fache von QS
zuzüglich QF aufnehmenQS
= 3 bis 9 ∙ +
= ca. 100 bis 200 l/(s·ha)
QF
rbem
rkrit = 15 bis 45 l/(s·ha)
QM
Kläranlagen können damit im Mittel einen Regenabfluss von
etwa 1 bis 2 l/(s·ha) mitbehandeln (qr)
Grundlagen – Notwendigkeit von
Regenüberlaufbecken
QMist sehr viel
größer als
Der Abzuleitende
AbflussQGes
den die Kläranlage
aufnehmen kann
Regenwasserentlastungsanlagen zur Begrenzung des
Abflusses sind nötig!
Abflüsse, die den Bemessungszufluss der Kläranlage (QM)
übersteigen, werden in Regenüberlaufbecken (RÜB)
zwischengespeichert
Nicht immer wird der Abfluss an einem RÜ oberhalb
vorentlastet
Grundlagen – Notwendigkeit von
Regenüberlaufbecken
QMist sehr viel
größer als
Der Abzuleitende
AbflussQGes
den die Kläranlage
aufnehmen kann
Regenwasserentlastungsanlagen zur Begrenzung des
Abflusses sind nötig!
Nach dem Regenereignis wird das gespeicherte Volumen zur
Kläranlage weitergeleitet und dort behandelt
Bei größeren Regenfällen (nicht unbedingt „Starkregen“) laufen
RÜB über. Das ist unvermeidbar.
Überlaufhäufigkeit: 18 bis 36 mal pro Jahr. Nicht verwechseln mit
Überstau bei Überlastung des Kanalnetzes (nSoll < 1 pro Jahr)
Volumen- und Frachtbilanz
Abflussaufteilung
an RÜ und RÜB
Kläranlage
Gewässer
15%
40%
85%
60%
92%
80%
8%
20%
8%
80%
Landesverband Baden-
Württemberg
• ideale Standardnetze:
Anteil CSB-Fracht
ca. 40% bis 60%
• akute Wirkung / kleine
Gewässer
• Relevanter Belastungspfad
• Das Standardnetz ist die
Ausnahme
• Im Einzelfall wissen wir
wenig
Grundlagen - Funktionen
Arten von Regenüberlaufbecken
• Fangbecken
• Durchlaufbecken
Fangbecken bei ausgeprägtem Spülstoß
• bei kleinen Einzugsgebieten bis 20 ha und
• kurzen Fließzeiten bis 15 min
Durchlaufbecken bei gleichmäßiger Verschmutzungskonzentration
• Größere Einzugsgebiete
• Gebiete mit Entlastungsanlagen oberhalb
Grundlagen - Fangbecken
Fangbecken speichern stark verschmutzte Abflussanteile zu
Beginn des Regens (Spülstoß)
Wenn das Becken voll ist, wird über den Beckenüberlauf in das
Gewässer entlastet
Anordnung des Beckenüberlaufs im Zulaufbereich, um
Durchmischung mit stark verschmutztem Inhalt zu vermeiden
Grundlagen – Durchlaufbecken (DB)
Zusätzlich zur Zwischenspeicherung wird in DB der größte Teil des
Entlastungsabflusses durch Absetzen gereinigt.
Durchlaufbecken besitzen einen Klärüberlauf (KÜ) um
vorgereinigtes Mischwasser in das Gewässer abzuleiten
Der Abfluss über den KÜ und damit der Durchfluss durch das DB
werden begrenzt.
→ ausreichenden Aufenthaltszeit für Absetzvorgang
→ Vermeidung der Aufwirbelung abgesetzter Stoffe
Größere Abflüsse werden vor dem Becken über den BÜ entlastet.
Grundlagen - Verbundbecken
Kombination aus Fang- und Durchlaufbecken
Besitzt sowohl einen Fang- also auch einen Klärteil
Zu Beginn eines Regenereignisses wird ankommendes
Mischwasser mit verschmutzten Spülstoß im Fangteil gespeichert
Nach Füllung des Fangteils durchfließt dann ankommendes
weniger verschmutztes Mischwasser den Klärteil und wird
mechanisch gereinigt
Mechanisch vorgereinigtes Wasser wird über den Klärüberlauf ins
Gewässer geleitet
Grundlagen – Anordnung in Haupt- und
Nebenschluss
Im Hauptschluss durchfließt der Trockenwetterabfluss das
Becken
Übersteigt bei Regenwetter der Zufluss zum Becken den
maximalen Drosselabfluss, füllt sich das Becken
Beckenkammer und Kanalnetz füllen und entleeren sich zeitgleich
(hydraulische Kopplung)
Grundlagen - Fangbecken im Hauptschluss
Bildquelle: DWA, Betrieb von Regenüberlaufbecken
Grundlagen - Durchlaufbecken im Hauptschluss
Bildquelle: DWA, Betrieb
von Regenüberlaufbecken
Grundlagen - Anordnung
Im Nebenschluss wird Trockenwetterabfluss durch ein
Trennbauwerk am Becken vorbeigeführt
Bei einem Regenereignis steigt der Wasserspiegel im
Trennbauwerk Überlauf von Mischwasser in das Becken
Nach Regenende muss zunächst der Wasserspiegel im Kanalnetz
sinken, bevor das Becken entleert wird (hydraulische
Entkoppelung)
RÜB im Nebenschluss werden meist durch Pumpen entleert.
Grundlagen - Fangbecken im Nebenschluss
Bildquelle: DWA,
Betrieb von
Regenüberlaufbecken
Grundlagen - Durchlaufbecken im Nebenschluss
Bildquelle: DWA, Betrieb
von Regenüberlaufbecken
Grundlagen - Betriebszustände
Beispiel: Durchlaufbecken im Hauptschluss
Bei Trockenwetter durchfließt der Trockenwetterabfluss in offener
Rinne das Becken
Weil der Zufluss zum Becken kleiner ist als Drosselabfluss,
QDrkleiner alsQZu
...wird er komplett in Richtung Kläranlage weitergeleitet
Grundlagen - Betriebszustände
Bildquelle: DWA, Betrieb von Regenüberlaufbecken
Grundlagen - Betriebszustände
Wenn bei Regen der Zufluss zum Becken den Drosselabfluss
übersteigt,
QDrgrößer alsQZu
...kommt es zu Rückstau vor Drosselorgan
→ Das Becken beginnt sich zu füllen
Grundlagen - Betriebszustände
Bildquelle: DWA, Betrieb von Regenüberlaufbecken
Grundlagen - Betriebszustände
Wenn der Zufluss zum Becken längere Zeit den Drosselabfluss
überschreitet,
QDrgrößer alsQZu
... erreicht irgendwann der Wasserstand im Becken die Höhe des
Klärüberlaufs
→ Der Klärüberlauf springt an
→ Über den KÜ wird Mischwasser entlastet, das durch Absetzen der
Feststoffe teilweise gereinigt ist.
→ Damit das Absetzen funktioniert, wird der Abfluss über den KÜ
begrenzt (hier durch einen Schlitz)
Grundlagen - Betriebszustände
Bildquelle: DWA, Betrieb von Regenüberlaufbecken
Grundlagen - Betriebszustände
Wenn das DB voll ist und der Zufluss den kritischen
Mischwasserabfluss (Qkrit) überschreitet,
QKritgrößer alsQZu
... steigt der Wasserstand im Becken auf die Höhe des
Beckenüberlaufs BÜ)
→ BÜ springt an
→ völlig unbehandeltes Mischwasser wird entlastet
Dieser Zustand ist sehr selten!
Grundlagen - Betriebszustände
Bildquelle: DWA, Betrieb von Regenüberlaufbecken
Grundlagen - Betriebszustände
Sobald der Zufluss den Drosselabfluss wieder unterschreitet,
QDrkleiner alsQZu
... entleert sich das Becken selbstständig
Grundlagen - Betriebszustände
Bildquelle: DWA, Betrieb von Regenüberlaufbecken
Grundlagen - Betriebszustände
Die abgesetzten Stoffe müssen nach dem Regen zur Kläranlage
weitertransportiert werden
Dazu werden sie
entweder am Ende der Entleerung durch Strömungserzeuger
aufgewirbelt
oder nach der Entleerung durch Schwallspüleinrichtungen
ausgespült ( siehe Beispiel)
Betriebszustände - Spülung
Bildquelle: DWA, Betrieb von Regenüberlaufbecken
Betriebszustände - Spülung
Bildquelle: DWA, Betrieb von Regenüberlaufbecken
zur Gliederung
Betriebszustände - Durchlaufbecken im NS
Bildquelle: DWA, Betrieb von Regenüberlaufbecken
Betriebszustände - Durchlaufbecken im NS
Bildquelle: DWA, Betrieb von Regenüberlaufbecken
Betriebszustände - Durchlaufbecken im NS
Bildquelle: DWA, Betrieb von Regenüberlaufbecken
Betriebszustände - Durchlaufbecken im NS
Bildquelle: DWA, Betrieb von Regenüberlaufbecken
Betriebszustände - Fangbecken im HS
Bildquelle: DWA, Betrieb von Regenüberlaufbecken
Betriebszustände - Fangbecken im HS
Bildquelle: DWA, Betrieb von Regenüberlaufbecken
Betriebszustände - Fangbecken im HS
Bildquelle: DWA, Betrieb von Regenüberlaufbecken
Betriebszustände - Fangbecken im HS
Bildquelle: DWA, Betrieb von Regenüberlaufbecken
Betriebszustände - Fangbecken im NS
Bildquelle: DWA,
Betrieb von
Regenüberlaufbecken
Betriebszustände - Fangbecken im NS
Bildquelle: DWA,
Betrieb von
Regenüberlaufbecken
Betriebszustände - Fangbecken im NS
Bildquelle: DWA,
Betrieb von
Regenüberlaufbecken
Betriebszustände - Fangbecken im NS
Bildquelle: DWA,
Betrieb von
Regenüberlaufbecken
Betriebszustände - Fangbecken im NS
Bildquelle: DWA,
Betrieb von
Regenüberlaufbecken
zur Gliederung
Maschinen- und elektrotechnische Ausrüstung
Maschinentechnik
• Drosselorgane
• Reinigungseinrichtungen
Elektrotechnik
• Messeinrichtungen
• Fernüberwachung und Fernwirktechnik
Maschinen- und elektrotechnische Ausrüstung -
Drosselorgane
Drosselorgan
• Zur Begrenzung des an die Kläranlage weitergeleiteten Abflusses
• Abfluss sollte möglichst konstant gehalten werden
• Wichtigste maschinentechnische Einrichtung des RÜB
Bildquelle: bgu- Umweltschutzanlagen GmbH
Maschinen- und elektrotechnische Ausrüstung -
Drosselorgane
Unterscheidungsmerkmale von Drosselorganen
Passive Drosseln (Rohrdrosseln und feste Schieber) können den Abflussquerschnitt nicht verändern
• Ablauf wächst mit Quadratwurzel des Wasserstandes (Torricelli)
• Kein Einsatz von Rohrdrosseln an RÜB
• Feste Schieber ungeeignet zur Drosselung (Verlegungsgefahr)
Aktive Drosseln können den Abflussquerschnitt verändern
→ Steilere Abflusskurven und konstanterer Durchfluss erreichbar
Maschinen- und elektrotechnische Ausrüstung -
Drosselorgane
Unterscheidungsmerkmale von Drosselorganen
Steuerung Veränderungen des Wasserstandes vor Drosseleinlauf wird entgegengewirkt
(hydraulisch oder hydraulisch-mechanisch)
• Kernproblem Steuerung: unbekannter Durchfluss
→ Verlegungen können nicht erkannt werden, Drossel reagiert u.U.
falsch
Regelung Bestimmung des aktuellen Durchflusses
• Regelung kann Verlegung des Abflussquerschnittes aufgrund verändertem
Durchfluss erkennen
Maschinen- und elektrotechnische Ausrüstung -
Drosselorgane
Unterscheidungsmerkmale von Drosselorganen
Mit oder ohne Fremdenergie
• Ohne Fremdenergie wird Energie für Steuer- und Regelvorgänge dem
Abwasserstrom entnommen
Auswahl Drosselorgan abhängig von
• Verstellbarkeit des Abflusses
• Steilheit der Abflusskurve (Konstanz des Drosselabflusses)
• „„gleichzeitiger Durchflussmessung
Bildquelle: DWA A166
Bedeutung des Drosselabflusses
QDr
Drosselabfluss:Wassermenge, die an einer Regenwasserentlastungsanlage
in Richtung der Kläranlage weitergeleitet wird
Abflüsse größer als QDr werden entlastet oder gespeichert
Bedeutung des Drosselabflusses
QDr
Wird bei der Planung abhängig vom
Bemessungszufluss der Kläranlage (QM) festgelegt
Die Drosselabflüsse aller RÜB in einem Gebiet sind
auf QM und untereinander abgestimmt
Der Drosselabfluss hat großen Einfluss auf die
Gewässerbelastung
Darf nicht ohne Genehmigung der
Aufsichtsbehörde verändert werden!
Muss regelmäßig auf Genauigkeit überprüft
werden
EZG 2
EZG 3
Kläranlage
RÜB 1
RÜB 3
EZG 1
FlussRÜB 2
Idealisiertes Beispiel:
• homogenes Gebiet
• ideal bemessene RÜB (VS und qr einheitlich)
61
Kriterien und Maßstäbe für das Verhalten
Systembezogene Betrachtung
EZG 2
EZG 3
RÜB 2
Kläranlage
RÜB 1
RÜB 3
Fluss
EZG 1
62
• einheitliches Einstau- und Entlastungsverhalten
• Optimale Speicherauslastung
• Minimale Emissionen bei gegebenem Speichervolumen
EZG 2
EZG 3
Kläranlage
RÜB 1
RÜB 3
EZG 1
FlussRÜB 2
63
Gewollte Abweichungen von der Gleichmäßigkeit:
• Besonders schutzbedürftige Gewässerabschnitte
• Ungleichmäßiges Gefälle ( Kanalablagerungen)
• Starkverschmutzer in einem Gebiet
Kriterien und Maßstäbe für das Verhalten
Systembezogene Betrachtung
EZG 2
EZG 3
RÜB 2
Kläranlage
RÜB 1
RÜB 3
Fluss
EZG 1
64
Ungewollte Abweichungen von der Gleichmäßigkeit:
• zu hohe Drosselabflüsse an RÜB 2 und 3
• ineffektive Speicherausnutzung
• unnötig hohe EmissionenDrosselprüfung !!!
EZG 3
RÜB 2
Kläranlage
RÜB 1
RÜB 3
Fluss
EZG 1
EZG 2
65
Ungewollte Abweichungen von der Gleichmäßigkeit:
• zu hohe Drosselabflüsse + unvollständige Entwicklung
EZG 3
RÜB 2
Kläranlage
RÜB 1
RÜB 3
Fluss
EZG 1
EZG 2
66
Ungewollte Abweichungen von der Gleichmäßigkeit:
• zu hohe Drosselabflüsse + unvollständige Entwicklung
• ineffektive Speicherausnutzung
• unnötig hohe EmissionenOptimierungspotenzial !!!
Inhaltsübersicht
Grundlagen
• Mischsystem, Abflussmengen, Verschmutzung, Kritischer
Mischwasserabfluss, Notwendigkeit und Funktion von
Regenwasserentlastungsanlagen
Bauformen und Bauwerkskomponenten
Maschinen- und elektrotechnische Ausrüstung
Bedeutung des Drosselabflusses
Entlastungsaktivität
Entlastungsaktivität
Charakterisierung der Entlastungsaktivität durch
Entlastungshäufigkeit und -dauer
Zur Erkennung einer Entlastung Wasserstandsmessung im Becken
Wenn Wasserstand Überfallhöhe überschreitet, wird Zeit
gemessen
Bei selbstregulierenden Wehren ist Zeitdauer entscheidend, in der
das Wehr sich außerhalb der Ruhestellung befindet
Entlastungsaktivität
Aussagekräftige Informationen nur mit Messdaten von 3 bis 5
Jahren gewinnbar. Für Planungsaufgaben noch länger
Vergleiche mehrerer RÜB in einem EZG auch schon nach
kürzeren Zeiten..
Grundsätzlich Archivierung der Daten als Rohdaten
→ Verdichtung führt zu Informationsverlust
Typische Entlastungsaktivitäten mit Ranking-Kurven und Rating-
Tabellen
Entlastungshäufigkeit: Tage mit Entlastung (d.h. ein Überlaufen
von 23:55 Uhr bis 00:10 Uhr zählt als zwei Ereignisse)
Bildquelle: H.Brombach
Bewertung nach Brombach & Wöhrle (1997)
Kriterien und Maßstäbe für das Verhalten
Problem:
• Die Masse muss nicht
immer Recht haben
• Referenzdatensatz
enthält zahlreiche
„pervertierte Vorklär-
becken“
systematischer Fehler
• Kein gesicherter
Maßstab für „normales
Verhalten“
• seit 2017 neue Kurven
DB
FB
durchschnittlich in
geprüften Daten
Vergleich der Ranking-Daten mit geprüften Messdaten
durch-
schnittlich
nach
BROMBACH
Entlastungsaktivität
Mit Hilfe der Messdaten ist Einordnung eines RÜB möglich
Vergleich mit der Gesamtheit aller RÜB. Keine Aussage zur Korrektheit von
Bemessung und Betrieb
Einfaches Prüfkriterium für Durchlaufbecken:
Entlastungaktivität Klärüberlauf soll größer sein als die des Beckenüberlaufs
Ungleichmäßige Verteilung der Entlastungsaktivitäten deutet auf
nicht bestimmungsgemäß funktionierendes Abwassersystem hin
→ Das insgesamt zur Verfügung stehende Speichervolumen wird nicht optimal
genutzt
→ Ein RÜB entlastet bereits, während in anderem noch nutzbares
Speichervolumen zur Verfügung steht
→ Kann nur von zentraler Erfassung und Auswertung erkannt werden
RÜB 33
RÜB 60
RÜB 601
RÜB 106
PW
RÜB 104RÜB 102
Klär-
anlage
Praxisbeispiel
Kriterien und Maßstäbe für das Verhalten
eingemeindeter Ortsteil
junges Gewerbegebiet
Praxisbeispiel
RÜB 33
RÜB 60
RÜB 601
RÜB 106
PW
RÜB 104RÜB 102
Klär-
anlage
81 88
35
01715
Hohe Entlastungsaktivität an
kontrollierten Drosselorganen
(„Schlüsselbecken“)
Praxisbeispiel
RÜB 33
RÜB 60
RÜB 601
RÜB 106
PW
RÜB 104RÜB 102
Klär-
anlage
Gebiete nicht voll
(im MS) erschlossen
Optimierungspotenzial
81 88
35
01715
Geringe Aktivität
an RÜB oberhalb(wasserwirtschaftlich
nicht bedeutsam?)
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Entlastungsaktivität
Vergleich mit Simulation
Schmutzfrachtmodelle werden in der Regel nicht kalibriert
Absolutwerte sind nicht aussagekräftig
• Gilt für alle Größen, v.a. für Konz. und Frachten
• In der Planung nur Variantenvergleich
Wesentliche Ursachen für Abweichungen:
• Unterschiedliche Regenbelastung
• Überschätzung der Flächen und ihrer Abflusswirksamkeit
• Unterschätzung des Retentionsvolumens im Kanal
• Unterschätzung des Fremdwasseranfalls (oder der Charakteristik)
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