Hydraulische Bemessung von Abwasserleitungen und -kanälen
10.07.2006
Bei der Planung von Abwasserleitungen und -kanälen ist die hydraulische Bemessung und damit der Nachweis des ablagerungsfreien Betriebs ein wesentlicher Bestandteil. Für Freispiegelleitungen erfolgt sie im Allgemeinen nach dem Arbeitsblatt ATV-DVWK-A 110. Der Nachweis kann dabei entweder nach dem Pauschalkonzept oder nach dem Individualkonzept durchgeführt werden.
Seit 1988 steht für die hydraulische Dimensionierung und den Leistungsnachweis von Abwasserleitungen und -kanälen das Arbeitsblatt ATV-DVWK-A 110 zur Verfügung, das in seiner überarbeiteten Fassung 2001 neu erschienen ist. 1998 wurde es durch das Arbeitsblatt ATV-A 112 für den Geltungsbereich der Sonderbauwerke ergänzt. Die Berechnungen zur Dimensionierung und zum Leistungsnachweis gemäß ATV-DVWK-A 110 sind nicht Gegenstand dieses Beitrages, sondern ausschließlich die aus den Werkstoffeigenschaften der Rohre resultierenden Strömungsverluste. Die Ausführungen beziehen sich ausschließlich auf Freigefälle- oder Freispiegelleitungen, d. h. die Ergebnisse sind nicht auf Druckleitungen übertragbar.
Für die hydraulische Dimensionierung neu zu errichtender Kanalisationen empfiehlt das ATV-DVWK-Arbeitsblatt A 110 die Anwendung des so genannten Pauschalkonzepts. Es basiert auf der vereinfachten Vorgehensweise, bei der sowohl diskontinuierlich anfallende Strömungswiderstände oder -verluste als auch rohrwerkstoffspezifische Widerstände zu einem pauschalen Rauheitsmaß, der so genannten betrieblichen Rauheit kb, zusammengefasst werden. Diskontinuierlich anfallende Strömungswiderstände oder -verluste können dabei z. B. innerhalb einer Haltung auftretende lokale Strömungswiderstände oder Energiehöhenverluste sein. Ein möglicher rohrwerkstoffspezifischer Widerstand ist die natürliche Wandrauheit k. Einen Überblick über Pauschalwerte für die betriebliche Rauheit in Abhängigkeit von Kanalart und Schachtausbildung gibt Tabelle 1.
- der Wandrauheit k des Rohrwerkstoffes,
- Lageungenauigkeit und -änderungen,
- der Ausbildung der Rohrverbindungen,
- den Zulauf-Formstücken und
- den Schachtbauwerken (bis einschließlich Scheitelfüllung h/d < 1,0).
Folgende Einflüsse sind nicht enthalten:
- Nennweiten-Unterschreitungen,
- Auswirkungen von Einstau und
Überstau, - Vereinigungsbauwerke und
- Ein- und Auslaufbauwerke von Drosselstrecken,
Druckrohrleitungen und
Dükern.
Hinsichtlich der Voraussetzungen und Einschränkungen bei der Anwendung des Pauschalkonzeptes wird auf ATV DVWK-A 110, Abschnitt 4.3 verwiesen.
Für den Leistungsnachweis bestehender Entwässerungssysteme ist das Individualkonzept nach ATV-DVWK-A 110 mit detaillierter Berücksichtigung aller Verlusteinflüsse im Einzelfall anzuwenden. Dabei werden alle auftretenden Einzelverluste, einschließlich derjenigen infolge der natürlichen Wandrauheit k der Kanäle, haltungsweise nachgewiesen. Dabei ist k grundsätzlich auch in Hinblick auf die sich verändernde Beschaffenheit der Rohrwandungen im Langzeitbetrieb anzusetzen. Zur Bestimmung der Verlusthöhe auf Grund der Reibung dient die Prandtl-Colebrook- Gleichung. Die jeweiligen Einzelverluste werden rechnerisch ermittelt und zu einem kb-Wert für die betriebliche Rauheit zusammengefasst. Neben der Wandrauheit k sind insbesondere die Einzelverluste aus folgenden Einflüssen zu berücksichtigen:
- Lageungenauigkeiten und -änderungen,
- Rohrverbindungen,
- Zulauf-Formstücke,
- Schachtbauwerke in Regelausführung (gerader Durchgang),
- Schachtbauwerke in Sonderausführung (gerader Durchgang),
- Kurvenbauwerke und
- Vereinigungsbauwerke.
Hinsichtlich der Voraussetzungen und Einschränkungen bei der Anwendung des Individualkonzeptes wird auf ATV-DVWK-A 110, Abschnitt 4.4 verwiesen.
Jede Berechnung, die sich der Gleichung nach Prandtl-Colebrook bedient, bedarf der Kenntnis der äquivalenten Sandrauheit oder der natürlichen Rauheit der Innenwandung des jeweiligen Gerinnes oder Rohres. Dieses Rauheitsmaß ist vorab festzulegen, in der Regel auf der Grundlage experimenteller Daten, gegebenenfalls aber auch durch eine zutreffende Schätzung bzw. Festlegung auf Grund betrieblicher Erfahrungen. Die hydraulisch wirksame Rauheit k – auch absolute Rauheit oder äquivalente Sandrauheit ks genannt – ist ein Maß für die Unebenheit der Rohrinnenwand. Unter Rauheit versteht man nach DIN EN 752-4 den "Reibungswiderstand der Oberfläche eines Rohres (...) bei turbulenter Strömung". Sie
kann nur durch Versuche bestimmt werden und ist nicht nur vom Werkstoff,
sondern u. a. auch vom Zustand des Rohres (z. B. neu oder gebraucht, Vorhandensein einer Sielhaut, Beschichtung oder Auskleidung, Inkrustationen etc.) abhängig.
exemplarisch die Durchflussraten eines Rohres DN/ID 400 in Abhängigkeit der Wandrauheit k (0,01 mm ≤ k ≤ 0,4 mm) für verschiedene Sohlgefälle (1 bis 10 Promille) vorgestellt (andere auftretende, werkstoffunabhängige Einzelverluste, resultierend z. B. aus Lageungenauigkeiten, Rohrverbindungen, Schachtbauwerken, Zuläufen, Krümmungen etc. bleiben unberücksichtigt). Dabei wurde von folgenden Randbedingungen ausgegangen:
- Kreisquerschnitt DN/ID 400,
- kinematische Zähigkeit des Wasser: 1,002 × 10-6 m2/s (bei 20,2 °C),
- Füllhöhe: 0,20 m (Halbfüllung).
Wesentlicher Bestandteil bei der Planung von Abwasserleitungen und -kanälen ist die hydraulische Bemessung und damit der Nachweis des ablagerungsfreien Betriebs. Dieser kann insbesondere durch die Einhaltung entsprechender Grenzgrößen wie Sohlgefälle, Fließgeschwindigkeit, Wandschubspannung sowie die Wahl des Abflussquerschnittes (Rohrnennweite und -geometrie) beeinflusst werden. Vor allem das Sohlgefälle sowie die sich daraus ergebende Fließgeschwindigkeit und Wandschubspannung haben entscheidenden Einfluss auf das Entstehen von Ablagerungen. Bei zu großem Gefälle können Rohrwerkstoffe durch Abrieb, bei zu geringem Gefälle durch die Auswirkungen erhöhter Reinigungstätigkeit beeinflusst werden.
More News and Articles
28.08.2024
News
ITpipes Secures $20M to Transform Water Infrastructure Management
ITpipes announced it has secured $20 million in equity financing from Trilogy Search Partners and Miramar Equity Partners.
Known for its trusted and user-friendly platform, ITpipes …
26.08.2024
News
Professor Dr.-Ing. Dietrich Stein
With deep sadness we announce the loss of our founder and partner Prof Dr Dietrich Stein at the age of 85.
Engineers around the globe are thankful for his dedication to the inventions in the fields of sewers, …
26.08.2024
News
PPI Releases New Installation Guide for PE4710 Pipe
PPI’s MAB-11-2024 Covers HDPE Water Pipelines Up to 60-in. Diameter and 10,000-ft Long Pulls
Developed by the Municipal Advisory Board (MAB) – and published with the help of the members of the …
23.08.2024
News
Faster wide-scale leak detection now within reach
Mass deployment of connected leak loggers is being made possible by the latest technology, writes Tony Gwynne, global leakage solutions director, Ovarro
Water companies in England and Wales are …
21.08.2024
News
Kraken awakens customer service potential in water
The innovative customer service platform Kraken has made a successful transfer from energy to water. Ahead of their presentation at UKWIR’s annual conference, Portsmouth Water chief executive …
19.08.2024
News
Predicting the toxicity of chemicals with AI
Researchers at Eawag and the Swiss Data Science Center have trained AI algorithms with a comprehensive ecotoxicological dataset. Now their machine learning models can predict how toxic chemicals are …
16.08.2024
News
Goodbye water loss: Trenchless pipe renewal in Brazil
Pipe renewal in Brazil
How do you stop water loss through leaks in old pipe systems without major environmental impacts and restrictions? The answer: with trenchless technology, or more precisely …
14.08.2024
Fachartikel
Impact of high-temperature heat storage on groundwater
In a recently launched project, the aquatic research institute Eawag is investigating how the use of borehole thermal energy storage (BTES) affects the surrounding soil, the groundwater …
12.08.2024
News
Watercare completes East Coast Bays sewer link
Watercare has successfully finished the final connection on the East Coast Bays link sewer at Windsor Park in New Zealand.
Much of the East Coast Bays sewer link was installed using horizontal directional …
09.08.2024
Fachartikel
Innovative water solutions for sustainable cities
Cities need to become more sustainable and use their water resources more efficiently. Managing water in local small-scale cycles is one possible solution. A new white paper by Eawag, the University …
07.08.2024
Fachartikel
How digital technologies contribute to universal drinking water
Digital water technologies have an important role in ensuring universal access to safe drinking water by 2030, that is according to a new report from the World Health Organisation. …
05.08.2024
News
Knowledge transfer on sustainable water infrastructure in India
India’s fast-growing cities need an efficient infrastructure for water supply and wastewater disposal. A research cooperation, is therefore supporting the development of a sustainable …
Kontakt
Dipl.-Ing. Wilhelm Niederehe, Geschäftsführer der Fachvereinigung Betonrohre und Stahlbetonrohre e.V. (FBS)
53179 Bonn
Telefon:
0228 95456-54
Fax:
0228 95456-43