Wasserbedarf - Abwasseranfall

Ziele: Sie verstehen den Zusammenhang zwischen

Wasserbedarf und Abwasseranfall Sie kennen die Lastfälle und deren

Begründung Sie können einfache Lastfälle berechnen Sie kennen grobe Richtwerte

Herkunft des Abwassers, 1981

Fremdwasser40%

Regenwasser15%

IndustrielleAbwässer20%

Haushalt und Kleingewerbe25%

BUWAL 1981

Wasserbedarf, AbwasseranfallAbwasseranfall =

Trinkwasserauslieferung- Verluste in den Leitungen- Bewässerung von Gärten- Verbrauch (Landwirtschaft, Bau, Brunnen, …)+ Eigenförderung der Industrie+ Fremdwasser+ Regenwasser- Versickerung- Verluste von Kanälen

Wasserabgabe in der Stadt Zürich in 1000 m3 d-1

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

Monat 1991

Dauerkurve

100

150

200

250

300

Feb-91 Mrz-91 Apr-91 Mai-91März April Mai 1991

Wasserabgabe in 1000 m3 d-1

Tagesgang des Wasserverbrauchestypische Verhältnisse in der Schweiz

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 6 12 18 24

Uhrzeit

Verhältnis fh(t) = Qh / Qd

ländlich

städtisch

Spezifischer Wasserverbrauchm3 E-1 d-1

0

200

400

600

800

1000

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

Tendenz fallendMaximaler Tag

Mittlerer Tag

1976

Extremwertfaktoren fd, fh

Qd = Tagesmittelwert, nur als Tagessumme messbarQh = Momentanwert, direkt messbarfd = Jahresgang der Tagessumme, relativ zum Jahresmittelfh = Tagesgang des Verbrauches, relativ zur Tagessumme

Q Q fd d m d,max , ,max

Dimensionierungswassermenge für Produktionbei Tagesausgleich

Q Q f Q f fh d h d m d h,max,max ,max ,max , ,max ,max Dimensionierungswassermenge für Verteilung

Q Qd m Jahressumme, / 365

Wie gross ist fd,max für das Jahr 1991 in der Stadt Zürich?

Grundlage: Mittelwert ist 192‘000 m3 d-1

268/192 = 1.4

Wie gross ist fh,max in einer ländlichen Gemeinde?

0.087

Drucklinie

Wie gross ist fd,max, fh,max?

Zwischenspeicherim Hause

0123456

1000 10000 100000 1000000Belieferte Einwohner

Extremwertfaktoren fd,max, fh,max

fd,max

fd,max fh,max

DVGW W410 1995

Extremwertfaktoren für Trinkwasser

Maximaler Wasserbedarf einer Kleinstadt

Berechnen Sie Qh,max,max für eine Stadt mit20’000 Einwohner.

Wasserverbrauch im Mittel: qd,m = 0.3 m3 E-1 d-1

Qh,max,max = 0.320’0004=6’0004=24’000m3d-1=0.28m3s-1

Lastfälle der Wasserversorgung

Wasserversorgung:'Jederzeit' genügend hygienisch einwandfreiesTrinkwasser mit genügendem Druck zurVerfügung stellen

Feuerwehr:Zusätzlich genügend Wasser für dieBedürfnisse der Feuerwehr bereitstellen,grösstes Risiko abdecken

Trinkwasser ist ein LebensmittelEs ist deshalb durch Barrieren von der Umwelt abgeschlossen:

Schutzzonen um Fassungsbauwerke Gestaltung der Bauwerke Aufbereitung Sicherung der Anlagen Betriebsdruck

Planungshorizont

Leitungen 40 - 80 Jahre

Speicher 20 - 40 Jahre Aufbereitung 15 - 40 Jahre Ressourcen (Grundwasser) > 50 Jahre

Reduktion des Wasserverbrauchs

Substitution von Trinkwasser

AktivitätWasserbedarf

/ E dTrinkwasser

/ E dRegenwasser

/ E dToilettenspülungBaden / DuschenWäscheKörperpflegeGeschirrspülenGartenTrinken, KochenPutzenAutowaschen

59581811119554

-58-

1111-55-

59-

18--9--4

Total 180 90 90

Statistik BUWAL 1984

Entwicklungsprognosen

Q q Einwohner f fh d mittel d h,max,max , ,max ,max

Bevölkerungswachstum (Abnahme) Änderung in den Industriegebieten Entwicklung des spezifischen Verbrauches,

Wassersparende Massnahmen Entwicklung im saisonalen Gang Veränderung des Tagesganges

(z.B. Bewässerungsverbot)

0

50000

100000

150000

Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

0

40

80

Abwasseranfall Qd in m3 d-1 Niederschlag in mm d-1

Jahresgang des Abwasseranfalles

0

20

40

60

80

100

0 50'000 100'000 150'000

% der Werte

Abwassermenge Qd in m3 d-1

Mittelwert:Qd,m = 35’700 m3 d-1

Qd,80% = 45’000 m3 d-1

Summenhäufigkeit des Abwasseranfalles

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100

Mittelwert:rd,m = 3.3 mm d-1

rd,80% = 5.6 mm d-1

rd,50% = 0.1mm d-1

% der Werte

Niederschlag, Tagessumme in mm d-1

Summenhäufigkeit des Niederschlages

0.00

1.00

2.00

0 4 8 12 16 20 24

Schmutzwasser, QSW

Fremdwasser, QFW

QTW,80%

Reserve fürRegenwasser QRW

QARA

QTW,h,max

Uhrzeit

Q in L3 T-1

Tagesgang des Abwasseranfalles

Dimensionierungswassermengeder Kläranlage: QARA

QARA 2 80%Q fd h, ,max

QARA 2 85%Q f QSW d SW h FW, , , ,max

Schweiz:

Deutschland

Abwassermengen

Q Q Q Q Q QTW SW FW H I FW

TW TrockenwetteranfallSW SchmutzwasserFW FremdwasserH Haushalt und KleingewerbeI Industrie und Gewerbe

Q Q f f QTW h SW d m SW d SW h FW, , , , , , , ,max80% 80%

Siedlungsentwässerung

ARA

RÜB

Siedlungsentwässerung

ARA

RÜB

10 h / a50 h / a

2 QTW

200 h / a

2 QTW

8600 h / a

Dimensionierungswassermengen

100 QTW

20 QTW

Typische Werte

Einwohner 1000 10’000 100’000

WasserversorgungQd,max Spitzentag:Qh,max Tagesspitze:

Hauptleitung

m3 d-1

m3 s-1

mm

8000.02250

8’0000.15400

80’0001.2

1000

Bedarf FeuerwehrLöschreserve

m3 s-1

m30.03200

0.1800

0.1-

Abwassermittl. TagesanfallTagesspitze: QTW

m3 d-1

m3 s-1400

0.014’000

0.0940’000

0.8max. Regenwasser

Kanal

m3 s-1

m11

7.52

5020 m2

Lastfall Feuerwehr Ziel:

Grenzkosten der Erweiterung der Wasserversorgung = Grenzkosten (Schaden) von Mangel an Löschwasser

Annahmen: Brandfall mit einer Dauer von 3 hmit Wasserbedarf QFeurwehr

Kritischer Lastfall:Wasserbedarf der Feuerwehr trifft zusammen mit hohem Wasserbedarf der Konsumenten

Fragestellung:Von welchem Wasserbedarf soll ausgegangen werden?

Lastfall Feuerwehr Eine detaillierte Risikoabschätzung würde den Rahmen dieser

Vorlesung sprengen. Frage:

Mit welcher Wahrscheinlichkeit ist ein Brand ein extremes Ereignis und fällt mit einem extremen Wasserbedarf zusammen?

Annahmen:Brand und Trinkwasserbedarf sind nicht korreliert.Jeder 6. Brand ist ein extremes Ereignis WB,ext = 1 / 6und dauert 3 h B,ext = 3 hExtremer Wasserbedarf dauert 1 h pro Tag: h = 1 h

Lastfall Feuerwehr

Wie gross ist die Wahrscheinlichkeit Wh, dass an einem Tag an dem ein Brandfall eintritt, der maximale Wasserbedarf Qh,max und der Brandfall sich überlagern?

Wie gross ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Brand auf einen Tag mit höchstem (Wd,max) oder mindestens mittlerem Wasserbedarf (Wd,m) fällt?

Wd,max = 1 / 365 Wd,m = 180 / 365 = 1/2

61

h24h1h3

)Q|Brand(WTag 1

QBrandmax,h

max,h

Wie gross ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein extremer Brand mit maximalem Tagesbedarf und der Tagesspitze des Bedarfes zusammenfallen?Wh,max,max WB,ext = Wh,max Wd,max WB,ext

= 1/6 1/365 1/6 = 1 / 13‘000Nur bei jedem 13‘000. Brand wird die verfügbare Wassermenge wirklich beansprucht, wenn Qdim = Qh,max,max + QFeuerwehr

Häufig wird von einem kleineren Wasserbedarf ausgegangen: Qdim = Qh,m,max + QFeuerwehr

Die Wahrscheinlichkeit, dass bei einem Brand für ca. 1 h nicht genügend Wasser zur Verfügung steht, beträgt dann ca. 5%.

Lastfall Feuerwehr