Verbessertes Zeitbeiwertverfahren

 

Vorrausetzung für die Anwendung des Zeitbeiwertverfahrens ist, dass die Größe der Einzugsgebiete unter Berücksichtigung des Abflussbeiwertes gleichmäßig mit der Fließzeit zunimmt. Ergibt sich an einer Stelle des Kanalnetzes ein geringerer Abfluss als am oberhalb gelegen Berechnungspunkt kann der Zeitbeiwert nicht angewendet werden, d.h. der Abminderungsfaktor wird nicht angesetzt.

Gleichförmige und ungleichförmige kleine bis mittelgroße Netze mit einfachen hydraulischen Verhältnissen (kein Rückstau, keine oder nur wenige Sonderbauwerke) mit einer Fließzeit von bis zu ca. 50 min.

Diese hydraulischen Berechnungen werden über den folgenden Dialog gestartet.

Der sich aus Regendauer und Regenhäufigkeit nach Reinhold ergebende Zeitbeiwert, wird angezeigt.

 

 

Die Dialoggruppen Netzauswahl, Ergebnisse und Benutzerdefinierte Datenprüfung sind unter Punkt Schmutzwasserberechnung beschrieben.

In der Gruppe Berechnungsparameter wird das Berechnungsverfahren ausge­wählt sowie der Umgang mit den Abflussbeiwerten.

Für die Abflussbeiwerte stehen die Optionen zur Verfügung:

Die Option ‚verwende eingegebene Spitzenabflussbeiwerte‘ führt dazu, dass die Berechnung mit den im Projekt (an den Bauzonen, Einzugsgebieten und Haltungen/Anschluss-Leitungen) vorhandenen Spitzenabflussbeiwerten durchgeführt wird.

Die Option ‚Berechne Spitzenabflussbeiwerte nach DWA-A 118‘ berechnet die Beiwerte an den zugeordneten Bauzonen, Einzugsgebieten und Haltungen/Anschluss-Leitungen. Dabei wird der eingegebene Befestigungsgrad (wenn er nicht 0.0 ist), die Neigungsklasse (bei Bauzonen, Haltungen/Anschlussleitungen – wenn sie eingegeben wurde bzw. die Neigung bei Einzugsgebieten und die hier eingegebene Regenspende verwendet und eine Interpolation zur Ermittlung der Spitzenabflussbeiwerte nach DWA-A 118 durchgeführt.

Die berechneten Beiwerte werden an den jeweiligen Netzelementen gespeichert und die Berechnung mit diesen Werten durchgeführt.

 

Als Berechnungsvarianten stehen Folgende zur Verfügung und werden in einem Listenfeld zur Auswahl angeboten:

Keine Abminderung

Ermittlung der maßgeblichen Wassermengen ohne Abminderung.

Verfahren nach Imhoff

(Fließzeit wird nicht berücksichtigt) nach dem Zeitbeiwertverfahren von IMHOFF (längste Fließzeit).

Verfahren nach Hörler

Eine in der Schweiz verwendete stationäre Berechnungsmethode. Hier wird die Regenspende aus den Parametern der Schweizer Regenstationen und der eingestellten Wiederkehrzeit ermittelt. Die verwendete Regenspende ist abhängig von der Fließzeit der jeweiligen Haltung.

Abflussberechnung nach KOSTRA

Die Ermittlung der Regenspende für das Zeitbeiwertverfahren erfolgt unter Verwendung der Starkniederschlagshöhen (KOSTRA) vom Deutschen Wetterdienst in Offenbach am Main.

Abminderung entsprechend der kürzeren Fließzeit

Verwendung der kürzeren Fließzeit (verbessertes Zeitbeiwertverfahren).

Das zuletzt genannte Verfahren sollte bei Kanalnetzen eingesetzt werden, wenn beim Zusammenfluss von zwei Kanälen der Durchfluss des Kanals mit der längsten Fließzeit ≤ dem Produkt aus 1/9 der längsten Fließzeit und dem Durchfluss des Kanals mit der kürzeren Fließzeit ist.

Bei Kanalvereinigungen wird dann nicht nach der längsten Fließzeit sondern nach Formel die Wassermenge am Zusammenfluss von 2 Kanälen berechnet.

Fließzeit berechnet.

Qr = (Qr1 + Qr2 * tf1/tf2) * phi

Zur hydraulischen Berechnung der einzelnen Rohrleitungen wird die Formel von PRANDTL-COLEBROOK (vgl. ATV 118 Abs. 2.2) verwendet.

Die Parameter des verwendeten Berechnungsregens sind frei einstellbar.

Bitte beachten Sie, dass bei nicht zusammenhängenden Einzugsgebieten das Zeitbeiwertverfahren keine befriedigenden Ergebnisse liefert.

Die unter Einstellungen, Hydraulik, Zeitbeiwertverfahren definieren Einstellungen werden hier angezeigt und können für die aktuelle Berechnung neu eingestellt werden.

Abflussberechnung nach RAS-Ew (Imhoff)

Das ausgewählte Kanalnetz wird auf der Basis der Richtlinien für die Anlagen von Straßen, Teil: Entwässerung – RAS-Ew, Ausgabe 2005 berechnet. Die hydraulische Berechnung kann sowohl für reine Verästelungsnetze als auch für Kanalnetze mit Verzweigungen durchgeführt werden.

Wie bei dem Zeitbeiwertverfahren von IMHOFF wird bei den Zusammenflüssen die längste Fließzeit berücksichtigt.

Der Regen wird als Blockregen betrachtet, d.h. die Niederschlagsintensität ist über die gesamte Regendauer konstant.

Die Ermittlung der Regenspende für dieses Zeitbeiwertverfahren, für die bestimmte Dauer D und der Häufigkeit n (rD,n). Erfolgt als Produkt der Regenspende der Häufigkeit n = 1 (r15,1) und dem Zeitbeiwert (phiD,n) nach Reinhold.

Die Regenspende (r15,1) für das Zeitbeiwertverfahren kann direkt im Berechnungsdialog eingegeben werden oder unter Verwendung der Starkniederschlagshöhen (KOSTRA) vom Deutschen Wetterdienst in Offenbach am Main ermittelt werden.

Bei der Bemessung von Straßenentwässerungen wird normalerweise von folgenden Regenhäufigkeiten ausgegangen (RAS-EW, Pkt.13.2.1).

Diese ist für Entwässerung von Straßen über Mulden, Seitengräben oder Rohrleitungen n = 1.

Für Rohrleitungen bei Mittelstreifenentwässerung n = 0,33.

Für Straßentiefpunkte n=0,2 und für Versickerungsmulden n= 1.

Die Eingabe der Regenhäufigkeit für die einzelnen Rohrleitungen erfolgt unter Datenbank, Haltungen, im Register Hydraulik.

Ist keine Regenhäufigkeit für die jeweilige Haltung definiert, so wird die im Dialog Zeitbeiwertberechnung definierte Regenhäufigkeit für diese Haltungen verwendet.

Wenn Fahrbahnabflüsse über Seitenstreifen, Dammböschungen und Mulden abgeleitet werden, so versickert ein Teil des Fahrbahnwassers auf diesen Flächen. Die so entstehende Abflussverringerung ist über die spezifische Versickerungsrate der einzelnen Einzugsgebiete zu berücksichtigen.

 

Abflussberechnung nach Ras-Ew (KOSTRA)

Das ausgewählte Kanalnetz wird auf der Basis der Richtlinien für die Anlagen von Straßen, Teil: Entwässerung – RAS-Ew, Ausgabe 2005 berechnet. Die hydraulische Berechnung kann sowohl für reine Verästelungsnetze als auch für Kanalnetze mit Verzweigungen durchgeführt werden.

Die Ermittlung der Regenspende für das Zeitbeiwertverfahren erfolgt unter Verwendung der Starkniederschlagshöhen (KOSTRA) vom Deutschen Wetterdienst in Offenbach am Main.

Während der Berechnung erfolgt die Ermittlung der Regenspende, rD,n [l/s(s*ha)]  in Abhängigkeit von der Fließzeit, der definierten Regendauer D und der Regenhäufigkeit n.

Die Eingabe der Regenhäufigkeit für die einzelnen Rohrleitungen erfolgt unter Datenbank, Haltungen, im Register Hydraulik.

Ist keine Regenhäufigkeit für die jeweilige Haltung definiert, so wird die im Dialog Zeitbeiwertberechnung definierte Regenhäufigkeit für diese Haltungen verwendet.

Wenn Fahrbahnabflüsse über Seitenstreifen, Dammböschungen und Mulden abgeleitet werden, so versickert ein Teil des Fahrbahnwassers auf diesen Flächen. Die so entstehende Abflussverringerung ist über die spezifische Versickerungsrate der einzelnen Einzugsgebiete zu berücksichtigen.

 

Abflussberechnung nach Ras-Ew (Imhoff)

Mit diesem Verfahren können Netze berechnet werden, deren Haltungen für verschiedene Regenhäufigkeiten ausgelegt sein sollen.

 

 

Regenhäufigkeit

Hier geben Sie die für die Netzberechnung mit dem Zeitbeiwertverfahren erfor­derliche Regenhäufigkeit ein. Für die Ermittlung des Regenabflusses ist die angegebene Regenhäufigkeit der Regenspendenlinie von besonderer Bedeutung.

Die hier eingetragene Regenhäufigkeit beeinflusst die Berechnung des Zeitbeiwertes PHI (ATV 118 Formel 13). Der aktuelle Wert wird angezeigt.

 

Regendauer

In diesem Dialogfeld wird die maßgebende Regendauer festgelegt. Dies ist für die Berechnung mit dem Zeitbeiwertverfahren von Bedeutung, da der größte Regenabfluss unter der Annahme ermittelt wird, dass die Fließzeit im Kanalnetz gleich der maßgeblichen Regendauer gesetzt wird. Der verwendete Abflussbeiwert wird dabei als konstant angenommen.

 

Regenspende

Der Regenspendenwert in Abhängigkeit von der örtlichen Lage des Planungsgebietes [in l/s*ha]. Zuverlässige Werte für die Regenspendenlinie sind i.d.R. von den Wetterämtern auf der Basis von neueren Regenauswertungen zu erhalten.

Bei den Zeitbeiwertverfahren, ohne Abminderung, nach Imhoff und nach Formel 18, ist hier immer die Bezugsregenspende für 15 Minuten und der Häufigkeit 1, einzugeben.

Über die Schaltfläche  kann die Regenspende im Dialog DWD Niederschlagsdaten, unter Verwendung der Starkniederschlagshöhen (KOSTRA) vom Deutschen Wetterdienst in Offenbach am Main, berechnet werden.

Im Dialog DWD Niederschlagsdaten, den Sie über die Schaltfläche  öffnen, werden die ortsabhängigen Parameter u und w unter Verwendung der Starkniederschlagshöhen (KOSTRA) vom Deutschen Wetterdienst in Offenbach am Main, berechnet. Die Beschreibung dieses Dialoges erfolgt im Kapitel Regenmodell.

Im Dialog DWD Niederschlagsdaten wird für den Rechenansatz ÖKOSTRA der Dialog ÖKOSTRA Niederschlagsdaten geöffnet.

 

 

Hier können die ortsspezifischen Schätzformeln in Abhängigkeit vom  gewählten Gitterpunkt (ÖKOSTRA-Atlas) editiert werden. Die Beschreibung dieses Dialoges erfolgt im Kapitel Regenmodell.

Im Dialog DWD Niederschlagsdaten wird für den Rechenansatz ÖsHyd der Dialog eHyd Österreich Niederschlagsdaten geöffnet.

 

 

Hier werden die ortsabhängigen Regendaten aus der gewählten Gitterpunktdatei, vom Hydrografischen Dienst in Österreich, gelesen. Die Beschreibung dieses Dialoges erfolgt im Kapitel Regenmodell. Bei der Berechnung wird die Regenspende in Abhängigkeit von der Fließzeit aus der Regendatentabelle ermittelt. Der Gitterdateiname und der Modelltyp werden in der Registry gespeichert.

Dadurch erhält jede Haltung in Abhängigkeit von der aktuellen Fließzeit eine Regenspende zugewiesen. Die minimale Fließzeit beträgt 5 Minuten.

 

Über die Schaltfläche  kann im Dialog Hörler Niederschlagshöhen die Regenstation ausgewählt werden. Die Parameter der Regenstation werden im Dialog angezeigt und werden zur Ermittlung der Regenspende für jede Haltung, in Abhängigkeit von der Fließzeit, verwendet. Die Beschreibung dieses Dialoges erfolgt im Kapitel Regenmodell.

 

Fehlerschranke

Die verwendete Fehlerschranke für den Zeitbeiwert (PHI) wird innerhalb der Netzberechnung nach dem Zeitbeiwertverfahren als Abbruchkriterium bei der iterativen Berechnung der Fließzeiten und der maßgeblichen Regenabfluss­mengen verwendet.

 

Warnungskriterien auch prüfen

Wenn dieser Schalter aktiv ist, wird die Warnungsliste automatisch im Anschluss an die Datenprüfung angefertigt. Die Warnungsliste wird in das Ablaufprotokoll geschrieben. Angezeigt wird der Parameterwert aus Einstellungen, Hydraulik, Allgemein.

 

Dimensionieren

Ist der Schalter nicht aktiv, werden die Nennweiten der Haltungen nicht verän­dert. Haltungen mit zu geringer Rohrleistung sind dann nur am Wasserstand und der Durchflussmenge zu erkennen.

Eingeschaltet: Innerhalb der Netzberechnung werden diejenigen Haltungen neu dimensioniert, bei denen die momentane Rohrleistung, Produkt aus Rohrleistung und maximal zulässiger Auslastungsgrad, kleiner als die nach dem Zeitbeiwertverfahren berechnete Durchflussmenge ist. Bei solchen Haltungen werden die Profilhöhe und der Innendurchmesser solange erhöht, bis der maximal zulässige Auslastungsgrad unterschritten wird. Die verwendete Startnennweite und die Schrittweite mit der die Profilhöhen erhöht werden, wird unter Einstellungen, Hydraulik, Dimensionieren definiert.

Mit der Einstellung gewählte DN soll nicht kleiner werden wird bei der Dimensionierung mit der vorhandenen Nennweite begonnen und diese dann schrittweise erhöht.

Die dimensionierten Haltungen werden im Lageplan markiert.

 

Staulinie berechnen

Ist der Schalter aktiviert, so erfolgt nach der hydraulischen Berechnung eine Ermittlung der Wasserstände für das eingestellte Kanalnetz. Dabei können Wasserstände oberhalb des Rohrscheitels und Überstauhöhen nicht berechnet werden, da beim Zeitbeiwertverfahren immer davon ausgegangen wird, dass die vorhandene Wassermenge vollständig abtransportiert wird.

 

Auswertung Hydraulik

Die berechneten Wasserstände und Auslastungsgrade können über die Schaltfläche Auswertung Hydraulik… ausgewertet werden oder im Längsschnitt grafisch dargestellt werden.

 

Berechnen

Über die Schaltfläche Berechnen wird die Zeitbeiwertberechnung für das aktuelle Abwassernetz gestartet. Wenn Datenfehler erkannt werden, werden diese im Ablaufprotokoll ausgegeben und die Berechnung abgebrochen. Nach erfolgter Datenkorrektur kann die Berechnung erneut gestartet werden.

Über die Schaltfläche ABBRUCH kann die laufende Berechnung, über User-Break, abgebrochen werden. Zuvor wird nachgefragt ob wirklich abgebrochen werden soll.

Von einer geschätzten Fließzeit wird für jede Haltung die maßgebliche Was­sermenge berechnet. Ausgehend von dieser Abflussmenge wird die Teilfüllung und die wahre Fließzeit an dieser Haltung ermittelt.

Die Iteration wird beendet, wenn die angegebene Fehlerschranke unter Einstellungen, Hydraulik, Zeitbeiwert unterschritten wird.

Bei dem Berechnungsverfahren nach IMHOFF werden folgende Randbedingungen beachtet:

Die maßgebliche Wassermenge darf sich bei der Anwendung der Abminderung in der nachfolgenden Haltung in Bezug auf die Wassermenge in der vorherigen Haltung nicht verringern.

 

Das Ablaufprotokoll

Im Ablaufprotokoll werde Informationen zum Rechengang, zu den Ergebnissen nach einzelnen Rechenschritten aber auch zu grundlegenden Einflussfaktoren angezeigt.

Zur Schmutzwasserberechnung erfolgt unter Umständen die Angabe ‚Abflusskennzahl für Summierung Schmutzwasser‘. Hiermit soll darauf hingewiesen werden, dass im Projekt unter ‚Einstellungen, Hydraulik, Register stationär‘ eine Vorgabe zur Berücksichtigung der Schmutzwasserabflussmengen von zulaufenden Haltungen gemacht wurde. Dies findet i.d.R. bei Berechnungen von Grundstücksentwässerungsanlagen nach DIN1986-100 Anwendung.

Im Ablaufprotokoll werden folgend Informationen zur internen Datenprüfung / Längenprüfung und Gefälleprüfung angezeigt.

Die interne Datenprüfung analysiert den zu berechnenden Netzteil auf notwendige Dateneingaben nach internen festen Vorgaben, z.B. Vorhandensein von Geometrien, von Profilen, von Teilfüllungstabellen zu den vorhandenen Profilen etc.

Die Längenprüfung testet, ob die Haltungslänge der geometrischen Länge entspricht. Ist dies nicht der Fall besteht die Möglichkeit dies zu korrigieren.

Die Gefälleprüfung testet, ob das Haltungsgefälle dem geometrischen Gefälle entspricht. Ist dies nicht der Fall besteht die Möglichkeit dies zu korrigieren.

Erfolgt im Protokoll die Ausgabe ‚ok!‘ ist die Prüfung fehlerfrei gelaufen.

Beim Auftreten von Fehlern oder Warnungen sollten diese vor der Berechnung behoben werden. Erfolgt bei der Meldung die Angabe des Elementnamens so ist i.d.R. durch Doppelklick auf den Elementnamen eine Sprung zum Datenbank-Dialog dieses Elementes möglich, um gezielt Änderungen vornehmen zu können.

Im weiteren Verlauf wird eine benutzerdefinierte Datenprüfung durchgeführt und deren Ergebnisse angezeigt.

Ist diese fehlerfrei gelaufen wird die hydraulische Berechnung durchgeführt.