Projekt 09765/01

Untersuchung der Beeinflussung der Leistungsfähigkeit von Kanalstrecken durch konstruktive Veränderungen im Bereich der Schächte

Projektdurchführung

Technische Universität MünchenFachgebiet Hydromechanik
80290 München

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In Mischwasserkanälen kann nach Starkniederschlägen im Kanal ein Übergang vom Freispiegelabfluss zum Abfluss unter Druck erfolgen. Dieser Einstau der Kanalschächte kann zu einem Austritt des Mischwassers über die Schächte führen. Die hydraulische Leistungsfähigkeit der Kanalstrecken wird entscheidend durch die zusätzlichen Verluste in den Schächten bestimmt. In einem Modellversuch wurde die Wirksamkeit von Abdeckplatten, die auf Bermenhöhe in den Schächten angebracht waren, untersucht. Ziel des Projektes war es, mit einem mathematischen Modell einen Baustein zu entwickeln, welcher in Kanalnetzberechnungen die Schachtverluste eingestauter Kanäle mit und ohne Abdeckplatten berücksichtigen kann.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Arbeitsschritte gliederten sich in folgende Teilphasen auf:
· Planung und Aufbau des hydraulischen Modellversuchs
· Literaturstudium
· qualitative Aufnahme der Strömung im eingestauten Schacht
· Untersuchung der Verlustbeiwerte bei stationären Abflußverhältnissen im hydraulischen Modell
· Untersuchung der Wirkungsweise von Abdeckplatten
· hydraulische Modellversuche zum Verhalten der Schächte bei instationärem Durchfluß
· Erstellen eines mathematischen Modells mit Berücksichtigung der Schachtverluste als Baustein für die Kanalnetzberechnung
· Feldmessung im Abwasserkanal zur Verifizierung der Labormessungen


Ergebnisse und Diskussion

Konstruktive Veränderungen an den Schachtbauwerken zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Kanalstrecken setzen voraus, daß die Rückwirkungen der Bauwerksveränderungen auf die Strömungsverhältnisse bekannt und vorhersagbar sind. Zur hydromechanischen Abklärung der Ursachen der Schachtverluste wurde ein aufwendig instrumentierter Versuchsstand im Laboratorium des Lehrstuhls für Hydraulik und Gewässerkunde der TU München errichtet. Der für die Rohrstrecken verwendete Durchmesser DN 242 entsprach in etwa dem von der ATV vorgeschriebenen Mindestdurchmesser DN 250 von Mischwasserkanälen. Die untersuchten Kanalschächte entsprachen den Regelschächten nach den ATV-Richtlinien.

Die Ergebnisse aus den experimentellen Untersuchungen der Schachtverluste
· erweiterten die verfügbaren Verlustbeiwerte für Schächte mit geradem Durchgang auf Verhältnisse von Schachtdurchmesser/Rohrdurchmesser bis dSch/dRohr = 4,9,
· bestätigten im wesentlichen die bisher angenommenen Verlustbeiwerte für diesen Schachttyp,
· ergaben für den Schacht mit einer 45°-Umlenkung wesentlich höhere Verlustbeiwerte als bisher angenommen,
· brachten wesentliche Erkenntnisse über die verlustbringenden Strömungszustände im Schacht,
· bestätigten eindrucksvoll die angedachten Maßnahmen zur Reduzierung der Verluste durch die Abdeckung des Rohrdurchgangs im Schacht.
Die Ergebnisse über die Höhe der Schachtverluste konnten direkt in die Überarbeitung des ATV-Arbeitsblattes A 110 eingebracht werden.
Kritische Strömungszustände wurden durch Versuche mit zwei unterschiedlichen Zuflussganglinien simuliert. Zur Überprüfung der Auswirkung der vorgeschlagenen Abdeckung des Rohrdurchgangs können zur Simulation von Kanalstrecken in der Praxis zur Verfügung gestellt werden
· Verlustbeiwerte für die unterschiedlichen Schachttypen mit und ohne Abdeckung,
· ein Simulationsprogramm auf der Grundlage der Wasserschloss-Schwingungen, welches den Einfluß der Schächte wirklichkeitsnah nachvollzieht.
Mit dem Simulationsprogramm wird der gewünschte Baustein zur Kanalnetzberechnung zur Verfügung gestellt. Da ein Einsatz nur für gefährdete Kanalabschnitte unter Einstau sinnvoll ist, können diese Bereiche mit Hilfe des entwickelten Simulationsprogrammes auf die Auswirkung möglicher Veränderungen in den Schächten untersucht werden.
Über das vorgesehene Untersuchungsprogramm hinaus wurden im Kanalnetz der Stadt München Feldversuche durchgeführt. Diese belegten, daß die Erkenntnisse aus den Laborversuchen wegen der messtechnischen Schwierigkeiten im Feldversuch nur bedingt einzubringen sind. Es muß auf eine verstärkte Überwachung in gefährdeten Kanalstrecken verstärkt Wert gelegt werden, damit im möglichen Versagensfall die möglichen Ursachen eingegrenzt werden können.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die ersten Ergebnisse dieses Forschungsvorhabens wurden in den TUM-Mitteilungen Nr. 2- 97/98 veröffentlicht.
Innerhalb eines Vortrags während des Wasserbaukolloquiums an der TU Dresden wurden am 9.10.1998 weitere Ergebnisse vorgestellt. Diese Er-gebnisse sind nochmals ausführlicher in einem Beitrag im Mitteilungsheft Nr. 64 des Lehrstuhls für Hydraulik und Gewässerkunde veröffentlicht.
Die Gesamtergebnisse des Forschungsvorhabens sind auf dem Kongress 8th International Conference on Urban Storm Drainage am 3. 9 1999 in Sydney vorgetragen worden. Die Vorträge wurden in den entsprechenden Kongressbänden veröffentlicht.
Das Forschungsvorhaben wurde von Seiten der ATV von der Arbeits-gruppe 1.2.2 betreut. Auf deren Sitzungen wurde laufend über den Stand der Untersuchungen berichtet. Eine weitere Veröffentlichung fand in der Zeitschrift Korrespondenz Abwasser der ATV statt.


Fazit

Das Projekt wurde mit einem Fördermittelbetrag von 50 TDM von der Abwassertechnischen Vereinigung (ATV) aus dem ATV-Forschungsfonds unterstützt. Die Untersuchungen an den Schächten zeigten, dass an eingestauten Kanalschächten durch Einbau von Abdeckplatten Energieverluste verringert werden. Dadurch können die Wasserstände in den Oberstrom liegenden Schächten reduziert werden. Das erstellte mathematisches Modell kann als Baustein für die Kanalnetzberechnung dienen und steht jeder interessierten Einrichtung (Ingenieurbüros, Kommunen) zur Verfügung. Für eine häufig von Überstauereignissen betroffene Kanalstrecke ist es damit möglich, die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Maßnahmen zu deren Ertüchtigung vorherzusagen, und gegebenenfalls auf eine aufwendige Sanierung zu verzichten. Das Projekt wurde von Herrn Professor Valentin sehr gewissenhaft durchgeführt. Es wurde erfolgreich abgeschlossen