Funktionale Einheiten

Funktionale Einheit - Objekte

Eine Funktionale Einheit(FE) bezeichnet einen Zusammenschluss von mehreren hydraulischen Sonderbauwerken, wel die gekennzeichnet sind durch mindestens eine Entlastung in ein Oberflächengewässer und ein zugeordnetes Einzugsgebiet. Zum Beispiel ein Stauraumkanal mit obenliegender Entlastung benötigt zwei Bauwerke; zum einen ein Bauwerk (typ 65) zur Abflussregulierung, zum anderen ein Entlastungsbauwerk (Typ 62) weiter oben im Netz. Ein anderer gängiger Fall ist ein Fangbecken im Nebenschluss, welches zunächst ein Trennbauwerk (Typ 62-63) benötigt, dessen Entlastung dann in dem Fangbecken (Typ 61-64) endet. Zur Ermittlung dessen Entlastungsrate ist dann nicht das Regenwasser in der Entlastung des Trennbauwerks heranzuziehen, sondern dasjenige, welches oberhalb des Trennbauwerkes anfällt.

Kontextmenü Funktionale Einheiten

Funktion	Beschreibung
Ändern	Öffnet den Bearbeitungsdialog für die ausgewählte Funktionale Einheit.
Löschen	Löscht die ausgewählte Funktionale Einheit.
Zoome auf FE	Zoomt auf die angewählte Funktionale Einheit im Bearbeitungsfenster.
Direkteinzugsgebiet	Funktionen für die Ermittlung der Direkteinzugsgebiete. Automatisch ermitteln: Ermittelt die Direkteinzugsgebiete automatisch. Es werden in den Flächen die Attribute FE_Anteil/FE_Name/FE_Nummer geschrieben und somit findet eine direkte Zuordnung zu dem jeweiligen Bauwerk statt. Flächen übernehmen: Die ermittelten Flächen werden den einzelnen Funktionalen Einheiten zugewiesen. Zugeordnete Flächen markieren: Markiert alle Direkteinzugsgebiete, die den Funktionalen Einheiten zugewiesen wurden. Zuordnung löschen: Löscht alle Zuordnungen der Flächen zu den jeweiligen Funktionalen Einheiten. Das bedeutet, dass die Attribute (FE_Anteil/FE_Name/FE_Nummer) mit einem Leerwert überschrieben werden.
Markiere alle Volumenelemente	Markiert alle zugewiesenen Volumenelemente der ausgewählten Funktionalen Einheiten. Das bedeutet, Abschnitte und Knoten werden markiert, die als FE-Volumenelement zugewiesen wurden.
Markierte Abschnitte und Knoten als Volumenelemente hinzufügen	Markierte Abschnitte und Knotenelemente werden als Volumenelemente der Funktionalen Einheit hinzugefügt.
Export Detaillisten FE	Exportiert die Detailergebnislisten für die ausgewählte Funktionale Einheit (vgl. „Ergebnislisten anzeigen/drucken" bei der Schmutzfrachtvariante).

Aufbau einer Funktionalen Einheit

Eine Funktionale Einheit (FE) bezeichnet einen Zusammenschluss von mehreren hydraulischen Sonderbauwerken, welche gekennzeichnet sind durch mindestens eine Entlastung in ein Oberflächengewässer und ein zugeordnetes Einzugsgebiet. Zum Beispiel ein Stauraumkanal mit obenliegender Entlastung benötigt zwei Bauwerke; zum einen ein Bauwerk (typ 65) zur Abflussregulierung, zum anderen ein Entlastungsbauwerk (Typ 62) weiter oben im Netz. Ein anderer gängiger Fall ist ein Fangbecken im Nebenschluss, welches zunächst ein Trennbauwerk (Typ 62-63) benötigt, dessen Entlastung dann in dem Fangbecken (Typ 61-64) endet. Zur Ermittlung dessen Entlastungsrate ist dann nicht das Regenwasser in der Entlastung des Trennbauwerks heranzuziehen, sondern dasjenige, welches oberhalb des Trennbauwerkes anfällt.

HINWEIS:
Mit dem neuen Umsetzung des Regelwerkes A102 für Flow++ wird die Erstellung der Funktionalen Einheiten vorgegeben. Nur somit können konsistente Ergebnisse nach der Berechnung ausgegeben werden!

Arbeitsschritte für die Erstellung der Funktionalen Einheiten

• Erstellen einer neuen Funktionalen Einheit
• Art und Anschluss festlegen
• Schwellen definieren:
• Zuerst den Schacht/Bauwerk auswählen und dann die abgehende Haltung wählen
• Ablaufschwelle festlegen
• Schwellen übernehmen und Typ festlegen
• Volumenhaltungen übernehmen und Schwelle zuweisen
• Beckenvolumenschächte übernehmen und Schwelle zuweisen
• Fiktive Schächte oder Haltungen festlegen (kein Volumenelement)

Im ersten Schritt muss eine neue Funktionale Einheit erstellt werden, indem über das jeweilige Kontextmenü der Schmutzfracht eine neue Einheit angelegt wird.   Es öffnet sich das Dialogfenster der neu erstellten Funktionalen Einheit. Hier müssen jetzt im Einzelnen die Elemente des Sonderbauwerks zusammengeführt werden.

Dialog für die Funktionale Einheit

Im ersten Schritt werden die Schwellen des Sonderbauwerks festgelegt. Dies kann entweder über die graphische Auswahl im Benutzerfenster geschehen oder über die Suchfunktion, wenn der jeweilige Name bekannt ist. Zuerst muss der Schacht (Sonderbauwerk) ausgewählt werden und danach die abgehende Haltung.

Dialog Schacht grafisch auswählen

Dialog Haltung grafisch auswählen

Hier müssen alle Knotenpunkte mit den jeweiligen abgehenden Haltungen angegeben werden, welche bilanziert werden sollen. Auch die Drossel mit der jeweiligen Abflusshaltung muss mit eingebracht werden. Das Programm erkennt automatisch ob es sich um eine Abflusshaltung oder um einen Beckenüberlauf handelt. In diesem Fall werden für das RÜB01 zwei Schwellen definiert: Zum einen die abgehende Haltung in der Drossel. Zum anderen die Entlastungsschwelle in den Vorfluter, also der Beckenüberlauf.

Ergebnis der hinzugefügten Haltungen als Schwellen

Diese beiden Schwellen müssen jetzt manuell nochmals als bilanzierte Schwelle oder Ablaufschwelle zugewiesen werden. Zuerst wird der Knotenpunkt Drossel und die abgehende Haltung als Ablaufschwelle übernommen.

Manuelle Zuweisung der Schwellen

  Danach werden alle zu bilanzierenden Entlastungsschwellen übernommen und einem Typ manuell zugewiesen.

Manuelle Zuweisung der zu bilanzierenden Schwellen

In den folgenden Schritten werden die Volumenschächte und Volumenhaltungen manuell hinzugefügt. Dieser Schritt kann auch über das Bearbeitungsfenster erfolgen: Hierfür werden alle gewünschten Knoten und Haltungen markiert und über das Kontextmenü des Projektbaums mit Rechtsklick Markierte Abschnitte und Knoten als Volumenelemente übernehmen der jeweiligen Funktionalen Einheit übergeben.

Zuweisung Beckenvolumenschächte mit Festlegung der Schwelle

Abschnitte und Knotenelemente, welche nicht als Volumenelement aufgenommen werden sollen, aber dennoch Teil des Sonderbauwerks sind, können als fiktive Elemente gesetzt werden. Dabei werden die Durchflussmengen dennoch bilanziert, aber nicht als Volumenelement eingebracht.

Fiktive Schächte hinzufügen

HINWEIS:
Für die Bilanzierung und die automatische Berechnung des vorgelagerten Kanalnetzvolumens ist es nötig Abschnitte und Knotenelemente konsistent auch als Volumenelemente in die Funktionale Einheit miteinzugeben. Das heißt, dass die Funktionale Einheit keine Volumenelemente auslässt, welche auch für den Zu- und Abfluss benötigt werden. Die Volumenelemente einer Funktionalen Einheit sollten immer an einem Knotenpunkt gestartet und beendet werden.

Darstellung der Funktionalen Einheiten nach Fertigstellung:

Darstellung in Flow der Funktionalen Einheiten, im Projektbaum wird eine neue Funktionale Einheit angelegt (links) und die Ausdehnung der FE erscheint grau hinterlegt im Bearbeitungsfenster(rechts)

HINWEIS:
alle FE Knoten und Knoten die für FE Schwellen verwendet werden müssen Netzknoten sein bzw. das Speichern von Kurven muss angehakt sein
FE's können durch das automatisch auf Knoten und Abschnitten gesetzte Attribut „FE-Nr“ eingefärbt werden

Automatische Berechnung des Volumens

Statisches vorgelagertes Kanalnetzvolumen und Bauwerksvolumen

• Statisches Volumen FE: Dieser Wert gibt das Volumen der Schächte und Haltungen die in eine Funktionalen Einheit zusammengefügt wurden summiert und ausgegeben.
• Statisches, vorgelagertes Volumen: Zum anderen wird das vorgelagerte Kanalnetzvolumen als statische Volumen eingebunden, je nach festgelegten Wert in den Einstellungen der jeweiligen Schmutzfracht

Zuweisung der Fläche zu den Funktionalen Einheiten

Um die ordnungsgemäße Flächenzuweisung zu den jeweiligen Bauwerken zu gewährleisten wurde ein Automatismus geschaffen, welcher die Direkteinzugsgebiete und Gesamteinzugsgebiete der jeweiligen FE Einheiten berechnet. Im Projektbaum der jeweiligen Schmutzfracht das Kontextmenü öffnen und folgende Funktion Alle FEs: Direkteinzugsgebiet/Automatisch ermitteln ausführen.

Für jede angeschlossene Fläche, welche sich im Einzugsgebereich einer Funktionalen Einheit befindet werden Attribute angelegt, welche eine Zuweisung der Fläche zu den FEs ermöglichen.

Folgende Attribute werden für jede Fläche angelegt:

• FE_Anteil=1.00
• FE_Name=RÜB01
• FE_Nummer=1

HINWEIS:
Diese Zuweisung sollte bei komplexen Abflusssituationen, wie Vermaschung etc. manuell angepasst werden. Eine Löschung dieser Attribute hat zur Folge, das die Fläche der Einzugsgebiete und der Anteil der undurchlässigen Fläche (Au-Wert) nicht mehr im Detail für jede FE in den Ergebnislisten ausgegeben werden kann! Daher ist eine Manuelle Anpassung und Zuweisung nur in Einzelfällen durchzuführen!

Schwellentypen

Der „Schwellentyp“ (auch für mehrere Schwellen gleichen Typs) gibt die Freiheit unabhängig von den erstellten Bauwerkseigenschaften (!) in der Hydraulik die Schwellenfunktion einen Typ zuzuweisen. Die eigentliche Schmutzfrachtberechnung wird durch diese Einstellung nicht tangiert. Der Schwellentyp beeinflusst aber die Ausgabe / Bilanzierung in den (alten) Listen - hier werden über mehrere Schwellen gleichen Typs die Bilanzen aufsummiert.

Schwellentypen

Schwellentyp	Beschreibung
KUE	Klärüberlauf
BUE	Beckenüberlauf
RUE	Regenüberlauf
SUE	Stauraumüberlauf
TB	Trennbauwerk
KBw	Kaskadenbauwerk
NUE	Notüberlauf
ABL	Ablauf
SFB	Sonderfunktionsbauwerk

Bauwerkstypen

Schwellentypen

Bauwerkstyp	Beschreibung
FB	Fangbecken
DB	Durchlaufbecken
VB	Verbundbecken
SKO	Stauraumkanäle mit obenliegender Entlastung
SKU	Stauraumkanäle mit untenliegender Entlastung
SKZ	Stauraumkanäle mit zwischenliegender Entlastung
SKK	Stauraumkanäle als Kaskade
"DFiB	Durchlauffilterbecken
RRB	Regenrückhaltebecken
RRK	Regenrückhaltekanäle
RRG	Regenrückhaltegräben
RKBoD	Regenklärbecken ohne Dauerstau als Fangbecken ODER Regenklärbecken ohne Dauerstau als Durchlaufbecken
RKBmD	Regenklärbecken MIT Dauerstau als Durchlaufbecken
RUE	Regenüberlauf
TBw	Trennbauwerk
Abw	Auslaufbauwerk
DBw	Drosselbauwerk
KBw	Kaskadenbauwerk (Steuerbauwerk)
NFB	Notfallbecken
SeKa	Sedimentationskammer
SpKa	Speicherkammer
Pw	Pumpwerk
Ebw	Einlaufbauwerk
RÜB	Regenrückhaltebecken

Freie Attribute für die Funktionalen Einheiten

Im Zusammenhang mit Funktionalen Einheiten (FE) schreibt ++SYSTEMS bestimmte Werte als freie Attribute auf die zugehörigen Objekte im Modell. Diese Attribute lassen sich in zwei Gruppen einteilen, die sich unterschiedlich verhalten – vor allem darin, ob sie später wieder vom Programm ausgelesen werden oder nur zur Information dienen.

Attribute der Direkteinzugsgebiete

Diese Attribute werden nicht nur geschrieben, sondern auch aktiv vom Algorithmus wieder eingelesen. Änderungen, die Sie manuell an diesen Attributen vornehmen, werden bei der nächsten automatischen Ermittlung berücksichtigt – sie sind also nicht rein informativ.

• Beim automatischen Ermitteln der Direkteinzugsgebiete werden die Attribute auf allen aktuell zugeordneten Flächen zunächst gelöscht und anschließend neu geschrieben.
• Wird das Direkteinzugsgebiet einer FE gelöscht, werden auch die zugehörigen Attribute entfernt.
• Beim Umbenennen oder Löschen einer FE selbst bleiben die Attribute auf den Flächen bestehen.

Attribute der Volumina

Diese Attribute werden zwar intern für die Berechnung benötigt, bleiben danach aber rein zur Information auf den Objekten stehen. Nachträgliche Änderungen an diesen Werten werden vom Programm nicht mehr berücksichtigt und fließen bei einer erneuten Berechnung nicht in die FE zurück.

• Bei einer erneuten Volumenberechnung werden die Attribute der betroffenen FE zunächst gelöscht und danach neu geschrieben.
• Beim Umbenennen oder Löschen einer FE bleiben die Attribute auf den Objekten bestehen – sie werden nicht automatisch entfernt.

Hinweis: Da die Volumen-Attribute beim Umbenennen oder Löschen einer FE nicht automatisch entfernt werden, können mit der Zeit veraltete Attribute auf Objekten zurückbleiben (z. B. mit dem alten Namen einer umbenannten FE). Wer das vermeiden möchte, sollte die Attribute bei Umbenenn- und Löschvorgängen manuell mit anpassen bzw. entfernen.

Zusammenfassung

	Direkteinzugsgebiete	Volumina
Wird vom Algorithmus wieder eingelesen?	Ja	Nein (rein informativ)
Verhalten bei (Neu-)Berechnung	gelöscht, dann neu geschrieben	gelöscht, dann neu geschrieben
Verhalten beim Umbenennen der FE	bleibt erhalten	bleibt erhalten
Verhalten beim Löschen der FE	bleibt erhalten	bleibt erhalten

Fiktive Schächte und Haltungen

Für eine korrekt hydraulische Abbildung des Fließverhaltens sind manchmal zusätzliche Schächte oder Haltungen im Modell notwendig, die aber kein tatsächlich nutzbares Speichervolumen darstellen. Diese werden als „fiktiv" bezeichnet. Da fiktive Objekte nicht zur Volumenbildung herangezogen werden, wirken sie sich innerhalb einer FE auf mehrere Werte aus:

Fiktive Schächte

• Konzentrationen im Zulauf (max & mittel, TW & MW)
• Fracht im Zulauf
• Anzahl Einstauereignisse, Kalendertage mit Einstau, Dauer Einstau
• Diverse Entlastungswerte
• „Echtes" Beckenvolumen
• Vorgelagertes Kanalstauraumvolumen

Fiktive Haltungen

• Fracht im Zulauf
• Stauraumvolumen der FE selbst
• Vorgelagertes Kanalstauraumvolumen

Vorgelagertes Stauraumvolumen

Wann wird es berechnet

• Bei Auswahl der Schwelle(n) im FE-Dialog
• Bei der Schmutzfrachtberechnung

Geschriebenes Attribut

In allen Fällen wird das informative Attribut „Statisches Stauvolumen bei Höhe ..." geschrieben. Für jede Höhe, für die das Volumen eines Objekts berechnet wird, wird ein eigenes Attribut geschrieben.

Wann wird das Attribut NICHT geschrieben

• Das Objekt ist Teil einer FE
• Das Objekt enthält noch „alte" Attribute, die es als Element einer FE ausweisen
• Das Objekt ist eine Haltung und die Profilhöhe liegt unter der eingegebenen DN-Grenze (hier wird die weitere Berechnung „nach oben" ebenfalls abgebrochen)

Hinweis: Ein scheinbares „Nicht-Aktualisieren" dieses Attributes kann auch daher kommen, dass ein Objekt bei einer vorigen Schwelle noch innerhalb des Staukeils lag, bei der neuen Schwelle aber nicht mehr – da für jede Höhe ein eigenes Attribut geschrieben wird, entsteht für die neue Höhe dann einfach kein neues Attribut (statt eines aktualisierten Werts).

Besonderheiten bei Haltungen

• Zum vorgelagerten Volumen gehörende Haltungen müssen bezüglich DN über der eingestellten Grenze liegen. Beispiel: Grenze DN 1000, Haltung DN 600 → weder die Haltung selbst noch ihr Anfangsschacht werden zum vorgelagerten Volumen gezählt.
• Zusätzlich darf die Haltung keine Attribute enthalten, die eine Zugehörigkeit zu einer FE ausdrücken (FE-Name, FE-Nr).
• Es wird aktuell nicht nach Kanalart unterschieden – Druckrohrleitungen werden also beim vorgelagerten Volumen mit berücksichtigt. Workaround: die Druckrohrleitung unter die DN-Grenze bringen, dann wird die Berechnung dort abgebrochen.
• Um eine korrekte Volumenberechnung für Haltungen durchzuführen, muss die Hydraulik gerechnet sein (PROFILE.DD muss im Hydraulikvariantenverzeichnis vorhanden sein und die richtigen Profile enthalten). Schachtvolumina können dagegen auch ohne Hydraulikergebnisse berechnet werden.

Einstellung

Die Option „Kanalstauraumvol. berücks. über DN" (einzustellen in der Hydraulikvariante) hat direkten Einfluss auf den Umfang der Berechnung.

Trockenwettervolumen

Das Trockenwettervolumen wird für die Funktionalen Einheiten automatisch ermittelt, anhand der Hydraulischen Berechnung (diese muss im Vorfeld einmal ausgeführt worden sein, damit ein Wert herangezogen werden kann).

Als Beispiel dient ein einfacher Regenüberlauf:

• Die Haltung „H0019657“ gehört zum vorgelagerten Kanalstauraumvolumen der FE

• Als Volumenschwelle ist für alle FE-Objekte die Schwelle vom Knoten „S0020006“ in die Haltung „H0018924“ angegeben – diese Schwellenhöhe gilt also auch für die Haltung „H0019657“

• Die Haltung „H0018924“ ist an den Beckenüberlauf des Knotens „S0020006“ angeschlossen und es ist eine Wehrkrone von 30.88 mNN definiert – das ist die verwendete Schwellenhöhe.

• Für Haltungen wird das Trockenwettervolumen über das Berechnungsergebnis „HTROCK“ (im Code; im Hydraulikaktenreiter „h Trockenwetter (cm)“ ermittelt. Dieses ist für die Haltung „H0019257“ 110 cm, also 1.1 m.

• Dieser Füllstand wird jetzt zur Anfangssohlhöhe von 29.880 mNN addiert und gibt eine „Schwellenhöhe“ fürs Trockenwetter von 30.980 mNN, also höher als die Volumenschwelle
• Vom ermittelten Stauraumvolumen wird das TROCKENWETTERVolumen abgezogen.
• In diesem Beispiel wird vom ermittelten Volumen also ein HÖHERES Trockenwettervolumen abgezogen, was zum negativen „Speichervolumen“ führt.

• Hinweis: Seit 12.01.2022 wird der TW Wasserstand in an einen Schacht angeschlossenen Druckrohrleitungen für die Berechnung des TW Volumens dieses Schachtes NICHT mehr berücksichtigt
• Bei den ermittelten statischen Volumina wird kein dynamisches und schwellenunabhängiges (!) Trockenwettervolumen abgezogen.

Ergebnislisten der Funktionalen Einheiten

Mit der Version 18 gibt es neue und aufbereitete Ergebnislisten für die Funktionalen Einheiten. Alle Informationen über die Listen und die einzelnen Werte können unter Flow Ergebnislisten eingesehen werden.

Funktionale Einheiten - Webinar vom 05.04.2022

In diesem Webinar werden unsere Erfahrungen mit dem A102 vorgestellt und auf einzelne Fragestellungen der Schmutzfracht nochmals intensiv eingegangen:

• Gesamtspeichervolumen nach dem A102: Ein erster Vergleich der Ergebnisse mit dem alten ATV-A128
• Funktionale Einheiten: Die bereits eingeführten FEs spielen eine zentrale Rolle bei der Schmutzfrachtberechnung nach der neuen A102. Auf was muss man bei der Erstellung der Funktionalen Einheiten achten? Welche Fehler können auftreten?
• Erfahrungen: Variantenabhängiges Arbeiten mit der neuen Schmutzfrachtberechnung
• Auch beim neuen A102-3 (Immissionsbezogene Bewertungen und Regelungen) kann mit Flow gearbeitet werden (Ausblick)

Mit der Schritt-für-Schritt Anleitung kann das Webinar als gute Einstiegsmöglichkeit in das Modul Flow genutzt werden.