Flow - Berechnungsgrundlage

Flow++ setzt auf die hydrodynamischen Abflusstransportberechnung an und ermöglicht somit einen realistische Abbildung der Schmutzstoffe und -frachten im Kanalnetz. Der neue zeitsymmetrische Ansatz von Flow++ für die Durchmischung von Schmutzstoffen regelt den mechanischen Einfluss des Niederschlags auf den Schmutztransport. Es handelt sich dabei um einen gleichmäßig durchmischten Reaktor, der auch z.B. in der Lage ist, Rückfluss von Schmutzstoffen abzubilden. Zusätzlich gibt es hier die Möglichkeiten, individuelle oder automatisch funktionale Einheiten (sog. FE‘s) über die Berechnungsknoten der hydraulischen Berechnung hinaus zu definieren. Dies ermöglicht auch die Bilanzierung von sehr komplexen Sonderbauwerken der Kanalisation. Dieses Programmfeature wird als "Bilanzierungsaufsatz" auf die bestehende Berechnungskern der Schmutzfracht gesehen.

Darstellung des Moduls Flow und der Berechnungsgrundlage, sowie Bilanzierung mit Funktionalen Einheiten

Also Grundlage jeder Schmutzfrachtberechnung ist somit eine Hydraulische Berechnung

Hydrodynamische Schmutzfrachtberechnung

Die Berechnung des Stofftransportes im Kanalnetz erfolgt durch Bilanzierung der Abflüsse und Frachten an den Netzknoten und Strängen. Jeder Netzknoten und jeder Strang werden dafür als ein Volumenelement beschrieben. Dass das Volumen des Schachtes bzw. Bauwerks und der angrenzenden Haltungshälfte abbildet.

• Durchmischungsberechnung erfolgt bereits auf der Transportstrecke - anstatt wie bei gängigen hydrologischen Verfahren erst am Bauwerk
• Das dynamische Verhalten wird auch bei Schmutzstoffen während der Transportphase mitberücksichtigt – Rückstau oder Fließumkehr ist möglich
• Einsehbarkeit der Konzentration aller Schmutzstoffe an jeder Stelle

Modellansatz: Stoffkonzentrationen

Die Frachten der einzelnen Stoffe werden mit dem Modul Flow an den entsprechenden Schwellen bilanziert. Dabei werden keine Konzentrationen gesetzt, Flow verwendet hier den Ansatz für die Massenerhaltung. Hier sind die Konzentrationen für die Frachtenermittlung nicht entscheidend.

Die Entlastungskonzentration wird am jeweiligen Knotenpunkt berechnet

Die Entlastungskonzentration ist verortet, da nicht nur für jeden entsprechenden Knoten, sondern auch für jede Schwelle eine Konzentration errechnet wird. Dieses Vorgehen ist mit den Ansätzen von unterschiedlichen Rückhaltefaktoren und Wirkungsgraden unabdingbar.

Berechnungsgrundlage der Ergebnisse & Ausgabeparameter

Mischverhältnis (Ergebnistabelle Aktenreiter A102

Bei der Ermittlung des Mischverhältnis wird entsprechend den Regelwerken (DWA M 177 und dem darauffolgenden A102-2) mit folgendem Ansatz berechnet:

• M0 = (ct - ce) / ce (Nach DWA M 177, Gleichung 18)

• • Ce = Entlastungsfracht pro Jahr, Schmutzstoff und Schwelle / Entlastungvolumen pro Jahr und Schwelle.(„Jahr“ heißt hier: summiert über alle in einem entsprechenden Kalenderjahr beginnende Regenereignisse. Über die Jahresgrenze gehende Ereignisse werden dem Startjahr zugeschlagen).
  • Ct = Gesamtfracht pro Jahr und Schmutzstoff im Zulauf der Funktionalen Einheit, Ohne Regenwasserbeitrag / Gesamtvolumen TW (also ohne den Regenwasseranteil) pro Jahr im Zulauf der Funktionalen Einheit.

Daher wird das Mischverhältnis für das Bauwerk ermittelt und wird für jede Schwelle zwar einzeln ausgewiesen (FE-Listen), ist aber über die Ermittlung anhand des Gesamtzulauf am Bauwerk nicht verortet.

Für das Mischverhältnis nach dem A102-2 wird nur der CSB-Wert in der Ergebnisliste mit ausgegeben. Für andere Stoffe ist dieses Mischverhältnis nicht definiert und somit nicht zu verwenden!

„Regendauer TQR“ und die zulaufenden Volumen (VzuT und VzuR)

Die Werte werden ermittelt für die Zeit, in der sich die Funktionale Einheit im „Mischwasserzulauf“ – Fall befindet – also der Zulauf um „Trockenwetterabweichung“ % über dem TW Zulauf (zu dem entsprechenden Zeitpunkt, nicht gemittelt) ist. Diese Analyse wird natürlich nur während simulierten (DYNA) Regenereignissen durchgeführt – über den Rest des Jahres gibt es diesbezüglich keine Informationen. Treten während dem „Rest des Jahres“ signifikante Mischwasserzulauf auf, dann ist das Modell dementsprechend mit den Regenereignissen anzupassen (Nachlaufzeit, Anpassung Regendaten etc..) Ob Regenpausen / Nachläufe mitberücksichtigt werden, hängt vom Verhalten des Netzes ab – befindet sich die Funktionale Einheit noch im „Mischwasserzulauf“-Fall:

• Ja (ggf. anteilig) • Nein

Zeiten innerhalb eines DYNA Regenereignisses VOR dem Eintreten des „Mischwasserzulauf“-Falles schlagen – natürlich – hier nicht zu Buche.

Maximum und Mittelwert im Zulauf (Ergebnislisten)

Wie bereits erwähnt wird die Gesamtfracht und das Volumen pro Kalenderjahr, sowie Schwelle und Stoff berechnet (Massenerhaltung). Hier werden nur die simulierten Regenereignisse für die Berechnung herangezogen. Über Jahresgrenzen hinweggehende Regenereignisse werden dem Startkalenderjahr zugeschlagen. Bilanziert werden bei den Zuläufen alle zulaufenden Haltungen, sofern sie nicht als Stauraumhaltungen ausgewiesen sind. Hier sind die Regeln für die Abbildung von Funktionale Einheiten einzuhalten (durchgehende Haltungen, Knoten beginnen, etc..). Flächen oder Zuflüsse die direkt an dem Stauraumkanal mitangeschlossen sind, werden hierdurch nicht bilanziert und müssten gegeben falls über eine fiktive Haltungen angeschlossen werden oder über die bestehenden Zuläufe verteilt werden.