Schmutzfrachtvariante

Die Schmutzfrachtvariante ist das Berechnungsobjekt für die Schmutzfrachtberechnung im Kanalnetz und baut auf einer bereits vorhandenen Hydraulikvariante auf. Sie ermittelt, welche Stofffrachten – vor allem CSB und AFS63 – bei Mischwasserentlastungen ins Gewässer gelangen, und bewertet diese nach den Anforderungen des Arbeitsblatts DWA-A 102 anhand eines fiktiven Zentralbeckens im Modul Flow.

Grundlage der Auswertung sind die Funktionalen Einheiten (FE): Jedes relevante Entlastungsbauwerk im Kanalnetz wird einer FE zugeordnet, sodass die Ergebnisse strukturiert je Bauwerk oder für das Gesamtsystem ausgewertet werden können – entweder automatisch über den Kontextmenüpunkt „FEs aus echten Entlastungsbauwerken erzeugen" oder manuell.

Der Bearbeitungsdialog der Schmutzfrachtvariante gliedert sich in vier Bereiche: Flow (Grundeinstellungen und Schmutzstoffe), Gesamtspeichervolumen nach DWA-A102 (vollständiger Bemessungsgang), Zentralbecken (Struktur und Parameter des fiktiven Beckens) sowie Ergebnisse (Bilanzwerte, Vergleich Zentralbecken – reales System, Nachweisverfahren je FE). Die folgenden Abschnitte beschreiben Kontextmenü, Dialog und Auswertung im Detail.

Kontextmenü

Funktion	Beschreibung
Kläranlage	Hier erfolgt das Auffinden und die Zuweisung der Kläranlage für die jeweilige Schmutzfracht. finden: Sucht den Knoten, welcher als Kläranlage definiert wurde und gibt den Namen im Meldungsfenster aus. Mit Doppelklick auf die Ausgabe wird auf den Knoten hingeführt. automatisch wählen: Automatismus zum ermitteln der Kläranlage im Gesamtsystem. manuell wählen: Ein Knoten kann manuell als Kläranlage festgelegt werden. markierte Knoten zu Kläranlage: Ein bereits markierte Knoten kann zu Kläranlage hinzugefügt werden. Dieser Knoten wird dann im Dialog im Dropdown Menü der Kläranalge aufgelistet und kann ausgewählt werden.
Alle löschen	Löscht alle angelegten Schmutzfrachen.

Objektebene

Kontextmenü Schmutzfrachtvariante

Funktion	Beschreibung
Ändern	Öffnet den Bearbeitungsdialog für die ausgewählte Schmutzfrachtvariante.
Löschen	Löscht die ausgewählte Schmutzfrachtvariante.
Ergebnislisten anzeigen/drucken	Ermöglicht den Export und die Ausgabe der Ergebnisse der Schmutzfrachtberechnung. Zum einen für die Ergebnisse aufbereitet nach dem DWA-A102 und die Detailergebnisse der Funktionalen Einheiten. Hier können die einzelnen Teilbereiche des Ergebnislisting ausgegeben werden.
Ergebnisse löschen	Es werden alle Ergebnisse der Schmutzfracht-Funktionale Einheiten gelöscht.
Ausführen Flow	Startet die Flow-Berechnung Hydraulikvariante Kontinuum(Entlastung): Startet die aktuelle Schmutzfrachtvariante für den Ist-Zustand. Zentralbecken: Startet die Zentralbeckenvariante - nur möglich wenn bereits eine Zentralbeckenvariante angelegt und gerechnet wurde. Ist-Zustand: Startet die aktuelle Schmutzfrachtvariante für den Ist-Zustand. Alle zugeordneten Hydraulikvarianten: Startet die Schmutzfrachtberechnung für die zugeordneten Hydraulikvarianten ???
Anzeigen Flow	Zeigt die Ergebnisse in Tabellenform an. Beim Anzeigen der Ergebnisse für Ausläufe oder Bauwerke werden jeweils zwei Tabellen mit den Ergebnissen der Bauwerke oder der Ausläufe gezeigt. In der ersten Tabelle wird immer eine Zusammenfassung aller Werte über den gesamten Zeitraum ausgegeben. In der zweiten Tabelle wird für jedes Bauwerk/jeden Auslauf das Ergebnis der Berechnung für jeden einzelnen Regen ausgegeben. Die Werte beziehen sich hier auf die einzelnen Sonderbauwerke ohne die Bilanzierung der Funktionalen Einheiten. In der zweiten Tabelle (einzelne Regenereignisse) besteht die Möglichkeit, die Fracht- und Konzentrationsverläufe für die aufgelisteten Bauwerke/Ausläufe für jeden Regen im Detail zu sortieren und anzuschauen. Zuerst wurde in der Spalte Fracht-CSB aufsteigend sortiert und mit Doppelklick das dazugehörige Diagramm für den zeitlichen Verlauf der CSB-Fracht geöffnet. Hydraulikvariante (Ausläufe): Zentralbecken: Ist-Zustand: Hydraulikvariante (Bauwerke): Zentralbecken: Ist-Zustand (Markierte): Ist-Zustand (Markierte) CSV-Export:
Zentralbeckenvariante	Erstellen: Erstellt eine neue Hydraulikvariante für das Zentralbecken. Automatische Erstellung des Zentralbeckens mit dem Volumen aus der Gesamtvolumenberechnung der Schmutzfracht. Löschen: Die aktuelle Zentralbeckenvariante und alle zugehörigen Attribute in der Hydraulikvariante.
Funktionale Einheiten (FE): Neu	Erstellt eine neue Funktionale Einheit. Dabei öffnet sich der Dialog für die Zuweisung einer Funktionale_Einheiten.
Übernehme FEs von Schmutzfrachtvarianten	Übernimmt aus einer bestehenden Schmutzfrachtvariante alle erstellten Funktionalen Einheiten.
Alle FEs löschen	Löscht alle Funktionalen Einheiten.
Alle FEs: Markiere alle Volumenelemente	Markiert alle zugewiesenen Volumenelemente der erstellten Funktionalen Einheiten. Das bedeutet, Abschnitte und Knoten werden markiert, die als FE-Volumenelement zugewiesen wurden.
Alle FEs: Direkteinzugsgebiete	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.
Alle FEs: Meldung über Statisches Volumen ausblenden	Blendet die informative Meldung zum Attribut „Statisches Stauvolumen bei Höhe ..." aus, die beim Berechnen des vorgelagerten Stauraumvolumens geschrieben wird.
FEs aus echten Entlastungsbauwerken erzeugen	Automatismus für die Erstellung der Funktionalen Einheiten im Gesamtsystem. Geht die einzelnen Sonderbauwerke durch und erstellt eine Funktionale Einheit. Der Automatismus funktioniert sehr gut für "einfache" Bauwerke. Komplexe Sonderbauwerke (Verbundbecken) mit verschiedenen Fließvorgängen müssen manuell abgebildet werden!
FEs neu nummerieren	Nummeriert die Funktionalen Einheiten nochmals neu durch.
FE-Baum anzeigen	Zeigt die erstellten Funktionalen Einheiten in einer Baum-/Übersichtsstruktur an und gibt die Struktur der Bauwerke wieder.
FEs einlesen der Ergebnisse	Liest die Berechnungsergebnisse älterer Version (V17) in die Funktionalen Einheiten ein um die neuen Ergebnislisten (V18) zu erzeugen.
FEs sortieren nach Name	Sortiert die Liste der Funktionalen Einheiten alphabetisch nach Name.
FEs sortieren nach Nummer	Sortiert die Liste der Funktionalen Einheiten nach ihrer Nummer.
Neues Unterverzeichnis	Legt ein neues Unterverzeichnis zur rein organisatorischen Strukturierung im Baum an, ohne Einfluss auf die Berechnung.

Dialog

Der Dialog zur Schmutzfrachtvariante (Kontinuum) gliedert sich in vier Bereiche:

• Flow
• Gesamtspeichervolumen nach DWA-A102
• Zentralbecken
• Ergebnisse

Flow

Der Reiter "Flow" enthält die Grundeinstellungen der Schmutzfrachtberechnung.

• Checkbox „Tabellarische Ergebnisse für alle Einzelregen ausgeben": gibt die Ergebnisse zusätzlich für jedes einzelne Regenereignis tabellarisch aus. Da dies bei Langzeitsimulationen die Ergebnismenge deutlich vergrößert, sollte die Option je nach Bedarf gezielt aktiviert werden.

Erweiterte Optionen

Button „Erweitert...": öffnet weitere, seltener benötigte Optionen zur Ergebnisausgabe.

Optionen für Funktionale Einheiten (FE)

• Trockenwetterabweichung [%]: definiert die zulässige Abweichung vom Trockenwetterabfluss. Sie dient der Unterscheidung zwischen Trockenwetter- und regenbedingten Abflussanteilen und beeinflusst dadurch die Bilanzierung von Zulauf-, Weiterleitungs- und Entlastungsvolumina sowie die daraus berechneten Schmutzfrachten.
• Berücksichtigung der Abschnitte als Kanalstauraumvolumen über DN: legt die DN-Grenze fest, ab der Haltungen bei der Ermittlung des vorgelagerten Kanalstauraumvolumens berücksichtigt werden. Über den Pfeil-Button wird der aktuell in der Hydraulikvariante eingestellte Wert übernommen.

Entlastungsereignis

• Ereignistrennzeit [min]: Mindestzeitabstand, ab dem zwei Entlastungsspitzen als getrennte Entlastungsereignisse gezählt werden (analog zur Regentrennzeit bei den Regendaten).
• Grenzdurchfluss [l/s]: Mindestabfluss, ab dem eine Entlastung überhaupt als eigenes Ereignis gewertet wird.

Stammwert CSB

Liste aller für diese Variante angelegten Schmutzstoffe (im Standardfall CSB - Chemischer Sauerstoffbedarf und AFS63 - Abfiltrierbare Stoffe). Über Neu, Löschen und Übernehmen können weitere Schmutzstoffe ergänzt, entfernt oder geänderte Werte gespeichert werden. Für den jeweils markierten Schmutzstoff stehen folgende Felder zur Verfügung:

• Kurzbezeichnung und Beschreibung
• Konzentrationseinheit (Standard: mg/l)
• Konzentrationen für Wasserarten: Häusliches SW, Gewerbliches SW, Fremdwasser, Regenwasser (MW), Regenwasser (RW) – hinterlegt die Grundkonzentration des Schmutzstoffs je Wasserart

Stammwert AFS63

• Projektweite Potentiale (Potential MW/RW): projektweite Vorschlagswerte, sofern globale Potentiale hinterlegt sind

• Button „Zusätzliche Gewerbliche SW": öffnet die Verwaltung individueller Konzentrationen für einzelne gewerbliche Einleiter

Die übergabe der Kategorien erfolgt auf der Objektebene (Flächen), daher muss dieser Arbeitsschritt vor dem Ausführen der Hydraulikvariante erfolgen. Nachträgliche Veränderungen an den Kategorien erfordern immer eine Neuberechnung der Hydraulikvariante!

Gesamtspeichervolumen nach DWA-A102

Das Gesamtspeichervolumen dient zur Ermittlung des spezifischen Speichervolumens und daraus resultierend ergibt sich das erforderliche Gesamtvolumen für das Zentralbecken.

Dieser Reiter bildet den vollständigen Bemessungsgang nach Arbeitsblatt DWA-A 102 als Tabelle ab (Spalten: Nr., Bezeichnung, Symbol, Wert, Dimension). Die Zeilen sind grob in drei Gruppen gegliedert:

• Projektbezogene Eingabedaten (u. a. mittlere Jahresniederschlagshöhe, angeschlossene befestigte Teilflächen je Belastungskategorie, mittlere Geländeneigungsgruppe, Trockenwetter- und Regenabfluss)
• Ergebniswerte Eingabedaten (daraus abgeleitete Flächenanteile und Konzentrationen)
• Feste Einstellungen (z. B. CSB-Konzentration im Regenwasserabfluss und im Kläranlagenablauf)

Über das Pfeil-Symbol am Ende jeder Zeile kann der jeweilige Wert einzeln aus der Hydraulikvariante bzw. dem Modell übernommen werden; über das Symbol oben rechts in der Wert-Spalte lassen sich alle Werte auf einmal übernehmen. Alle Werte können anschließend projektspezifisch angepasst werden.

Wenn die Werte aus der Hydraulik (DYNA) übernommen wurden erscheinen diese in grüner Farbe! Werden einzelne Werte manuell eingetragen erscheinen diese in Schwarzer Farbe.

Die Berechnung des Gesamtspeichervolumens erfolgt immer mit jeder Veränderung und muss nicht nochmals explizit ausgeführt werden! Endergebnis der Berechnung ist Zeile 41, das erforderliche Gesamtspeichervolumen, das in die weitere Bemessung (z. B. des Zentralbeckens) einfließt.

Zentralbecken

Bilanzierungsansatz für die Austräge des Zentralbeckens im Modul FLOW:

Anforderungen an das Zentralbecken nach dem DWA A102

• Ermitteltes Gesamtspeichervolumen zentral vor der Kläranlage als Durchlaufbecken im Nebenschluss
• Rückstaufreier Zufluss zum Zentralbecken
• Drosselabfluss des Zentralbeckens entspricht dem Zufluss zur biologischen Reinigungsstufe
• Vorgeschalteter Beckenüberlauf
• Klärüberlauf, ausgelegt auf den kritischen Mischwasserabfluss
• Einheitlicher Sedimentationswirkungsgrad mit 10 %
• Berücksichtigung des Kläranlagenablaufs

Umsetzung der Anforderung in FLOW:

• Erzeugung der festen Struktur als Durchlaufbecken im Nebenschluss mit vorgeschaltetem Beckenüberlauf.
• Übernahme des Mischwasserzuflusses als Zufluss zur biologischen Reinigungsstufe (Q_M), Parameter ist anpassbar.
• Fangteil des Zentralbeckens mit zugeordnetem Gesamtspeichervolumen laut Formblatt und Anforderungen an Klärüberlauf und Sedimentationswirkungsgrad, Parameter sind anpassbar.
• Berücksichtigung des Frachtaustrags am Ablauf der Kläranlage, umgesetzt nach Definition DWA A102-2, Gl. 32.

Einstellungen Zentralbecken

Der Dialog stellt die Struktur des Zentralbeckens als Fließschema dar (Beckenüberlauf → Trennbauwerk → Zulauf Kläranlage → Kläranlage, mit Zentralbecken und Klärüberlauf als weiteren Stationen). Folgende Werte sind editierbar:

• Drossel [l/s] im Feld „Zulauf Kläranlage" – Drosselabfluss zur biologischen Reinigungsstufe
• Gesamtvolumen [m³] im Feld „Zentralbecken" – aus dem DWA-A102-Bemessungsgang übernommenes bzw. angepasstes Speichervolumen
• Beschränkung [l/(s·ha)] und Sedimentationswirkungsgrad im Feld „Klärüberlauf"
• Frachtaustrag der Kläranlage: über die Checkbox „Frachtaustrag berücksichtigen" aktivierbar, mit den Feldern AFS63- und CSB-Frachtaustrag (mg/l), berechnet nach DWA-A 102-2 / BWK-A 3-2, Abschnitt 8.4.4.2

Mit dem A102 sollen die Schmutzfrachten der Kläranlage mit bilanziert und ausgegeben werden. Zusätzlich haben Sie die Möglichkeit sowohl eine individuelle Konzentration für AFS63 oder CSB anzugeben.

Möglichkeit zur Bilanzierung des Kläranlagenauslaufes

Die Felder „Fracht AFS63" und „Fracht CSB" an den einzelnen Stationen (Beckenüberlauf, Zulauf Kläranlage, Kläranlage, Klärüberlauf) sowie „Messjahr", „davon" und „Simulationszeit" zeigen die berechneten Ergebnisse an, sobald die Variante gerechnet wurde.

Im Bilanzierungsansatz werden zunächst die Ströme innerhalb des Zentralbeckens, welches nach DWA A102 als Durchlaufbecken im Nebenschluss anzusetzen ist, betrachtet. Durch die Einschränkungen, welche das Merkblatt vorgibt, entstehen während der Simulationszeit ggf. Entlastungsereignisse. Ein Vorteil dieses Ansatzes ist die Nachvollziehbarkeit der Stoffausträge an den Überläufen. Durch die berechneten Durchflussmengen lassen sich die Entlastungsfrachten auch händisch ermitteln und Plausibilitätsprüfungen durchführen. Durch Parametrisierung innerhalb des Zentralbeckens kann man dies individuell an die Erfordernisse anpassen.

Ergebnisse

Der Reiter „Ergebnisse" fasst die Ergebnisse für das Mischverfahren zusammen und hält sich an die Anforderungen und Darstellungen aus dem Beispiel der A102-2.

Bilanzwerte Stoffaustrag

Bilanzwerte des Regenwasserabflusses (Jahresniederschlagshöhe, Jahresregenwasserabflussvolumen, spezifischer Regenwasserabfluss, mittlerer Jahresabflussbeiwert) sowie – jeweils getrennt für AFS63 und CSB – Frachtabtrag Regenwasserabfluss, flächenspezifischer Frachtabtrag und mittlere Abflusskonzentration.

Vergleich Fiktives Zentralbecken – Reales System

stellt für AFS63 und CSB die Werte des durchgerechneten fiktiven Zentralbeckens den Werten des tatsächlichen (realen) Systems gegenüber – Entlastungsfracht, Entlastungskonzentration, Entlastungsfrachtrate, Frachtaustrag Kläranlage und Frachtaustrag insgesamt. So lässt sich auf einen Blick beurteilen, wie stark sich reales System und vereinfachtes Zentralbecken unterscheiden.

Ergebnisse des Nachweisverfahrens für Stoffparameter AFS63 und CSB

listet je Funktionaler Einheit Volumen, Q_Dr, Einstautage/-stunden pro Jahr, V_e,MWÜ, Entlastungsrate e_s, Frachtaustrag SF sowie mittlere Ablaufkonzentration C_e – jeweils für AFS63 und CSB (weitere Spalten über die horizontale Bildlaufleiste erreichbar). Über die Spaltenköpfe („Sortieren") lässt sich die Tabelle nach jeder Spalte sortieren; die letzte Zeile zeigt die Summe/Gesamtwerte über alle Funktionalen Einheiten.

Messjahre

Im Hydraulikmenü einzustellen:

• Ein Wiki-Button neben dem Feld „Messjahre" verlinkt direkt auf diese Beschreibung.
• Ist „Schmutzfracht" ausgewählt, wird zusätzlich ein Ausrufezeichen-Symbol neben den Messjahren angezeigt, das auf die Pflicht zu ganzen Jahren hinweist.

Das Feld „Messjahre" ist sowohl für Hydraulik- als auch für Schmutzfrachtberechnungen relevant, verhält sich aber je nach ausgewähltem Berechnungstyp unterschiedlich:

• Hydraulik: Hier können beliebige Zahlen als Messjahre eingetragen werden, es gibt keine Einschränkung auf ganze Jahre.
• Schmutzfracht: Hier gilt die bestehende Logik, dass nur ganze Jahre als Messjahre zulässig sind.

Warum ganze Jahre bei der Schmutzfracht wichtig sind

Der AFS63-Parameter wird über die sogenannten Potentiale nach DWA-A 102 immer jahresweise hinzugegeben. Deshalb ist die korrekte, auf ganze Jahre gerundete Eingabe der Messjahre bei der Schmutzfracht besonders wichtig. Aus demselben Grund müssen auch die Regendaten jahresweise getrennt werden – andernfalls kann es bei längeren Regenereignissen, die über einen Jahreswechsel hinausreichen, zu Verfälschungen der berechneten AFS63-Fracht kommen.