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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektierung eines Volumenstroms in einem Überlaufkanal zwischen einer verschmutztes Wasser führenden oder verschmutztes Wasser speichernden Einrichtung und einem Gewässer.
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Überlaufkanäle sind beispielsweise unter der Bezeichnung Regenentlastungskanal bekannt. Diese verbinden üblicherweise den Abwasserkanal, häufig als Mischwasserkanal ausgebildet, an einem Mischwasserbehandlungs- bzw. einem Entlastungsbauwerk mit einem Gewässer, beispielsweise einem Bachlauf oder einem Fluss. Es sind in diesem Zusammenhang beispielsweise auch Regelüberläufe oder Regenüberlaufbecken bekannt, die durch einen Überlaufkanal mit einem Gewässer, z. B. dem bereits oben zitierten Bach, verbunden sind. Das heißt, ein erheblicher Teil der Schmutzbelastung von Gewässern, wie Bachläufen und Flüssen, geht von Überläufen aus Mischentwässerungssystemen aus. Auch die Gewässerbelastungen aus Trennsystemen sind nicht unerheblich. Insofern ist es z. B. auf der Basis von Selbstüberwachungsverordnungen verschiedener Bundesländer bereits Vorschrift, an bestimmten Entlastungsbauwerken die Entlastungstätigkeit, also die Abschlags- oder auch Überlauftätigkeit, besser zu erfassen, als es bisher möglich war.
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Aus hydraulischen und hydrometrischen Gründen ist es sehr aufwendig, die genaue Menge des entlasteten Wasservolumens, also der abgeschlagenen Menge, zu ermitteln. Insofern hat beispielsweise in Hessen bei der Erstellung einer sogenannten Eigenkontrollverordnung [EKVO] die oberste Wasserbehörde darauf verzichtet, die abgeschlagenen Wassermengen zu erfassen. Vielmehr reicht es nach der EKVO aus, wenn die Abschlags- oder Überlaufhäufigkeit und die Abschlags- bzw. Überlaufdauer ermittelt werden. Weiß man, wie oft und wie lange ein Überlaufkanal zur Führung von Abwasser beispielsweise in einem Jahr benutzt wird, dann können bei signifikanten Abweichungen auch irregulär laufende Anlagen erkannt werden. Beispielsweise ergeben sich auch aus dem Vergleich dieser Parameter für verschiedene Anlagen in einem Entwässerungsnetz genügend Informationen, um suboptimal verteilte Drosselabflüsse oder Beckenvolumina zu erkennen. Auch können die Daten zur Kalibrierung von nummerischen Schmutzfrachtmodellen dienen.
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Allerdings hat sich herausgestellt, dass die Ermittlung sowohl der Abschlags- bzw. Überlaufhäufigkeit als auch der Abschlags- bzw.
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Überlaufdauer nicht trivial sind. So ist beispielsweise die bisher häufig angewandte Erfassung des Anspringens von Überläufen mithilfe von Wasserstandsmessungen vor Überlaufschwellen aus hydrometrischen Gründen mit erheblichen Schwierigkeiten und Unsicherheiten behaftet. Grund hierfür ist beispielsweise, dass die Schwellen über ihre Länge von bis zu mehreren Zehn-Metern nicht horizontal verlaufen und mit einem Nivellement der Tiefstpunkt ermittelt werden müsste, was häufig genug unterbleibt bzw. sich im Laufe der Zeit auch wieder ändern kann, wenn z. B. verstellbare Überlaufschwellen manipuliert oder beschädigt werden. Auch der Einsatz entsprechender Ultraschallgeräte führt nicht notwendigerweise zur genauen Feststellung des Anspringens des Überlaufs an der Schwelle, da die Messuntersicherheit in der gleichen Größenordnung wie die zu detektierende Überfallhöhe z. B. bei Sehwachregen oder Schneeschmelze ist. Selbst wenn es gelingt, eine Erstinstallation präzise zu kalibrieren, ist es aufwendig, diese Genauigkeit durch regelmäßige Nachkalibrierung aufrecht zu erhalten.
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Die bisher ebenfalls eingesetzte Methode der Abflusserkennung mit Wasserstandsmessgeräten, z. B. Ultraschall, im Überlaufkanal, ist nicht zufriedenstellend, denn es fallen hohe Geräte- und Unterhaltungskosten an. Zudem sind solche Messungen nicht mit Batteriebetrieb möglich. Bezüglich der Datenübertragung und -erfassung ist zu konstatieren, dass die häufig angewandte Methode, die Überlauftätigkeit aus zu einer Datenzentrale übertragenen Wasserstandsmesswerten mit sogenannter Grenzwerterkennung festzustellen, wegen der Übertragungs- und Wandlerfehler vergleichsweise unsicher ist.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht demzufolge darin, die Abschlagshäufigkeit und die Abschlagsdauer auf einfache Art und Weise sicher zu detektieren.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird mithilfe einer Vorrichtung zur Detektion eines Volumenstroms in einem Überlaufkanal zwischen einer verschmutztes Wasser führenden oder verschmutztes Wasser speichernden Einrichtung und einem Gewässer vorgeschlagen, dass der Überlaufkanal ein Rohr oder eine Rinne aufweist, wobei die Vorrichtung einen im Rohr oder der Rinne in dem Volumenstrom angeordneten Schwimmerschalter und eine Staueinrichtung umfasst, wobei die Staueinrichtung in Strömungsrichtung gesehen, nach dem Schwimmerschalter angeordnet ist. Hierbei kann durch den Schwimmerschalter das Vorhandensein des Volumenstroms durch ein Einschaltsignal bei Einsetzen des Volumenstroms und durch einen Abschaltvorgang am Ende des Abflusses detektiert und durch eine Speichereinrichtung aufgezeichnet werden. Aus den aufgezeichneten Zeitpunkten von Beginn und Ende es Volumenstroms lassen sich für einen bestimmten Zeitraum, z. B. ein Jahr, die Überlaufhäufigkeiten und die jeweilige Überlaufdauer ableiten. Das heißt, dass die Abschlagsaktivität in Hinblick auf Häufigkeit und Dauer in einem zum Gewässer, beispielsweise einem Bach, führenden Abschlagskanal erfasst wird.
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Wesentlich hierbei ist, dass eine Staueinrichtung vorgesehen ist, durch die das für den Schwimmerschalter nötige Wasserpolster erzeugt wird. Dies kann dadurch geschehen, dass der Schwimmerschalter in einer definierten Entfernung zur Staueinrichtung angeordnet ist. Geeignete Schwimmerschalter weisen typischerweise eine Hysterese auf, sodass bei einem Schwellwert der Schwimmerschalter einschaltet und bei Unterschreiten eines zweiten Schwellwertes der Schwimmerschalter abschaltet. Das heißt, dass, wenn beispielsweise die Einschaltgrenze bei einer Stauhöhe von 75 mm liegt, was je nach Durchmesser des Rohres des Überlaufkanals einem Durchfluss von 2,5 I bis 3 I pro Sekunde entspricht, dass dann wegen der Schalthysterese die Abschaltgrenze tiefer liegt, also etwa bei einer Wassertiefe von 40 mm mit einem ungefähren Abfluss von unter 1,5 I pro Sekunde liegt. Die Beziehung zwischen Volumenstrom und aufgestauter Wassertiefe ist vom Rohrdurchmesser und der Form der gewählten Stauvorrichtung abhängig. Die höhere Einschaltgrenze bedingt im realen Betrieb keine nennenswerte Verzögerung des Abschlagbeginns, da eine Abflusswelle, insbesondere bei Mischwasserentlastungen, ganz typisch mit einer steilen Wellenfront beginnt. Das heißt, die Stauhöhe von z. B. 75 mm wird im Falle eines Abschlags relativ schnell erreicht.
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Vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nach einem wesentlichen Merkmal der Erfindung ist vorteilhaft der Schwimmerschalter in einem Schutzgehäuse angeordnet, wobei das Schutzgehäuse an der tiefsten Stelle des Rohres oder der Rinne des Überlaufkanals angeordnet ist.
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Insbesondere in Anbetracht der Tatsache, dass bei Mischwassersystemen auch das Wasser grobe Fremdstoffe, wie z. B. Holzstücke, Steine, etc., mit sich führen kann, ist die Anordnung des Schwimmerschalters in dem besagten Schutzgehäuse vorteilhaft.
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Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, das Schutzgehäuse seitlich mit einer definierten Lücke an die Sohle anzuschließen, um ungewollte Zuströmungen aus der vorbeifließenden Strömung zu verhindern, jedoch so viel Strömung eintreten zu lassen, dass Sandablagerungen unter dem Schwimmerschalter verhindert werden. Zur Unterwasserseite ist das Schutzgehäuse offen, damit der Rückstau von der Staueinrichtung ungehindert eintreten und den Schwimmer anheben kann.
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Bezüglich der Staueinrichtung kann insbesondere vorgesehen sein, dass diese zwei oder mehr Stauelemente aufweist, die zur Ausbildung einer definierten Wasserstands-Abfluss-Beziehung eine Neigung zueinander aufweisen und einen Abstand zueinander bilden. Diese durch den Abstand gebildete Öffnung zwischen den Stauelementen lässt auch das Wasser nach Ende des Abflussereignisses frei abfließen. Das heißt, es baut sich dann, bewirkt durch die Staueinrichtung unmittelbar nach dem Schwimmerschalter, aber vor der Staueinrichtung ein Aufstau oder Rückstau auf, der bei entsprechender Höhe bewirkt, dass der Schwimmerschalter aktiviert wird.
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Insbesondere in Anbetracht der Tatsache, dass bei Mischwassersystemen auch das Wasser die besagten Fremdstoffe mit sich führen kann, ist vorgesehen, dass die Stauelemente im Querschnitt gerundet, insbesondere teilkreisförmig, z. B. als Ausschnitt aus einem Zylindermantel ausgebildet sind, um zu verhindern, dass sich Fremdstoffe aus der Kanalisation an den Stauelementen verfangen. Dies wird insbesondere dadurch verhindert, dass die Staueinrichtung eng an die Wandung des Rohres oder der Rinne anschließt.
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Es wurde bereits dargelegt, dass der Schwimmerschalter in einem Schutzgehäuse angeordnet ist. Um zu gewährleisten, dass das Schutzgehäuse die Strömung nur geringfügig beeinflusst, ist vorgesehen, dass das Schutzgehäuse im Querschnitt etwa dreieckförmig und entgegen der Strömungsrichtung konisch zulaufend ausgebildet ist. Das heißt, dass das Schutzgehäuse entgegen der Strömungsrichtung spitz zulaufend ausgebildet ist, um so dem fließenden Wasser nur einen geringfügigen Widerstand und keine Anlagerungskante für unerwünschte Stoffe zu bieten.
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Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass die Abschlagshäufigkeit und die Abschlagsdauer über einen bestimmten Zeitraum ermittelt werden soll. Hierzu dient eine Speichereinrichtung. Im Einzelnen können hierzu die entsprechenden Daten durch einen Eventlogger erfasst werden. Ein solcher Eventlogger, der insbesondere auch batteriebetrieben und damit autark sein kann, kann beispielsweise direkt über die USB-Schnittstelle eines handelsüblichen Computers ausgelesen werden, um dann nach Auswertung der Daten Rückschlüsse auf die Abschlagstätigkeit in einem bestimmten Zeitrahmen ziehen. Hieraus lassen sich dann Feststellungen hinsichtlich der Entlastungsbauwerke und hieraus Schlüsse auf unnötig hohe Einleitungen ziehen.
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Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielhaft näher erläutert.
- 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Detektierung eines Volumenstroms in einem Kanal oder einer Rinne in einem Längsschnitt;
- 2 zeigt eine Ansicht von unterstrom auf die Vorrichtung gemäß 1.
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Gemäß 1 ist das Rohr bzw. die Rinne eines Überlaufkanals mit 1 bezeichnet. In dem Rohr des Überlaufkanals befindet sich im Übergang vom Oberwasser 6 zum Unterwasser 4 die mit 8 bezeichnete Staueinrichtung, wobei von der Staueinrichtung in 1 lediglich das eine Stauelement 10 erkennbar ist. Im Bereich des Oberwassers 6 ist auf dem Grund des Rohres oder der Rinne 1 ein Schutzgehäuse 12 angeordnet, das dem Schutz des darunter angeordneten Schwimmerschalters 14 vor groben Schmutz, wie z. B. Holz und Lappen, dient. Der Schwimmerschalter 14 ist datentransportierend mit einer Speichereinrichtung 16 gekoppelt, wobei die Speichereinrichtung 16 vorzugsweise als Eventlogger ausgebildet ist. Die Speichereinrichtung 16 sorgt für die Speicherung der Zeiten eines Überlaufs oder Abschlags sowie dessen Dauer. Die Speicherung kann über Tage, Wochen oder gar Monate gehen. In vorbestimmten Zeitintervallen kann die Speichereinrichtung 16 ausgelesen werden, z. B. mit Hilfe einer SD-Karte oder eines USB-Sticks; oder die Speichereinrichtung 16 steht z. B. über Funk oder Kabel mit einer Datenfernübertragungseinrichtung in Verbindung.
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Das Schutzgehäuse 12 ist erkennbar schräg verlaufend ausgebildet, wobei sich aus 2 die Konizität des Schutzgehäuses 12 ergibt. Bei der weiteren Betrachtung von 2 ergibt sich die mit 8 bezeichnete Staueinrichtung mit den beiden Stauelementen 10. Zwischen den beiden Stauelementen 10 befindet sich eine Öffnung 18, die so ausgebildet ist, dass sich bei einem Volumenstrom mit einer bestimmten Literzahl pro Sekunde in Strömungsrichtung (Pfeil 20) gesehen vor der Staueinrichtung 8 eine Höhe des Oberwassers 6 ergibt, die zu einem Anspringen des Schwimmerschalters 14 führt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rohr
- 4
- Unterwasser
- 6
- Oberwasser
- 8
- Staueinrichtung
- 10
- Stauelement
- 12
- Schutzgehäuse
- 14
- Schwimmerschalter
- 16
- Speichereinrichtung
- 18
- Öffnung
- 20
- Pfeil
