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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Behandlungsbauwerks für Niederschlagwasser und ein Behandlungsbauwerk für solches Niederschlagswasser.
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Aus wasserwirtschaftlicher Sicht wird es derzeit als wünschenswert erachtet, Niederschlagswasser mehr und mehr an Ort und Stelle zu behalten, anstatt es bspw. nach einem Regenguss zügig in die Entwässerungssysteme zu bringen und abzuführen. Die bekannten Entwässerungssysteme umfassen Bauwerke, die für die Aufnahme von Wasser aus Niederschlägen vorgesehen sind und die dabei helfen, gerade bei hohen Niederschlagsmengen Abwassersysteme unterhalb ihrer Kapazitätsgrenze zu halten und Kläranlagen zu entlasten. Dazu können Bauwerke zur Behandlung von Niederschlagswasser als dezentrale Systeme auch berücksichtigen, dass der Niederschlag oder anderes Abwasser zur weiteren Verwendung gereinigt werden muss. Dieses Wasser kann verschiedene Sedimente enthalten bzw. durch folgende Stoffe belastet sein: So können organische oder anorganische Grobstoffe, z. B. Steine, Laub, Sand und andere Fein- und Feinststoffe, partikular gebundene Schadstoffe, z. B. PAK, gelöste Schadstoffe, z. B. Schwermetalle (z. B. Kupfer, Zink und Blei) oder auch Leichtflüssigkeiten wie Benzin und Öl enthalten sein.
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Aus dem Stand der Technik sind Behandlungsbauwerke für Niederschlagswasser bekannt, deren Kernfunktion die Reinigung des Niederschlagswassers vor Ort und die nachfolgende Versickerung des gereinigten Niederschlagswassers im Boden ist. „Vor Ort“ meint hier vor allem Versickerung neben oder unterhalb von Gebäuden, Straßen oder industriellen Anlagen. Solche Bauwerke arbeiten u. a. mit Sedimentation, Adsorption oder Siebung (auch eine Ölabscheidung kann vorgesehen sein) und sind wie folgt aufgebaut: Ein in den Boden eingelassener Behälter, der quaderförmig oder auch zylindrisch sein kann, nimmt das Niederschlagswasser auf. Bei einem Behandlungsbauwerk, das auf Sedimentation basiert, kommt das Wasser in dem Behälter zur Ruhe und im Wasser vorhandenes Sediment und Feststoffe lagern sich am Boden des Behälters ab. Je nach der zu erzielenden Reinigungsleistung sind solche Bauwerke unterschiedlich aufgebaut und weisen verschiedene Behälterlängen oder Nennweiten auf. Das dann von Feststoffen gereinigte Wasser wird dann über Rohre oder eine Austrittsöffnung aus dem Behälter abgeleitet oder direkt versickern gelassen. Derartige Bauwerke können mit verschiedenen anderen vor- und nachgeschalteten Bauwerken kombiniert sein, bspw. mit Rigolen (unterirdische Pufferspeicher), in die das gereinigte Niederschlagswasser dann eingeleitet wird. Von dort aus versickert das Wasser dann nach und nach in den Untergrund und wird dem Grundwasser zugeführt.
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Die Bauwerke müssen gerade für den Fall der hydraulischen Überlast, d. h. bei zu hohem Niederschlag, so ausgerichtet und ausgebildet sein, dass u. a. gesetzliche Vorgaben eingehalten werden. Dies definiert den für jedes Behandlungsbauwerk jeweils von der Menge des Niederschlags abhängigen „Wartungsbedarf“: Um die geforderte Reinigungsleisten einhalten zu können, müssen die Bauwerke u. a. rechtzeitig entleert bzw. gewartet werden. Die Bauwerke müssen daher regelmäßig überwacht werden, was einen hohen Zeit- und Personalaufwand bedeutet, da insbesondere Wetterereignisse mit hohen Niederschlagsmengen auch unvorhergesehen auftreten können.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Überwachung eines Behandlungsbauwerks für Niederschlagswasser bereitzustellen, mit dem der Wartungsbedarf zeit- und kostenökonomisch festgestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Überwachung eines Behandlungsbauwerks für Niederschlagswasser mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die weitere Aufgabe, den Wartungsbedarf des Behandlungsbauwerks für Niederschlagswasser zeit- und kostenökomisch überwachen zu können, wird durch ein Behandlungsbauwerk für Niederschlagwasser mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 5 gelöst.
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Weiterbildungen bzw. bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens und des Behandlungsbauwerks für Niederschlagswasser sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung eines Behandlungsbauwerks für Niederschlagwasser weist dieses zumindest einen Aufnahmebehälter für Niederschlagswasser und einen Abfluss zum Abführen von behandeltem Niederschlagswasser auf. Das Behandlungsbauwerk umfasst ferner eine Überwachungsvorrichtung zum Überwachen eines Wartungsbedarfes des Behandlungsbauwerks. Die Überwachungsvorrichtung weist zumindest einen ersten Sensor zum Erfassen eines Füllstandes von Niederschlagswasser in dem Behälter und zumindest einen zweiten Sensor zum Erfassen einer Niederschlagsmenge in einem vorbestimmten Umfeld des Behandlungsbauwerks und zumindest eine Datenverarbeitungseinheit auf, in der Parameterwerte gespeichert sind, die einen vorbestimmten Soll-Füllstand und eine vorbestimmte Soll-Absinkgeschwindigkeit des Füllstandes des Niederschlagswassers in dem Behälter umfassen. Dabei sind der erste und der zweite Sensor mit der Datenverarbeitungseinheit über eine elektronische Datenleitung operativ miteinander gekoppelt.
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Das Verfahren umfasst erfindungsgemäß die Schritte:
- - mit dem zumindest einen ersten und dem zumindest einen zweiten Sensor Erfassen der Werte des Füllstands des in dem Behälter aufgenommenen Niederschlagswassers und des Niederschlags in dem vorbestimmten Umfeld des Behandlungsbauwerks in vorbestimmten Zeitabständen;
- - Übertragen der erfassten Werte auf die Datenverarbeitungseinheit und durch diese Auswerten derselben, dabei Ermitteln eines Wartungsbedarfs des Behandlungsbauwerks, der einen bestimmten Grad der Verschlämmung des Behälters abbildet, und Vergleichen des erfassten Wertes des Füllstands und der aktuellen Absinkgeschwindigkeit des Füllstandes des Niederschlagswassers in dem Behälter mit den Parameterwerten aus der Gruppe umfassend einen vorbestimmten Soll-Füllstand und eine vorbestimmte Soll-Absinkgeschwindigkeit des Wasserstandes des Niederschlagswassers, und
- - Ausgeben des Wartungsbedarfs für das Behandlungsbauwerk für Niederschlagswasser in Abhängigkeit von dem bestimmten Grad der Verschlämmung des Behälters.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann sehr schnell festgestellt werden, ob ein Behandlungsbauwerk wartungsbedürftig ist oder ob der Grad der Verschlämmung noch unterhalb einer für das jeweilige Behandlungsbauwerk typischen Toleranzgrenze ist. Gerade nach Wetterereignissen mit hohen Niederschlagsmengen kann durch die erfindungsgemäße sensorgesteuerte Überwachung das Behandlungsbauwerk seinen Wartungsbedarf mitteilen. Ist keine Wartung notwendig, muss auch kein Mitarbeiter das Behandlungsbauwerk physisch inspizieren, sondern kann andere Aufgaben wahrnehmen. Das Behandlungsbauwerk kann damit zeit- und kostenökomisch überwacht werden. Der Soll-Füllstand kann ergänzend durch einen weiteren Parameter „Soll-Einstaudauer“ (die sogenannte Dauerstaulinie) als Überwachungsparameter ergänzt werden.
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„Behandlungsbauwerke“ meint hierin Bauwerke, die der Reinigung von Niederschlagswasser dienen und auch unterirdisch verbaut sind. Diesen Behandlungsbauwerken sind oft Versickerungsvorrichtungen nachgeschaltet oder können sogar integriert sein. Ferner fallen auch Regenrinnen darunter, die in bestimmten Ausgestaltungen ein Substrat aufweisen, das Sedimente aufnimmt oder aus dem Wasser herausfiltert und ebenfalls gereinigt werden muss.
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„Niederschlagswasser“ meint hierin jegliches Wasser, das aus Niederschlag resultiert, sei es Regen, Schnee, Graupel oder Hagel. Auch Wasser, das durch Überschwemmung in den Funktionsbereich der beschriebenen Behandlungsbauwerke gelangt, fällt darunter.
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„Niederschlagsmenge“ bezieht sich auf eine Messung der Niederschlagsintensität und gibt an wie viel Niederschlag innerhalb eines bestimmten Zeitraums auf einer vorbestimmten Fläche gefallen ist.
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Unter „Wartungsbedarf“ wird ein Zustand des zu überwachenden Behandlungsbauwerkes verstanden, der eine Reinigung des Behälters und damit dessen Befreiung von angesammelten Feststoffen und Sediment erfordert. Dies wird durch einen Grad an Verschlämmung bestimmt, d. h. wie hoch der Anteil an Sediment ist, der sich in dem Behälter des Behandlungsbauwerks angesammelt hat. Dieser Sedimentanteil bestimmt sich durch den Grobstoffrückhalt bzw. durch die Schlammspiegelhöhe, die sich durch die über die Zeit andauernde Reinigung des Niederschlagswassers einstellt. Das Behandlungsbauwerk hält in seinem Aufnahmebehälter, der auch ein Pufferspeicher sein kann, Sedimente zurück und hat ein bestimmtes Fassungsvermögen („Schlammraum für Grobstoffe“, „Sedimentationskassette für Feinstoffe“). Wird dieses erreicht, nimmt die sogenannte hydraulische Leistungsfähigkeit ab. Der Wartungsbedarf ist dann gegeben, wenn die hydraulische Leistungsfähigkeit des Behandlungsbauwerkes u. a. aufgrund von Sedimentation und Verschlämmung nicht mehr gegeben ist. Die Leistungsfähigkeit wird an abzubildenden Zuflussvolumina gemessen, die das Behandlungsbauwerk behandeln können muss. Vorteilhaft wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die hydraulische Leistungsfähigkeit des jeweiligen Behandlungsbauwerks indirekt geprüft und überwacht. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Überwachungsvorrichtung eine lokale Datenverarbeitungseinheit und eine zentrale Datenverarbeitungseinheit auf. Dabei umfasst das Verfahren die folgenden weiteren Schritte:
- - Sammeln der erfassten Werte des zumindest einen ersten und des zumindest einen zweiten Sensors durch die lokale Datenverarbeitungseinheit und
- - Weiterleiten an die zentrale Datenverarbeitungseinheit zur weiteren Datenauswertung, und
- - Ermitteln der erfassten Werte in Bezug auf den Wartungsbedarf des Behandlungsbauwerks durch die zentrale Datenverarbeitungseinheit.
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Vorteilhaft kann das Behandlungsbauwerk durch die Überwachungsvorrichtung aus der Ferne überwacht werden. Die zentrale Datenverarbeitungseinheit kann als „Cloud“-System eingerichtet sein, so dass ortsunabhängig auf die Daten des jeweilig zu überwachenden Behandlungsbauwerks zugegriffen werden kann. Mit dieser Ausgestaltung können auch mehrere Behandlungsbauwerke mit der gleichen zentralen Datenverarbeitungseinheit verbunden sein und so ein Netzwerk bilden. Daten von mehreren Behandlungsbauwerken können gesammelt und auf verschiedene Parameter oder eine Interpretation dieser Parameter, bspw. Ableitung aus diesen Parametern hin ausgewertet werden. Aus der Bestimmung des Wartungsbedarfs mehrerer Behandlungsbauwerke können weitere Informationen gewonnen werden, die Vorhersagen über die Auswirkungen kommender Niederschlagsereignisse auf diese Behandlungsbauwerke ermöglichen.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt in der lokalen oder in der zentralen Datenverarbeitungseinheit das Auswerten der erfassten Werte des ersten und des zweiten Sensors (von jedem der beiden Typen können auch jeweils mehrere Sensoren an dem Bauwerk angeordnet sein) unter Verwendung eines parametrisierten Niederschlags-Abflussmodells und unter Nutzung künstlicher Intelligenz (KI), wobei das Niederschlags-Abflussmodell vorbestimmte Parameter des zu überwachenden Behandlungsbauwerks beinhaltet.
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Die Verwendung eines solchen Abflussmodells in Verbindung mit einer KI ermöglicht nach einer Einlernzeit der KI eine sehr genaue Bestimmung des Wartungsbedarfs des überwachten Behandlungsbauwerks. So können aus verschiedenen, über die Zeit gesammelten Datensätzen zu dem Grad der Verschlämmung bspw. auch Aussagen darüber getroffen werden, wie hoch der Eintrag von Feststoffen pro Niederschlag oder Wartungszyklus ungefähr ist oder wann die Leistungsfähigkeit des Behandlungsbauwerks vor dem Hintergrund zu erwartender Feststoffeinträge nicht mehr gegeben sein wird (Zukunftsprädiktion). Alternativ kann auch eine selbstlernende Kl ohne ein vorgenanntes Abflussmodell verwendet werden, je nachdem, welche Auswertung der Daten erfolgen soll.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in der Datenverarbeitungseinheit die vorbestimmten Parameter des zu überwachenden Behandlungsbauwerks ausgewählt aus der Gruppe umfassend Abmessungen des Behälters, Nennweite des Abflusses, Art des Behandlungsbauwerks, Abscheideleistung und Durchgangswert des Behandlungsbauwerks, Anlagenbemessungen wie Rigolenbreite, - höhe und Speicherkoeffizient, Montagepositionen und -höhen der Sensoren in und außerhalb des Behandlungsbauwerks, angeschlossene (befestigte) Fläche, (GIS-bezogene) Informationen wie Geo-Position gespeichert.
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Vorteilhaft kann diese Art von statischen, unveränderlichen Parametern die Ermittlung des Wartungsbedarfs noch vervollständigen. Parameter, die bauwerksspezifisch sind, können dazu verwendet werden, genaue Vorhersagen bspw. für die Länge des nächsten Wartungsintervalls zu treffen, und zwar spezifisch für das jeweilige Behandlungsbauwerk.
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Ein weiterer erfindungsgemäßer Gegenstand ist ein Behandlungsbauwerk für Niederschlagswasser zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens selbst. Das Behandlungsbauwerk hat zumindest einen Aufnahmebehälter für Niederschlagswasser und einen Abfluss zum Abführen von behandeltem Niederschlagswasser. Erfindungsgemäß weist das Behandlungsbauwerk eine Überwachungsvorrichtung zum Überwachen des Wartungsbedarfes des Behandlungsbauwerks auf, die zumindest einen ersten Sensor, mit dem der Füllstand des Niederschlagswassers in dem Behälter erfassbar ist, und zumindest einen zweiten Sensor, mit dem die Niederschlagsmenge in einem vorbestimmten Umfeld des Behandlungsbauwerks erfassbar ist, und zumindest eine Datenverarbeitungseinheit, mit der die mit dem zumindest ersten und dem zumindest zweiten Sensor erfassten Werte in Bezug auf einen Wartungsbedarf des Behandlungsbauwerks auswertbar sind, auf. Dabei sind der zumindest eine erste und der zumindest eine zweite Sensor mit der Datenverarbeitungseinheit über eine elektronische Datenleitung operativ miteinander gekoppelt.
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Die sensorgesteuerte Überwachung ermöglicht eine Fernüberprüfung des Behandlungsbauwerks, was Personal und Kosten spart. Es muss nicht in regelmäßigen Zeitabständen ein Mitarbeiter alle existierenden Behandlungsbauwerke besuchen, sondern ein Mitarbeiter kann bedarfsgesteuert die Behandlungsbauwerke warten, die dies tatsächlich benötigen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behandlungsbauwerks ist der Aufnahmebehälter unterschiedlich ausgestaltet, er kann zylindrisch oder quaderförmig sein. Der Aufnahmebehälter kann auch als Pufferspeicher ausgebildet sein.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behandlungsbauwerks weist die Überwachungsvorrichtung zumindest einen weiteren Sensor auf, ausgewählt aus der Gruppe, die Durchflussmesssensoren, Frachtmesssensoren, weitere Füllstandssensoren, Temperatursensoren, pH-Messsensoren und Feuchtigkeitssensoren umfasst. Feuchtigkeitssensoren messen die Feuchtigkeit der Luft oder des Bodens und können weitere Aussagen bspw. über die gefallene Regen- bzw. Niederschlagsmenge ermöglichen oder über die Versickerungs- bzw. Aufnahmefähigkeit des Bodens. Um eine Veränderung des Bodens zu überwachen, können zusätzlich pH-Sensoren verwendet werden. Weitere Sensoren ermöglichen eine noch genauere Überwachung und genaue Bestimmung des Wartungsbedarfs. Es können dabei Sensoren verwendet werden, die auf unterschiedlicher Technik basieren, wie z. B. optische, akustische, ultraschall- oder auch radarbasierte Sensortechnik. Zur tatsächlichen Feststellung des Wartungsbedarfs sind die wesentlichen Parameter der Füllstand des Behälters und die Niederschlagsmenge, die im Bereich um das Behandlungsbauwerk herum fällt. Aber jeder Parameter, der einen Bezug zu der Feststellung des Feststoffeintrags in den Behälter des Behandlungsbauwerks hat, kann zusätzlich erfasst werden und Eingang finden in die Berechnung des Wartungsbedarfs, um noch genauere Aussagen treffen zu können.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behandlungsbauwerks umfasst die Überwachungsvorrichtung die lokale Datenverarbeitungseinheit und die zentrale Datenverarbeitungseinheit. Dabei ist die lokale Datenverarbeitungseinheit mit dem zumindest einen ersten und dem zumindest einen zweiten Sensor über eine erste Datenleitung elektronisch operativ gekoppelt. Die zentrale Datenverarbeitungseinheit ist hierbei mit der lokalen Datenverarbeitungseinheit über eine zweite Datenleitung elektronisch operativ gekoppelt. In einer weiteren Ausführungsform können auch mehrere lokale Datenverarbeitungseinheiten vorgesehen sein, die jeweils den einzelnen Sensoren oder Sensorgruppen zugeordnet sind. Dabei sind die Niederschlagsmengensensoren alle mit einer gemeinsamen lokalen Datenverarbeitungseinheit verbunden und der Füllstandsensor ist mit einer eigenen lokalen Datenverarbeitungseinheit ausgestattet. Diese lokalen Datenverarbeitungseinheiten kommunizieren nicht miteinander, sondern getrennt mit der zentralen Datenverarbeitungseinheit. Damit können elektronische Datenleitungen direkt am Behandlungsbauwerk reduziert werden. Die Datenleitungen können kabelgebunden sein oder kabellos und über Funk oder andere kabellose Datenverbindungen realisiert sein. Dabei können zur Datenübertragung und -kommunikation verschiedene FunkStandards Verwendung finden. Ferner kann die lokale Datenverarbeitungseinheit direkt in dem Behandlungsbauwerk vorliegen und die zentrale Datenverarbeitung an einem anderen, dafür geeigneten Ort. Auf diese Weise können mehrere Behandlungsbauwerke mit einer zentralen Datenverarbeitungseinheit überwacht werden (Cloud-System) und ggf. ein Netzwerk aus Behandlungsbauwerken zur Auswertung von großen Niederschlagsereignissen gebildet werden.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behandlungsbauwerks hat die Überwachungsvorrichtung eine autarke Energieversorgung. Bevorzugt sind der zumindest eine erste und der zumindest eine zweite Sensor und die lokale Datenverarbeitungseinheit mit einer oder mehreren wiederaufladbaren Batterien ausgestattet. Ferner können andere Energieerzeugungsmechanismen, wie auch ein Solarpanel oder eine kleine Windkraftanlage verwendet werden. Diese ermöglichen so eine energieeffiziente Bedienung der Überwachungsvorrichtung.
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Weitere Ausführungsformen des Behandlungsbauwerks sowie einige der Vorteile, die mit diesen und weiteren Ausführungsformen verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren deutlich und besser verständlich. Gegenstände oder Teile derselben, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
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Dabei zeigt
- 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemä-ßen Behandlungsbauwerks für Niederschlagswasser mit der Überwachungsvorrichtung, und
- 2 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behandlungsbauwerks für Niederschlagswasser mit der Überwachungsvorrichtung.
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In der 1 ist ein Behandlungsbauwerk 1 für Niederschlagswasser dargestellt, das auf der Basis von Sedimentation arbeitet. Das Behandlungsbauwerk 1 weist einen Aufnahmebehälter 2 auf, der in einen Boden 100 eingelassen ist. In dem Behälter 2 sammelt sich Niederschlagswasser 3, das einen Füllstand bildet. In dem Niederschlagswasser 3 vorhandenes Sediment 4 setzt sich in dem Behälter 2 ab. Das so gereinigte Niederschlagswasser kann durch einen Abfluss 5 aus dem Behälter 2 abgeleitet werden und wird in eine Versickerungsvorrichtung 6 (wie z. B. eine Rigole) abgeführt.
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Das Behandlungsbauwerk 1 verschlämmt mit zunehmender Zeit und auftretenden Niederschlägen. Um das Behandlungsbauwerk 1 darauf überwachen zu können, ob eine Reinigung des Behälters 2 notwendig ist, ist das Behandlungsbauwerk 1 mit einer Überwachungsvorrichtung ausgestattet, die im Wesentlichen aus einer Datenverarbeitungseinheit 10 aufgebaut ist, die mit den nachfolgend aufgeführten Sensoren elektronisch verbunden ist: Um den Füllstand des Niederschlagwassers 3 in dem Behälter 2 zu ermitteln, weist der Behälter 2 einen ersten Sensor 11 auf, der den Füllstand des Niederschlagswassers in dem Behälter misst. Damit eine Niederschlagsmenge erfasst werden kann, sind auf einer Fläche um den Behälter 2 mehrere zweite Sensoren 12 (figurativ durch zwei Sensoren 12 dargestellt) angeordnet, die die Niederschlagsintensität bzw. die Niederschlagsmenge in einem vorbestimmten Umfeld des Behandlungsbauwerks 1 messen.
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Die Sensoren 11, 12 sind über eine elektronische Datenleitung 13 (die kabelgebunden oder drahtlos über Funk realisiert sein kann) mit der Datenverarbeitungseinheit 10 verbunden. Die Datenverarbeitungseinheit 10 erfasst die von den Sensoren 11, 12 erfassten Werte, verarbeitet sie und sendet sie über eine, in der Figur als drahtlos dargestellte, elektronische Datenverbindung 21 an eine zentrale Datenverarbeitungseinheit 20, die die Auswertung der von der Datenverarbeitungseinheit 10 gesammelten Daten übernimmt. In der zentralen Datenverarbeitung 20 findet die eigentliche Datenverarbeitung statt, so wird dort bspw. die Niederschlagsintensität für die gesamte überwachte Fläche um das Behandlungsbauwerk 1 herum ermittelt.
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In 2 ist ein komplett unterirdisches Behandlungsbauwerk 1 gezeigt, wobei der Behälter 2 bodentief versenkt ist. Es sind mehrere lokale Datenverarbeitungseinheiten 10 vorgesehen, die jeweils den Sensoren 11, 12 einzeln zugehordnet sind. Bei den Niederschlagsmengensensoren 12 können alle mit einer gemeinsamen lokalen Datenverarbeitungseinheit verbunden sein. Die lokalen Datenverarbeitungseinheiten 10 kommunizieren getrennt mit der zentralen Datenverarbeitungseinheit 20, so können elektronische Datenleitungen 13 reduziert werden.
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Die Überwachung des Behandlungsbauwerks 1 benötigt im Wesentlichen als Komponenten eine Füllstandsmessung und eine Niederschlagsintensitätsmessung, die über Cloud-Plattform (entsprechend der zentralen Datenverarbeitungseinheit 20) unterstützt wird. Auf der Cloud-Plattform wird das Gesamtsystem des Behandlungsbauwerks verwaltet, Daten verarbeitet, Aussagen getroffen und Parameter in der lokalen Datenverarbeitungseinheit, auch in Bezug auf die Sensoren verändert, kalibriert bzw. angepasst.
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Der Füllstandsensor (entsprechend dem ersten Sensor 11) bzw. die Messung damit kann wie folgt ausgestaltet sein:
- Der oder die Füllstandsensoren werden in dem Behandlungsbauwerk verbaut, wobei zumindest eine tägliche Messung der Wasserspiegellage vorgesehen ist. Der Füllstandsensor kann wahlweise durch eine Durchflussmessung, einer Schmutzfrachtmessung, einer konduktiven Messung oder anderen Messungen mit entsprechend geeigneten Sensoren kombiniert bzw. erweitert werden. Durch eine Nutzung von Batterien kann der Füllstandsensor lange Standzeiten (von bis zu 5 Jahren) erreichen und kann auf bauwerks- und montagebezogene Parameter parametrisiert werden, wie bspw. Montageposition, Abschlagsschwelle und bauwerksbezogene Ausblendungen. Da in dem Aufnahmebehälter oder dem Pufferspeicher sehr beengte Platzverhältnisse herrschen, ist eine solche Parametrisierung sinnvoll, damit der Sensor ggf. vorbestimmte Falschmeldungen, die sich auf Grund der bauwerks- und montagebezogenen Parameter ergeben können, ausblenden kann. Es können Füllstandsensoren verwendet werden, die über selbstlernende Funktionen verfügen und sich automatisch nach Einbau auf das Bauwerk einstellen. Dabei werden verschiedene Parameter erkannt, die durch die lokale Datenverarbeitungseinheit zur Verfügung gestellt werden. So kann ein Zustand (gut/schlecht) des Behandlungsbauwerks oder auch dessen Dynamik (bspw. erreichbare maximale Absinkgeschwindigkeit) durch den Sensor eingelernt werden. Die lokale Datenverarbeitungseinheit sorgt dafür, dass der Füllstandsensor im jeweils korrekten Messzyklus arbeitet, und überwacht, ob der Sensor Daten liefert. Hierzu kann die lokale Datenverarbeitungseinheit die Messzyklen des Füllstandsensors anpassen und verändern. Der Füllstandsensor kann selbst bzw. über die lokale Datenverarbeitungseinheit mit einer Cloud verbunden sein (realisiert durch die zentrale Datenverarbeitungseinheit), dies erfolgt über eine Datenübermittlung über verschiedene Funkstandards. Auch hierüber können die Parameter für den Füllstandsensor verändert bzw. angepasst werden.
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Die verwendete Füllstandmesstechnik ist variabel. So können berührungslose Techniken mit z. B. Ultraschall, Infrarot oder Radar oder berührende Techniken mit z. B. konduktiven Kontakten oder Schwimmschaltern genutzt werden. Der Füllstandsensor kann mit unterschiedlichen Messprogramme verwendet werden. So kann in einem „Normal“-Programm eine tägliche Messung des Füllstands des Behälters über die jeweils verwendete Füllstandsmesstechnik erfolgen. Es kann auf ein „Event“-Programm umgeschaltet werden, wobei der Füllstandsensor dahingehend ausgelesen wird, ob ein unzulässiger Abschlag des Behandlungsbauwerks droht, d. h. dass das Bauwerk ungereinigtes Niederschlagswasser abführt, weil der Grad der Verschlämmung zu hoch geworden ist und das Bauwerk bei zu geringer Regenspende abschlägt (Auswertung in der zentralen Datenverarbeitungseinheit). Hierzu können Messungen im Minutentakt erfolgen. Abhängig von der Steigung und dem Abfall des Wasserspiegels im Behandlungsbauwerk kann auf Soll-Zustand geprüft werden. Die daraus ermittelbare Anstiegs- und Abfallgeschwindigkeit des Füllstandes sowie die Einstaudauer im Bauwerk sind Indikatoren für den Wartungsbedarf bzw. auch des Zustandes des Bauwerks allgemein. In diesem Programm kann die Datenübermittlung zu verschiedenen Zeitpunkten erfolgen, so bspw. am Anfang des Umschaltens auf dieses Programm und wiederum bei Zurückschalten in das „Normal“-Programm, wenn bspw. das Soll-Niveau (max. Wasserspiegellage) erreicht wird. Der Füllstandsensor kann durch einen zusätzlichen Sensor innerhalb des Bauwerks getriggert werden, um den Füllstandsensor zu veranlassen, das Messprogramm zu wechseln, bspw. über einen konduktiven Kontakt.
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Der Niederschlagsintensitäts- oder Niederschlagsmengensensor (entsprechend dem zweiten Sensor 12) bzw. die Messung damit kann wie folgt ausgestaltet sein:
- In einem Bereich/einer vorbestimmten Fläche des zu überwachenden Grundstücks (entsprechend einem geografischen Bereich zur Ermittlung der Niederschlagsmenge oder auch Regenspende genannt) sind ein oder mehrere solcher Sensoren angeordnet. Verwendete Techniken sind: Analoge Ombrometer, kommunale Regenschreiber, digitale Regenmengenmesser, optische Niederschlagsintensitätsmesser, Radar-Sensoren, piezoelektrische Sensoren. Sie können nachgerüstet werden bzw. bereits bestehende Messsysteme wie kommunale Regenschreiber integrieren. Durch PV-/Akku-Betrieb oder Anschluss an ortslokale Energiequellen wie Laternenmasten können die Sensoren kostengünstig oder auch fremdenergieautark mit Energie versorgt werden. Über ihre Datenverbindung zu der lokalen Datenverarbeitungseinheit werden ihre Messdaten, wie die des Füllstandsensors ebenfalls der zentralen Datenverarbeitungseinheit zur Verfügung gestellt. Ihre Hauptfunktionalität liegt in der Erfassung der Niederschlagsintensitäten, ferner übermitteln sie geänderte Werte oder Absolutwerte oder können Änderungen der Niederschlagsintensitäten und -Regenmengen im Vergleich zu Altdaten anzeigen. Diese Systeme haben keine Messzyklen, sondern befinden sich im Dauerbetrieb.
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Die Datenverarbeitungseinheit, insbesondere die zentrale Datenverarbeitungseinheit 20, die als Cloud Plattform ein Gesamtsystem verwaltet, Daten verarbeitet, Aussagen trifft und Parameter auf den Messsystemen setzt, kann wie folgt arbeiten:
- Dort werden die erfassten Sensorwerte/-daten gesammelt verarbeitet und eine Entscheidungsbasis, also der Wartungsbedarf und Aussagen über die Leistungsfähigkeit, erzeugt. So werden bevorzugt die Sensorwerte zu grundstücks- bzw. systembezogenen Regenspenden, die mit dem zweiten Sensor 12 gemessen werden, und die Füllstandswerte, die mit dem ersten Sensor 11 (aus Normal- und Eventprogramm) gemessen werden, einer Cloud-Software zur Datenanalyse, Auswertung und Folgenutzung zur Verfügung gestellt.
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In Bezug auf die Auswertung der erfassten Sensorwerte und Ermittlung des Wartungsbedarfs stehen gemessene Niederschlagsmengen (Regenspenden) und Füllstandsverhalten (das dem Reinigungsverhalten des Behandlungsbauwerkes entspricht) in Bezug zueinander, wobei eine unbekannte Variable der Verschmutzungseintrag pro Niederschlag ist. Dieser wird abgeschätzt. Füllstandsmenge des Behälters und die Niederschlagsintensität, die auf der umgebenden Fläche gemessen wird, korrelieren je nach überwachtem Behandlungsbauwerk unterschiedlich: Es ist zu unterscheiden, dass es Behandlungsbauwerke gibt, die reinigen und versickern lassen, und solche, die nur reinigen. In jedem Fall steht ein Teil des Behandlungsbauwerks ständig unter Wasser, hält Feststoffe/Partikel aus dem Niederschlagswasser zurück und lässt das gereinigte Wasser versickern. Diese Reinigungs- und/oder Versickerungsleistung steht in Bezug zur Intensität des Regens bzw. Regenspende (Niederschlagsmenge x Einzugs-/Niederschlags-Fläche) und zum Füllstand im Bauwerk (Ist-Zustand). Die Zusammenhänge des Verhaltens können deterministisch beschrieben werden und mit Hilfe einer Kl abgebildet werden, sodass nicht jeder Parameter, der in die Berechnung einfließt, händisch eingestellt werden muss.
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Alle statischen Parameter, also bauwerkstypischen Parameter sind Parameter, die eine Aussage über den Wartungsbedarf verbessern können. Für eine datenreduzierte Überwachung mit schnellerer Berechnungszeit können sie weggelassen werden. Mit jedem Niederschlagsereignis und einer folglich stattfindenden Verschlämmung des Bauwerks nimmt die Geschwindigkeit des Absinkens des Wasserspiegels/Füllstand auf Soll-Niveau im Bauwerk ab. Irgendwann tritt ein Zustand ein, bei welchem die Funktionalität nicht mehr ausreichend gegeben ist. Für ein bedarfsorientiertes Wartungsintervall ist es dann wichtig festzustellen, wann sich das Verhalten von Niederschlagsmenge zu Reinigungsgeschwindigkeit (Interpretation aus Füllstand über Zeit sowie Bodenfeuchte ...) verändert. Im Fall, dass der Behälter voll ist und die Absinkgeschwindigkeit gegen null geht, kann es passieren, dass das Behandlungsbauwerk ungereinigtes Wasser abschlägt, obwohl es das nicht tun dürfte. Der Abschlag kann dann mit der Überwachungsvorrichtung über den gemessenen Wasserspiegel identifiziert werden. Für solche Fälle kann eine Optimierung vorgesehen werden, wie oder wann der Füllstandsensor in welches Messprogramm schaltet, insbesondere mit Umschalten von täglicher und minütlicher Messung und Datenübermittlung, wodurch zukünftige Abschläge verhindert werden können.
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Vorteilhaft ermöglicht das erfindungsgemäße Behandlungsbauwerk mit Überwachungsvorrichtung eine Funktionsüberwachung des Bauwerks selbst, die Leistungsversprechen des Herstellers abbilden kann, und es ermöglicht, gesetzliche Vorgaben in Bezug auf Wartung und Reinigung der Behandlungsbauwerke zu erfüllen. Ferner kann die Überschreitung einer Niederschlagsmengen-Schwelle dokumentiert werden und über die Funktionsweise des Behandlungsbauwerks allgemein Berichte erstellt werden. Diese Berichte können grundstücks- bzw. systembezogene Niederschlagsmengen, Zeitpunkte der Überschreitung von kritischen Wasserspiegellagen und daraus berechnetem Abfluss-/ Abschlag umfassen. Ferner kann mittels der in der zentralen Datenverarbeitungseinheit gesammelten Daten dokumentiert werden, wie schnell sich der Wasserspiegel im Behandlungsbauwerk normalisiert, wenn Niederschlag gefallen ist. Ebenso kann der Reinigungsbedarf im Sinne eines Wartungsmonitoring notiert werden, so dass dokumentiert wird, wann eine Entleerung/Reinigung des Behandlungsbauwerks notwendig ist, um den herstellerspezifischen und gesetzlichen Anforderungen einer korrekten Funktionsweise stets bzw. wieder zu genügen.
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Insbesondere beinhaltet das Softwareprogramm, das zur Auswertung der erfassten Sensorwerte verwendet wird, systembezogene „Digitale Zwillinge“ in Form von bauwerksbezogenen parametrierbaren Niederschlags-Abflussmodellen, die das Verhalten des Bauwerks darstellen und damit den Zusammenhang zwischen variablen Parametern (die gemessen werden, wie z. B. des Füllstands des Behälters) und statischen Parametern (wie z. B. Nennweite des Behälters) abbilden. Mit Hilfe dieses digitalen Zwillings und echten Messwerten können so Wenn-Dann-Simulationen und Prädiktionen in die Zukunft erzeugt werden, sowie über eine Vielzahl von Bauwerken ein globales Optimum zur Bewirtschaftung (Wartung) dieser Bauwerke bestimmt werden, wie bspw. eine kosten-, zeit- und ökologieeffiziente Wartungsreihenfolge und -tourenplanung.
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Ferner kann das Gesamtsystem eine sogenannte „SaaS“-Lösung (Software as a Service) für Kanalreinigungsfirmen als Betreiber von solchen Behandlungsbauwerken realisieren, wodurch diese Firmen eine kostengünstige und zeitökonomische Überwachung ihrer Behandlungsbauwerke einrichten können.
