DE10221319A1

DE10221319A1 - Messwehr zur Ermittlung einer Abflussmenge

Info

Publication number: DE10221319A1
Application number: DE10221319A
Authority: DE
Inventors: Hansjoerg Brombach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-05-06
Filing date: 2002-05-06
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2022-05-07
Also published as: CA2427759C; JP2004003330A; US20030221484A1; DE10221319B4; US6823729B2; CA2427759A1

Abstract

Die Erfindung schlägt ein breitkroniges Messwehr mit Tragflügelprofil zur hysteresefreien und genauen Messung der Überlaufaktivität von Regenentlastungen aller Art über eine große Abflussspanne ohne Belüftung der Strahlunterseite vor. Das Tragflügelprofil wird vorzugsweise mit einem gebogenen glatten Stahlblechteil verwirklicht, das sich auf eine fertige Entlastungsschwelle aufsetzen lässt.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Entlastungsschwelle, mit deren Hilfe die Überlaufaktivität des Abwasserkanalnetzes in die Gewässer gemessen werden soll. Es ist bekannt, dass man den Wasserstand im Oberwasser der Entlastungswelle dazu benützen kann, den aktuellen Abfluss (in I/s) bzw. die Abflussfracht (in m³/a) zu berechnen.

Weiterhin ist bekannt, dass lang anhaltende Abflussvorgänge mit nur geringen Überlaufhöhen auftreten. Andererseits gibt es Ereignisse, die kurzzeitig sehr hohe Abflussmengen mit sich führen. Langzeitige und kurzzeitige Ereignisse sollen gleichermaßen korrekt ermittelt werden.

Bei den bekannten Entlastungsschwellen gibt es für die benötigte Abflussspanne keine zufriedenstellende Zuordnung zwischen der tatsächlichen Abflussmenge und dem Wasserstand oberhalb der Oberkante der Entlastungsschwelle.

Zur Messung der Überlaufmengen werden beispielsweise scharfkantige Wehre vorgeschlagen (ATV A 111, ISO 1438). Diese sind identisch mit den Messwehren nach Rehbock. Bei diesen scharfkantigen Wehren kommt es bei kleinen Überfallhöhen unter 30 mm zum unkontrollierbaren Ankleben oder Ablösen des Überfallstrahls auf der Wehrrückseite und damit zu Hysterese in der Abflusskurve. Die oft empfohlene künstliche Belüftung der Strahlunterseite ist nicht wirksam und nicht durchführbar. Bei Überfallhöhen unter 10 mm gibt es auch Probleme mit der Oberflächenspannung des Wassers.

Scharfkantige Wehre haben bei großen Überfallhöhen einen hohen Fließwiderstand ausgedrückt durch einen kleinen µ Beiwert in der Überfallformel nach Poleni. Kleine µ-Beiwerte erzeugen folglich große Überfallhöhen. Dieser Rückstau ist in der Regel im Kanalnetz verwirklicht.

Aus dem Fluss- und Talsperrenbau sind Wehre mit gerundeten Überfallkronen bekannt. Die Ausrundung wird benutzt, um große Wassermengen verlust- und geräuscharm überfließen zu lassen. Derartige Wehre dienen aber nicht der Abflussmessung und sind in der Abwasserkanalisation unüblich.

Zur Verbesserung des Messergebnisses ist bereits ein Kronenprofil einer Überlaufmessschwelle vorgeschlagen worden, das sich aus der Kombination einer Standardprofilkrone und einer sich an deren Abflussrücken anschließenden waagerecht verlaufenden sich bis zu einer Wehrrückwand erstreckenden Breitwehrkrone zusammensetzt. Die Standardprofilkrone ist relativ stark gewölbt, geht dann in einen fast geradlinigen Abfall unter einem Winkel von etwa 45 Grad über, an den sich dann über eine konkave Krümmung die horizontale ebene Fläche anschließt (EP 0477745).

Die Problematik des richtigen Ergebnisses wird noch dadurch erschwert, dass normalerweise vor den Überlaufschwellen Tauchwände angeordnet werden, die verhindern sollen, dass Schwimmstoffe und Leichtflüssigkeiten aus dem Abwasserkanalnetz entweichen. Bei großen Abflüssen stören Tauchwände den Wasserstrom erheblich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Messwehr zu schaffen, das über eine große Abflussspanne genauer reproduzierbare Messergebnisse liefert und bei großen Überlaufmengen möglichst wenig Rückstau erzeugt.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Messwehr mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

In der Aerodynamik hat das Tragflügelprofil den Zweck, auf der Flügeloberseite Sog zu erzeugen, der das Flugzeug fliegen lässt. Bei der Überströmung eines solchen Profils als Wehr mit Wasser entsteht auf der ganzen Fließlänge Überdruck, weil es keine Unterströmung gibt. Das Tragflügelprofil ist deshalb auch ohne Belüftung hysteresefrei.

Erfindungsgemäß kann in Weiterbildung vorgesehen sein, dass die Schwellenoberseite von einem getrennten Bauteil gebildet wird, das sich auf die Entlastungsschwelle aufsetzen lässt. Dieses Bauteil kann daher nach Fertigung des Entlastungsbauwerks auf die Entlastungsschwelle aufgesetzt werden. Es kann auch nachträglich angebracht werden. Es ist dadurch möglich, unabhängig von Ungenauigkeiten beim Herstellen der Entlastungsschwelle eine genau definierte Oberseite mit dem entsprechenden Profil vorzusehen.

Das Tragflügelprofil der Oberseite der Entlastungsschwelle kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass es von einem Hochpunkt ausgehend in Strömungsrichtung durchgehend flach konvex gewölbt abfällt. Es gibt keinerlei konkave Stellen wie im Stand der Technik, die bei größerer Überströmungsgeschwindigkeit Unterdruck zu Folge haben.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Profil der Oberseite der Entlastungsschwelle hinter der Rückseite der Entlastungsschwelle freitragend in einer scharfen Abrisskante endet. Schon bei sehr geringen Aufstauhöhen fließt über den Wehrrücken ein ruhiger durchgehender Wasserfilm ab, der dann von der Wehrhinterkante als geschlossener freier glatter Wasservorhang herabfällt. Eine Messung des Abflusses bei dieser geringen Aufstauhöhe wäre bei einem scharfkantigen Wehr überhaupt nicht möglich.

Der flach abfallend leicht konvex gewölbte Teil des Profils bildet vorzugsweise mit der Horizontalen einen Winkel, der etwa im Bereich von 10 bis 15 Grad liegt. Es handelt sich also um einen sehr flachen Abfall dieser Profillinie. Das unterstützt die Tatsache, dass der Überfallstrahl mit Druck über die Oberseite des Tragflügelprofils gleitet.

Bei der sanften Rundung der Wehroberseite kann die Oberflächenspannung keine durchgängige Barriere errichten. Es lassen sich daher auch schon bei sehr kleinen Überfallmengen im Bereich von 1 l/s m reproduzierbare µ-Werte messen. Dies ist bei der Messung von kleinen Abflüssen mit Überfallwehren ein unerwarteter Fortschritt.

Bei großer hydraulischer Belastung ist das Tragflügelprofil sehr strömungsgünstig und kann große spezifische Abflüsse mit relativ kleinen Aufstauhöhen abführen. Das Abflussverhalten des Messwehres mit einem Tragflügelprofil ist unabhängig vom Rückstau des Unterwassers, solange der Überfallstrahl auf dem Wehrrücken die sogenannte kritische Grenztiefe erreicht.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Hochpunkt des Profils etwa im Bereich der Vorderseite der Entlastungsschwelle liegt, also vorzugsweise unmittelbar in geradliniger Verlängerung der Vorderseite der Schwelle.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Profil einen über die Vorderseite der Entlastungsschwelle vorspringenden Wehrbug vor dem Hochpunkt enthält.

Es wurde bereits erwähnt, dass das Tragflügelprofil vorzugsweise an einem getrennten Bauteil ausgebildet ist, das sich mit der Entlastungsschwelle verbinden lässt. Dieses Bauteil kann beispielsweise aus gebogenem Edelstahlblech mit sehr glatter Oberfläche bestehen. Die sehr glatte Oberfläche sorgt dafür, dass sich keine abwasserbürtigen Stoffe ablegen, anhängen oder ankleben und die Oberflächenspannung des Wassers gebrochen wird. Das Bauteil kann zweiteilig ausgebildet sein, um die Anbringung zu erleichtern und abweichende Stärken der Betonwehrschwelle auszugleichen. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, das Bauteil höhenjustierbar an der Entlastungsschwelle anzubringen. Dadurch ist es möglich, auch nachträglich noch eine neue Justierung durchzuführen.

Das von der Erfindung vorgeschlagene Messwehr kann auch in Zusammenwirken mit einer vorgelagerten Tauchwand zum Abweisen von Schwimmstoffen verwendet werden. Diese kann insbesondere an ihrer Unterseite nach vorne abgebogen bzw. abgewinkelt ausgebildet sein.

Der Wasserstand vor dem Messwehr bzw. vor der Tauchwand, der ja zur Ermittlung der Abflussmenge herangezogen werden soll, kann auf jede beliebige Methode ermittelt werden. Insbesondere ist es sinnvoll, ihn mit einem rückwirkungsfreien bzw. berührungsfreien Verfahren zu ermitteln.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, deren Wortlaut ebenso wie der Wortlaut der Zusammenfassung durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Querschnitt durch die Oberkante der Wehrkrone;
Fig. 2 schematisch die Anordnung einer Tauchwand und einer Messsonde vor der Entlastungsschwelle.
Fig. 1 zeigt in einem Querschnitt eine Entlastungsschwelle 1, die in einem Regenentlastungsbauwerk einer Abwasserkanalisation angeordnet ist. Das links von der Entlastungsschwelle vorhandene Wasser soll bei Überschreiten eines bestimmten vorgegebenen Wasserstandes über die Schwelle abfließen. Die Entlastungsschwelle besteht üblicherweise aus Beton und weist eine ebene vertikale Vorderseite 2 und eine parallel zu dieser angeordnete ebenfalls ebene vertikale Rückseite 3 auf. Auf die Entlastungsschwelle 1 ist ein Bauteil 4 aufgesetzt, das aus Edelstahlblech hergestellt ist und aus zwei Profilteilen besteht, nämlich einem an der Rückseite 3 angebrachten Profil Teilen 5 und einem mit diesem Profilteil 5 verbundenen und an der Vorderseite 2 der Entlastungsschwelle 1 angebrachten zweiten Bauteil 6.
Das auf die Entlastungsschwelle 1 aufgesetzte Bauteil 6 besteht aus stabilem hoch glänzendem präzisionsgebogenen stabilen Stahlblech mit einem Hochpunkt 7 auf dem Wehrrücken. Die Oberseite ist in der Form eines Tragflügelprofils sanft gebogen. Der Wehrbug 8 mit großem Radius ragt deutlich über die Vorderseite 2 der Wehrschwelle 1 aus Beton hinaus. Unebene oder raue Schwellenoberkanten werden einfach von diesem Bauteil überwölbt.
Von dem Hochpunkt 7 aus fällt das Profil flach aber immer konvex gekrümmt bis zu der freien und scharfen Rückkante 9 ab. Die Rückkante 9 ist im dargestellten Beispiel zu einem Falz umgebogen. In diesen Falz wird der abgewinkelte Flansch 10 des Halteblechs 5 eingesteckt, das die Hinterkante 9 des Profils sicher in der Höhe fixiert und Abweichungen der Wandstärke der Entlastungsschwelle 1 ausgleicht. Das Blechteil 6 wird nach Oberwasser mit einer Gummidichtung 11 abgedichtet. Die Blechbauteile werden mit geeigneten Befestigungsmitteln, beispielsweise mit Hilfe von Dübeln, an der Betonwand befestigt. Eine spätere Korrektur oder Änderung der Wehrschwellenoberkante 7 ist möglich, beispielsweise dadurch, dass die Blechteile Langlöcher aufweisen, durch die Schrauben für die Dübel hindurchgesteckt sind.
Bei langen Überfallschwellen werden mehrere baugleiche Messprofile nebeneinander gesetzt. Zur Kompensation der Wärmedehnung werden zwischen den Messprofilen Fugen gelassen, die mit Blechteilen unterfüttert werden.
Nun zu Fig. 2, die ebenfalls schematisch einen Schnitt durch die von der Erfindung vorgeschlagene Anordnung bei einer Weiterbildung zeigt. Mit einem Abstand zum Wehrbug 8 und mit einer Eintauchtiefe unter der Wehroberkante 7 ist hier eine Tauchwand 12 aus Edelstahl angeordnet. Die Unterkante 13 der Tauchwand 12 ist von der Entlastungsschwelle 1 weg abgebogen. Das obere Ende der Tauchwand 12 ist U-förmig umgebogen, zur Verbesserung der mechanischen Stabilität. Die Oberkante 14 überragt um einen bestimmten Abstand den höchsten Wasserspiegel. Links von der Tauchwand ist eine mögliche Wasserstandshöhe 15 angedeutet. Die Höhe des Wasserstands 15 oberstrom der Tauchwand 12 wird gemessen, um die Menge des abfließenden Wassers zu bestimmen. Zur Messung der Höhe dieser Linie 15 dient eine Wasserstandssonde 16, die an einem auskragenden Träger 17 angeordnet ist.
Die Erfindung schlägt ein breitkroniges Messwehr mit Tragflügelprofil zur hysteresefreien und genauen Messung der Überlaufaktivität von Regenentlastungen aller Art über eine große Abflussspanne ohne Belüftung der Strahlunterseite mit guter Auflösung des unteren Messbereichs und bei gleichzeitig mäßigem Rückstau bei Maximalabfluss vor.

Claims

1. Messwehr zur Ermittlung der Abflussmengen aus Regenentlastungsanlagen in einer Abwasserkanalisation, mit

1. 1.1 einer Entlastungsschwelle (1), die

2. 1.2 eine Vorderseite (2),

3. 1.3 eine Rückseite (3) und

4. 1.4 eine Schwellenoberseite aufweist, die

5. 1.5 ein Tragflügelprofil bildet bzw. aufweist.

2. Messwehr nach Anspruch 1, bei dem die Schwellenoberseite von einem getrennten auf die Entlastungsschwelle (1) aufsetzbaren Bauteil (4) gebildet wird.

3. Messwehr nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Profil von einem Hochpunkt (7) ausgehend durchgehend flach konvex gewölbt abfällt.

4. Messwehr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Profil hinter der Rückseite (3) der Entlastungsschwelle (1) freitragend in einer scharfen Abrisskante (9) endet.

5. Messwehr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Profil von dem Hochpunkt (7) bis zu seinem Ende einen Winkel von etwa 10 bis 15 Grad mit der Horizontalen bildet.

6. Messwehr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Hochpunkt (7) etwa im Bereich der Vorderseite (2) der Entlastungsschwelle (1) liegt.

7. Messwehr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Profil vor dem Hochpunkt (7) einen über die Vorderseite (2) der Entlastungsschwelle (1) vorspringenden Wehrbug (8) aufweist.

8. Messwehr nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem das Bauteil (4) aus einem sehr glatten Edelstahlblech hergestellt ist.

9. Messwehr nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei dem das Bauteil (4) höhenjustierbar an der Entlastungsschwelle (1) angebracht ist.

10. Messwehr nach einem der Ansprüche 2 bis 9, bei dem das Bauteil (4) in der Breite justierbar an der Entlastungsschwelle (1) angebracht ist.

11. Messwehr nach einem der Ansprüche 2 bis 10, mit mehreren nebeneinander angeordneten Bauteilen (4), die gegebenenfalls zwischen sich eine Fuge freilassen.

12. Messwehr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer vor der Entlastungsschwelle (1) angeordneten Tauchwand (12).

13. Messwehr nach Anspruch 12, bei dem die Tauchwand (12) an ihrer Unterkante (13) nach vorne abgebogen bzw. abgewinkelt ist.

14. Messwehr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer berührungsfrei arbeitenden Wasserstandssonde (16) stromauf des Messwehres.