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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Wasserbauwerk mit einem Abwasserzu-
und -abfluss sowie einem Entlastungsabfluss, der zumindest im wesentlichen
normalerweise oberhalb und bei Hochwasser unterhalb des Vorfluterpegels
liegt. Außerdem
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Wasserentlastung einer
Abwasseranlage.
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Wasserbauwerke
der eingangs genannten Art werden bei der Abwasserentsorgung benötigt.
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Durch
eine Kanalisation fließen
Wassermengen, die stark schwanken können, z. B. wenn sowohl das
Abwasser aus Haushalten als auch Regenwasser gesammelt wird. Obwohl
Regensammel- und -überlaufbecken
usw. bekannt sind, in welchen die bei Niederschlägen anfallenden Wassermengen
bis zu ihrer Durchleitung durch eine Kläranlage speicherbar sind, oder
in denen, wie bei Retentionsbodenfiltern, eine allmähliche Reinigung
erfolgt, ist es aus Kostengründen
unmöglich,
derartige Anlagen zur Aufnahme von Niederschlägen beliebiger Größe zu dimensionieren.
Da die Verunreinigung und Belastung der Abwässer bei extrem starken und
insbesondere lang anhaltenden Niederschlagen vergleichsweise gering
sind, kann in solchen Fällen
oft eine direkte Entlastung in den Vorfluter, d. h. das die Abwässer aufnehmende
natürliche
Gewässer
erfolgen, ohne daß eine
wesentliche Beeinträchtigung
der Wasserqualität
befürchtet
werden muss. Dazu wird eine sog. Überlaufschwelle vorgesehen, über welche das
Abwasser in einen Entlastungsablauf abfließen kann, sobald es zu einem
Niveau angestiegen ist, das eine Entlastung erforderlich macht.
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Oft
führt in
einer solchen Niederschlagssituation der Vorfluter aber Hochwasser.
Auch dann muss einerseits immer noch eine sichere Entlastung der
in der Kanalisation gesammelten Niederschlagsmenge gewährleistet
werden, während
andererseits ein Rückstau
und Eindringen des Hochwassers in die Kanalisation vermieden werden
muss.
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Aus
der
DE 41 39 572 A1 ist
hierzu beispielsweise ein kreisförmiges
Regenwasserentlastungsbauwerk bekannt geworden, wobei über eine
erste Schwelle eines ersten Sektors des Regenwasserentlastungsbauwerks
zunächst
eine klärwerkseitige
Entlastung erfolgt, wobei bei weiter ansteigendem Mischwasserzufluss
eine vorfluterseitige Entlastung erfolgt. Der Abfluss von dem Regenwasserentlastungsbauwerk
zum Vorfluter wird hier offensichtlich durch ein ausreichendes freies
Gefälle
sichergestellt.
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Ferner
ist aus der
DE 41 24
006 A1 ein Regenüberlaufbecken
mit einem Hochwasserüberlauf in
einen Entlastungskanal bekannt geworden. Der Entlastungskanal ist
wiederum mit einem Ablaufkanal verbunden, wobei der Ablaufkanal
mit einem Vorfluter verbunden sein kann. Auch hier wird im Wesentlichen
vorausgesetzt, dass ein Gefälle
zwischen dem Entlastungskanal und dem Vorfluter vorgesehen ist,
so dass das Wasser durch das bestehende Gefälle von dem Entlastungskanal
zum Vorfluter strömen wird.
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Ein
Wasserbauwerk mit einem Ablaufkanal zu einem Vorfluter ist ebenfalls
aus der
US 4 253 965 bekannt
geworden. Auch hier wird offenbar von einem Gefälle zwischen dem Wasserbauwerk
und dem Vorfluter ausgegangen, so dass das Wasser durch das bestehende
Gefälle
von dem Entlastungskanal zum Vorfluter strömen wird.
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Aus
der
DE 41 25 419 A1 ist
eine als Rundbauwerk ausgebildete Regenentlastung mit einem an einen
Zulauf von einer Kanalisation angeschlossenen Fangraum bekannt geworden,
der einen zu einem Klärwerk
führenden
Bodenabzug und eine zu einem Vorfluter führende Entlastungsschwelle
aufweist. Ferner ist aus der
DE 41 25 419 A1 auch eine Trennwand bekannt
geworden, die sich wenigstens bis zu einem vorgegebenen Hochwasserpegel
nach oben erstreckt und in ihrem unteren Bereich einen normalerweise
offenen Durchlass aufweist. Wie auch bei dem vorgenannten Stand
der Technik wird auch hier von einem Gefälle zum Abfluss des Wassers
in den Vorfluter ausgegangen.
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In
keiner der vorgenannten Druckschriften ist jedoch die Problematik
angesprochen, wie im Hochwasserfall bei unterhalb des Vorfluterpegels
liegendem Entlastungsabfluss das ankommende Abwasser abgeführt werden
kann, insbesondere wenn die Höhendifferenz
zwischen der Regenwasserentlastungsanlage und dem Vorfluter nur
gering ist, so daß die Überlaufschwelle
bzw. der Entlastungsablauf unterhalb erwarteter Hochwasserpegel
liegt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt entsprechend darin, ein
Wasserbauwerk der gattungsgemäßen Art
vorzuschlagen, bei dem im Hochwasserfall bei unterhalb des Vorfluterpegels
liegendem Entlastungsabfluss das ankommende Abwasser dennoch abgeführt werden
kann.
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Ein
solches Wasserbauwerk, das als Hochwasserpumpwerk Einsatz finden
kann, soll ein hohes Maß an
Sicherheit bieten und dennoch kostengünstig im Bau und in der Unterhaltung
sein.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe wird unabhängig beansprucht.
Bevorzugte Ausführungsformen
finden sich in den Unteransprüchen.
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Ein
Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, daß bei einem
als Hochwasserpumpwerk verwendbaren Wasserbauwerk mit einem Abwasserzu-
und -abfluß sowie
einem Entlastungsabfluss, der zumindest im wesentlichen normalerweise
oberhalb und bei Hochwasser unterhalb des Vorfluterpegels liegt,
eine Trennwand vorgesehen ist, die sich wenigstens bis zu einem
vorgegebenen Hochwasserpegel nach oben erstreckt und in ihrem unteren
Bereich einen normalerweise offenen Durchlaß aufweist, sowie eine nur
im Hochwasserfall insbesondere nach unten angeströmte Pumpanordnung,
um Wasser über
die Trennwand zum Entlastungsabfluß zu heben.
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Indem
eine derartige Trennwand mit Durchlaß vorgesehen wird, muß nur noch
im Hochwasserfall abgepumpt werden, was insgesamt zu einer drastischen
Energieeinsparung auch dann führt,
wenn das zu entlastende Wasser nach unten zur Pumpenanordnung strömt und somit
eine Hebung über
eine größere Strecke
erfordert. Zudem ermöglicht
diese Anordnung eine räumliche
Ausgestaltung des Pumpwerkes, die besonders kompakt ist und somit
Baukosten spart.
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Bevorzugt
ist zwischen Abwasserzulauf und Trennwand eine per se bekannte Überlaufanordnung,
etwa in Form einer Überlaufschwelle
vorgesehen. Insbesondere kann die Überlaufanordnung auch mit einem
schwimmergesteuerten Klappenwehr zur Konstanthaltung des Stauziels
im Zulaufsammelraum realisiert sein.
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Es
ist bevorzugt, wenn der normalerweise offene Trennwanddurchlaß als hydraulische
betätigbare
Klappe zum Verschliessen bei Hochwasser ausgebildet ist. Das Verschliessen
des normalerweise offenen Trennwanddurchlasses verhindert einen
Rückstau
von Wasser durch den Trennwanddurchlass hindurch in die Kanalisation,
wobei die hydraulische betätigbare
Klappe eine hohe Verschlusskraft bereitstellt, die auch gegen plötzlich einströmendes Hochwasser
sicher wirkt.
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Die
Anordnung der zur Pumpanordnung führenden Bodenöffnung im
Boden vor der Trennwand erlaubt auch bei nur geringem Gefälle zwischen Überlaufanordnung
und Trennwand eine weitgehende Entleerung des Zwischenraums zwischen Überlaufanordnung
und Trennwand. Wenn wie bevorzugt der Trennwanddurchlaß bodennah
oder bodenangrenzend angeordnet ist, läuft das Wasser sowohl bei Normalstand
des Vorfluters als auch bei Hochwasser praktisch vollständig aus
dem Zwischenraum ab, ohne daß ein
Auspumpen des Raumes erforderlich wäre.
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Der
Bodenöffnung
wird bevorzugt eine Steuerung zugeordnet, um die Bodenöffnung normalerweise
geschlossen zu halten. Diese braucht dann allenfalls bei Hochwasser
geöffnet
werden, insbesondere ausschließlich
bei Hochwasser und gleichzeitiger Notwendigkeit einer Entlastung.
Die Steuerung kann dazu einerseits den Hochwasserstand und andererseits
den Zufluß und/oder
die Menge des über die Überlaufanordnung
strömenden
Wassers erfassen.
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Es
ist auch möglich,
die Bodenöffnung
oder den offenen Durchlaß in
der Trennwand wahl- und wechselweise zu verschließen, wozu
entweder zwei unabhängig
voneinander betätigbare
Klappen vorgesehen sein können
oder zur Vereinfachung des Aufbaus eine einzelne, zwischen beiden
Positionen hin- und herschaltende Strömungsweiche, die im Normalfall,
in welchem weder Hochwasser herrscht noch eine Entlastung erforderlich
ist, den Trennwanddurchlass verschließt. Dazu kann die Strömungsweiche
auch als wahlweise die Bodenöffnung
oder den offenen Durchlaß verschließende Klappe
gebildet sein.
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In
einer besonders bevorzugten Form weist das Wasserbauwerk mehrere,
vorzugsweise drei Stockwerke auf, wobei die Entlastungsanordnung
mit Abwasserzu- und -abfluß sowie
Entlastungs abfluss zur Bildung einer Entlastungsebene in einem zumindest
mittleren Stockwerk angeordnet sind und die Pumpanordnung in einem
oder dem darunter liegenden Stockwerk angeordnet ist. Die Pumpanordnung kann
mit Tauchmotorpumpen gebildet werden, die ausreichend stark dimensioniert
sind, um das Wasser über
die mittlere Ebene hinweg zu heben. Zugleich kann die Trennwand
eine Seitenwand einer Kammer bilden, die Abwasserzu- und -abfluss sowie gegebenenfalls
die Überlaufanordnung
und/oder die Bodenöffnung
umgibt. Das Wasser kann dann über die
Kammer hinweg strömen.
Sofern in der Kammerdecke Einstiegsluken zur Zwischenkammer führen, werden
diese mit druckdichten Verschlüssen
ausgerüstet.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn im Wasserbauwerk die Pumpanordnung Wasser
in einen nach oben führenden
Schacht hebt, der ausgangsseitig eine Rückschlagklappe aufweist, die
hydraulisch bedämpft
sein kann. Der Schacht wird sich typisch bis zu einer Höhe nach
oben erstrecken, die zumindest etwas oberhalb eines erwarteten Hochwasserpegels
liegt. Durch die Rückschlagklappe
kann ein Hochwasserrückstau
in die Kanalisation selbst dann vermieden werden, wenn sich der
Schacht nicht bis zur Höhe
erwarteter extremer Hochwasserpegel erstreckt.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren
zur Wasserentlastung einer Abwasseranlage bei stark wechselnden
Vorfluterpegeln, insbesondere Hochwassergefährdung des Vorfluters vorzuschlagen,
bei dem im Hochwasserfall bei unterhalb des Vorfluterpegels liegendem
Entlastungsabfluss das ankommende Abwasser dennoch abgeführt werden
kann.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruchs 14 gelöst.
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Mit
dem beanspruchten Wasserbauwerk kann ein Verfahren zur Wasserentlastung
einer Abwasseranlage bei Hochwassergefährdung des Vorfluters ausgeführt werden,
welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Abwasser in einem auf
einer mittleren Ebene angeordneten Zulaufsammelraum vom Zulauf zum
Ablauf strömend
an einem Überlaufwehr
ansteigt, bis ein eine Entlastung erforderndes Niveau erreicht ist,
das über
das Überlaufwehr
strömende
Wasser auf dieser mittleren Ebene bei Normalpegeln im Vorfluter
durch einen insbesondere zu diesem Zweck geöffneten Durchlaß in einen
Entlastungsablauf strömt
und von dort in den Vorfluter abfällt, und bei Hochwasserpegel
der Durchlaß zum Vorfluter
geschlossen wird, ein vom Vorfluter getrennter, nach unten unter
die mittlere Ebene führender
Durchlaß geöffnet wird,
durch welchen das über das Überlaufwehr
strömende
Wasser zu einer Pumpwerksebene abfällt und dass das durch den
Durchlaß nach
unten getretene Wasser auf ein wenigstens auf Hochwassserpegel liegendes
Niveau gepumpt wird.
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Die
Erfindung wird im Folgenden nur beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben. In dieser zeigt die einzige
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Figur
eine Querschnittsansicht durch ein Wasserbauwerk der vorliegenden
Erfindung.
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Nach 1 umfaßt ein allgemein
mit 1 bezeichnetes dreistöckiges Wasserbauwerk 1 in
Form eines Hochwasserpumpwerkes 1 eine mittleren Ebene 2,
eine untere Ebene 3 und eine obere Ebene 4.
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In
der mittleren Ebene 2 mündet
ein Zufluß 5 aus
einem zu entlastenden Kanalisationssystem, das Mischwasser, Abwasser
und/oder Regenwasser sammeln kann. Ein Abfluß 6 liegt gegenüber dem
Zufluß 5 und
führt zu
einer Kläranlage
oder dergl. Der Abfluß ist
so dimensioniert, daß er
die im Normalbetrieb gesammelten Wassermengen aufnehmen kann. Ein
Klappenwehr 7 realisiert eine Überfallanordnung 7, über die
vom Abfluß 6 nicht
mehr aufzunehmendes Wasser in einen umschlossenen Zwischenraum 8 fallen
kann.
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Der
umschlossene, d. h. allseitig, insbesondere nach oben und unten
umgrenzte Zwischenraum 8 weist auf seinem Boden 9 ein
Gefälle
auf, welches von der Überfallanordnung 7 weg
zu einer gegenüberliegenden
Trennwand 10 führt,
welche eine Seitenwand des Zwischenraumes 8 darstellt.
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In
der Trennwand 10 ist im unteren Bereich eine durch einen
hydraulisch wirkenden Aktor 11a betriebene und schwenkbar
angelenkte Hochwasserklappe 11 vorgesehen, die wechselweise
einen Trennwanddurchlaß 12 im
unteren Bereich der Trennwand oder eine Bodenöffnung 13 im Boden
des Zwischenraumes 8 geschlossen hält, durch welche Wasser in
einen Pumpvorraum 14 auf die untere Ebene 3 abfallen
kann.
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Hinter
der Trennwand 10 und dem darin befindlichen Durchlaß 12 findet
sich auf der mittleren Ebene der Entlastungablauf 16, durch
welchen Wasser zum Vorfluter (nicht gezeigt) gelangen kann. Der Vorfluter
führt im
Normalfall Wasser auf einem Pegel, welcher wie im Bild beim Buchstaben „N" angedeutet, unterhalb
des Bodens der mittleren Ebene 2 liegt, während im
beim Buchstaben „H" angedeuteten Hochwasserfall
der Vorfluterpegel oberhalb der Zufluß- und Entlastungsebenen liegt.
Der Trenwanddurchlaß 12 liegt
damit ebenfalls zwischen diesen Pegeln H und N und ist zudem möglichst
nahe am Boden der Zwischenkammer 8 angeordnet.
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Eine
Steuerung (nicht gezeigt) ist zur Betätigung des Aktors 11a der
Hochwasserklappe 11 vorgesehen, um mit der Hochwasserklappe 11 den Trenwanddurchlaß 12 immer
dann zu verschliessen, wenn Hochwasser herrscht. Zur Erfassung des Hochwassers
können
im Pumpwerk oder außerhalb geeignete
Sensoren vorgesehen werden; wahlweise ist eine Fernsteuerung möglich.
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In
der unteren Ebene 3, in welche Wasser durch die Bodenöffnung 13 abfließen kann,
ist eine Gitteranordnung 17 zur Grobstoffentfernung vor
einem Pumpeneinlaß 18 vorgesehen,
der zu einer mit Tauchpumpen oder dergl. gebildeten Pumpenanordnung 19 führt. Die
Pumpenanordnung 19 ist in einem Schacht 20 angeordnet,
der sich nach oben bis zur Ebene 4 und somit über das
Niveau H erstreckt und ausgangsseitig mit einer Rückschlagklappe 21 versehen
ist.
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Die
den Boden 22 der oberen Ebene 4 bildende Decke
der Zwischenkammer 8 weist als einzige Öffnung nach unten in die Zwischenkammer 8 eine
zu einer Einstiegsleiter 15a führenden Luke 15 auf,
die nur zu Wartungszwecken geöffnet
und im Betrieb druckfest verschlossen ist. Aus dem Schacht 20 über den
Boden 22 strömendes
Wasser kann daher nicht in die Zwischenkammer gelangen, sondern kommuniziert
nur mit dem Entlastungsablauf 16.
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Das
Hochwasserpumpwerk der vorliegenden Erfindung wird wie folgt betrieben.
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Im
Normalzustand, bei nur geringen anfallenden Wassermengen aus dem
Kanalisationssystem und normalem Wasserpegel im Vorfluter wird alles
Wasser aus dem Zufluß 5 zum
Abfluß 6 geleitet. Der
Trennwanddurchlaß 12 ist
verschlossen.
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Wenn
dann durch Regen ohne zunächst
signifikanten Vorfluterpegelanstieg das Klappenwehr 7 anspricht
und Wasser zur Entlastung überläuft, wird der
Trennwanddurchlaß 12 geöffnet. Wasser
kann nun durch den Trennwanddurchlaß 12 in den Entlastungsablauf 16 und
von dort in den Vorfluter strömen.
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Steigt,
etwa bei langanhaltenden Niederschlägen, der Vorfluterpegel auf
ein Niveau an, bei welchem ein Rückstau
von Wasser in die Kanalisation auftreten könnte, wird durch den von der
Steuerung gesteuerten Aktor 11a die Hochwasserklappe 11 umgeschwenkt,
so daß der
Trennwanddurchlaß 12 verschlossen
ist und die Bodenöffnung 13 offen steht.
Zu entlastendes Wasser fällt
nun in den Pumpenvorraum 14 und strömt von dort, gegebenenfalls längs eines
leichten Gefälles
(nicht eingezeichnet), durch die Gitter- bzw. Rechenanordnung 17 in
den Pumpeneinlaß 18,
von wo es mittels der dafür
von der Steuerung oder auf andere Weise angeschalteten Pumpenanordnung 19 in
den Schacht 20 gedrückt
wird und oberhalb des Hochwasserniveaus durch die Rückschlagklappe 21 austritt.
Es strömt dann über die
Decke 22 der Zwischenkammer 8 zum Entlastungauslaß 16,
von wo es ohne Gefahr eines Rückstaus
abfließen
kann, sobald der Vorfluterpegel dies erlaubt.
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Wenn
mit langanhaltendem Hochwasser und gleichzeitigem Entlastungserfordernis
gerechnet werden muß,
kann zwischen Bodendurchlaß 13 und Entlastungsauslaß 16 noch
ein größeres Sammelbecken
vorgesehen sein, um die dann anfallenden Wassermassen zu bis zum
Abklingen des Hochwassers zu sammeln. Dazu kann z. B. der Pumpenvorraum 14 oder
die obere Ebene 4 hinreichend groß dimensioniert werden oder
mit einem entsprechenden Sammelraum kommunizieren.
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Während die
vorstehende Erfindung beschrieben ist für den Fall, daß sich der
Vorfluterpegel durch Hochwasser ändert,
sind auch andere Einsatzmöglichkeiten
denkbar. So könnte
das erfindungsgemäße Wasserbauwerk
ebenfalls eingesetzt werden, wenn der Vorfluter aus anderen Gründen stark schwankende
Pegel aufweist, wie dies bei Stauseen im Sommer- und Winterbetrieb
der Fall sein kann.
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Zusammenfassend
wird also ein Wasserbauwerk mit einem Abwasserzu- und -abfluß sowie einem
Entlastungsabfluß,
der zumindest im wesentlichen normalerweise oberhalb und bei Hochwasser unterhalb
des vorfluterpegels liegt, beschrieben. Dieses ist gekennzeichnet
durch eine Trennwand, die sich wenigstens bis zu einem vorgegebenen
Hochwasserpegel nach oben erstreckt und einen normalerweise offenen
Durchlaß aufweist,
sowie eine im Hochwasserfall angeströmte Hebeanordnung, um Wasser über die
Trennwand zum Entlastungsabfluß zu
heben. Bei Anordnung der Hebeanordnung unterhalb des Abwasserzufluß ist diese über eine
Bodenöffnung
zwischen einer Überlaufanordnung
und der Trennwand anströmbar.
Eine Strömungsweiche deckt
wahlweise Bodenöffnung
oder Durchlaß ab. Die
Trennwand bildet eine Seitenwand einer Abwasserzu- und -abfluß, Überlaufanordnung
und Bodenöffnung
umgebenden Kammer und das Wasser wird über einen nach oben führenden
Schacht mit ausgangsseitiger Rückschlagklappe über die
Kammerdecke hinweg entlastet. So kann das Wasserbauwerk in Stockwerken
aufgebaut sein, wobei die Entlastungsanordnung mit Abwasserzu- und
-abfluß sowie
Entlastungsabfluß in
einem mittleren Stockwerk und die Hebeanordnung darunter angeordnet
ist.