DE3920640A1

DE3920640A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern von unwetter-kanalwasserpumpen

Info

Publication number: DE3920640A1
Application number: DE3920640A
Authority: DE
Inventors: Hidemi Kodate; Takao Kato; Shigeo Aoki
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-06-25
Filing date: 1989-06-23
Publication date: 1989-12-28
Anticipated expiration: 2009-06-24
Also published as: CN1062643C; GB2220012A; GB2220012B; CA1330365C; JPH0833157B2; DE3920640C2; US4987913A; KR910009261B1; GB8914474D0; CN1038858A; JPH029967A; KR900000751A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern des Betriebs einer in einer Abwasserbehandlungsanlage o. dgl. vorgesehenen Unwetter-Abwasser- oder -Kanalwasserpumpe, insbesondere ein entsprechendes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Steuern oder Kontrollieren einer Anzahl von Unwetter-Kanalwasserpumpen, die unter Berücksichtigung von zeitlichen und gebietsweisen Änderungen von Niederschlägen betätigt werden sollen.

Eine Abwasserbehandlungsanlage (oder Kläranlage) ist für die Abwasserbehandlung wichtig, aber auch wesentlich, um durch Niederschläge verursachte Katastrophen zu verhindern, Kanalisation von Städten zu gewährleisten und einwandfreie Umweltbedingungen zu erhalten. Unter diesem Gesichtspunkt ist die Steuerung bzw. Kontrolle einer Anzahl von Unwetter-Kanalwasserpumpen, die als Abwasserbehandlungsausrüstung betrieben werden sollen, von großer Wichtigkeit. Ein Unterschied zwischen einem erzielten Vorteil und einem Nachteil wird wesentlich durch die Zweckmäßigkeit der Steuerung eines Unwetter-Kanalwasserpumpenbetriebs bestimmt.

Die in einer Abwasserbehandlungsanlage behandelte Regenwassermenge schwankt in Abhängigkeit von den Niederschlagsbedingungen, die gebietsweise zeitabhängig variieren, der Beschaffenheit des Bodens, der Anordnung von Leitungen, der Konstruktion von Leitungen und dgl. Aus diesem Grund ist eine zeitabhängige Änderung einer Niederschlagsmenge in bestimmten Gebieten mit einer früheren Niederschlagsmenge nicht identisch und auch nicht reproduzierbar. Solche Niederschlagseigenarten werden als zeitliche und gebietsweise Niederschlagsschwankungen bezeichnet.

Die im folgenden beschriebenen herkömmlichen Techniken werden für die Vorhersage derartiger komplizierter Niederschlagsschwankungen und für die Bestimmung der Zahl der zu betreibenden Unwetter-Kanalwasserpumpen angewandt:

1. An mehreren Stellen eines Stadtgebiets werden Boden-Regenmesser aufgestellt. Eine zukünftige Niederschlagsmenge wird dabei als Erfahrungswert einer Person auf der Grundlage einer mittels der Regenmesser gemessenen Niederschlagsmenge vorhergesagt. Die Zahl der zu betreibenden Pumpen wird dann auf der Grundlage der vorhergesagten Niederschlagmenge bestimmt.
2. Eine Niederschlagsmenge in jedem Gebiet wird mittels eines Radar-Regenmessers überwacht. Eine zukünftige Niederschlagsmenge wird dabei auf dieselbe Weise, wie oben beschrieben, durch eine Person vorhergesagt. Die Zahl der zu betreibenden Pumpen wird dann auf der Grundlage der vorhergesagten Niederschlagsmenge bestimmt.
3. Ein Wasserstandsmesser wird in einen Schacht (Pumpenschacht) gesetzt, aus dem Unwetter-Kanalwasserpumpen Wasser hochpumpen. Die Zahl der zu betreibenden Unwetter-Kanalwasserpumpen wird dann auf der Grundlage einer Zunahme/Abnahme des durch den Wasserstandsmesser gemessenen Wasserstands bestimmt. Diese dritte Technik ist z. B. in JP-OS (Kokai) 57-186080 beschrieben.

Die unter 1. und 2. genannten Techniken hängen weitgehend von der Erfahrung einer Person ab. Aus diesem Grund ist es dabei schwierig, die Zahl der zu betreibenden Unwetter-Kanalwasserpumpen richtig zu bestimmen.

Eine Zunahme/Abnahmegröße des Wasserstands in einem Pumpenschacht variiert erheblich in Abhängigkeit von der Konstruktion oder Auslegung einer mit dem Pumpenschacht verbundenen Leitung, der Art einer anderen, mit dem distalen (fernen) Ende der an den Pumpenschacht angeschlossenen Leitung verbundenen Leitung und dgl. In einem Stadtgebiet versickert zudem wegen der überdichten Besiedlung aufgrund der großen Bevölkerungsdichte sowie des großen Anteils an befestigten Straßen der größte Teil des Regenwassers nicht im Erdreich, sondern fließt in Abwasserleitungen bzw. Kanalrohre. Aus diesem Grund muß ein großer Teil einer Unwetter-Niederschlagsmenge gleichzeitig zu Flüssen abgeführt werden, weshalb in zunehmendem Maße Unwetter-Kanalwasserpumpen sehr großer Kapazität bzw. Leistung eingesetzt werden. Selbst wenn nach der drittgenannten Technik die Zahl der zu betreibenden Pumpen auf der Grundlage der Feststellung, daß der Wasserstand in einem Pumpenschacht ansteigt, vergrößert wird, kann der Wasserstand später schnell abfallen oder auch ansteigen. Nach dieser Technik muß daher die Zahl der zu betreibenden Pumpen im Laufe der Zeit entsprechend der Wasserstandsänderung im Pumpenschacht geändert werden. Dieses Vorgehen ist mit einem großen Energieverbrauch verbunden, führt zu einer Verkürzung der Betriebslebensdauer bzw. Standzeit einer Unwetter-Kanalwasserpumpe und hat zeitweilig einen ungünstigen Einfluß auf die einwandfreie Abführung von Unwetter-Abwasser von Kanalrohren zu Flüssen.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Steuern bzw. Betreiben von Unwetter-Kanalwasserpumpen, bei denen eine Niederschlagsmenge nach einem totalen Gesichtspunkt ausgewertet und einwandfrei vorhergesagt werden soll, um damit eine Änderung der Zahl von für einwandfreie Abwasserbeseitigung zu betreibenden Unwetter-Kanalwasserpumpen zu minimieren.

Gegenstand der Erfindung ist eine Steuervorrichtung zum Betreiben einer Anzahl von Unwetter-Kanalwasserpumpen zum Abführen von in einem Stadtgebiet anfallenden Unwetterabwasser zu Flüssen, umfassend
einen Radar-Regenmesser zur Beobachtung bzw. Überwachung einer zweidimensionalen Niederschlags(mengen)verteilung in jeder vorbestimmten Überwachungsperiode,
an mehreren Stellen auf dem Boden angeordnete Bodenregenmesser zum Messen der tatsächlichen Niederschlagsmenge auf dem Erdboden,
einen in einem Pumpenschacht angeordneten Wasserstandsmesser,
eine Niederschlags(mengen)vorhersageeinheit zum Eichen der mittels des Radar-Regenmessers bestimmten zweidimensionalen Niederschlagsverteilung auf der Grundlage der mittels der Bodenregenmesser gemessenen Niederschlagsmengen und zum Vorhersagen eines Niederschlags in einer vorbestimmten Zeit ab der Gegenwart auf der Grundlage mehrerer Sätze früherer geeichter Niederschlagsverteilungen,
eine Ablaufauswerteeinheit zur Durchführung einer Ablaufanalyse oder -auswertung entsprechend Auffangbeckencharakteristika auf der Grundlage der durch die Niederschlagsvorhersageeinheit vorhergesagten Niederschlagsmenge und zum Berechnen einer Niederschlagsentleerung (discharge), um damit eine Einlaufentleerungsmenge in den Pumpenschacht abzuleiten, und
eine Pumpenzahl-Bestimmungseinheit zum Bestimmen der Zahl der zu betreibenden Pumpen auf der Grundlage der durch die Ablaufauswerteeinheit ermittelten Pumpenschacht-Einlaufentleerungsmenge und des Wasserstands vom Wasserstandsmesser sowie unter Berücksichtigung der Zahl der augenblicklich betriebenen Pumpen.

Bei der vorstehend umrissenen Vorrichtung werden die vom Radar-Regenmesser für jede vorbestimmte Überwachungsperiode gelieferten zweidimensionalen Niederschlags(mengen)daten auf der Grundlage der tatsächlichen, durch die Bodenregenmesser an mehreren Stellen auf dem Erdboden gemessenen Niederschlagsmengen geeicht oder abgeglichen, um damit eine korrekte Niederschlagsverteilung eines interessierenden Auffangbeckens (drainage basin) zu ermitteln. Da zudem eine Niederschlagsmenge in einer vorbestimmten Zeit ab der Gegenwart auf der Grundlage mehrerer Sätze von früheren geeichten Niederschlagsverteilungen vorhergesagt oder vorausbestimmt wird, kann eine (jeweilige) Niederschlagsmenge vergleichsweise genau vorhergesagt werden. Weiterhin wird eine Einlaufentleerungsmenge (inlet discharge) eines Pumpenschachts unter Berücksichtigung der Charakteristika von z. B. einem Kanalrohrleitungsnetz im interessierenden Auffangbecken berechnet. Aus diesem Grund kann eine zukünftige Menge an in den Pumpenschacht fließendem Unwetterabwasser vergleichsweise richtig vorhergesagt werden. Die Zahl der zu betreibenden Unwetter-Kanalwasserpumpen wird auf der Grundlage der Pumpenschacht-Einlaufentleerungsmenge und des durch den Wasserstandsmesser gemessenen Wasserstands bestimmt. Damit kann die Zahl der zu betreibenden Pumpen genau kontrolliert werden.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Gesamtanordnung einer Unwetterkanalwasserpumpenbetrieb-Steuervorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2A und 2B zusammen ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung einer Datenverarbeitungsablaufreihe in einer Datenverarbeitungseinheit,

Fig. 3 eine graphische Darstellung einer Niederschlagsvorhersagekurve,

Fig. 4 eine graphische Darstellung eines Gitternetzes und eines Orts (locus) eines niederschlaggewichteten Massenmittelpunkts ohne eine vorbestimmte Bewegungsrichtung,

Fig. 5 eine graphische Darstellung einer mittleren Gesamt-Bereichsniederschlagsmenge,

Fig. 6 eine graphische Darstellung eines Gitternetzes und eines Orts (locus) eines niederschlaggewichteten Massenmittelpunkts mit einer vorbestimmten Bewegungsrichtung,

Fig. 7A und 7B zusammen ein Ablaufdiagramm zur Verdeutlichung einer Rechenverarbeitung in einer Niederschlags(mengen)vorhersageeinheit,

Fig. 8 eine graphische Darstellung einer Niederschlagskurve, die erhalten wird, wenn eine Periode vor Einsetzen eines Niederschlags eine Berechnungszeit ist,

Fig. 9 eine graphische Darstellung einer Niederschlagskurve, die erhalten wird, wenn eine Periode nach dem Einsetzen eines Niederschlags und vor der Ableitung oder Gewinnung einer vorbestimmten Zahl von Datensätzen eine Berechnungszeit ist,

Fig. 10 eine Darstellung einer Beziehung zwischen einem Bewegungsvektor und einem interessierenden Auffangbecken, die erhalten wird, wenn eine Niederschlagsmenge des interessierenden Auffangbeckens auf der Grundlage einer Niederschlagsverteilung berechnet wird,

Fig. 11 und 12 Darstellungen einer lotrechten Anordnung eines Abwasserrohrleitungsnetzes des interessierenden Auffangbeckens,

Fig. 13 eine Darstellung einer Beziehung zwischen dem Ablaufanalysen- oder -auswerteergebnis und dem Abwasserleitungsnetz,

Fig. 14 eine Darstellung zur Erläuterung einer Berechnung, die durchgeführt wird, während die lotrechte Anordnung des Abwasserleitungsnetzes erhalten bleibt,

Fig. 15 eine graphische Darstellung zur Erläuterung einer Überlaufentleerungsmengenberechnung als Wasserstandsberechnung, die vorgenommen wird, wenn ein künstliches Bauwerk, z. B. ein Wehr oder Damm, zum Abwasser(rohr)leitungsnetz hinzugefügt ist,

Fig. 16 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen einem Bauwerk (structure) und einem Wasserstand in einem Pumpenschacht sowie

Fig. 17 eine Darstellung eines Petri-Netzes zum Bestimmen der Zahl der zu betreibenden Pumpen.

Fig. 1 veranschaulicht die Gesamtanordnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Steuern (oder auch Kontrollieren) des Unwetter-Kanalwasserpumpenbetriebs. Diese Vorrichtung umfaßt einen Radar-Regenmesser 1 mit Radarantenne 1 a und Radarsende/empfangseinheit 1 b, von denen sich zumindest die Antenne 1 a an einer vergleichsweise offenen Stelle nahe eines Stadtgebiets befindet. Die Antenne 1 a arbeitet unter der Steuerung der Einheit 1 b, die ihrerseits ein zu sendendes Signal erzeugt und dieses Signal als Funkwelle über die Antenne 1 a aussendet. Die Einheit 1 b empfängt als Radarempfangsleistungsdaten die Funkwelle, die durch Rückstreuung an Regentropfen 3 a, die sich in einer Regenwolke 3 befinden oder aus dieser herabfallen, zurückgeworfen wird. Die Radarempfangsleistungsdaten entsprechen Daten, die eine Niederschlags(mengen)verteilung repräsentieren. Die Radarsende/empfangseinheit 1 b überträgt die Radarempfangsleistungsdaten zu einer Datenverarbeitungseinheit 2 über Datenübertragungs- oder -sendeeinheiten 4 a und 4 b, die vorgesehen sind, weil der Radar-Regenmesser 1 und die Datenverarbeitungseinheit 2 an verschiedenen Stellen angeordnet sind.

Auf dem Erdboden sind mehrere Grund- bzw. Bodenregenmesser 5 zur Messung einer tatsächlichen Niederschlagsmenge angeordnet. Diese Regenmesser 5 befinden sich an einer Vielzahl von Stellen innerhalb und außerhalb des Stadtgebiets. Als Regenmesser 5 wird beispielsweise ein Kippeimer verwendet. Der Kippeimer kippt um, sooft er eine vorbestimmte Niederschlagsmenge von einer zylindrischen Wasseraufnahmeöffnung aufgenommen hat. Eine Niederschlagsmenge an einer bestimmten Stelle wird dadurch ermittelt, daß die Zahl der Kippbewegungen der betreffenden Kippeimer gezählt wird. Die Regenmesser 5 übertragen die gewonnenen Niederschlagsdaten über Übertragungs- oder Sendeeinheiten 6 a und 6 b zur Datenverarbeitungseinheit 2.

Die Datenverarbeitungseinheit 2 umfaßt z. B. eine Datenabgleich- oder -eicheneinheit 7, eine Niederschlagsvorhersageeinheit 9, eine Ablaufanalysier- oder -auswerteeinheit 10 und eine Pumpenzahlbestimmungseinheit 11. Die Einheiten 7 bis 11 können einzeln durch z. B. einen Rechner gebildet sein. Wahlweise kann die gesamte Datenverarbeitungseinheit 2 durch einen einzigen Rechner gebildet sein, wobei die Funktionen der Einheiten 7 bis 11 mittels Software verarbeitet werden.

Die Dateneicheinheit 7 kalibriert oder eicht die Radarempfangsleistungsdaten (Niederschlagsverteilungsdaten) vom Radar-Regenmesser 1 auf der Grundlage der Niederschlagsdaten von den Bodenregenmessern 5. Die mittels des Radar-Regenmessers 1 gesammelten Niederschlagsdaten sind indirekte, von den Regentropfen der Regenwolke 3 gewonnene Daten, die nicht ausreichend zuverlässig sind. Aus diesem Grund eicht die Einheit 7 die mittels des Radar-Regenmessers 1 gewonnenen Niederschlagsdaten unter Heranziehung der tatsächlich durch die Bodenregenmesser 5 gemessenen (direkten) Niederschlagsdaten. Als Ergebnis werden Daten (Niederschlagsverteilungsdaten) gewonnen, die eine zweidimensionale Niederschlags(mengen)verteilung mit hoher Präzision repräsentieren. Um beispielsweise einer Bedienungsperson oder einem Operator einen augenblicklichen Niederschlagsverteilungszustand zu vermitteln, zeigt die Einheit 7 die geeichte Niederschlagsverteilung auf einer Anzeigeeinheit 8 an. Die geeichten Niederschlagsverteilungsdaten können durch einen Drucker ausgedruckt oder in einer Aufzeichnungs- bzw. Registriereinheit aufgezeichnet werden. Die Einheit 7 speichert die gewonnenen Niederschlagsverteilungsdaten in einer Speichereinheit 7 a, z. B. einer Datenbasis.

Die Niederschlagsvorhersageeinheit 9 gibt eine Vorhersage über eine Niederschlagsmenge in einer vorbestimmten Zeit ab dem gegenwärtigen Zeitpunkt unter Heranziehung einer Vielzahl von Sätzen von geeichten Niederschlagsverteilungsdaten, die durch Beobachtung bzw. Überwachung gewonnen wurden. Bei der dargestellten Ausführungsform umfaßt die Niederschlagsvorhersage eine dynamische Vorhersage von einem augenblicklichen Zeitpunkt bis zu einem vorbestimmten zukünftigen Zeitpunkt und eine statische Vorhersage für eine Zeitspanne nach dem vorbestimmten zukünftigen Zeitpunkt (vgl. Fig. 3). Die Einheit 9 verbindet eine Kurve (Vorhersage-Niederschlagskurve), die eine vorhergesagte Niederschlagsänderung repräsentiert, mit einer Kurve (tatsächliche oder Ist-Niederschlagskurve), die eine durch Beobachtung oder Überwachung gewonnene tatsächliche Niederschlagsänderung repräsentiert, um damit eine zusammenhängende Niederschlagskurve zu gewinnen oder abzuleiten. Die vorhergesagte, die tatsächliche und die zusammenhängende Niederschlagskurve werden später näher erläutert werden. Als "geeichte, durch frühere Beobachtung gewonnene Niederschlagsverteilungsdaten" werden geeichte Niederschlagsverteilungsdaten betreffend einen augenblicklichen Niederschlagsvorgang, um mehrere Beobachtungsperioden vor einem augenblicklichen Zeitpunkt gewonnen, benutzt. Die Einheit 9 speichert die so gewonnene zusammenhängende (connected) Niederschlagskurve in einer Speichereinheit 9 a ab. Die Ablaufauswerteeinheit 10 unterteilt ein Auffangbecken (drainage basin) entsprechend der Zahl von Pumpen an Pumpstationen im Stadtgebiet. Die Einheit 10 ermittelt eine Kurve zur Darstellung einer Änderung in der Abwasserentleerung, die in einen Pumpenschacht (Pumpenschacht-Einlaufentleerungskurve) an jeder Pumpstation fließt. Zur Gewinnung der Pumpenschacht-Einlaufentleerungskurve (pump well inlet discharge curve) führt die Einheit 10 Berechnungen unter Berücksichtigung der zusammenhängenden Niederschlagskurve, einer Entleerung (discharge) einer Niederschlagsmenge, die über den tiefsten Punkt jedes unterteilten Auffangbeckens fließt, sowie des Zusammenflusses und der Verzweigung eines Abwasserrohrleitungsnetzes durch. Die Einheit 10 liefert die zusammenhängende Niederschlagskurve zur Pumpenzahlbestimmungseinheit 11.

Eine Unwetter-Kanalwasser- bzw. -Abwasserpumpe 24 pumpt das Unwetterabwasser aus einem Pumpenschacht 21 zu einem Fluß ab. Ein im Pumpenschacht 21 angeordneter Wasserstandsmesser 22 überwacht den Wasserstand bzw. -spiegel im Pumpenschacht 21. Die Pumpe 24 wird durch einen Pumpentreiber 25 betätigt (eingeschaltet) und abgeschaltet. Die Pumpenzahlbestimmungseinheit 11 speichert vorbestimmte Betriebsregeln für die Unwetter-Kanalwasserpumpen. Die Einheit 11 berechnet eine Wassermenge (Pumpenfördermenge), die aus dem Pumpenschacht 21 durch die Pumpe in den Fluß entleert werden soll, auf der Grundlage der Pumpenschacht-Einlaufentleerungskurve, der Meßdaten vom Wasserstandsmesser 22 und der Betriebsregeln für die Unwetter-Kanalwasserpumpen. Die Einheit 11 erstellt eine Wasserstandsänderungskurve zur Darstellung einer Wasserstandsänderung im Pumpenschacht oder dergleichen. Die Einheit 11 ermittelt eine Pumpenentleerungs- oder -fördermenge, die Zahl der zu betreibenden Pumpen sowie einen Pumpenschacht-Wasserstand von einem augenblicklichen Berechnungszeitpunkt bis zu mehreren späteren Berechnungsperioden. Erforderlichenfalls liefert die Einheit 11 einen Befehl zu einer Treibersteuereinheit 23. Nach Maßgabe des Befehls steuert die Steuereinheit 23 den Pumpentreiber 29 zur Änderung der Zahl der zu betreibenden Pumpen 24 an.

Wie erwähnt, kann die Datenverarbeitungseinheit 2 Niederschlagsmengen, Pumpenschacht-Einlaufmengen, Pumpenentleerungsmengen, die Zahl der betreibenden Pumpen, Pumpenschacht-Wasserstände o. dgl. in einer vorbestimmten Zeit (mehrere Berechnungsperioden) von einem augenblicklichen Zeitpunkt (Augenblicksberechnungszeit) bestimmen. Die Einheit 2 kann daher einen Gesamt-Betriebszustand der Pumpen vorhersagen und schnell eine Gegenmaßnahme gegen Störung untersuchen, falls sie das Auftreten einer Störung vorhersagt.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Pumpenbetrieb-Steuervorrichtung erläutert.

Die Radarsende/empfangseinheit 1 b erzeugt ein Übertragungs- oder Sendesignal für jede Beobachtungs- bzw. Überwachungsperiode, die durch sie selbst oder auf der Grundlage eines Befehls von der Datenverarbeitungseinheit 2 bestimmt wird. Die Einheit 1 b sendet das erzeugte Sendesignal zur Radarantenne 1 a. Bei Eingang des Sendesignals sendet die Antenne 1 a eine Funkwelle in die Luft aus. Die Antenne 1 a empfängt die Funkwelle, die durch Rückstreuung von Regentropfen 3 a in oder aus der Regenwolke 3 zurückgeworfen wird. Die Antenne 1 a überträgt die Empfangsleistungsdaten (reception power data) zur Radarsende/empfangseinheit 1 b, die ihrerseits die Radarempfangsleistungsdaten über die Datenübertragungseinheiten 4 a und 4 b zur Dateneinheit 7 liefert.

Die an einer Vielzahl von Meßstellen angeordneten Bodenregenmesser 5 messen die tatsächlichen Niederschlagsmengen zur Ableitung von Niederschlagsdaten. Die Regenmesser 5 liefern die gewonnenen zahlreichen Niederschlagsdaten über die Übertragungseinheiten 6 a und 6 b zur Dateneicheinheit 7.

Auf der Grundlage der Radarempfangsleistungsdaten vom Radar-Regenmesser 1 und der Niederschlagsdaten von den Bodenregenmessern 5 führt die Datenverarbeitungseinheit 2 eine Datenverarbeitung entsprechend dem Ablaufdiagramm nach Fig. 2A und 2B durch. Die Arbeitsweise der Einheit 2 wird später anhand der Fig. 2A und 2B näher erläutert werden. In den Fig. 2A und 2B steht jeder Block für eine Operation der Datenverarbeitungseinheit, und er ist mit dem Bezugssymbol E bezeichnet, während ein unterstrichener, mit dem Bezugssymbol D bezeichneter Abschnitt für Daten steht.

Schritt E 1

Die Dateneinheit 7 speichert an einem Schönwettertag gewonnene Bodenkonfigurationsechodaten D 1 in der Speichereinheit 7 a. Die Daten D 1 können dadurch gewonnen werden, daß über die Radarantenne 1 a eine Funkwelle ausgesandt und die Intensität oder Stärke der durch Rückstreuung an einer umgebenden Konfiguration bzw. Formation des Bodens, von Gebäuden oder dergleichen an einem Schönwettertag zurückgeworfenen Funkwelle ermittelt wird. Die Einheit 7 empfängt die Radarempfangsleistungsdaten D 2 vom Radarregenmesser 1 und wandelt diese Daten D 2 in Niederschlagsverteilungsdaten D 3 um. Die Umwandlung der Daten D 2 in Daten D 3 geschieht wie folgt: Die Bodenkonfigurationsdaten D 1 werden von den Radarempfangsleistungsdaten D 2 subtrahiert. Hierbei wird der Einfluß eines Bodenkonfigurations- bzw. -formationsechos aus den Daten D 2 beseitigt. Da eine funktionelle Beziehung zwischen der Radarempfangsleistung Z und der Niederschlagsintensität R besteht, werden die Daten D 2 in die Niederschlagsverteilungsdaten D 3 unter Anwendung der sog. Radargleichung Z = a · R ^b (mit a und b = Konstanten) umgewandelt.

Schritt E 2

Die in Schritt E 1 gewonnenen oder abgeleiteten Niederschlagsverteilungsdaten D 3 sind zweidimensionale, ein weites oder großes Gebiet betreffende Daten. Die Dateneicheinheit 7 eicht diese zweidimensionalen Daten D 3 unter Heranziehung der Bodenregenmesserdaten (Punktdaten) D 4, welche die tatsächlichen Niederschlagsmengen repräsentieren und von den Bodenregenmessern 5 stammen. Diese Eichung (oder auch dieser Abgleich) erfolgt durch z. B. Korrigieren der Konstanten a und b der obigen Radargleichung in der Weise, daß die Niederschlagsintensität R den Meßwerten der Bodenregenmesser 5 entspricht.

Die Einheit 7 sammelt oder erfaßt (acquires) sodann Gitterdaten (D 5). Die Daten D 5 repräsentieren Niederschläge bzw. Niederschlagsmengen in einem Gitternetz oder auch Raster (mesh), das durch Unterteilung eines Gebiets um die Radarantenne 1 a herum festgelegt worden ist. Wenn insbesondere gemäß Fig. 4 angenommen wird, daß sich die Radarantenne 1 a für die Überwachung von Niederschlägen um 360° dreht, wird das Gitter dadurch gebildet, daß der gesamte Umkreis von 360° in 128 oder 256 Sektoren unterteilt wird und um die Antenne 1 a herum Kreise in Einheiten (Abständen) von mehreren Kilometern gezogen werden.

Die Einheit 7 sammelt Daten für jede Überwachungsperiode (Überwachungseinheitsbreite) Δ Tm (vgl. Fig. 3). Die Einheit 7 speichert die gewonnenen Niederschlagsgitterdaten D 5 in der Speichereinheit 7 a ab. Die Einheit 7 a hält oder speichert die Daten D 5 von einem Vergangenheitszeitpunkt bis zum augenblicklichen Zeitpunkt.

Schritt E 3

Ein augenblicklicher Niederschlagsverteilungszustand ist für eine Bedienungsperson unmittelbar anhand der Niederschlagsgitterdaten D 5 schwer zu verstehen. Aus diesem Grund quantisiert die Dateneicheinheit 7 die Daten D 5 so, daß eine Person den augenblicklichen Niederschlagsverteilungszustand leicht erfassen kann. Die Einheit 7 liefert die quantisierten Niederschlagsgitterdaten zur Anzeigeeinheit 8, welche diese Daten (auf einem Bildschirm) wiedergibt (Niederschlagsanzeige D 6).

Schritt E 4

Bei dieser Ausführungsform wird die Pumpenbetriebssteuerung für jede Berechnungsperiode Δ Te unabhängig von der Überwachungsperiode Δ Tm aktualisiert. Die Niederschlagsvorhersageeinheit 9 liefert eine Vorhersage über einen zukünftigen Niederschlag jedesmal dann, wenn die Berechnungsperiode Δ Te abläuft (zu Zeitpunkten Δ Te, 2 · Δ Te, 3 · Δ Te, . . . ). Die Einheit 9 empfängt die Daten D 5 von der Eicheinheit 7 für jede Überwachungsperiode Δ Tm und speichert die Daten D 5 in der Speichereinheit 9 a ab. Die Einheit 9 speichert daher zumindest die letzten bzw. neuesten (Kd + 1) Sätze (Kd = 0, 1, 2, . . . ) der Niederschlagsgitterdaten zu einem augenblicklichen Berechnungszeitpunkt Ko in der Speichereinheit 9 a. Auf der Grundlage dieser Datensätze liefert die Einheit 9 dynamische Niederschlagsvorhersagen zu verschiedenen Zeiten oder Zeitpunkten (Kf-Punkte) in mehreren Berechnungsperioden vom augenblicklichen Zeitpunkt Ko aus (vgl. Fig. 3). Erforderlichenfalls liefert die Einheit 9 statische Niederschlagsvorhersagen zu mehreren Zeiten (Kg-Punkte nach den dynamischen Vorhersagezeitpunkten (die Bedeutung von "dynamisch" und "statisch" soll noch näher erläutert werden). Eine dynamische Vorhersagezeit ist ein Zeitintervall von der augenblicklichen Berechnungszeit Ko bis Kf · Δ Te; eine statische Vorhersagezeit ist ein Zeitintervall von einer Zeit bzw. einem Zeitpunkt Ko + Kf · Δ Te bis zu einem Zeitpunkt Ko + (Kf + Kg) · Δ Te. Wenn gemäß Fig. 3 angenommen wird, daß die Berechnungsperiode Δ Te 10 Minuten beträgt, liefert die Einheit 9 dynamische Niederschlagsvorhersagen an sechs (Kf) Punkten innerhalb einer Stunde ab dem gegenwärtigen Zeitpunkt, und sie liefert anschließend statische Niederschlagsvorhersagen an fünf (Kg) Punkten.

Eine Niederschlagsvorhersagemethode ist je nach einer Niederschlagsexpressionsmethode unterschiedlich. Normale Niederschlagsgitterdaten enthalten Daten, die Niederschläge in mehreren zehntausend Gittern repräsentieren, d. h. ihre Datenmenge ist enorm. Es ist daher nahezu unmöglich, die Niederschlagsgitterdaten D 5 für die Niederschlagsvorhersage unmittelbar zu benutzen. Aus diesem Grund werden bei der beschriebenen Ausführungsform die Daten D 5 statistisch in bzw. zu mehreren Datentypen komprimiert bzw. verdichtet und dann benutzt. Diese Verdichtungsmethode umfaßt 1. eine erste Methode, bei welcher eine Niederschlagsmenge durch einen gewichteten Massenmittelpunkt und eine mittlere oder durchschnittliche Niederschlagsmenge repräsentiert ist bzw. wird, und 2. eine zweite Methode, bei welcher eine Niederschlagsmenge durch eine mittlere Gesamtniederschlagsmenge repräsentiert ist. Nach der ersten Methode wird ein Massenmittelpunkt (barycentric point) einer Niederschlagsverteilung gewonnen oder abgeleitet, und ein Mittelwert der Niederschläge wird lediglich für Gitter, in denen Niederschläge stattfinden, abgeleitet. Nach der zweiten Methode wird ein Mittelwert der Niederschläge für einen Gesamtbereich innerhalb eines vorbestimmten Bereichs um die Radarantenne 1 a herum gewonnen.

Fig. 4 veranschaulicht einen Ort eines Massenmittelpunkts der Niederschlagsverteilung; Fig. 5 zeigt eine durchschnittliche oder mittlere Niederschlagsmenge.

In Fig. 4 steht das Symbol O für einen Aufstell-Ort der Radarantenne 1 a, während das Symbol T einen Ort (locus) des Massenmittelpunkts auf dem Gitter angibt. Der Ort des Massenmittelpunkts zeigt einen Wandermodus (W-Modus), bei dem der Ort keine vorbestimmte Richtung aufweist (vgl. Fig. 4), und einen Vorwärtsmodus (F-Modus), nach dem sich der Ort gemäß Fig. 6 in einer vorbestimmten Richtung vorwärts verschiebt. Der Ort des Massenmittelpunkts kann sich manchmal zu einem bestimmten Zeitpunkt im F-Modus und dann im W-Modus oder umgekehrt befinden. Bei der beschriebenen Ausführungsform erfolgt die Modusbestimmung daher jedesmal dann, wenn die Einheit 9 Niederschläge vorhersagt (beim jedesmaligen Aktualisieren der augenblicklichen Berechnungszeit Ko gemäß Fig. 3; beim jedesmaligen Ablauf der Zeit oder Zeitspanne Δ Te). Die Einheit 9 bestimmt, daß sich der Ort des Massenmittelpunkts im F-Modus befindet, wenn ein Biegewinkel α einer Vorwärtsverschiebungsrichtung des Massenmittelpunkts mehrmals (z. B. dreimal) fortlaufend innerhalb des Bereichs eines vorbestimmten Winkels (z. B. 45°) liegt. Andernfalls bestimmt die Einheit 9 den W-Modus.

Ein detallierter Gesamtablauf einer Niederschlagsvorhersageoperation durch die Niederschlagsvorhersageeinheit 9 ist nachstehend anhand von Fig. 7 beschrieben. Die Niederschlagsvorhersage muß unter Berücksichtigung der Tatsache durchgeführt werden, daß ein Zeitpunkt (a time) und eine gebietsweise Änderung des Niederschlags bzw. der Niederschläge die vergangene oder bisherige Historie nicht wiedergibt (d. h. eine nicht reproduzierbare Charakteristik aufweist). Aus diesem Grund liefert die Einheit 9: 1. eine Niederschlagsvorhersage durch Verarbeitung von früheren Daten eines augenblicklichen Niederschlags und 2. statische Vorhersagen bezüglich einer zukünftigen Position des Niederschlag-gewichteten Massenmittelpunkts unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der Massenmittelpunkt auswandert, um damit Niederschlag vorherzusagen. Genauer gesagt: für die Verarbeitung nach obigem Punkt 1. verarbeitet die Einheit 9 Kd Sätze von Gitterdaten Mt (t = Ko, Ko - Δ Tm, . . . , Ko - Kd · Δ Tm) eines Niederschlagsvorgangs zum augenblicklichen Berechnungszeitpunkt Ko. Für die Verarbeitung nach obigem Punkt 2. bei der Lieferung einer Niederschlagsvorhersage berechnet die Einheit 9 einen Mittelwert und die Streuung der Positionen des Massenmittelpunkts des Niederschlags, und sie liefert Vorhersagen für die Position des Massenmittelpunkts innerhalb einer vorbestimmten Zeit (dynamische Vorhersagezeit) ab dem augenblicklichen Berechnungszeitpunkt Ko, unter der Voraussetzung bzw. Annahme, daß eine Positionsänderung des Niederschlags-Massenmittelpunkts eine normale Verteilung darstellt. Bei Anwendung einer solchen Vorhersagemethode ist die Zahl der für Niederschlagsvorhersage zu verarbeitenden Gitterdatensätzen innerhalb einer Zeit Δ Tm · Kd ab einem Anfangszeitpunkt eines Niederschlags unzureichend. Aus diesem Grund wird bei der beschriebenen Ausführungsform eine von den oben genannten F- und W-Moden verschiedene Vorhersagemethode (im folgenden als I-Modus bezeichnet) innerhalb der Zeit Δ Tm · Kd (Anfangsperiode) ab dem Niederschlagsanfangszeitpunkt angewandt.

Die Niederschlagsvorhersageoperation ist nachstehend anhand der Fig. 7A und 7B beschrieben. Die Niederschlagsvorhersageeinheit 9 arbeitet das Programm gemäß den Fig. 7A und 7B jedesmal dann ab, wenn die vorbestimmte Berechnungsperiode Δ Te verstrichen ist. In der folgenden Beschreibung bedeuten: Ko = augenblickliche (current) Berechnungszeit; Ks = Zahl der Gitterdatensätze nach Niederschlagsbeginn; Kd = Zahl der für Niederschlagsvorhersage zu verarbeitenden Gitterdatensätze; Km = Zahl der für Modusbestimmung zu verarbeitenden Gitterdatensätze; Kf = Zahl der dynamischen Vorhersagezeiten; Kd = Zahl der statischen Vorhersagezeiten; Δ Te = eine Berechnungsperiode (oder Vorhersageperiode) und Δ Tm = eine Beobachtungs- bzw. Überwachungsperiode.

Die Einheit 9 empfängt eine statische Vorhersage für eine Gesamtniederschlagsmenge Rt und einen Niederschlagszeitpunkt Tt betreffend einen augenblicklichen Niederschlagsvorgang von einer externen Einheit (oder über einen Eingabe durch eine Bedienungsperson) (Schritt S 1). Die statische Vorhersage bedeutet eine Vorhersage, die angibt, daß z. B. 200 (Rt) mm Regen innerhalb von 8 (Tt) Stunden ab einem bestimmten Zeitpunkt fallen. Für diese statische Vorhersage kann die von einem meteorologischen Institut gelieferte Niederschlagsvorhersage benutzt werden. Wahlweise kann eine Führungsperson des Systems derartige Daten persönlich gewinnen oder ermitteln. Die Einheit 9 prüft sodann, ob Kd Sätze von Niederschlagsgitterdaten bereits gewonnen oder erhalten wurden. Wenn die Kd Sätze von Gitterdaten noch nicht erhalten wurden, bestimmt die Einheit 9 den I-Modus, und das Programm geht auf den Schritt S 3 über. Im Schritt S 3 prüft die Einheit 9, ob bereits Regen fällt. Ist dies nicht der Fall, so ist eine tatsächliche Niederschlagsmenge gleich Null, und das Programm geht auf den Schritt S 4 über. Die Einheit 9 bildet eine in Fig. 8 dargestellte Niederschlagskurve in Form eines umgedrehten gleichschenkeligen Dreiecks auf der Grundlage der Gesamtniederschlagsmenge Rt und der Niederschlagszeit Tt (Schritt S 4). In Fig. 4 beträgt die Zahl der den höchsten Wert in der Maximum-Niederschlagskurve repräsentierenden Abschnitte oder Sektionen 2, wenn eine durch Dividieren der Niederschlagszeit Tt durch die Berechnungsperiode DTe ermittelte Größe eine gerade Zahl ist, und sie beträgt 1, wenn diese Größe eine ungerade Zahl ist. Die Maximum-Niederschlagsmenge wird wie folgt ermittelt:

Für Tt/ Δ Te = 2m;
Maximum-Niederschlagsmenge = Rt/(m + 1) (2 Sektionen)
Für Tt/ Δ Te = 2m - 1;
Maximum-Niederschlagsmenge = Rt/m (1 Sektion).

Wenn die Einheit 9 im Schritt S 3 bestimmt oder feststellt, daß die augenblickliche Berechnungszeit Ko nach dem Niederschlagsanfangszeitpunkt liegt, geht das Programm auf den Schritt S 5 über. In diesem Fall ist eine vorbestimmte Zeit von Gitterdatensätzen noch nicht erhalten oder gewonnen worden (0 < Ks < Kd). Da in diesem Fall tatsächliche Niederschlagsmengen At (t = Ko, Ko - Δ Tm, Ko - 2 · Δ Tm, . . . ,Ko - Ks · Δ Tm) von Ks Sätzen erhalten wurden, wird im Schritt S 5 eine durch die nachstehend angegebene Gleichung repräsentierte tatsächliche oder Ist-Niederschlagssumme S von der Gesamtniederschlagsmenge

Die Niederschlagszeit wird dadurch erhalten, daß Ks · Δ Tm von Tt subtrahiert wird. Auf der Grundlage der so erhaltenen Daten bildet die Einheit 9 eine einem gleichschenkeligen Dreieck entsprechende Niederschlagskurve, und sie bildet eine Niederschlagskurve, welche die tatsächlichen und die vorhergesagten Daten in sich vereinigt, wie dies in gestrichelter Linie in Fig. 9 gezeigt ist.

Wenn eine vorbestimmte Periode Kd · Δ Tm vom Niederschlagsanfangszeitpunkt verstrichen ist und eine vorbestimmte Zahl von Verarbeitungsdatensätzen Kd erhalten wurde, geht das Programm vom Schritt S 2 auf den Schritt S 7 über. Die Einheit 9 prüft zum augenblicklichen Berechnungszeitpunkt Ko, ob der Ort des Massenmittelpunkts im F- oder im W-Modus vorliegt. In Abhängigkeit vom Bestimmungsergebnis führt die Einheit 9 verschiedene Datenverarbeitungen aus. Grundsätzlich erfolgt die Datenverarbeitung in jedem Modus auf der Grundlage der folgenden drei heuristischen Hypothesen (heuristics):

(1) Ein Bewegungsvektor des Massenmittelpunkts wird anhand des Orts des Massenmittelpunkts berechnet.
(2) Eine Änderungsgröße (Vergrößerungs/Verkleinerungsgröße in bezug auf einen Niederschlagszeitpunkt wird berechnet.
(3) Ein Niederschlagsverteilungszustand zum augenblicklichen Berechnungszeitpunkt Ko wird als in einer dynamischen Vorhersagezeit unveränderbar vorausgesetzt.

Die von der Verarbeitung im I-Modus verschiedene Niederschlagsvorhersageverarbeitung kann gemäß den Fig. 7A und 7B in erste bis vierte Stufen klassifiziert werden. Die ersten bis vierten Verarbeitungsstufen sind nachstehend in der angegebenen Reihenfolge beschrieben.

Im Schritt S 7 wird eine Zeit oder ein Zeitpunkt t auf Ko gesetzt (augenblickliche Berechnungszeit). In Schritten S 8 und S 9 wird eine Position Pt des gewichteten Niederschlags-Massenmittelpunkts oder Niederschlag-gewichteten Massenmittelpunkts zusammen mit einem Niederschlagsgebietmittelwert At einer Niederschlagsverteilung Mt zum augenblicklichen Berechnungszeitpunkt Ko berechnet. Die Position Pt des eben genannten Massenmittelpunkts und der Niederschlagsgebietmittelwert At werden in den Berechnungen eines Massenmittelpunkt-Bewegungsvektors und einer Niederschlagsänderungsgröße oder -rate (noch zu beschreiben) benutzt. Die Position Pt des genannten Massenmittelpunkts liegt in einer zweidimensionalen Ebene, so daß sie durch zwei Komponenten ausgedrückt werden kann. Für jede Komponente werden die Koordinaten des Zentral- oder Mittelpunkts jedes Gitters (mesh) mit sowohl der Fläche bzw. dem Gebiet dieses Gitters als auch der Niederschlagsmenge in diesem Gitter multipliziert, und die multiplizierten Koordinaten werden anschließend zur Gewinnung einer Summe entsprechend allen Gittern zusammenaddiert. Ebenso werden für jede Komponente die Koordinaten des Mittelpunkts jedes Gitters mit der Fläche dieses Gitters multipliziert, worauf die multiplizierten Koordinaten zur Ableitung einer allen Gittern entsprechenden Summe zusammenaddiert werden. Die Position Pt des oben genannten Massenmittelpunkts kann durch Dividieren der ersteren Summe durch die letzte Summe abgeleitet oder ermittelt werden. Der Niederschlagsgebiet- oder -flächenmittelwert At wird erhalten durch Berechnen eines Mittelwerts von Niederschlägen in Gittern, in denen eine von Null verschiedene Niederschlagsmenge vorliegt.

Wenn die Berechnungen von Pt und At zum augenblicklichen Berechnungszeitpunkt Ko abgeschlossen sind, prüft die Einheit 9 im Schritt S 1, ob die Kd Sätze von früheren Werten Pt und At bereits erhalten wurden. Im Schritt S 10 wird Δ Tm von der Zeit t subtrahiert (Schritt S 11). Schritte S 8 und S 9 werden ausgeführt, um Pt und Kd zu einem unmittelbar vorhergehenden Überwachungszeitpunkt Ko - Δ Tm abzuleiten. Die obige Operation wird mehrfach wiederholt. Wenn Kd Sätze von Werten Pt und At erhalten oder gewonnen werden, geht die Operation auf den Schritt S 12 über.

Im Schritt S 12 berechnet die Einheit 9 eine Änderungsgröße oder -rate c des Niederschlagsgebietsmittelwerts nach nachfolgender Gleichung unter Heranziehung der Kd Sätze der Massenmittelpunkt Pt und der Mittelwert At:

Im Schritt S 13 wird die Zeit t auf die augenblickliche Berechnungszeit Ko rückgesetzt. Anschließend wird im Schritt S 14 der genannte Bewegungsgeschwindigkeitsvektor erzeugt. Dieser wird wie folgt erhalten oder gewonnen: Ein Winkel α t eines Liniensegments Pt - Δ Tm · Pt (die Position oder Lage des Massenmittelpunkts zum augenblicklichen Berechnungszeitpunkt) in bezug auf ein Liniensegment Pt - 2 · Δ Tm (Position des Massenmittelpunkts zu einer zweiten vorherigen Überwachungszeit in bezug auf den Zeitpunkt), Pt - Δ Tm (Position des Massenmittelpunkts zu einem Überwachungszeitpunkts unmittelbar vor dem Zeitpunkt t) wird berechnet. Die Einheit 9 führt eine Modusbestimmung auf der Grundlage eines Winkels α t und eines Modusverzweigungswinkels α m durch (Schritt S 15). Im Fall von α t < α m bestimmt die Einheit 9 den W-Modus (Wandermodus), und das Programm geht auf einen noch zu beschreibenden Schritt S 30 über. Im Fall von α t ≦ α m geht die Operation auf den Schritt S 16 über. Im Schritt S 16 prüft die Einheit 9, ob der Zeitpunkt t um die Zeit Km · Δ Tm früher liegt als der augenblickliche Berechnungszeitpunkt To, d. h. ob die Bestimmung nach Schritt S 15 für alle früheren Km Überwachungszeiten vorgenommen (worden) ist. Bei einem negativen Ergebnis (NEIN) in Schritt S 16 wird Δ Tm von der Zeit t subtrahiert (Schritt S 17), worauf die Operation zum Schritt S 14 zurückkehrt. Anschließend wird die oben beschriebene Verarbeitung ausgeführt. Falls α t < α m auch nur einmal in den Km unmittelbar vorhergehenden Überwachungszeiten vorliegt, erfolgt eine Bestimmung auf den W-Modus, und die Operation geht auf den Schritt S 30 über. Falls α t < α m in den unmittelbar vorhergehenden Überwachungszeiten nicht vorliegt, bewegt oder verschiebt sich der Massenmittelpunkt praktisch geradlinig, weshalb der F-Modus bestimmt wird. Die Operation geht dann auf den Schritt S 18 über.

Im Schritt S 18 berechnet die Einheit 9 einen Bewegungsgeschwindigkeitsvektor Pt-3 · Δ Tm · Pt/(3 · Δ Tm), der als in einer dynamischen Vorhersagezeit konstant vorausgesetzt wird. Der Bewegungsgeschwindigkeitsvektor repräsentiert eine Bewegungsrichtung und eine Bewegungsgröße pro Zeiteinheit des Massenmittelpunkts Pt. Im Schritt S 19 wird die Zeit t auf eine anfängliche Vorhersagezeit T = Ko + Δ Te gesetzt. Eine Vorhersage für eine Niederschlagsverteilung MKo zum augenblicklichen Berechnungszeitpunkt Ko erfolgt im Sinne einer Bewegung oder Verschiebung in der Richtung des Bewegungsgeschwindigkeitsvektors um dessen Größe pro Zeiteinheit. Im Schritt S 20 wird daher der Bewegungsgeschwindigkeitsvektor mit Δ Te multipliziert, um eine Bewegungsstrecke des Massenmittelpunkts zu nächsten Vorhersagezeit (Berechnungszeit) zu ermitteltn. Die Niederschlagsverteilung MKo wird parallel um die in Schritt S 20 ermittelte Bewegungsstrecke als eine Niederschlagsverteilung zum Vorhersagezeitpunkt Ko + Δ Te bewegt oder verschoben. Fig. 10 veranschaulicht die verschobene Niederschlagsverteilung. Eine Niederschlagsmenge in jedem Gitter des interessierenden Auffangbeckens (drainage basin of interest) wird auf der Grundlage der verschobenen Niederschlagsverteilung berechnet (Schritt S 21). Die in Schritt S 21 ermittelte Niederschlagsmenge wird mit der Änderungsrate oder -größe c multipliziert, um einen Niederschlagsvorhersagewert Rt zu berechnen (Schritt S 22). Im Schritt S 22 prüft die Einheit 9, ob die obige Operation für alle Kf Vorhersagezeiten oder -zeitpunkte ausgeführt ist. Bei einem negativen Ergebnis im Schritt S 22 (d. h. im Fall von t < Ko + Kf · Δ Tm) wird Δ Te zur Zeit T (t) hinzuaddiert. Die obige Operation wird wiederholt. Wenn die Einheit 9 im Schritt S 23 bestimmt oder feststellt, daß die obige Operation für alle Kf Vorhersagezeiten ausgeführt ist, geht die Operation (bzw. das Programm) auf den Schritt S 25 über.

Wenn die Summe aus der Ist-Niederschlagszeit Ks · Δ Tm und der dynamischen Vorhersagezeit Kf · Δ Te kleiner ist als die Niederschlagszeit Tt, oder wenn die Ist-Niederschlagssumme GW und die dynamische Vorhersageniederschlagssumme JW kleiner sind als die gesamte Niederschlagsmenge Rt, werden im Schritt S 25 eine Restzeit Tr und eine Restniederschlagsmenge Rr nach folgender Gleichung berechnet:

Im Schritt S 26 wird geprüft, ob Rr < 0 gilt. Im Falle von Rr 0 wird oder ist die Verarbeitung abgeschlossen. Im Falle von Rr < 0 geht die Operation auf den Schritt S 27 über, in welchem geprüft wird, ob Tr < 0 gilt. Im Fall von Tr 0 geht die Operation auf den Schritt S 28 über, wobei eine dreieckige Niederschlagskurve erzeugt oder gebildet wird, in welcher die Restzeit Tr und die Restniederschlagsmenge Rf gemäß Fig. 3 allmählich verkleinert werden oder abnehmen. Dies wird als statische Vorhersage bezeichnet. Die Vorhersagepunktzahl (Zahl der Vorhersagezeiten) Kg der statischen Vorhersage wird als Kg = INT (Tr/ Δ Te) ermittelt. Dabei bedeutet INT (x) einen integralen Teil von x. Wenn Rr positiv und Tr negativ sind, wird im Schritt S 29 Tr = 5 · Δ Te gesetzt, um eine dreieckige Niederschlagskurve aufzustellen, in welcher eine Niederschlagsmenge allmählich abnimmt. Auf diese Weise ist oder wird die Operation der Ermittlung der Niederschlagsvorhersagekurve D 7 im F-Modus abgeschlossen. Das Programm kehrt sodann zum Schritt E 5 nach Fig. 2A zurück.

Wenn im Schritt S 15 der Winkel α t (t = Ko, Ko - Δ Tm, . . . , Ko - Km · Δ Tm) größer ist als der Winkel α m, wird der W-Modus bestimmt. Die Operation geht auf den Schritt S 30 über. Im Schritt S 30 werden ein Mittelwert Pa und eine Streuung σ p der Positionen (Koordinaten) des Massenmittelpunkts Pt (t = Ko, Ko - Δ Tm, . . . , Ko - Kd · Δ Tm) zu den augenblicklichen und früheren Kd Vorhersagepunkten berechnet. Die berechneten Mittelwerte Pa und Streuungen (dispersions) σ p werden als Konstanten eine Normalverteilung in einem Prozeß zur Lieferung einer Niederschlagsvorhersage benutzt. Im Schritt S 31 wird die Zeit t auf Ko + Δ Te gesetzt. Im Schritt S 32 wird die Position des Massenmittelpunkts zum Vorhersagezeitpunkt t = Ko + Δ Te ermittelt. Unter der Voraussetzung oder Annahme, daß Änderungen der Massenmittelpunktposition normal verteilt sind, wird in diesem Fall die Position oder Lage des Massenmittelpunkts Pt auf der Grundlage einer Normalverteilung N (Pa, σ p) nach einer Monte-Carlo-Methode berechnet (Schritt S 33). Anhand der ermittelten Massenmittelpunktposition wird ein Bewegungsgeschwindigkeitsvektor von Pt zu Pt + Δ Te berechnet. Die Niederschlagsverteilung MKo wird auf der Grundlage des berechneten Bewegungsgeschwindigkeitsvektors verschoben oder bewegt (Schritt S 33). Ähnlich wie im Schritt S 22, wird die Niederschlagsmenge mit der Änderungsgröße c multipliziert, um den Niederschlagsvorhersagewert Rt zu berechnen (Schritt S 34). Im Schritt S 35 prüft die Einheit 9, ob die Vorhersage für alle Kf dynamischen Vorhersagepunkte vollständig ausgeführt ist. Wenn noch ein Vorhersagepunkt verbleibt, wird im Schritt S 36 Δ Te zur Zeit t hinzuaddiert. Danach wird die Operation gemäß den Schritten S 32 bis S 35 wiederholt. Wenn die Verarbeitung für alle Vorhersagezeiten oder -zeitpunkte t = Ko + Δ Te · K (K = 1, 2, . . . , Kf) vollständig durchgeführt worden ist, geht das Programm auf den Schritt S 25 über. Anschließend erfolgt eine Operation ähnlich wie im F-Modus. Auf diese Weise werden dynamische und statische Vorhersagen für Niederschläge oder Niederschlagsmengen im W-Modus erreicht. Die Niederschlagsvorhersageoperation ist anhand der Fig. 7A und 7B beschrieben worden. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf das Ablaufdiagramm nach Fig. 2A und 2B.

Schritt E 5

Wenn die Niederschlagsvorhersagekurve D 7 für das interessierende Auffangbecken gemäß Fig. 3 erhalten (obtained) worden ist, werden die tatsächliche oder IST-Niederschlagskurve und die Kurve D 7 wie folgt miteinander verbunden: Zur Durchführung dieser Verbindungsverarbeitung muß die IST-Niederschlagskurve (repräsentiert durch einen Satz von Rechtecken jeweils einer Breite von Δ Tm) zu einem Satz von Rechtecken jeweils einer Breite der Berechnungsperiode Δ Te umgeschrieben werden. Nachstehend ist ein Abschnitt beschrieben, welcher t = ts + u · Δ Tm + te genügt. In dieser Gleichung gilt: ts = erste Zeit oder erster Zeitpunkt, te = letzte Zeit oder letzter Zeitpunkt, 0 = ts, te Δ Tm und u = eine positive Zahl, einschließlich Null. Unter der Voraussetzung, daß Niederschläge oder Niederschlagsmengen bei ts, u · Δ T und te gleich gs, gj (j = 1, 2, . . . , u) bzw. ge sind, bestimmt sich eine korrigierte IST-Niederschlagsmenge ga dieses Abschnitts wie folgt:

Im Fall von u = 0 wird

erhalten.

Die erhaltenen verbundenen Niederschlagskurvendaten D 8 werden zur Ablaufauswerteeinheit (runoff analysing unit) 10 geliefert.

Schritt E 6

Die Ablaufauswerteeinheit 10 empfängt die verbundenen Niederschlagskurvendaten D 8 von der Niederschlagsvorhersageeinheit 9. Die Einheit 10 speichert Daten D 9 bezüglich eines Abwasserleitungsnetzes. Die Einheit 10 führt eine Ablaufanalyse entsprechend Abflußbasischarakteristika des betreffenden oder interessierenden Stadtgebiets unter Heranziehung der verbundenen Niederschlagskurvendaten D 8 und der Abwasserleitungsnetzdaten D 9 durch. Die Niederschlagsvorhersageeinheit 9 berechnet einen Austrag oder eine Entleerung (discharge) von Unwetterabwasser auf der Grundlage der Ablaufanalyse oder -auswertung, um damit eine Entleerung von in den Pumpenschacht 21 fließendem Wasser zu ermitteln. Bei dieser Ausführungsform wird eine Unwetterabwasserentleerung (m³/s) eines interessierenden städtischen Auffangbeckens (m²) anhand einer verbundenen Niederschlagsmenge (mm/h) ermittelt. Eine Entleerungsauswertemethode zum Umwandeln einer Niederschlagsmenge in eine Entleerungsmenge wird herkömmlicherweise hauptsächlich zur Verhinderung einer Überflutung von Flüssen angewandt. Diese genannte Methode beruht auf der Voraussetzung, daß Niederschläge (zunächst) im Erdreich versickern, darin zurückgehalten werden und sodann abfließen. In einem modernen Stadtgebiet, das dicht mit Häusern besetzt ist und in welchem die Straßen befestigt sind, kann der Niederschlag jedoch nicht im Erdreich versickern, vielmehr fließt er unmittelbar in ein Auffang- oder Sammelbecken ab. Die Ablaufauswertung oder -analyse in einem solchen Gebiet wird als städtische Ablaufauswertung bezeichnet, um sie von der Ablaufauswertemethode zu unterscheiden, die sich in erster Linie auf das Versickern im Erdreich stützt.

Die städtische Ablaufauswertemethode umfaßt eine makroskopische hydrologische Methode und eine mikroskopische hydraulische Methode. Die hydrologische Methode berechnet nur eine Entleerungsmenge (discharge) und ist daher für Ablaufauswertung oder -analyse eines komplizierten Abwasserleitungsnetzes geeignet. Die hydraulische Methode berechnet eine Entleerungsmenge auf der Grundlage einer Entleerung (oder eines Ablaufs) und eines Drucks und ist daher für die Ablaufanalyse eines komplizierten Abwasserleitungsnetzes nicht geeignet. Die hydraulische Methode ist für eine einfache Hauptleitung geeignet. Bei der beschriebenen Ausführungsform wird daher die nur eine Entleerungsmenge behandelnde makroskopische hydrologische Methode als Ablaufauswertemethode benutzt. Die makroskopische hydrologische Methode umfaßt mehrere Methoden. Eine davon ist eine sog. RRL- bzw. Straßenforschungslabor-Methode. Bei der RRI- bzw. RRL-Methode wird eine Entleerungsmenge am tiefsten (stromabseitigen) Punkt eines interessierenden Auffangbeckens berechnet. Die RRL-Methode ist in "Journal of the HYDRAULICS DIVISION", Nov. 1969, S. 1809-1834, beschrieben.

Zum besseren Verständnis wird ein Auffangbecken eines Stadtgebietes mit einem Abwasserleitungsnetz gemäß Fig. 11 beschrieben. In diesem Auffangbecken sind zahlreiche Rohrleitungsknotenpunkte J₁ bis J₃, Pumpstationen P₁ und P₂ und dergl. angeordnet. An der Verzweigung bzw. am Knotenpunkt J₁ dieses Abflußbeckens wird Unwetterabwasser von Abwasserohrleitungen an der Stromaufseite zur Pumpstation P₁ und zum Knotenpunkt J₃ verteilt. Am Knotenpunkt J₃ werden Unwetterabwasserkomponenten oder -anteile von den Verzweigungen bzw. Knotenpunkten J₁ und J₂ miteinander kombiniert und zur Pumpstation P₂ geleitet. Für die Berechnung einer Entleerungsmenge an dem am weitesten stromab gelegenen bzw. tiefsten Punkt unter Anwendung der RRL-Methode werden im folgenden drei Teilauffangbecken mit den Knotenpunkten J₁ bis J₃ als den tiefsten Stellen beschrieben. Die Niederschlagsvorhersageeinheit 9 bildet eine Kurve, welche Entleerungs(mengen)änderungen in Abwasserrohrleitungen, die an den Knotenpunkten J₁ bis J₃ geteilt sind, repräsentiert. Eine Austrags- oder Entleerungsmenge von Wasser, das über die Knotenpunkte J₁ und J₂ durch den Knotenpunkt J₃ fließt, muß für die Entleerungsmenge am Knotenpunkt J₃ berücksichtigt werden. Zur Ermittlung der Entleerungsmenge am Knotenpunkt J₃ müssen aus diesem Grund die Wassertransportzeiten zwischen den Knotenpunkten J₁ bis J₃ und J₂ bis J₃ sowie der Zusammenfluß des Wassers von den beiden Strecken berücksichtigt werden. Bei dieser Ablaufanalyse müssen daher 1. eine Transportzeit für den Fall berechnet werden, daß ein Abwasserleitungsnetz keinen Unwetterabwasser-Überlaufdamm enthält, und 2. eine Lagenbeziehung, welche die Stromauf- oder Stromabseite jedes Knotenpunkts repräsentiert, für die Berechnung einer Entleerungsmenge berücksichtigt werden. Die Wassertransportzeit zwischen den beiden Knotenpunkten wird mittels einer Fluidum- bzw. Strömungsanalyse in einer Rohrleitung ermittelt. Zahlreiche der Transportzeitberechnungen sind Strömungsanalysen eines offenen Kanals und können durch Auflösen einer nichtlinearen hyperbolischen Partialdifferentialgleichung ermittelt werden. Diese Gleichung umfaßt eine Gleichung bezüglich einer gleichmäßigen Strömung ohne Berücksichtigung von Zeit (zeitlichen) und gebietsweisen Schwankungen, eine Gleichung bezüglich einer ungleichförmigen Strömung ohne Berücksichtigung einer zeitlichen Schwankung sowie eine Gleichung bezüglich einer unregelmäßigen Strömung unter Berücksichtigung beider Faktoren. Da nur eine Entleerung oder Entleerungsmenge behandelt wird und eine Berechnungsperiode für einen Pumpenbetrieb 5 Minuten oder 10 Minuten beträgt, d. h. vergleichsweise kurz ist, wird vorzugsweise die nichtlineare hyperbolische Partialdifferentialgleichung unter der Annahme, daß das Fließen mit einer gleichmäßigen Strömung erfolgt, aufgelöst.

Eine Methode zum Analysen bzw. Auswerten einer Entleerungsmenge in einer Abwasserrohrleitung unter Berücksichtigung der Stromauf/Stromabbeziehung der Knotenpunkte ist nachstehend beschrieben. Wenn beispielsweise die grundsätzliche RRL-Methode angewandt werden soll, wird das interessierende Auffangbecken in drei Auffangbecken mit den Knotenpunkten J₁ bis J₃ als die tiefsten Stellen unterteilt, wie dies in Fig. 12 in strichpunktierten Linien angegeben ist. Die Zeitspannen, die das Wasser von den betreffenden Punkten bis zum Erreichen der Knotenpunkte J₁ bis J₃ benötigt, werden berechnet. Punkte, an denen die Ankunftszeiten Vielfache der Berechnungsperiode bilden, werden zur Bildung einer gleichen (equal) Ankunftszeitkurve verbunden (vgl. gestrichelte Linie in Fig. 12). Bereiche oder Flächen von drei durch strichpunktierte Linien umschlossenen Abschnitten werden zur Ableitung einer Beziehung zwischen den Ankunftszeiten und den Bereichen oder Flächen berechnet. Eine eine Entleerungsänderung repräsentierende Kurve wird unter Heranziehung oder Niederschlagskurve auf der Grundlage der Beziehung zwischen den Ankunftszeiten und diesen Bereichen oder Flächen aufgestellt.

Diese Operation ist nachstehend anhand von Fig. 13 im einzelnen erläutert. Gemäß Fig. 13 verlaufen Entleerungskurven R₁ bis R₃, die anhand des städtischen Ablaufauswerteergebnisses gewonnen wurden, längs gerichteter, durch Pfeile bezeichneter Zweige zum Abwasserleitungsnetz mit den Knotenpunkten J₁ bis J₃, den Pumpstationen P₁ und P₂ und dergleichen. Unter der Annahme, daß R₁ bis R₃ Ausgangsknotenpunkte und P₁ und P₂ Eingangsknotenpunkte sind, fließen Unwetterabwasseranteile von den Ausgangsknotenpunkten R₁ bis R₃, als Entleerungskurven, zu den Eingangs/Ausgangsknotenpunkten J₁ bis J₃. Der Eingangs- oder Einlaufzweig vom Knotenpunkt R₁ und die Ausgangszweige zu den Knotenpunkten P₁ und J₃ sind mit dem Eingangs/Ausgangsknotenpunkt J₁ verbunden. Dieses Abwasserleitungsnetz ist daher durch die Eingangsknotenpunkte P₁ und P₂, die Knotenpunkte R₁ bis R₃ mit den Ausgangszweigen sowie die Knotenpunkte J₁ bis J₃ mit den Eingangs- und Ausgangszweigen gebildet. Zur Berechnung einer Entleerung oder Entleerungsmenge unter Berücksichtigung einer vertikalen Beziehung zwischen den Knotenpunkten wird eine in Fig. 14 dargestellte, eine Knotenpunktverbindungsbeziehung angebende Tabelle aufgestellt. In dieser Knotenpunktverbindungsbeziehungs-Tabelle sind die Eingangs/Ausgangsknotenpunkte J₁ bis J₃ sowie die Eingangsknotenpunkte P₁ und P₂ von links nach rechts in der obersten Reihe bzw. Zeile, die Eingangs/Ausgangsknotenpunkte J₁ bis J₃ sowie die Ausgangsknotenpunkte R₁ bis R₃ von der oberen zur unteren Zeile in der linken Spalte angeordnet, wobei in Abschnitte, die in einer gegenseitigen Verbindungsbeziehung stehen, jeweils die Ziffer 1 eingetragen ist. Fig. 14 zeigt, daß eine Entleerung oder Entleerungsmenge durch Berechnen von R₁ für den Knotenpunkt J₁, Berechnen von R₂ für den Knotenpunkt J₂ und Berechnen von R₃ für den Knotenpunkt J₃ berechnet werden kann, weil J₁ und J₂ bereits berechnet sind. Außerdem sind bereits eine Entleerungsmenge am Knotenpunkt J₁ für den Knotenpunkt P₁ und eine Entleerungsmenge am Knotenpunkt J₃ für den Knotenpunkt P₂ berechnet. Bei diesem Abwasserleitungsnetz kann damit eine Entleerung oder Entleerungsmenge durch sequentielle Ausführung von Berechnungen in der Reihenfolge der Knotenpunkte J₁, J₂, J₃, P₁ und P₂ ermittelt werden. Die Ausgangsknotenpunkte R₁ bis R₃ können unabhängig oder getrennt berechnet werden, weil sie keine Eingänge bzw. Einläufe aufweisen. Nach der Berechnung des Ausgangsknotenpunktes Ri (i = 1, 2 und 3) werden die Entleerungsmengen an den Knotenpunkt J₁, J₂, J₃, P₁ und P₂ auf der Grundlage der oben genannten Verbindungsbeziehung berechnet. Wenn eine große Zahl von Eingangsknotenpunkten (input nodes) vorliegt, ist es in manchen Fällen wirksam bzw. günstig, den Eingangsknotenpunkten Zahlen oder Ziffern zuzuordnen, ohne eine vertikale Beziehung zu berücksichtigen. In diesem Fall wird eine Berechnung in einer Anordnungsreihenfolge derart durchgeführt, daß eine Berechnung eines Eingangsknotenpunkts mit einem unbetätigten Ausgangsknotenpunkt nicht ausgeführt, eine Berechnung des nächsten Eingangsknotenpunktes aber ausgeführt wird. Nach vollständiger Durchführung dieser Berechnung erfolgt erneut eine Berechnung für unbetätigte oder nicht betriebene Eingangsknotenpunkte in der Anordnungsreihenfolge. Durch wiederholte Ausführung dieser Berechnung können Entleerungskurven für alle Eingangsknotenpunkte aufgestellt werden, während (dabei) die vertikale Beziehung erfüllt ist, weil die gerichteten Zweige behandelt oder gehandhabt werden.

Die Ablaufauswerteeinheit 10 prüft, ob die Abwasserrohrleitung einen Damm oder ein Wehr aufweist (Schritt E 7). Ist dies nicht der Fall, so geht die Operation auf den Schritt E 9 über. Im positiven Fall geht die Operation auf den Schritt E 8 über.

Schritt E 8

Die Ablaufanalyse für ein Abwasserleitungsnetz mit einem Unwetterabwasser-Überlaufdamm (mit einer Stufe, einer Düse oder dergleichen) ist im folgenden beschrieben. In diesem Fall sind in der Ablaufauswerteeinheit 10 im voraus Daten D 11 bezüglich der Form einer Abwasserrohrleitung abgespeichert. Der genannte Überlaufdamm ist häufig an einem Zusammenflußpunkt von Abwasserrohrleitungen angeordnet. Dieser Überlaufdamm liefert einen Abwasserstrom in einer Menge für einen Schönwettertag zu einer Abwasserbeseitigungs- oder Kläranlage. Wenn sich die Strömungsmenge aufgrund von Niederschlag vergrößert, läßt der Überlaufdamm bei Übersteigen eines bestimmten Wasserstands Wasser zu einer Ausbreitungsstrecke überlaufen, um das Wasser unmittelbar in einen Fluß zu entleeren. Wenn der Wasserstand in der Rohrleitung die Höhe des Damms übersteigt, fließt das Wasser in der Rohrleitung über. Aus diesem Grund muß eine Entleerungsmenge eines Überlaufs berechnet werden. Zur einfachen Messung der Entleerung oder Entleerungsmenge weist ein Damm im allgemeinen einen dreieckigen oder rechteckigen Abschnitt auf, wobei die Entleerungsmenge anhand seiner Wassertiefe berechnet wird. Auf diese Weise kann somit eine Entleerungsmenge von an oder über einen solchen Damm abfließendem Wasser einfach berechnet werden. In einer Abwasserrohrleitung 30 eines kreisrunden Querschnitts gemäß Fig. 15 wird eine Überlaufentleerungsmenge (overflow discharge) unter den folgenden beiden Bedingungen berechnet. Nach der ersten Bedingung wird eine Tiefe hr berechnet, wobei angenommen oder vorausgesetzt wird, daß die Abwasserrohrleitung 30 eines kreisrunden Querschnitts ein Wehr oder Damm einer vollen Breite mit einem rechteckigen Querschnitt ist. Nach der zweiten Bedingung wird vorausgesetzt, daß ein Gleichflächenzustand (equal area condition) aufgestellt ist, wobei die Tiefe hr eines rechteckigen Querschnitts oder Abschnitts in die Tiefe hc eines kreisrunden Querschnitts oder Abschnitts umgewandelt und damit eine Entleerungsmenge berechnet wird. Diese Vorgänge sind nachstehend noch näher beschrieben. Im kreisrunden Querschnitt oder Abschnitt gemäß Fig. 15 sind die Höhe eines Damms voller Breite mit hw, eine Dammbreite Ww und eine Dammquerschnittsfläche mit Aw bezeichnet. Unter diesen Bedingungen kann ein in gestrichelter Linie eingezeichneter rechteckiger Abschnitt mit einer Langseite entsprechend der Dammbreite hw und einer kurzen Seite entsprechend der Vollbreiten-Wehrhöhe hw vorausgesetzt werden. Eine Austrag- oder Entleerungsmenge Qw für einen solchen Damm bestimmt sich nach der Francis-Formel wie folgt:

Qw = 1,84 Wwr ^2/3

Unter der Voraussetzung, daß der Rohrleitungsdurchmesser D ist, gelten:

Ww = D sin ( Φ w/2)

hw = d/2{1 - cos ( Φ w/2)}

Aw = (D/2)² · {(Φ/2) - (sin Φ w/2)}

Unter der Voraussetzung, daß die Flächentreue oder Gleichflächenbehandlung als die zweite Bedingung aufgestellt ist, wird durch Hinzufügung eines Zusatzes c zu jeder Größe die folgende Gleichung erhalten:

Ww · hr + Aw = Ac = (D/2)² · {(Φ c/2) - (sin Φ c/2)}

Da der obige Zusatz c durch wiederholte Ausführung von Berechnungen unter Anwendung einer Newtonschen Methode ermittelt werden kann, läßt sich eine kritische Tiefe hc nach folgender Gleichung ableiten oder berechnen:

hc = (D/2) · {1 - cos ( Φ c/2)} - hw

Eine Entleerungsmenge Q einer durch eine Abwasserrohrleitung strömenden Flüssigkeit kann auf der Grundlage der kritischen Tiefe hc berechnet werden.

Die durch die Ablaufanalyse ermittelte Entleerung oder Entleerungsmenge Q wird in die Dammüberlaufentleerungsmenge Qw und eine zu einer Kläranlage fließende Entleerungsmenge Qt aufgezweigt. Eine detaillierte Berechnung muß in Übereinstimmung mit einer Rohrleitungsstrukturspezifikation vorgenommen werden. Wenn ein Verzweigungspunkt von einem Steuerteil getrennt ist, wird eine Wasseroberflächenform-Berechnung auf der Grundlage einer ungleichförmigen Strömungsanalyse durchgeführt. Diese Berechnung erfolgt in Übereinstimmung mit den folgenden sechs Schritten: 1. Längs- und Querschnittsformen eines Kanals werden gezeichnet. 2. Steuer- bzw. Regeltiefen h eines Damms, einer Stufe sowie einer Düse (orifice) eines künstlichen Bauwerks werden berechnet. 3. Eine gleichförmige oder gleichmäßige Strömungstiefe ho wird berechnet. 4. Eine kritische Tiefe hc wird berechnet. 5. Ein Strömungszustand wird bestimmt. 6. Eine Wasseroberflächenform wird von der Steuertiefe h als Ausgangspunkt zur Stromaufseite im Fall einer subkritischen Strömung und zur Stromabseite im Fall einer überkritischen Strömung verfolgt. Die Strömungszustände sind in der folgenden Tabelle I angegeben.

Tabelle I

Obgleich der Strömungszustand gemäß Tabelle I eine subkritische Strömung, eine überkritische Strömung und eine kritische Strömung (gleichmäßige Strömung) umfaßt, kann er mithin unter Berücksichtigung der Steuertiefe h, der gleichmäßigen Strömungstiefe ho, der kritischen Tiefe hc und dergleichen in Abhängigkeit von einer Entleerungsmenge, einem Gradienten, einer Querschnittsform und dergleichen in fünf Strömungen klassifiziert bzw. eingeteilt werden. Die Wasseroberflächenform kann auf die in Tabelle II angegebene Weise klassifiziert werden. Diese komplizierte Berechnung erfolgt nur für einen vorbestimmten Rohrleitungsabschnitt. Aus diesem Grund wird die in Übereinstimmung mit dem Strömungszustand zu verzweigende oder abzuzweigende Entleerungsmenge Qw im voraus mittels eines interaktiven (elektronischen) Rechners berechnet, während die Entleerungsmenge in einem bestimmten Bereich geändert wird. Die Ablaufauswerteeinheit 10 berechnet eine Überlaufdamm-Entleerungsmenge auf der Grundlage einer Beziehung zwischen der Entleerungsmenge Qw, die berechnet und im voraus abgespeichert worden ist, der Zweigentleerungsmenge Qw und der Kläranlagenentleerungsmenge Qt.

Tabelle II

Schritt E 9

Wenn - wie beschrieben - die Beziehung zwischen der Entleerungsmenge Q und den Entleerungsmengen Qw und Qt vorbestimmt oder vorherbestimmt ist, kann einen Einlaufentleerungsmenge von Unwetterabwasser in einen Pumpenschacht durch Subtrahieren oder Zweigentleerungsmenge Qw von der Entleerungsmenge Q bestimmt werden.

In den oben beschriebenen Verarbeitungsschritten wird eine Entleerungsmenge berechnet, die sich dann ergibt, wenn Regen fällt und Regenwasser über ein Abwasserleitungsnetz zu einer Pumpstation und dann in den Pumpenschacht 21 strömt. Durch Berechnung einer Entleerungsmenge zu jedem Vorhersagezeitpunkt wird eine Kurve D 13 erhalten, die eine Änderung in der Entleerungsmenge von in den Pumpenschacht strömenden Unwetterabwasser angibt.

Schritt E 10

Die durch die Ablaufauswerteeinheit 10, wie beschrieben, erlangten Unwetterabwasserpumpen schacht-Einlaufentleerungskurvendaten werden zur Pumpenzahlbestimmungseinheit 11 geliefert. Letztere berechnet eine Pumpenfördermengenkurve und eine Pumpenschacht-Wasserstandkurve D 15 in Übereinstimmung mit einem Unwetter abwasser-Pumpenbetriebsalgorithmus unter Heranziehung der Unwetterabwasserpumpenschacht-Einlaufentleerungskurve D 13 und der Daten D 14 betreffend die Pumpe. Die Einheit 11 bestimmt die Zahl der zu betreibenden Pumpen nach Maßgabe der abgeleiteten oder aufgestellten Pumpenfördermengenkurve und der Pumpenschacht-Wasserstandkurve. Der Pumpenschacht 21 enthält eine Anzahl von Unwetterabwasserpumpen 24 jeweils gleicher Nennleistung sowie den Wasserstandsmesser 22. Jede Pumpe 24 wird durch einen Pumpentreiber 25, z. B. einen Motor oder eine ähnliche Antriebsmaschine, angetrieben.

Die Berechnungsperiode Δ Te (min) differiert entsprechend einer Kapazität Qu (m³/s) der einzelnen Unwetterabwasserpumpe 24. Die Berechnungsperiode Δ Te (min) wird für eine große Kapazität bzw. Leistungsfähigkeit der einzelnen Pumpe kürzer und für eine kleine Kapazität länger eingestellt. Die Berechnungsperiode muß daher unter Berücksichtigung eines Pumpenkapazitätsverhältnisses Vp bestimmt werden. Das Pumpenkapazitätsverhältnis Vp ist repräsentiert durch einen Index, der ein Reduktions- oder Abnahmeverhältnis eines Wasserstands in einem Pumpenschacht zwischen oberen und unteren Grenzen angibt, das ermittelt wird, wenn eine einzige Unwette 23693 00070 552 001000280000000200012000285912358200040 0002003920640 00004 23574rabwasserpumpe ohne Wasserzulauf während der Periode Δ Te betrieben wird. Wenn Beispielsweise angenommen wird, daß eine Bodenfläche des Pumpenschachts 21 mit einem Absetzbecken 31 gemäß Fig. 16 gleich A ist und oberste sowie unterste Wasserstände oder -spiegel im Pumpenschacht Hx bzw. Hn entsprechen, bestimmt sich das Pumpenkapazitätsverhältnis Vp nach folgender Gleichung:

Vp = 60,0 · Qu · Δ Te/{(Hx - Hn)A }

Wenn daher die Pumpenkapazität Qu = 2 (m³/s) und das Volumen des Pumpenschachts 21 10,360 (m³) betragen, gilt Vp = Δ Te/30. Unter Zugrundelegung von Vp = 0,2 entspricht die Berechnungsperiode Δ Te = 0,6 (min). In Fig. 16 sind eine Einlauföffnung 32, ein Schieber 33, ein Sieb 34 und ein Ablauf 35 dargestellt. In Fig. 16 bezeichnen zudem die Symbole Hx einen obersten Wasserstand oder -spiegel, Hu einen oberen Wasserstand, Hm einen mittleren Wasserstand, Hl einen unteren Wasserstand und Hn einen untersten Wasserstand. Die Pumpenzahlbestimmungseinheit 11 betätigt die Pumpe 24 zur Aufrechterhaltung des Wasserstands innerhalb des Bereichs zwischen dem obersten und dem untersten Wasserstand. Der mittlere Wasserstand Hm ist ein Mittelwert aus oberstem und unterstem Wasserstand; der obere Wasserstand Hu ist ein Wasserstand im Mittelbereich zwischen oberstem und mittlerem Wasserstand, und der untere Wasserstand Hl ist ein Wasserstand in der Mitte zwischen unterstem Wasserstand und mittlerem Wasserstand.

Im folgenden ist der Pumpenbetriebsalgorithmus beschrieben. Die Unwetterabwasserpumpe (im folgenden einfach als Pumpe bezeichnet) 24 muß in Übereinstimmung mit Charakteristika einer Entleerungsmenge von abzuführendem Unwetterabwasser betrieben werden. Die Unwetterabwasserentleerungs-Charakteristika hängen von Niederschlagscharakteristika oder -eigenschaften eines Abfluß- oder Auffangbeckens zum Auffangen des Niederschlags ab. In diesem Fall wird berücksichtigt, daß die Niederschlagscharakteristika einen aktiven und die Auffangbeckencharakteristika einen passiven Einfluß haben. Dies bedeutet, daß der Einfluß der ersteren größer ist als derjenige der letzteren. Die Niederschlagscharakteristika zeigen zeitliche und gebietsweise Änderungen bzw. Schwankungen und werden daher bevorzugt als stochastischer (oder willkürlicher) Prozeß betrachtet. Ein Einfluß der Niederschlagscharakeristika auf den Pumpenbetrieb besteht darin, daß auch dann, wenn sich eine Entleerungsmenge des in einen Pumpenschacht fließenden Wassers vergrößert, eine Einlaß- oder Einlaufentleerungsmenge sich nicht immer in der nächsten Berechnungsperiode vergrößert. Aus diesem Grund muß der tatsächliche Pumpenbetrieb so durchgeführt werden, daß dann, wenn die Einlaufentleerungsmenge unter Erhöhung des Wasserstands im Pumpenschacht ansteigt, die Zahl der zu beschreibenden Pumpen vergrößert wird, während bei einem abnehmenden Wasserstand die Zahl der zu betreibenden Pumpen verkleinert wird. Bei diesem Vorgehen vergrößert sich jedoch eine Änderungsfrequenz oder -häufigkeit der Zahl der zu betreibenden Pumpen. Bei der beschriebenen Ausführungsform wird daher 1. Pumpenkapazitätsverhältnis Vp auf einen geringfügig kleineren Wert (z. B. 0,2) gesetzt und 2. zur Verkleinerung der Änderungshäufigkeit der Zahl der zu betreibenden Pumpen nur ein Teil einer Änderung in der Pumpenzahl, durch Pumpenbetriebszahländerungsberechnung ermittelt, zu einem bestimmten Berechnungszeitpunkt vorgenommen, während die Ausführung der restlichen Änderung in der nächsten Berechnungszeit bestimmt wird. Wenn beispielsweise die Zahl der zu betreibenden Pumpen zu drei berechnet wird, während die Zahl der arbeitenden Pumpen eins beträgt, müssen zusätzlich zwei weitere Pumpen betrieben werden. Bei der beschriebenen Ausführungsform wird jedoch aufgrund der Berechnung nur eine zusätzliche Pumpe betrieben, wobei zum nächsten Berechnungszeitpunkt bestimmt wird, ob die andere Pumpe zusätzlich betrieben werden soll oder nicht. Auf diese Weise kann die Änderungsfrequenz oder -häufigkeit der Pumpenbetätigungszahl verringert werden.

Wenn eine Anzeigegröße des Wasserstandmessers 22 gleich HKo - Δ Te und die Zahl der zu betreibenden Pumpen zu einem Berechnungszeitpunkt Ko - Δ Te gleich IKo - Δ Te sind, wird die Zahl der zu betreibenden Pumpen zum nächsten Berechnungszeitpunkt und zu folgenden Zeitpunkten in Übereinstimmung mit den folgenden vier Schritten bestimmt:

Schritt 1:
Eine Entleerungsmenge QKo von in den Pumpenschacht 21 einströmendem Unwetterabwasser wird anhand von Ablaufanalyse berechnet.

Schritt 2:
Es wird eine Wasserstandskorrekturgröße Qh = (HKo - Δ Te - Hm) · A berechnet. Im Fall von Hl = HKo - Δ Te Hu wird Qh = 0 gesetzt).

Schritt 3:
Die Zahl IKo der zu betreibenden Pumpen wird anhand der Einlaufentleerungspumpe QKo und der Wasserstandskorrekturgröße Qk nach folgender Gleichung berechnet:

IKo = INT (0,5 + (QKo + Qh)/Qu)

darin bedeutet INT [x ] = integraler Teil von x.

Schritt 4:
Es wird eine Betätigungszahldifferenz Id = IKo - Δ Te - IKo berechnet.
Hierbei gelten:

(a) für Id 1 und HKo - Δ Te < Hm,
Id = 1
(b) für Id 1 und HKo - Δ Te Hm,	Id = 0
(c) für Id -1 und HKo - Δ Te Hm,	Id = 0
(d) für Id -1 und HKo - Δ Te < Hm,	Id = -1.

Fig. 17 veranschaulicht ein Petri-Netz zur Änderung der Zahl der zu betreibenden Pumpen in Übereinstimmung mit den oben beschriebenen Schritten für den Fall, daß drei Pumpen vorgesehen sind. In Fig. 17 repräsentiert ein mit Pi (i = 1, 2, . . . , 28) bezeichneter Block eine Funktion des Orts oder der Stelle (location). Genauer gesagt: das Symbol P 1 gibt an, daß der Wasserstand sich zu einem vorhergehenden Zeitpunkt in einem ersten unteren Bereich befindet (Ko - Δ Te); P 2 gibt an, daß sich der Wasserstand zum vorhergehenden Zeitpunkt in einem zweiten unteren Bereich befindet; P 3 gibt an, daß der Wasserstand zum vorhergehenden Zeitpunkt in einem zweiten oberen Bereich steht; P 4 gibt an, daß sich der Wasserstand zum vorhergehenden Zeitpunkt in einem ersten oberen Bereich befindet; P 5 gibt an, daß sich der Wasserstand zum vorhergehenden Zeitpunkt in einem oberen Bereich befindet; P 7 zeigt, daß eine Wasserstandskorrekturgröße zum vorhergehenden Zeitpunkt nicht berücksichtigt wird; P 8 gibt an, daß die Wasserstandskorrekturgröße zum vorhergehenden Zeitpunkt nicht berücksichtigt ist; P 9 zeigt, daß drei Pumpen zum vorhergehenden Zeitpunkt betrieben werden (worden sind); P 10 steht für den Betrieb von zwei Pumpen zum vorhergehenden Zeitpunkt; P 11 steht für den Betrieb einer Pumpe zum vorhergehenden Zeitpunkt und P 12 gibt an, daß keine Pumpe zum vorhergehenden Zeitpunkt betrieben worden ist. Weiterhin gilt für die anderen Symbole: P 13 = Einlaufentleerungs-Vorhersagegröße oder -wert, durch Abflußanalyse zu einem augenblicklichen Zeitpunkt ermittelt; P 14 = Berechnung der Zahl der zum augenblicklichen Zeitpunkt zu betreibenden Pumpen; P 15 = Betrieb von drei Pumpen zum augenblicklichen Zeitpunkt; P 16 = Betrieb von zwei Pumpen zum augenblicklichen Zeitpunkt; P 17 = Betrieb einer Pumpe zum augenblicklichen Zeitpunkt; P 18 = kein Pumpenbetrieb zum augenblicklichen Zeitpunkt; P 19 = Zahl der zu betreibenden Pumpen wird zum augenblicklichen Zeitpunkt gegenüber der Zahl zum vorhergehenden Zeitpunkt um drei verkleinert; P 20 = Zahl der zu betreibenden Pumpen wird zum augenblicklichen Zeitpunkt gegenüber der Zahl zum vorhergehenden Zeitpunkt um zwei verkleinert; P 21 = Zahl der zu betreibenden Pumpen wird zum augenblicklichen Zeitpunkt gegenüber der Zahl zum vorhergehenden Zeitpunkt um eins verkleinert; P 22 = Zahl der zu betreibenden Pumpen wird zum augenblicklichen Zeitpunkt gegenüber dem vorhergehenden Zeitpunkt nicht vergrößert/verkleinert; P 23 = Zahl der zu betreibenden Pumpen wird gegenüber dem vorhergehenden Zeitpunkt um eins vergrößert; P 24 = Zahl der zu betreibenden Pumpen wird zum augenblicklichen Zeitpunkt gegenüber der Zahl zum vorhergehenden Zeitpunkt um zwei vergrößert; P 25 = Zahl der zu betreibenden Pumpen wird zum augenblicklichen Zeitpunkt gegenüber der Zahl zum vorhergehenden Zeitpunkt um drei vergrößert; P 26 = Zahl der zum augenblicklichen Zeitpunkt zu betreibenden Pumpen wird als um eins zu verkleinern bestimmt; P 27 = es wird bestimmt, daß die Zahl der zum augenblicklichen Zeitpunkt zu betreibenden Pumpen nicht vergrößert/verkleinert werden soll, und P 28 = es wird bestimmt, daß die Zahl der zum augenblicklichen Zeitpunkt zu betreibenden Pumpen um eins vergrößert werden soll.

In Fig. 17 gibt der Block P 27 an, daß die Zahl der zu betreibenden Pumpen nicht vergrößert/verkleinert wird. Auch wenn anhand des Berechnungsergebnisses nach Schritt 3 bestimmt wird, daß die Zahl der zu betreibenden Pumpen um drei (P 19), zwei (P 20) und eins (P 21) verkleinert oder um eins (P 23), zwei (P 24) und drei (P 25) vergrößert werden soll, wird in manchen Fällen bestimmt, daß die Zahl der zu betreibenden Pumpen nicht vergrößert/verkleinert werden soll. Auch wenn darüber hinaus bestimmt wird, daß die Zahl der zu betreibenden Pumpen um drei (P 19) und zwei (P 20) verkleinert oder um zwei (P 24) und drei (P 25) vergrößert werden soll, wird in manchen Fällen letztlich bestimmt, daß die Zahl der zu betreibenden Pumpen um eins (P 26) verkleinert oder um eins (P 28) vergrößert werden soll. Diese Funktionen tragen sämtlich zur Verkleinerung der Änderungsfrequenz oder -häufigkeit der Zahl der zu betreibenden Pumpen bei.

Tabelle III zeigt einen für fünf tatsächliche Fälle geltenden Vergleich der Änderungsfrequenzen oder -häufigkeiten der Zahl der zu betreibenden Pumpen zwischen einer herkömmlichen Vorrichtung und der vorstehend beschriebenen Vorrichtung gemäß der Erfindung. Wie aus Tabelle III hervorgeht, sind die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreichten Änderungshäufigkeiten für die Zahl der zu betreibenden Pumpen wesentlich kleiner als bei der bisherigen Vorrichtung, welche die Zahl der zu betreibenden Pumpen lediglich auf der Grundlage des Pumpenschacht-Wasserstands ändert.

Tabelle III

Das Ausgangssignal der Pumpenzahlbestimmungseinheit 11 ist die in Schritt 4 ermittelte Zahl Id der zu betreibenden Pumpen. Die Zahl Id wird der Antriebs-Steuereinheit 23 für jede Berechnungszeit zum Betätigen/Abstellen der Unwetterabwasserpumpen 24 zugeliefert, um damit die Fördermenge zweckmäßig einzustellen. In diesem Fall bedeutet die Differenz Id = 0, daß kein Betriebs- oder Betätigungsänderungsbefehl erzeugt wird. Infolgedessen kann die Zahl der Befehle zur Änderung der Zahl der zu betreibenden Pumpen verkleinert sein.

Die Dateneicheinheit 7, die Niederschlagsvorhersageeinheit 9, die Ablaufauswerteeinheit 10 und die Pumpenzahlbestimmungseinheit 11 veranlassen eine Anzeige der verarbeiteten Daten auf der Anzeigeeinheit 8 zum Melden von Teilergebnissen der Datenverarbeitung.

Bei der beschriebenen Ausführungsform werden die Niederschlags(mengen)daten des gesamten städtischen Beckens, die mittels des Radar-Regemessers gewonnen wurden, unter Heranziehung der Direkt-Niederschlagsdaten an einer Vielzahl von Punkten, an denen Messungen durch die Bodenregenmesser erfolgen, geeicht oder abgeglichen. Als Ergebnis können detaillierte zweidimensionale Niederschlagsdaten über ein weites Gebiet hinweg erzielt werden. Da die Niederschlagskurve unter Heranziehung einer Anzahl von Sätzen von Niederschlagsdaten vorhergesagt bzw. vorausbestimmt wird, kann die Zahl der zu betreibenden Pumpen 24 genau bestimmt werden. Außerdem wird bei der beschriebenen Ausführungsform geprüft, ob sich der Ort des Niederschlag-gewichteten Massenmittelpunkts in einer bestimmten Richtung vorwärts verschiebt, und der Berechnungsmodus wird entsprechend dem Prüfergebnis zur Erzielung oder Aufstellung einer Niederschlagskurve geändert. Infolgedessen kann die Niederschlags(mengen)kurve mit hoher Präzision ermittelt werden. Eine Bewegungsstrecke, eine Bewegungsrichtung und dergl. der Niederschlagsverteilung bis zum Vorhersagezeitpunkt können vergleichsweise genau vorhergesagt oder vorausbestimmt werden. Bei der beschriebenen Ausführungsform wird unter Berücksichtigung einer zunehmenden Verstädterung eine Ablaufentleerungsmenge eines Stadtgebiets auf der Grundlage der vertikalen Beziehung zwischen Knotenpunkten und der Berücksichtigung einer Überführungs- oder Transportzeit eines Auffangbeckens eines Abwasserleitungsnetzes zusätzlich zu den Niederschlagskurvendaten berechnet. Aus diesem Grund kann eine Entleerung oder Entleerungsmenge von in den Pumpenschacht 21 einströmendem Unwetterabwasser genau bzw. einwandfrei berechnet werden. Außerdem wird die Änderungshäufigkeit für die Zahl der zu betreibenden Pumpen, die anhand des Berechnungsergebnisses der Pumpenzahlbestimmungseinheit 11 ermittelt wird, zur Verkleinerung derselben eingestellt. Mittels aller beschriebener Verarbeitungsaufgaben kann die Änderungshäufigkeit für die Zahl der zu betreibenden Pumpen unter diejenige bei der bisherigen Vorrichtung verringert werden, und zwar in Übereinstimmung mit einer schnellen Änderung der Entleerungsmenge von in den Pumpenschacht einströmendem Unwetterabwasser.

Die Erfindung ist keineswegs auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt. Wenn eine Anzahl von Radar-Regenmessern in einem weiten oder großen Gebiet von Interesse aufgestellt werden, unterscheiden sich die Charakteristika des Niederschlags bzw. der Niederschlagsmenge entsprechend den Frequenzen der von den Radar-Regenmessern abgestrahlten Funkwellen. Wenn zudem die Überwachungsbereiche der Radar-Regenmesser erweitert werden, wird die Überwachungsgenauigkeit beeinträchtigt. In diesem Fall können die Daten von den mehreren Radar-Regenmessern so verarbeitet werden, daß die Daten eines Radar-Regenmessers einer hohen Präzision genutzt werden, um eine Niederschlagsmenge anhand der Niederschlagsverteilung MKo in der dritten Stufe von Fig. 7 durch die Niederschlagsvorhersageeinheit 9 zu berechnen und damit den Niederschlag bzw. die Niederschlagsmenge vorherzusagen bzw. vorauszubestimmen. Die eingesetzten Radar-Regenmesser sind hauptsächlich von einem bodengebundenen Typ. Es können jedoch auch Daten von einem meteorologischen Satelliten benutzt werden.

Im Ablaufdiagramm gemäß Fig. 7 werden beispielsweise in der ersten Stufe die Kd früheren Niederschlagsgitterdaten jedesmal dann berechnet, wenn die augenblickliche Berechnungszeit aktualisiert wird. Die früher berechneten Niederschlagsgitterdaten können jedoch auch in der Speichereinheit 7 a abgespeichert werden, so daß die gespeicherten Daten unmittelbar als Niederschlagsgitterdaten zu einem vergangenen oder früheren Berechnungszeitpunkt benutzt werden, während nur Niederschlagsgitterdaten zu einem augenblicklichen Berechnungszeitpunkt berechnet werden.

Bei der beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Bewegungsgeschwindigkeitsvektor auf der Grundlage der Positionen des Massenmittelpunkts zum augenblicklichen Berechnungszeitpunkt Ko sowie zum Zeitpunkt Ko - 3 · Δ Tm ermittelt. Auf ähnliche Weise kann beispielsweise eine Bewegung, z. B. eine Drehung, des Massenmittelpunktes geprüft werden. Wenn beispielsweise der Bewegungsgeschwindigkeitsvektor mehrmals aufeinanderfolgend in einer Richtung nach rechts oder links (Km - 1) abbiegt, wird angenommen, daß sein Ort sich gedreht bzw. eine Kurve beschrieben hat. In diesem Fall, d. h. wenn ein Biegewinkel α t (t = Ko - (Km + 1) · Δ Tm, . . . , Ko) stets in der einen Richtung weist, kann ein Mittelwert der Winkel als Biegewinkel zum Zeitpunkt Ko = Δ tr · K (K = 0, 1, 2, . . . , Kf) benutzt werden. Der Biege- oder Kurvenwinkel wird nach folgender Gleichung bestimmt:

Dies bedeutet, daß ein Bewegungsvektor anhand des Vektors, welcher die Massenmittelpunkte zu den Zeitpunkten Ko - Δ Tm und Ko verbindet, unter Berücksichtigung des Biegewinkels der mittleren Winkelgröße bestimmt oder ermittelt werden kann. Auf diese Weise kann eine Wende- oder Drehbewegung verarbeitet werden.

Zur Durchführung einer Ablaufanalyse für eine Abwasserbeseitungsanlage, in welcher eine Hauptabwasserleitung lang ist und die Hauptleitung sowie ein Pumpenschacht miteinander verbunden sind und einander beeinflussen, führt die Ablaufauswerteeinheit 7 eine nicht-gleichförmige Analyse bzw. Auswertung unter Berücksichtigung von sowohl zeitlichen als auch gebietsweisen Änderungen oder Abweichungen (mittels) einer nichtlinearen Partialdifferentialsimultangleichung durch. Eine Lösung wird durch Rechnung endlicher Differenzen positiv oder negativ erhalten. Da in diesem Fall eine Einheitszeitbreite auf mehrere Sekunden gesetzt ist und eine große Anzahl von Berechnungen im Hinblick auf Pumpenförderstaudruckcharakteristika oder eine Zwischenlauf-Reibungsverlustkurve durchgeführt werden, kann eine Einschwing- oder Übergangsströmungserscheinung ebenfalls analysiert werden.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist der mittlere Wasserstand oder -spiegel Hm auf die Mitte zwischen oberstem und unterstem Wasserstand für die Pumpenzahlbestimmungseinheit 11 gesetzt. Wenn eine Bodenfläche A eines Pumpenschachts eine Funktion (A = A (h)) des Wasserstands h ist, wird ein Wasserstand hm′, bei dem das Volumen die Hälfte des Gesamtvolumens beträgt, als der mittlere Wasserstand vorausgesetzt. Der Wasserstand hm′ bestimmt sich nach folgender Gleichung:

Wenn starke Niederschläge vorausgesagt werden, muß das in einem Pumpenschacht befindliche Wasser abgeführt werden, bevor eine Einlaufentleerungsmenge in den Pumpenschacht ansteigt. In diesem Fall wird eine Berechnung durchgeführt, indem ein mittlerer Wasserstand Hm* niedriger als Hm oder Hm′ gesetzt wird. Der mittlere Wasserstand Hm* wird durch eine Bedienungsperson gewählt und kann im Betrieb geändert werden. Die Erfindung ist noch weiteren Änderungen und Abwandlungen zugänglich.

Da - wie beschrieben - zeitliche und gebietsweise Änderungen einer Niederschlagsmenge früher gewonnene Daten nicht reproduzieren, ist die Behandlung bzw. Berücksichtigung dieser Änderungen sehr schwierig. Erfindungsgemäß werden jedoch vom Radar-Regenmesser gewonnene zweidimensionale Daten mit Daten von den Bodenregenmessern geeicht bzw. abgeglichen. Eine Niederschlagskurve für mehrere Stunden ab dem gegenwärtigen Zeitpunkt wird anhand der geeichten oder abgeglichenen Niederschlagsdaten vorhergesagt, so daß damit Zeitreihen-Pumpenbetriebszustände für mehrere Stunden ab der Gegenwart vorausbestimmt werden. Erfindungsgemäß wird zusätzlich zu einer vorhergesagten Niederschlagskurve ein Prozeß berücksichtigt, bei dem eine Niederschlagsmenge über ein Abwasserleitungsnetz in einen Pumpenschacht fließt. Dies bedeutet, daß erfindungsgemäß eine Einlaufentleerungsmenge in den Pumpenschacht unter Berücksichtigung von Zustandsänderungen an gebietsmäßigen Hauptpunkten zur Bestimmung der Zahl der zu betreibenden Pumpen berechnet wird. Die Abführbehandlung kann damit mit einer zweckmäßigen Zahl von Pumpen in Übereinstimmung mit einer schnellen Änderung der Entleerungsmenge von in den Pumpenschacht einströmendem Unwetterabwasser vorgenommen werden. Auf diese Weise können erfindungsgemäß Häuser bzw. Gebäude in bestmöglicher Weise vor einer Überschwemmung durch Unwetterabwasser geschützt werden, wobei dieses Abwasser mit einer minimalen Änderungshäufigkeit der Zahl der zu betreibenden Pumpen in Flüsse abgeführt werden kann.

Claims

1. Unwetterwasserpumpenbetriebs-Steuervorrichtung zum Steuern des Betriebszustands einer Anzahl von Unwetterkanalwasser- oder -abwasserpumpen für das Ableiten von in einem Stadtgebiet anfallendem Unwetterabwasser in Flüsse, umfassend
einen mit einer Abwasser(rohr)leitung verbundenen Pumpenschacht zum Auffangen des Unwetterabwassers,
Unwetterkanal- oder -abwasserpumpen zum Herauspumpen des Abwassers aus dem Pumpenschacht,
einen im Pumpenschacht angeordneten Wasserstandsmesser und
eine Pumpenzahlbestimmungseinheit zum Bestimmen der Zahl der zu betreibenden Pumpen unter Berücksichtigung eines durch den Wasserstandsmesser gemeldeten Wasserstands und der Zahl der augenblicklich in Betrieb befindlichen Pumpen,
gekennzeichnet durch
einen Radar-Regenmesser (1) zur Überwachung eines zweidimensionalen Niederschlags(mengen)verteilungszustands für jede bzw. in jeder vorbestimmte(n) Überwachungsperiode,
an mehreren Stellen auf dem Erdboden aufgestellten Bodenregenmesser (5) zum Messen der tatsächlichen Niederschlagsmengen auf dem Erdboden,
eine Niederschlagsvorhersageeinheit (7, 9) zum Eichen oder Abgleichen der vom Radar-Regenmesser gelieferten (obtained) Niederschlagsverteilungsdaten mit den durch die Bodenregenmesser gemessenen Niederschlagsmengen und zum Vorhersagen oder Vorausbestimmen einer Niederschlagsmenge in einer vorbestimmten Zeit ab der Gegenwart auf der Grundlage mehrerer Sätze von geeichten Niederschlagsverteilungsdaten sowie
eine Ablaufauswerteeinheit (10) zur Durchführung einer Ablaufauswertung oder -analyse entsprechend den Charakteristika eines Auffangbeckens auf der Grundlage einer durch die Niederschlagsvorhersageeinheit (7, 9) vorhergesagten Niederschlagsmenge zwecks Berechnung einer Niederschlagsentleerungsmenge (rainfall discharge) und zum Vorhersagen einer Entleerungsmenge (discharge) von in den Pumpenschacht einströmendem Unwetterabwasser,
sowie dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenzahlbestimmungseinheit die Zahl der zu betreibenden Pumpen unter Berücksichtigung der Entleerungsmenge des in den Pumpenschacht einströmenden Unwetterabwassers, durch die Ablaufauswerteeinheit (10) berechnet, des vom Wasserstandsmesser gemeldeten Wasserstands und der Zahl der augenblicklich arbeitenden Pumpen bestimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederschlagsvorhersageeinheit (7, 9) umfaßt:
eine Eich- oder Abgleicheinheit (7) zum Eichen bzw. Abgleichen der vom Radar-Regenmesser gelieferten Niederschlagsverteilungsdaten mit den durch die Bodenregenmesser gemessenen Niederschlagsmengen,
eine Einheit zum Empfangen mehrerer Sätze der geeichten oder abgeglichenen Niederschlagsverteilungsdaten von der Eicheinheit zwecks Berechnung eines Niederschlag-gewichteten oder gewichteten Niederschlag-Massenmittelpunkts jedes Satzes, und damit einen (geometrischen) Ort des Massenmittelpunkts zu bestimmen,
eine Einheit zur Benutzung einer Bewegungsrichtung und einer Bewegungsgeschwindigkeit des Massenmittelpunkts, wenn dessen anhand seines Orts bestimmte Bewegungsrichtung innerhalb eines vorbestimmten Winkels liegt, und zum Berechnen eines Mittelwerts und einer Streuung vergangener bzw. früherer Massenmittelpunkte zur Erfassung einer Bewegungsrichtung und einer Bewegungsgeschwindigkeit des Massenmittelpunkts, wenn dessen Bewegungsrichtung außerhalb des vorbestimmten Winkels liegt,
eine Niederschlags-Zunahme/Abnahmegrößen-Erfassungseinheit zum Erfassen (acquiring) einer Zunahme/Abnahmegröße einer Niederschlagsmenge anhand eines gebietsmäßigen Mittelwerts der Niederschlagsmenge,
eine Einheit zum für die Vorhersage einer Niederschlagsmenge unter Berücksichtigung von zeitlichen und gebietsweisen Änderungen der Niederschlagsmenge erfolgenden Berechnen einer Niederschlagsmenge in einem Bereich eines interessierenden Auffangbeckens unter der Voraussetzung, daß eine letzte oder neueste Niederschlagsverteilung zu einem augenblicklichen Berechnungszeitpunkt sich in mehreren zukünftigen Berechnungsperioden nicht ändert und sich in der genannten Bewegungsrichtung mit der genannten Bewegungsgeschwindigkeit bewegt, und
eine Niederschlagsvorhersageeinheit zum Multiplizieren der durch die Niederschlagsrecheneinheit berechneten Niederschlagsmenge mit der Zunahme/Abnahmegröße zwecks Lieferung einer vorhergesagten Niederschlagsmenge.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufauswerteeinheit (10) umfaßt:
eine Einheit zum Ermitteln (obtaining) einer Entleerungsmenge des in den Pumpenschacht einströmenden Unwetterabwassers in Übereinstimmung mit einer vorhergesagten Niederschlagsmenge eines interessierenden Auffangbeckens mit einem Abwasser(rohr)leitungsnetz, das Zusammenfließ- oder Verzweigungspunkte aufweist, und einer Rohrleitungs-Transportzeit zwischen Knotenpunkten des Abwasserleitungsnetzes sowie
eine Einheit zum Erfassen einer Entleerungsmenge des in den Pumpenschacht einströmenden Unwetterabwassers, einschließlich einer Überlaufentleerungsmenge eines Damms, wenn das Abwasserleitungsnetz den Damm enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenzahlbestimmungseinheit (11) umfaßt:
eine Bestimmungseinheit zur Berücksichtigung einer Wasserstands- oder -spiegelkorrektur auf einem mittleren Wasserstand, wenn sich ein Wasserstand im Pumpenschacht einem obersten oder untersten Pegel nähert, und zum Bestimmen der Zahl der zu betreibenden Pumpen zum Hochpumpen einer Gesamtmenge einer korrigierten Menge und einer Einlaufentleerungsmenge unter der Voraussetzung, daß diese Gesamtmenge (total) einer abzuführenden Entleerungsmenge entspricht, und
eine Pumpenzahländerungseinheit zur Vergrößerung der Zahl der zu betreibenden Pumpen um eins, wenn die durch die Bestimmungseinheit bestimmte Zahl der zu betreibenden Pumpen um eins oder mehr größer ist als die Zahl der augenblicklich arbeitenden Pumpen, unter der Voraussetzung, daß der Wasserstand höher ist als der mittlere Wasserstand, und zum Verkleinern der Zahl der zu betreibenden Pumpen um eins, wenn die Zahl der zu betreibenden Pumpen um eins oder mehr kleiner ist als die Zahl der augenblicklich arbeiteten Pumpen, unter der Bedingung, daß der Wasserstand unterhalb des mittleren Wasserstands liegt.

5. Unwetterkanalwasserpumpenbetriebs-Steuervorrichtung zum Steuern des Betriebszustands einer Anzahl von Unwetterkanalwasser- oder -abwasserpumpen für das Ableiten des in einer Abwasserbeseitigungsanlage anfallenden Unwetterabwassers in Flüsse, gekennzeichnet durch
einen Radar-Regenmesser (1) zur Überwachung eines zweidimensionalen Niederschlagsverteilungszustands,
Bodenregenmesser (5) zum Messen tatsächlicher Niederschlagsmengen auf dem Erdboden,
eine Niederschlagsvorhersageeinheit (7, 9) zum Eichen der vom Radar-Regenmesser gelieferten zweidimensionalen Niederschlagsverteilungsdaten mit den durch die Bodenregenmesser gemessenen Niederschlagsmengen und zum Vorhersagen einer Niederschlagsmenge in einer vorbestimmten Zeit ab der Gegenwart in Übereinstimmung mit mehreren Sätzen der geeichten früheren Niederschlagsverteilungsdaten sowie
eine Pumpenzahlbestimmungseinheit (10, 11) zum Vorhersagen oder Vorausbestimmen einer Niederschlagsmenge von in den Unwetterabwasser einströmendem Unwetterabwasser auf der Grundlage der durch die Niederschlagsvorhersageeinheit (7, 9) vorhergesagten Niederschlagsmenge und zur Bestimmung der Zahl der zu betreibenden Pumpen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenzahlbestimmungseinheit umfaßt:
eine Analysier- oder Auswerteeinheit zur Durchführung einer Ablaufanalyse entsprechend den Charakteristika eines Auffangbeckens auf der Grundlage der von der Niederschlagsvorhersageeinheit vorhergesagten Niederschlagsmenge zwecks Berechnung einer Niederschlagsentleerungsmenge, um damit eine Entleerungsmenge an in den Pumpenschacht einströmendem Wasser vorauszubestimmen, und
eine Einheit zum Bestimmen der Zahl der zu betreibenden Pumpen auf der Grundlage einer durch die Auswerteeinheit vorhergesagten oder vorausbestimmten Einlaufentleerungsmenge, eines durch den Wasserstandsmesser gemessenen Wasserstands und der Zahl der augenblicklich in Betrieb befindlichen Pumpen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederschlagsvorhersageeinheit umfaßt:
eine Einheit zum Empfangen einer statischen Niederschlagsvorhersage, die angibt, daß eine bestimmte Regenmenge innerhalb einer bestimmten Zeit fällt bzw. fallen wird, und
eine Einheit zum Vorhersagen einer Niederschlagsmenge innerhalb eines vorbestimmten Zeitbereichs für einen bestimmten Niederschlagsvorgang auf der Grundlage einer Anzahl von Sätzen von früheren Niederschlagsverteilungen und der statischen Niederschlagsvorhersage.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederschlagsvorhersageeinheit umfaßt:
eine Einheit zum Berechnen einer Position eines gewichteten Massenmittelpunkts einer Niederschlags(mengen)verteilung zwecks Ermittlung (obtain) eines Orts des Massenmittelpunkts,
eine Einheit zum Vorhersagen einer Position des Massenmittelpunkts in einer vorbestimmten Zeit ab der Gegenwart auf der Basis des Orts des Massenmittelpunkts,
eine Zunahme/Abnahmegrößen-Erfassungseinheit zum Erfassen einer Zunahme/Abnahmegröße einer Niederschlagsmenge auf der Grundlage früherer Niederschlagsdaten eines augenblicklichen Niederschlagsvorgangs,
eine Einheit zum Bewegen oder Verschieben der neuesten bzw. letzten Niederschlagsverteilung zur vorhergesagten Position und
eine Einheit zum Berechnen einer Niederschlagsmenge in einem zu überwachenden Auffangbecken und zum Multiplizieren der berechneten Niederschlagsmenge mit der Zunahme/Abnahmegröße zwecks Ermittlung einer vorhergesagten Niederschlagsmenge auf der Grundlage der verschobenen Niederschlagsverteilung.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederschlagsvorhersageeinheit umfaßt:
eine Einheit zum Empfangen von Zeitreihen-Niederschlagsverteilungsdaten und zum Berechnen eines Niederschlag-gewichteten Massenmittelpunkts jedes Satzes der Daten,
eine Einheit zum Prüfen, ob sich der Massenmittelpunkt nach einer vorbestimmten Regel bewegt,
eine Einheit zum Berechnen einer Position des Massenmittelpunkts in einer vorbestimmten Zeit ab der Gegenwart nach einer vorbestimmten Regel, wenn sich der Massenmittelpunkt nach der vorbestimmten Regel bewegt, oder Berechnen eines Mittelwerts und einer Streuung von Positionen des Massenmittelpunkts, wenn sich dieser ohne vorbestimmte Regel bewegt,
eine Niederschlagsmengen-Zunahme/Abnahmegrößen-Erfassungseinheit zum Erfassen einer Zunahme/Abnahmegröße einer Niederschlagsmenge auf der Grundlage eines Gebiets-Mittelwerts der Niederschlagsmenge und
eine Einheit, um dann, wenn sich die letzte Niederschlagsverteilung zu einem augenblicklichen Berechnungszeitpunkt innerhalb einer vorbestimmten Periode nicht ändert, die letzte oder neueste Niederschlagsverteilung auf eine durch den berechneten Massenmittelpunkt definierte Position zu verschieben, eine Niederschlagsmenge in einem Gebiet eines interessierenden Auffangbeckens zu berechnen und die berechnete Niederschlagsmenge mit der Zunahme/Abnahmegröße zwecks Ableitung einer vorhergesagten Niederschlagsmenge zu multiplizieren.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenzahlbestimmungseinheit (10) umfaßt:
eine Einheit zum Ermitteln (obtaining) einer Entleerungsmenge von in den Pumpenschacht einströmendem Unwetterabwasser auf der Grundlage einer vorhergesagten Niederschlagsmenge für ein interessierendes Auffangbecken mit einem Abwasserleitungsnetz, das Zusammenfluß- und Verzweigungspunkte aufweist, sowie einer Rohrleitungs-Transporteinheit zwischen Knotenpunkten des Abwasserleitungsnetzes und
eine Einheit zum Ermitteln oder Erfassen einer Entleerungsmenge des in den Pumpenschacht einströmenden Unwetterabwassers, einschließlich einer Überlaufentleerungsmenge eines Damms, falls das Abwasserleitungsnetz den Damm enthält.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenzahlbestimmungseinheit umfaßt:
eine Bestimmungseinheit zur Berücksichtigung einer Wasserstand-Korrekturgröße auf einem mittleren Wasserpegel, wenn sich ein Wasserpegel im Pumpenschacht einem obersten oder untersten Wasserpegel bzw. -stand nähert, und zum Bestimmen der Zahl der zu betreibenden Pumpen zum Hochpumpen einer Gesamtmenge der Korrekturmenge sowie einer Einlaufentleerungsmenge, unter der Voraussetzung, daß diese Gesamtmenge einer abzuführenden Entleerungsmenge entspricht, und
eine Pumpenzahländerungseinheit zum Vergrößern der Zahl der zu betreibenden Pumpen um eins, wenn die durch die Bestimmungseinheit bestimmte Zahl der zu betreibenden Pumpen um eins oder mehr größer ist als die Zahl der augenblicklich arbeitenden Pumpen, unter Berücksichtigung, daß der Wasserstand oder -pegel höher ist als der mittlere Wasserstand, und zum Verkleinern der Zahl der zu betreibenden Pumpen um eins, wenn die Zahl der zu betreibenden Pumpen um eins oder mehr kleiner ist als die Zahl der augenblicklich arbeitenden Pumpen, unter der Bedingung, daß der Wasserstand unterhalb des mittleren Wasserpegels liegt.

12. Verfahren zum Steuern eines Betriebszustands einer Anzahl von Unwetterkanal- bzw. abwasserpumpen für das Ableiten von in eine Abwasserbeseitigungsanlage einströmendem Unwetterabwasser, dadurch gekennzeichnet, daß
Niederschlags(mengen)verteilungsdaten, die einen zweidimensionalen Niederschlagsverteilungszustand repräsentieren, mittels eines Radar-Regenmessers gewonnen werden, die tatsächlichen Niederschlagsmengen mittels Bodenregenmessern gemessen werden, in einem Niederschlagsvorhersageschritt die vom Radar-Regenmesser gelieferten Niederschlagsverteilungsdaten mit den von den Bodenregenmessern gemessenen Niederschlagsmengen geeicht bzw. abgeglichen werden und eine Niederschlagsmenge in einer vorbestimmten Zeit ab der Gegenwart auf der Grundlage mehrerer Sätze der geeichten früheren Niederschlagsmengendaten vorhergesagt bzw. vorausbestimmt wird und
in einem Pumpenzahlbestimmungsschritt eine Entleerungsmenge an in einen Pumpenschacht einströmendem Unwetterabwasser auf der Grundlage der vorhergesagten Niederschlagsmenge vom Niederschlagsvorhersageschritt vorhergesagt bzw. vorausbestimmt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenzahlbestimmungsschritt folgende Maßnahmen umfaßt:
einen Analysier- bzw. Auswerteschritt zur Durchführung einer Ablaufanalyse entsprechend den Charakteristika eines Auffangbeckens auf der Grundlage eines im Niederschlagsvorhersageschritt gewonnenen vorhergesagten Niederschlags bzw. einer Niederschlagsmenge zur Berechnung einer Niederschlagsentleerungsmenge an in den Pumpenschacht einströmendem Unwetterabwasser sowie
einen Pumpenschritt zum Bestimmen der Zahl der zu betreibenden Pumpen auf der Grundlage der Einlaufentleerungsmenge im Pumpenschacht, im Auswerteschritt vorhergesagt, eines mittels eines Wasserstandsmessers gemessenen Wasserstands sowie der Zahl der augenblicklich im Betrieb stehenden Pumpen.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederschlagsvorhersageschritt folgende Maßnahmen umfaßt:
einen Schritt eines Empfangens von Zeitreihen-Niederschlagsverteilungsdaten und eines Berechnens eines Niederschlag-gewichteten Massenmittelpunkts für jeden (Daten-)Satz,
einen Schritt zum Prüfen, ob sich der Massenmittelpunkt entsprechend einer vorbestimmten Regel bewegt,
einen Schritt zum Ermitteln einer Position des Massenmittelpunkts in einer vorbestimmten Zeit ab der Gegenwart in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Regel, wenn sich der Massenmittelpunkt nach der vorbestimmten Regel bewegt, oder Berechnen eines Mittelwerts und einer Streuung früherer Positionen des Massenmittelpunkts, wenn sich der Massenmittelpunkt ohne vorbestimmte Regel bewegt,
einen Niederschlag-Zunahme/Abnahmegrößen-Erfassungsschritt zum Erfassen einer Zunahme/Abnahmegröße einer Niederschlagsmenge anhand eines Gebiets-Mittelwerts der Niederschlagsmenge und
einen Schritt, in welchem, unter der Voraussetzung, daß sich eine letzte oder neueste Niederschlagsverteilung zu einem augenblicklichen Berechnungszeitpunkt während einer vorbestimmten Periode nicht ändert, die letzte oder neueste Niederschlagsverteilung zu einer durch den berechneten Massenmittelpunkt definierten Position verschoben, eine Niederschlagsmenge in einem Gebiet oder Bereich eines interessierenden Auffangbeckens berechnet und die Niederschlagsmenge mit der Zunahme/Abnahmegröße zwecks Gewinnung oder Ermittlung einer vorhergesagten Niederschlagsmenge multipliziert werden.

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenzahlbestimmungsschritt folgende Maßnahmen umfaßt:
Ermittlung einer Entleerungsmenge an in den Pumpenschacht einströmendem Unwetterabwasser auf der Grundlage einer vorhergesagten Niederschlagsmenge eines interessierenden Auffangbeckens mit einem Abwasserleitungsnetz, das Zusammenfließ- und Verzweigungspunkte aufweist, sowie einer Rohrleitungs-Transporteinheit zwischen Knotenpunkten des Abwasserleitungsnetzes und
Erfassung oder Bestimmung einer Entleerungsmenge an in den Pumpenschacht einströmendem Unwetterabwasser, einschließlich Überlaufentleerungsmengen von Dämmen, wenn das Abwasserleitungsnetz Dämme enthält.

16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenzahlbestimmungsschritt folgende Maßnahmen umfaßt:
Berücksichtigung einer Wasserstand-Korrekturgröße an einem bzw. für einem mittleren Wasserstand im Pumpenschacht, wenn sich der Wasserstand im Pumpenschacht einem obersten oder untersten Wasserpegel annähert, und Bestimmen der Zahl der zu betreibenden Pumpen zum Abführen einer Gesamtmenge der Korrekturmenge und einer Einlaufentleerungsmenge, unter der Voraussetzung, daß die Gesamtmenge einer abzuführenden Entleerungsmenge entspricht, und
Vergrößern der Zahl der zu betreibenden Pumpen um eins, wenn die bestimmte Zahl von zu betreibenden Pumpen um eins oder mehr größer ist als die Zahl der augenblicklich arbeitenden Pumpen, unter der Bedingung, daß der Wasserstand höher ist als der mittlere Wasserpegel, und Verkleinerung der Zahl der zu betreibenden Pumpen um eins, wenn die Zahl der zu betreibenden Pumpen um eins oder mehr kleiner ist als die Zahl der augenblicklich arbeitenden Pumpen, unter der Bedingung, daß der Wasserstand unterhalb des mittleren Wasserpegels liegt.