DE3920640C2 - Verfahren zur Seuerung eines Entwässerungssystems und Entwässerungssystem - Google Patents
Verfahren zur Seuerung eines Entwässerungssystems und EntwässerungssystemInfo
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Description
Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Entwässerungssystems mit einem
Pumpwerk für die Entlastung eines Einzugsgebietes von Regenwasser in Vorfluter nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Entwässerungssystem zur Durchführung des
Verfahrens.
Durch die DE-Zeitschrift "Wasserwirtschaft", 2/1982, Seiten 44-52 sind ein solches Verfahren
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein solches Entwässerungssystem
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 4 bekannt.
Diese Zeitschriftenstelle befaßt sich in erster Linie mit den geeigneten Abwasserdrossel
einrichtungen für unterschiedliche Einsatzbedingungen. Hierbei werden einzelne
Regenbecken mit Wasserstandssonden ausgerüstet und mit einer Außenstation versehen,
die gemessene Daten zu einer Zentralstation überträgt und Befehle von der Zentralstation
empfangen kann. Zusätzlich ist ein Wetterradar vorgesehen, das Niederschläge erfassen
kann, bevor sie den Boden erreicht haben. Ein Prozeßrechner in der Zentralstation wertet die
Daten von den Außenstationen und dem Wetterradar mit Hilfe eines mathematischen
Prognosemodelles aus und sendet geeignete Steuerbefehle zum Öffnen oder Schließen der
in den Regenbecken vorgesehenen Drosselschieber an die Außenstationen.
Allgemeine Grundlagen hinsichtlich der Abflußsteuerung lokaler Rückhalteeinheiten sind
beispielsweise aus DE-Z KA 8/1984, Seiten 672 bis 677 bekannt.
In der DE-Z KA 5/1985, Seiten 429-439 werden ganz allgemein Bestandteile von Abfluß
steuerungssystemen und deren Funktion vorgestellt. Weiterhin werden verschiedene Steuer
strategien aufgezeigt, wobei unter anderem aus aktuellen Zustandsinformationen, wie
Zufluß- und Regenmessungen, in Verbindung mit mathematischen Modellen des Entwäs
serungssystems Steuerbefehle abgeleitet werden, mit denen beispielsweise eine Pumpen
leistung und die Hinzuschaltung einer weiteren Pumpe in einem Auffangbecken gesteuert
werden können. Die Steuerung erfolgt auf der Grundlage einer Wasserstandsmessung in
dem Rückhaltebecken. Ein konkretes Beispiel einer Abflußsteuerung ist für den Fall der
Stadt Bremen in der DE-Z Vortragsveröffentlichung 447, Haus der Technik, 6/1984, Seiten
43-47 dargestellt.
Die Veröffentlichungen DE-Z gwf-Wasser/Abwasser 5/1984, Seiten 274-281, 7/1986, Seiten
324-332 und 7/1986, Seiten 332-339 sowie die DE-Z KA 12/1983, Seiten 910-914 beschrie
ben jeweils in abstrakter Weise Regelungs- bzw. Steuerstrategien unter Einsatz eines Vor
hersagemodells, das den Zufluß zu einem Auffangbecken vorhersagen soll, zur optimalen
Steuerung der Systemelemente, ohne jedoch konkrete Maßnahmen hierfür anzugeben.
Letztere Veröffentlichung beschreibt hierbei den Einsatz eines linearen Vorhersagemodells,
mit dem auf Grundlage von Messungen der gefallenen Niederschlagsmengen an
unterschiedlichen Orten die über ein Kanal- oder Straßensystem nachfolgend an einem
bestimmten Ort eintreffende Abflußmenge vorhergesagt wird.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Verfahrens und eines Entwässerungs
systems der eingangs genannten bekannten Art, bei dem die Prognosegenauigkeit hinsicht
lich einer zeitlichen und örtlichen Veränderung der Niederschlagsmenge verbessert ist.
Die auf das Verfahren gerichtete Lösung ist im Anspruch 1, das erfindungsgemäße
Entwässerungssystem im Anspruch 4 enthalten.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens enthalten die
Unteransprüche 2 und 3.
Erfindungsgemäß werden die vom Radar-Regenmesser für jede vorbestimmte Überwa
chungsperiode gelieferten zweidimensionalen Niederschlagsdaten auf der Grundlage der
tatsächlichen, durch die Bodenregenmesser an mehreren Stellen auf dem Erdboden
gemessenen Niederschlagsmengen geeicht oder abgeglichen, um damit eine korrekte
Zuflußmenge eines interessierenden Regenbeckens zu ermitteln. Da zudem eine Zufluß
menge in einer vorbestimmten Zeit ab der Gegenwart auf der Grundlage mehrerer Sätze von
früheren geeichten Niederschlagsverteilungen vorhergesagt oder vorausbestimmt wird, kann
eine jeweilige Zuflußmenge vergleichsweise genau vorhergesagt werden. Weiterhin wird die
Gesamtfördermenge aus dem Pumpenschacht unter Berücksichtigung der Charakteristika
von z. B. einem Kanalrohrleitungsnetz im Bereich des interessierenden Regenbeckens
berechnet. Aus diesem Grund kann eine zukünftige Menge des im Pumpenschacht
befindlichen Abwassers vergleichsweise richtig vorhergesagt werden. Die Zahl der zu
betreibenden Abwasserpumpen wird auf der Grundlage der Fördermenge 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 eines erfindungsgemäßen Entwässerungssystems,
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 Nie
derschlags(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 Datensät
zen 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 interessie
renden 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 Was
serstandsberechnung, 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 (struc
ture) 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 eines erfindungsgemäßen Entwässerungssystems zum Steuern (oder auch
Kontrollieren) des Unwetter-Kanalwasserpumpenbetriebs. Diese Vorrichtung umfaßt einen Radar-Regenmes
ser 1 mit Radarantenne 1a und Radarsende/empfangseinheit 1b, von denen sich zumindest die Antenne 1a an
einer vergleichsweise offenen Stelle nahe eines Stadtgebiets befindet. Die Antenne 1a arbeitet unter der
Steuerung der Einheit 1b, die ihrerseits ein zu sendendes Signal erzeugt und dieses Signal als Funkwelle über die
Antenne 1a aussendet. Die Einheit 1b empfängt als Radarempfangsleistungsdaten die Funkwelle, die durch
Rückstreuung an Regentropfen 3a, die sich in einer Regenwolke 3 befinden oder aus dieser herabfallen,
zurückgeworfen wird. Die Radarempfangsleistungsdaten entsprechen Daten, die eine Niederschlags(men
gen)verteilung repräsentieren. Die Radarsende/empfangseinheit 1b überträgt die Radarempfangsleistungsdaten
zu einer Datenverarbeitungseinheit 2 über Datenübertragungs- oder -sendeeinheiten 4a und 4b, 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 Nieder
schlagsmenge 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 6a und 6b zur Datenverarbeitungseinheit 2.
Die Datenverarbeitungseinheit 2 umfaßt z. B. eine Datenabgleich- oder -eicheneinheit 7, eine Niederschlags
vorhersageeinheit 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 (Niederschlagsverteilungsda
ten) 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 (Nieder
schlagsverteilungsdaten) gewonnen, die eine zweidimensionale Niederschlags(mengen)verteilung mit hoher
Präzision repräsentieren. Um beispielsweise einer Bedienungsperson oder einem Operator einen augenblickli
chen Niederschlagsverteilungszustand zu vermitteln, zeigt die Einheit 7 die geeichte Niederschlagsverteilung auf
einer Anzeigeeinheit 8 an. Die geeichten Niederschlagsverteilungsdaten können durch einen Drucker ausge
druckt oder in einer Aufzeichnungs- bzw. Registriereinheit aufgezeichnet werden. Die Einheit 7 speichert die
gewonnenen Niederschlagsverteilungsdaten in einer Speichereinheit 7a, z. B. einer Datenbasis.
Die Niederschlagsvorhersageeinheit 9 gibt eine Vorhersage über eine Niederschlagsmenge in einer vorbe
stimmten Zeit ab dem gegenwärtigen Zeitpunkt unter Heranziehung einer Vielzahl von Sätzen von geeichten
Niederschlagsverteilungsdaten, die durch Beobachtung bzw. Überwachung gewonnen wurden. Bei der darge
stellten Ausführungsform umfaßt die Niederschlagsvorhersage eine dynamische Vorhersage von einem augen
blicklichen 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 Kur
ve (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 Niederschlagsver
teilungsdaten" werden geeichte Niederschlagsverteilungsdaten betreffend einen augenblicklichen Nieder
schlagsvorgang, um mehrere Beobachtungsperioden vor einem augenblicklichen Zeitpunkt gewonnen, benutzt.
Die Einheit 9 speichert die so gewonnene zusammenhängende (connected) Niederschlagskurve in einer Spei
chereinheit 9a 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 Nieder
schlagskurve, einer Entleerung (discharge) einer Niederschlagsmenge, die über den tiefsten Punkt jedes unter
teilten Auffangbeckens fließt, sowie des Zusammenflusses und der Verzweigung eines Abwasserrohrleitungs
netzes durch. Die Einheit 10 liefert die zusammenhängende Niederschlagskurve zur Pumpenzahlbestimmungs
einheit 11.
Eine Unwetter-Kanalwasser- bzw. -Abwasserpumpe 24 pumpt das Unwetterabwasser aus einem Pumpen
schacht 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 Betriebsre
geln für die Unwetter-Kanalwasserpumpen. Die Einheit 11 berechnet eine Wassermenge (Pumpenfördermen
ge), 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 Darstel
lung einer Wasserstandsänderung im Pumpenschacht oder dergleichen. Die Einheit 11 ermittelt eine Pumpen
entleerungs- oder -fördermenge, die Zahl der zu betreibenden Pumpen sowie einen Pumpenschacht-Wasser
stand von einem augenblicklichen Berechnungszeitpunkt bis zu mehreren späteren Berechnungsperioden. Er
forderlichenfalls 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 (Augenblicksbe
rechnungszeit) 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 1b erzeugt ein Übertragungs- oder Sendesignal für jede Beobachtungs-
bzw. Überwachungsperiode, die durch sie selbst oder auf der Grundlage eines Befehls von der Datenverarbei
tungseinheit 2 bestimmt wird. Die Einheit 1b sendet das erzeugte Sendesignal zur Radarantenne 1a. Bei Eingang
des Sendesignals sendet die Antenne 1a eine Funkwelle in die Luft aus. Die Antenne 1a empfängt die Funkwelle,
die durch Rückstreuung von Regentropfen 3a in oder aus der Regenwolke 3 zurückgeworfen wird. Die Antenne
1a überträgt die Empfangsleistungsdaten (reception power data) zur Radarsende/empfangseinheit 1b, die ihrer
seits die Radarempfangsleistungsdaten über die Datenübertragungseinheiten 4a und 4b zur Dateneinheit 7
liefert.
Die an einer Vielzahl von Meßstellen angeordneten Bodenregenmesser 5 messen die tatsächlichen Nieder
schlagsmengen zur Ableitung von Niederschlagsdaten. Die Regenmesser 5 liefern die gewonnenen zahlreichen
Niederschlagsdaten über die Übertragungseinheiten 6a und 6b zur Dateneicheinheit 7.
Auf der Grundlage der Radarempfangsleistungsdaten vom Radar-Regenmesser 1 und der Niederschlagsda
ten 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 Datenverarbei
tungseinheit, und er ist mit dem Bezugssymbol E bezeichnet, während ein unterstrichener, mit dem Bezugssym
bol D bezeichneter Abschnitt für Daten steht.
Die Dateneinheit 7 speichert an einem Schönwettertag gewonnene Bodenkonfigurationsechodaten D1 in der
Speichereinheit 7a. Die Daten D1 können dadurch gewonnen werden, daß über die Radarantenne 1a eine
Funkwelle ausgesandt und die Intensität oder Stärke der durch Rückstreuung an einer umgebenden Konfigura
tion bzw. Formation des Bodens, von Gebäuden oder dergleichen an einem Schönwettertag zurückgeworfenen
Funkwelle ermittelt wird. Die Einheit 7 empfängt die Radarempfangsleistungsdaten D2 vom Radarregenmesser
1 und wandelt diese Daten D2 in Niederschlagsverteilungsdaten D3 um. Die Umwandlung der Daten D2 in
Daten D3 geschieht wie folgt: Die Bodenkonfigurationsdaten D1 werden von den Radarempfangsleistungsda
ten D2 subtrahiert. Hierbei wird der Einfluß eines Bodenkonfigurations- bzw. -formationsechos aus den Daten
D2 beseitigt. Da eine funktionelle Beziehung zwischen der Radarempfangsleistung Z und der Niederschlagsin
tensität R besteht, werden die Daten D2 in die Niederschlagsverteilungsdaten D3 unter Anwendung der sog.
Radargleichung Z = a.Rb (mit a und b = Konstanten) umgewandelt.
Die in Schritt E1 gewonnenen oder abgeleiteten Niederschlagsverteilungsdaten D3 sind zweidimensionale,
ein weites oder großes Gebiet betreffende Daten. Die Dateneicheinheit 7 eicht diese zweidimensionalen Daten
D3 unter Heranziehung der Bodenregenmesserdaten (Punktdaten) D4, welche die tatsächlichen Niederschlags
mengen 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 (D5). Die Daten D5 repräsentieren Nieder
schläge bzw. Niederschlagsmengen in einem Gitternetz oder auch Raster (mesh), das durch Unterteilung eines
Gebiets um die Radarantenne 1a herum festgelegt worden ist. Wenn insbesondere gemäß Fig. 4 angenommen
wird, daß sich die Radarantenne 1a 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 1a herum Kreise in Einheiten (Abständen) von mehreren Kilometern gezogen werden.
Die Einheit 7 sammelt Daten für jede Überwachungsperiode (Überwachungseinheitsbreite) ΔTm (vgl. Fig. 3).
Die Einheit 7 speichert die gewonnenen Niederschlagsgitterdaten D5 in der Speichereinheit 7a ab. Die Einheit
7a hält oder speichert die Daten D5 von einem Vergangenheitszeitpunkt bis zum augenblicklichen Zeitpunkt.
Ein augenblicklicher Niederschlagsverteilungszustand ist für eine Bedienungsperson unmittelbar anhand der
Niederschlagsgitterdaten D5 schwer zu verstehen. Aus diesem Grund quantisiert die Dateneicheinheit 7 die
Daten D5 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 D6).
Bei dieser Ausführungsform wird die Pumpenbetriebssteuerung für jede Berechnungsperiode ΔTe unabhän
gig von der Überwachungsperiode ΔTm aktualisiert. Die Niederschlagsvorhersageeinheit 9 liefert eine Vorher
sage über einen zukünftigen Niederschlag jedesmal dann, wenn die Berechnungsperiode ΔTe abläuft (zu
Zeitpunkten ΔTe, 2.ΔTe, 3.ΔTe, . . .). Die Einheit 9 empfängt die Daten D5 von der Eicheinheit 7 für jede
Überwachungsperiode ΔTe und speichert die Daten D5 in der Speichereinheit 9a 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 9a. Auf der Grundlage dieser Daten
sätze 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.ΔTe; eine statische Vorhersagezeit ist ein Zeitintervall von einer Zeit bzw. einem Zeitpunkt Ko + Kf.ΔTe
bis zu einem Zeitpunkt Ko + (Kf + Kg).ΔTe. Wenn gemäß Fig. 3 angenommen wird, daß die Berechnungspe
riode ΔTe 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 Niederschlags
vorhersagen an fünf (Kg) Punkten.
Eine Niederschlagsvorhersagemethode ist je nach einer Niederschlagsexpressionsmethode unterschiedlich.
Normale Niederschlagsgitterdaten enthalten Daten, die Niederschläge in mehreren zehntausend Gittern reprä
sentieren, d. h. ihre Datenmenge ist enorm. Es ist daher nahezu unmöglich, die Niederschlagsgitterdaten D5 für
die Niederschlagsvorhersage unmittelbar zu benutzen. Aus diesem Grund werden bei der beschriebenen Aus
führungsform die Daten D5 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 repräsen
tiert 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 (barycen
tric 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 Mittel
wert der Niederschläge für einen Gesamtbereich innerhalb eines vorbestimmten Bereichs um die Radarantenne
1a 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 1a, während das Symbol T einen Ort
(locus) des Massenmittelpunkts auf dem Gitter angibt. Der Ort des Massenmittelpunkts zeigt einen Wandermo
dus (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-Mo
dus oder umgekehrt befinden. Bei der beschriebenen Ausführungsform erfolgt die Modusbestimmung daher
jedesmal dann, wenn die Einheit 9 Niederschläge vorhersagt (beim jedesmaligen Aktualisieren der augenblickli
chen Berechnungszeit Ko gemäß Fig. 3; beim jedesmaligen Ablauf der Zeit oder Zeitspanne ΔTe). 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 Niederschlagsvorhersage
einheit 9 ist nachstehend anhand von Fig. 7 beschrieben. Die Niederschlagsvorhersage muß unter Berücksichti
gung 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 Niederschlagsvorhersa
ge 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 - ΔTm, . . ., Ko - Kd.ΔTm) 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 An
wendung einer solchen Vorhersagemethode ist die Zahl der für Niederschlagsvorhersage zu verarbeitenden
Gitterdatensätzen innerhalb einer Zeit ΔTm.Kd ab einem Anfangszeitpunkt eines Niederschlags unzurei
chend. 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
ΔTm.Kd (Anfangsperiode) ab dem Niederschlagsanfangszeitpunkt angewandt.
Die Niederschlagsvorhersageoperation ist nachstehend anhand der Fig. 7A und 7B beschrieben. Die Nieder
schlagsvorhersageeinheit 9 arbeitet das Programm gemäß den Fig. 7A und 7B jedesmal dann ab, wenn die
vorbestimmte Berechnungsperiode ΔTe verstrichen ist. In der folgenden Beschreibung bedeuten: Ko = augen
blickliche (current) Berechnungszeit; Ks = Zahl der Gitterdatensätze nach Niederschlagsbeginn; Kd = Zahl
der für Niederschlagsvorhersage zuverarbeitenden Gitterdatensätze; Km = Zahl der für Modusbestimmung zu
verarbeitenden Gitterdatensätze; Kf = Zahl der dynamischen Vorhersagezeiten; Kd = Zahl der statischen
Vorhersagezeiten; ΔTe = eine Berechnungsperiode (oder Vorhersageperiode) und ΔTm eine Beobachtungs-
bzw. Überwachungsperiode.
Die Einheit 9 empfängt eine statische Vorhersage für eine Gesamtniederschlagsmenge Rt und einen Nieder
schlagszeitpunkt Tt betreffend einen augenblicklichen Niederschlagsvorgang von einer externen Einheit (oder
über einen Eingabe durch eine Bedienungsperson) (Schritt S1). Die statische Vorhersage bedeutet eine Vorher
sage, 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 Niederschlagsvorhersa
ge 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 S3 über. Im Schritt S3 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 S4 über. Die Einheit 9 bildet eine in Fig. 8 dargestellte Niederschlagskurve in Form eines umgedreh
ten gleichschenkeligen Dreiecks auf der Grundlage der Gesamtniederschlagsmenge Rt und der Niederschlags
zeit Tt (Schritt S4). 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/ΔTe = 2m;
Maximum-Niederschlagsmenge = Rt/(m + 1)(2 Sektionen)
Für Tt/ΔTe = 2m - 1;
Maximum-Niederschlagsmenge = Rt/m(1 Sektion).
Für Tt/ΔTe = 2m;
Maximum-Niederschlagsmenge = Rt/(m + 1)(2 Sektionen)
Für Tt/ΔTe = 2m - 1;
Maximum-Niederschlagsmenge = Rt/m(1 Sektion).
Wenn die Einheit 9 im Schritt S3 bestimmt oder feststellt, daß die augenblickliche Berechnungszeit Ko nach
dem Niederschlagsanfangszeitpunkt liegt, geht das Programm auf den Schritt S5 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 - ΔTm, Ko - 2.ΔTm, . . ., Ko - Ks.ΔTm)
von Ks Sätzen erhalten wurden, wird im Schritt S5 eine durch die nachstehend angegebene Gleichung repräsen
tierte tatsächliche oder Ist-Niederschlagssumme S von der Gesamtniederschlagsmenge
Die Niederschlagszeit wird dadurch erhalten, daß Ks.ΔTm von Tt subtrahiert wird. Auf der Grundlage der
so erhaltenen Daten bildet die Einheit 9 eine einem gleichschenkeligen Dreieck entsprechende Niederschlags
kurve, 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.ΔTm vom Niederschlagsanfangszeitpunkt verstrichen ist und eine
vorbestimmte Zahl von Verarbeitungsdatensätzen Kd erhalten wurde, geht das Programm vom Schritt S2 auf
den Schritt S7 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 S7 wird eine Zeit oder ein Zeitpunkt t auf Ko gesetzt (augenblickliche Berechnungszeit). In
Schritten S5 und S9 wird eine Position Pt des gewichteten Niederschlags-Massenmittelpunkts oder Nieder
schlag-gewichteten Massenmittelpunkts zusammen mit einem Niederschlagsgebietmittelwert At einer Nieder
schlagsverteilung 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 beschrei
ben) 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 anschlie
ßend 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 S1, ob die Kd Sätze von früheren Werten Pt und At bereits erhalten wurden. Im
Schritt S10 wird ΔTm von der Zeit t subtrahiert (Schritt S11). Schritte S8 und S9 werden ausgeführt, um Pt und
Kd zu einem unmittelbar vorhergehenden Überwachungszeitpunkt Ko - ΔTm 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 S12 über.
Im Schritt S12 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 S13 wird die Zeit t auf die augenblickliche Berechnungszeit Ko rückgesetzt. Anschließend wird im
Schritt S14 der genannte Bewegungsgeschwindigkeitsvektor erzeugt. Dieser wird wie folgt erhalten oder
gewonnen: Ein Winkel αt eines Liniensegments Pt - ΔTm.Pt (die Position oder Lage des Massenmittelpunkts
zum augenblicklichen Berechnungszeitpunkt) in bezug auf ein Liniensegment Pt - 2.ΔTm (Position des Mas
senmittelpunkts zu einer zweiten vorherigen Überwachungszeit in bezug auf den Zeitpunkt), Pt - ΔTm (Posi
tion des Massenmittelpunkts zu einem Überwachungszeitpunkts unmittelbar vor dem Zeitpunkt t)wird berech
net. Die Einheit 9 führt eine Modusbestimmung auf der Grundlage eines Winkels αt und eines Modusverzwei
gungswinkels αm durch (Schritt S15). Im Fall von αt < αm bestimmt die Einheit 9 den W-Modus (Wandermo
dus), und das Programm geht auf einen noch zu beschreibenden Schritt S30 über. Im Fall von αt ≦ αm geht die
Operation auf den Schritt S16 über. Im Schritt S16 prüft die Einheit 9, ob der Zeitpunkt t um die Zeit Km.ΔTm
früher liegt als der augenblickliche Berechnungszeitpunkt To, d. h. ob die Bestimmung nach Schritt S15 für alle
früheren Km Überwachungszeiten vorgenommen (worden) ist. Bei einem negativen Ergebnis (NEIN) in Schritt
S16 wird ΔTm von der Zeit t subtrahiert (Schritt S17), worauf die Operation zum Schritt S14 zurückkehrt.
Anschließend wird die oben beschriebene Verarbeitung ausgeführt. Falls αt < αm auch nur einmal in den Km
unmittelbar vorhergehenden Überwachungszeiten vorliegt, erfolgt eine Bestimmung auf den W-Modus, und die
Operation geht auf den Schritt S30 über. Falls αt < αm in den unmittelbar vorhergehenden Überwachungszei
ten nicht vorliegt, bewegt oder verschiebt sich der Massenmittelpunkt praktisch geradlinig, weshalb der F-Mo
dus bestimmt wird. Die Operation geht dann auf den Schritt S18 über.
Im Schritt S18 berechnet die Einheit 9 einen Bewegungsgeschwindigkeitsvektor Pt - 3.ΔTm.Pt/(3.ΔTm),
der als in einer dynamischen Vorhersagezeit konstant vorausgesetzt wird. Der Bewegungsgeschwindigkeitsvek
tor repräsentiert eine Bewegungsrichtung und eine Bewegungsgröße pro Zeiteinheit des Massenmittelpunkts
Pt. Im Schritt S19 wird die Zeit t auf eine anfängliche Vorhersagezeit T = Ko + ΔTe 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 S20 wird daher der Bewegungsgeschwindigkeitsvektor mit ΔTe multipliziert, um eine
Bewegungsstrecke des Massenmittelpunkts zu nächsten Vorhersagezeit (Berechnungszeit) zu ermitteln. Die.
Niederschlagsverteilung MKo wird parallel um die in Schritt S20 ermittelte Bewegungsstrecke als eine Nieder
schlagsverteilung zum Vorhersagezeitpunkt Ko + ΔTe bewegt oder verschoben. Fig. 10 veranschaulicht die
verschobene Niederschlagsverteilung. Eine Niederschlagsmenge in jedem Gitter des interessierenden Auffang
beckens (drainage basin of interest) wird auf der Grundlage der verschobenen Niederschlagsverteilung berech
net (Schritt S21). Die in Schritt S21 ermittelte Niederschlagsmenge wird mit der Änderungsrate oder -größe c
multipliziert, um einen Niederschlagsvorhersagewert Rt zu berechnen (Schritt S22). Im Schritt S22 prüft die
Einheit 9, ob die obige Operation für alle Kf Vorhersagezeiten oder -zeitpunkte ausgeführt ist. Bei einem
negativen Ergebnis im Schritt S22 (d. h. im Fall von t < Ko + Kf.ΔTm) wird ΔTe zur Zeit T(t) hinzuaddiert.
Die obige Operation wird wiederholt. Wenn die Einheit 9 im Schritt S23 bestimmt oder feststellt, daß die obige
Operation für alle Kf Vorhersagezeiten ausgeführt ist, geht die Operation (bzw. das Programm) auf den Schritt
S25 über.
Wenn die Summe aus der Ist-Niederschlagszeit Ks.ΔTm und der dynamischen Vorhersagezeit Kf.ΔTe
kleiner ist als die Niederschlagszeit Tt, oder wenn die Ist-Niederschlagssumme GW und die dynamische Vorher
sageniederschlagssumme JW kleiner sind als die gesamte Niederschlagsmenge Rt, werden im Schritt S25 eine
Restzeit Tr und eine Restniederschlagsmenge Rr nach folgender Gleichung berechnet:
Im Schritt S26 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 S27 über, in welchem geprüft wird, ob Tr < 0 gilt. Im
Fall von Tr ≧ 0 geht die Operation auf den Schritt S28 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/ΔTe) ermittelt. Dabei bedeu
tet INT (x) einen integralen Teil von x. Wenn Rr positiv und Tr negativ sind, wird im Schritt S29 Tr = 5.ΔTe
gesetzt, um eine dreieckige Niederschlagskurve aufzustellen, in welcher eine Niederschlagsmenge allmählich
abnimmt. Auf diese Weise ist oder wird die Operation der Ermittlung der Niederschlagsvorhersagekurve D7 im
F-Modus abgeschlossen. Das Programm kehrt sodann zum Schritt E5 nach Fig. 2A zurück.
Wenn im Schritt S15 der Winkel αt (t = Ko, Ko - ΔTm, . . ., Ko - Km.ΔTm) größer ist als der Winkel αm,
wird der W-Modus bestimmt. Die Operation geht auf den Schritt S30 über. Im Schritt S30 werden ein
Mittelwert Pa und eine Streuung σp der Positionen (Koordinaten) des Massenmittelpunkts Pt (t = Ko,
Ko - ΔTm, . . ., Ko - Kd.ΔTm) zu den augenblicklichen und früheren Kd Vorhersagepunkten berechnet. Die
berechneten Mittelwerte Pa und Streuungen (dispersions) σp werden als Konstanten eine Normalverteilung in
einem Prozeß zur Lieferung einer Niederschlagsvorhersage benutzt. Im Schritt S31 wird die Zeit t auf
Ko + ΔTe gesetzt. Im Schritt S32 wird die Position des Massenmittelpunkts zum Vorhersagezeitpunkt
t = Ko + ΔTe ermittelt. Unter der Voraussetzung oder Annahme, daß Änderungen der Massenmittelpunktpo
sition normal verteilt sind, wird in diesem Fall die Position oder Lage des Massenmittelpunkts Rt auf der
Grundlage einer Normalverteilung N (Pa, σp) nach einer Monte-Carlo-Methode berechnet (Schritt S33).
Anhand der ermittelten Massenmittelpunktposition wird ein Bewegungsgeschwindigkeitsvektor von Pt zu
Pt + ΔTe berechnet. Die Niederschlagsverteilung MKo wird auf der Grundlage des berechneten Bewegungs
geschwindigkeitsvektors verschoben oder bewegt (Schritt S33). Ähnlich wie im Schritt S22, wird die Nieder
schlagsmenge mit der Änderungsgröße c multipliziert, um den Niederschlagsvorhersagewert Rt zu berechnen
(Schritt S34). Im Schritt S35 prüft die Einheit 9, ob die Vorhersage für alle Kf dynamischen Vorhersagepunkte
vollständig ausgeführt ist. Wenn noch ein Vorhersagepunkt verbleibt, wird im Schritt S36 ΔTe zur Zeit t
hinzuaddiert. Danach wird die Operation gemäß den Schritten S32 bis S35 wiederholt. Wenn die Verarbeitung
für alle Vorhersagezeiten oder -zeitpunkte t = Ko + ΔTe.K (K = 1, 2, . . ., Kf) vollständig durchgeführt
worden ist, geht das Programm auf den Schritt S25 über. Anschließend erfolgt eine Operation ähnlich wie im
F-Modus. Auf diese Weise werden dynamische und statische Vorhersagen für Niederschläge oder Nieder
schlagsmengen 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.
Wenn die Niederschlagsvorhersagekurve D7 für das interessierende Auffangbecken gemäß Fig. 3 erhalten
(obtained) worden ist, werden die tatsächliche oder IST-Niederschlagskurve und die Kurve D7 wie folgt
miteinander verbunden: Zur Durchführung dieser Verbindungsverarbeitung muß die IST-Niederschlagskurve
(repräsentiert durch einen Satz von Rechtecken jeweils einer Breite von ΔTm) zu einem Satz von Rechtecken
jeweils einer Breite der Berechnungsperiode ΔTe umgeschrieben werden. Nachstehend ist ein Abschnitt be
schrieben, welcher t = ts + u.ΔTm + te genügt. In dieser Gleichung gilt: ts = erste Zeit oder erster Zeit
punkt, te = letzte Zeit oder letzter Zeitpunkt, 0 = ts, te ≦ ΔTm und u = eine positive Zahl, einschließlich Null.
Unter der Voraussetzung, daß Niederschläge oder Niederschlagsmengen bei ts, u.ΔT 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 D8 werden zur Ablaufauswerteeinheit (runoff analy
sing unit) 10 geliefert.
Die Ablaufauswerteeinheit 10 empfängt die verbundenen Niederschlagskurvendaten D8 von der Nieder
schlagsvorhersageeinheit 9. Die Einheit 10 speichert Daten D9 bezüglich eines Abwasserleitungsnetzes. Die
Einheit 10 führt eine Ablaufanalyse entsprechend Abflußbasischarakteristika des betreffenden oder interessie
renden Stadtgebiets unter Heranziehung der verbundenen Niederschlagskurvendaten D8 und der Abwasserlei
tungsnetzdaten D9 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 ver
bundenen 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 Nieder
schläge (zunächst) im Erdreich versickern, darin zurückgehalten werden und sodann abfließen. In einem moder
nen Stadtgebiet das dicht mit Häusern besetzt ist und in welchem die Straßen befestigt sind, kann der Nieder
schlag 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 bezeich
net, 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 mikro
skopische 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 Ausfüh
rungsform 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 Abfluß
beckens 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 Anwen
dung 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(men
gen)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 Entlee
rungsmenge am Knotenpunkt J3 müssen aus diesem Grund die Wassertransportzeiten zwischen den Knoten
punkten 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 Entleerungsmen
ge 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 Partial
differentialgleichung ermittelt werden. Diese Gleichung umfaßt eine Gleichung bezüglich einer gleichmäßigen.
Strömung ohne Berücksichtigung von Zeit (zeitlichen) und gebietsweisen Schwankungen, eine Gleichung bezüg
lich einer ungleichförmigen Strömung ohne Berücksichtigung einer zeitlichen Schwankung sowie eine Glei
chung bezüglich einer unregelmäßigen Strömung unter Berücksichtigung beider Faktoren. Da nur eine Entlee
rung 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 Partial
differentialgleichung 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 bei
spielsweise 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 Entlee
rungskurven R1 bis R3, die anhand des städtischen Ablaufauswerteergebnisses gewonnen wurden, längs gerich
teter, durch Pfeile bezeichneter Zweige zum Abwasserleitungsnetz mit den Knotenpunkten J1 bis J3, den
Pumpstationen P1 und P2 und dergleichen. Unter der Annähme, 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/Ausgangs
knotenpunkt 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 Knotenpunkt
verbindungsbeziehung 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 Ausgangskno
tenpunkte 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 Abwasserleitungs
netz 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 Knoten
punkt 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 Berech
nung 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 gerichte
ten Zweige behandelt oder gehandhabt werden.
Die Ablaufauswerteeinheit 10 prüft, ob die Abwasserrohrleitung einen Damm oder ein Wehr aufweist (Schritt
E7). Ist dies nicht der Fall, so geht die Operation auf den Schritt E9 über. Im positiven Fall geht die Operation
auf den Schritt E8 über.
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 Ablaufauswerteein
heit 10 im voraus Daten D11 bezüglich der Form einer Abwasserrohrleitung abgespeichert. Der genannte
Überlaufdamm ist häufig an einem Zusammenflußpunkt von Abwasserrohrleitungen angeordnet. Dieser Über
laufdamm liefert einen Abwasserstrom in einer Menge für einen Schönwettertag zu einer Abwasserbeseiti
gungs- oder Kläranlage. Wenn sich die Strömungsmenge aufgrund von Niederschlag vergrößert, läßt der
Überlaufdamm bei Übersteigen eines bestimmten Wasserstands Wasser zu einer Ausbreitungsstrecke überlau
fen, 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 Entleerungsmen
ge 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 kreisrun
den 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 Quer
schnitts 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 kreisrun
den Querschnitt oder Abschnitt gemäß Fig. 15 sind die Höhe eines Damms voller Breite mit hw, eine Dammbrei
te Ww und eine Dammquerschnittsfläche mit Aw bezeichnet. Unter diesen Bedingungen kann ein in gestrichel
ter 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 Wwr2/3
Unter der Voraussetzung, daß der Rohrleitungsdurchmesser D ist, gelten:
Ww = Dsin(Φw/2)
hw = d/2{1 - cos(Φw/2)}
Aw = (D/2)2.{(Φ/2) - (sinΦw/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.{(Φc/2) - (sinΦc/2)}
Da der obige Zusatz c durch wiederholte Ausführung von Berechnungen unter Anwendung einer Newton
schen Methode ermittelt werden kann, läßt sich eine kritische Tiefe hc nach folgender Gleichung ableiten oder
berechnen:
hc = (D/2).{1 - cos(Φc/2)} - hw
Eine Entleerungsmenge Q einer durch eine Abwasserrohrleitung strömenden Flüssigkeit kann auf der Grund
lage der kritischen Tiefe hc berechnet werden.
Die durch die Ablaufanalyse ermittelte Entleerung oder Entleerungsmenge Q wird in die Dammüberlaufent
leerungsmenge 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 Über
einstimmung mit den folgenden sechs Schritten: 1. Längs- und Querschnittsformen eines Kanals werden gezeich
net. 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.
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 klassi
fiziert bzw. eingeteilt werden. Die Wasseroberflächenform kann auf die in Tabelle II angegebene Weise klassifi
ziert 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 Kläranlagenentlee
rungsmenge Qt.
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 D13 erhalten, die eine Änderung in der Entleerungsmenge von in den Pumpenschacht strömenden
Unwetterabwasser angibt.
Die durch die Ablaufauswerteeinheit 10, wie beschrieben, erlangten Unwetterabwasserpumpenschacht-Ein
laufentleerungskurvendaten werden zur Pumpenzahlbestimmungseinheit 11 geliefert. Letztere berechnet eine
Pumpenfördermengenkurve und eine Pumpenschacht-Wasserstandkurve D15 in Übereinstimmung mit einem
Unwetterabwasser-Pumpenbetriebsalgorithmus unter Heranziehung der Unwetterabwasserpumpenschacht-
Einlaufentleerungskurve D13 und der Daten D14 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 Unwetterabwasser
pumpen 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 ΔTe (min) differiert entsprechend einer Kapazität Qu (m3/s) der einzelnen Unwet
terabwasserpumpe 24. Die Berechnungsperiode ΔTe (min) wird für eine große Kapazität bzw. Leistungsfähig
keit der einzelnen Pumpe kürzer und für eine kleine Kapazität länger eingestellt. Die Berechnungsperiode muß
daher unter Berücksichtigung eines Pumpenkapazitätsverhältnisses Vp bestimmt werden. Das Pumpenkapazi
tätsverhältnis Vp ist repräsentiert durch einen Index, der ein Reduktions- oder Abnahmeverhältnis eines Was
serstands in einem Pumpenschacht zwischen oberen und unteren Grenzen angibt, das ermittelt wird, wenn eine
einzige Unwetterabwasserpumpe ohne Wasserzulauf während der Periode ΔTe betrieben wird. Wenn Beispiels
weise 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.ΔTe/{(Hx - Hn)A}
Wenn daher die Pumpenkapazität Qu = 2 (m3/s) und das Volumen des Pumpenschachts 21 10,360 (m3) betra
gen, gilt Vp = ΔTe/30. Unter Zugrundelegung von Vp = 0,2 entspricht die Berechnungsperiode ΔTe = 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 Wasser
stand 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 hän
gen 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 Ände
rungen bzw. Schwankungen und werden daher bevorzugt als stochastischer (oder willkürlicher) Prozeß betrach
tet. 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 Einlauf
entleerungsmenge sich nicht immer in der nächsten Berechnungsperiode vergrößert. Aus diesem Grund muß der
tatsächliche Pumpenbetrieb so durchgeführt werden, daß dann, wenn die Einlaufentleerungsmenge unter Erhö
hung 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 Pumpenbetriebszahländerungsbe
rechnung 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 - ΔTe und die Zahl der zu betreibenden
Pumpen zu einem Berechnungszeitpunkt Ko - ΔTe gleich IKo - ΔTe sind, wird die Zahl der zu betreibenden
Pumpen zum nächsten Berechnungszeitpunkt und zu folgenden Zeitpunkten in Übereinstimmung mit den
folgenden vier Schritten bestimmt:
Eine Entleerungsmenge QKo von in den Pumpenschacht 21 einströmendem Unwetterabwasser wird anhand
von Ablaufanalyse berechnet.
Es wird eine Wasserstandskorrekturgröße Qh = (HKo - ΔTe - Hm).A berechnet. Im Fall von
Hl = ≦ HKo - ΔTe ≦ Hu wird Qh = 0 gesetzt).
Die Zahl IKo der zu betreibenden Pumpen wird anhand der Einlaufentleerungspumpe QKo und der Wasser
standskorrekturgröße Qk nach folgender Gleichung berechnet:
IKo = INT(0,5 + (QKo + Qh)/Qu)
darin bedeutet INT[x] = integraler Teil von x.
Es wird eine Betätigungszahldifferenz Id = IKo - ΔTe - IKo berechnet.
Hierbei gelten:
(a) für Id ≦ 1 und HKo - ΔTe < Hm, | Id = 1 |
(b) für Id ≧ 1 und HKo - ΔTe ≦ Hm, | Id = 0 |
(c) für Id ≧ -1 und HKo - ΔTe ≧ Hm, | Id = 0 |
(d) für Id ≧ -1 und HKo - ΔTe < Hm, | Id = -1 |
Fig. 17 veranschaulicht ein Petri-Netz zur Änderung der Zahl der zu betreibenden Pumpen in Übereinstim
mung mit den oben beschriebenen Schritten für den Fall, daß drei Pumpen vorgesehen sind. In Fig. 17 repräsen
tiert ein mit Pi (i = 1, 2, . . ., 28) bezeichneter Block eine Funktion des Orts oder der Stelle (location). Genauer
gesagt: das Symbol P1 gibt an, daß der Wasserstand sich zu einem vorhergehenden Zeitpunkt in einem ersten
unteren Bereich befindet (Ko - ΔTe); P2 gibt an, daß sich der Wasserstand zum vorhergehenden Zeitpunkt in
einem zweiten unteren Bereich befindet; P3 gibt an, daß der Wasserstand zum vorhergehenden Zeitpunkt in
einem zweiten oberen Bereich steht; P4 gibt an, daß sich der Wasserstand zum vorhergehenden Zeitpunkt in
einem ersten oberen Bereich befindet; P5 gibt an, daß sich der Wasserstand zum vorhergehenden Zeitpunkt in
einem oberen Bereich befindet; P7 zeigt, daß eine Wasserstandskorrekturgröße zum vorhergehenden Zeit
punkt nicht berücksichtigt wird; P8 gibt an, daß die Wasserstandskorrekturgröße zum vorhergehenden Zeit
punkt nicht berücksichtigt ist; P9 zeigt, daß drei Pumpen zum vorhergehenden Zeitpunkt betrieben werden
(worden sind); P10 steht für den Betrieb von zwei Pumpen zum vorhergehenden Zeitpunkt; P11 steht für den
Betrieb einer Pumpe zum vorhergehenden Zeitpunkt und P12 gibt an, daß keine Pumpe zum vorhergehenden
Zeitpunkt betrieben worden ist. Weiterhin gilt für die anderen Symbole: P13 = Einlaufentleerungs-Vorhersa
gegröße oder -Wert, durch Abflußanalyse zu einem augenblicklichen Zeitpunkt ermittelt; P14 = Berechnung
der Zahl der zum augenblicklichen Zeitpunkt zu betreibenden Pumpen; P15 = Betrieb von drei Pumpen zum
augenblicklichen Zeitpunkt; P16 = Betrieb von zwei Pumpen zum augenblicklichen Zeitpunkt; P17 = Betrieb
einer Pumpe zum augenblicklichen Zeitpunkt; P18 = kein Pumpenbetrieb zum augenblicklichen Zeitpunkt;
P19 = Zahl der zu betreibenden Pumpen wird zum augenblicklichen Zeitpunkt gegenüber der Zahl zum
vorhergehenden Zeitpunkt um drei verkleinert; P20 = Zahl der zu betreibenden Pumpen wird zum augenblick
lichen Zeitpunkt gegenüber der Zahl zum vorhergehenden Zeitpunkt um zwei verkleinert; P21 = Zahl der zu
betreibenden Pumpen wird zum augenblicklichen Zeitpunkt gegenüber der Zahl zum vorhergehenden Zeit
punkt um eins verkleinert; P22 = Zahl der zu betreibenden Pumpen wird zum augenblicklichen Zeitpunkt
gegenüber dem vorhergehenden Zeitpunkt nicht vergrößert/verkleinert; P23 = Zahl der zu betreibenden
Pumpen wird gegenüber dem vorhergehenden Zeitpunkt um eins vergrößert; P24 = Zahl der zu betreibenden
Pumpen wird zum augenblicklichen Zeitpunkt gegenüber der Zahl zum vorhergehenden Zeitpunkt um zwei
vergrößert; P25 = Zahl der zu betreibenden Pumpen wird zum augenblicklichen Zeitpunkt gegenüber der Zahl
zum vorhergehenden Zeitpunkt um drei vergrößert; P26 = Zahl der zum augenblicklichen Zeitpunkt zu betrei
benden Pumpen wird als um eins zu verkleinern bestimmt; P27 = es wird bestimmt, daß die Zahl der zum
augenblicklichen Zeitpunkt zu betreibenden Pumpen nicht vergrößert/verkleinert werden soll, und P28 = es
wird bestimmt, daß die Zahl der zum augenblicklichen Zeitpunkt zu betreibenden Pumpen um eins vergrößert
werden soll.
In Fig. 17 gibt der Block P27 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 (P19), zwei (P20) und eins (P21) verkleinert oder um eins (P23), zwei (P24) und drei (P25)
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 (P19) und zwei (P20) verkleinert oder um zwei (P24) und drei (P25) vergrößert werden soll,
wird in manchen Fällen letztlich bestimmt, daß die Zahl der zu betreibenden Pumpen um eins (P26) verkleinert
oder um eins (P28) vergrößert werden soll. Diese Funktionen tragen sämtlich zur Verkleinerung der Änderungs
frequenz oder -häufigkeit der Zahl der zu betreibenden Pumpen bei.
Tabelle III zeigt einen für fünf tatsächliche Fälle geltenden Vergleich der Änderungsfrequenzen oder -häufig
keiten der Zahl der zu betreibenden Pumpen zwischen einer herkömmlichen Vorrichtung und der vorstehend
beschriebenen Erfindung. Wie aus Tabelle III hervorgeht, sind die bei dem erfindungsge
mäßen Entwässerungssystem 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.
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 Pumpen
zahlbestimmungseinheit 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-Niederschlags
daten 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 Nieder
schlagsdaten 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 Nieder
schlag-gewichteten Massenmittelpunkts in einer bestimmten Richtung vorwärts verschiebt, und der Berech
nungsmodus 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 Vorhersagezeit
punkt können vergleichsweise genau vorhergesagt oder vorausbestimmt werden. Bei der beschriebenen Aus
führungsform wird unter Berücksichtigung einer zunehmenden Verstädterung eine Ablaufentleerungsmenge
eines Stadtgebiets auf der Grundlage der vertikalen Beziehung zwischen Knotenpunkten und der Berücksichti
gung 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. Außer
dem wird die Änderungshäufigkeit für die Zahl der zu betreibenden Pumpen, die anhand des Berechnungsergeb
nisses 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 Unwetterabwas
ser.
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-Regen
messer 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 meteorologi
schen Satelliten benutzt werden.
Im Ablaufdiagramm gemäß Fig. 7 werden beispielsweise in der ersten Stufe die Kd früheren Niederschlags
gitterdaten jedesmal dann berechnet, wenn die augenblickliche Berechnungszeit aktualisiert wird. Die früher
berechneten Niederschlagsgitterdaten können jedoch auch in der Speichereinheit 7a abgespeichert werden, so
daß die gespeicherten Daten unmittelbar als Niederschlagsgitterdaten zu einem vergangenen oder früheren
Berechnungszeitpunkt benutzt werden, während nur Niederschlagsgitterdaten zu einem augenblicklichen Be
rechnungszeitpunkt 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.ΔTm 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 αt
(t = Ko - (Km + 1).ΔTm, . . ., Ko) stets in der einen Richtung weist, kann ein Mittelwert der Winkel als
Biegewinkel zum Zeitpunkt Ko = Δtr.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 - ΔTm 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 Hauptabwasser
leitung 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 Be
rücksichtigung von sowohl zeitlichen als auch gebietsweisen Änderungen oder Abweichungen (mittels) einer
nichtlinearen Partialdifferentialsimultangleichung durch. Eine Lösung wird durch Rechnung endlicher Differen
zen 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 Zwi
schenlauf-Reibungsverlustkurve durchgeführt werden, kann eine Einschwing- oder Übergangsströmungser
scheinung 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 Bodenflä
che 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 gewonne
ne 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 wer
den. 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 Zu
standsänderungen 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 Unwet
terabwasser vorgenommen werden. Auf diese Weise können erfindungsgemäß Häuser bzw. Gebäude in best
möglicher Weise vor einer Überschwemmung durch Unwetterabwasser geschützt werden, wobei dieses Abwas
ser mit einer minimalen Änderungshäufigkeit der Zahl der zu betreibenden Pumpen in Flüsse abgeführt werden
kann.
Claims (4)
1. Verfahren zur Steuerung eines Entwässerungssystems mit einem Pumpwerk für die
Entlastung eines Einzugsgebietes von Regenwasser in Vorfluter mit folgenden Merkmalen:
- - das Pumpwerk ist mit mehreren aus einer Vorlage beaufschlagbaren Abwasserpumpen, mit einem in der Vorlage angeordneten Wasserstandsmesser sowie mit einer Steuerungseinrichtung für eine Schaltung zum Ein- und Ausschalten der Abwasserpumpen ausgerüstet;
- - im Einzugsgebiet des Pumpwerkes sind Regenmesser aufgestellt, die ihre Meßergebnisse an die Steuerungseinrichtung des Pumpwerkes mitteilen, nämlich ein Radar-Regenmesser (1) zur Überwachung eines Regenwassermengen- Verteilungszustands für einzelne Überwachungsperioden und mehreren auf dem Erdboden im Einzugsgebiet angeordnete Bodenregenmesser (5) zum automatischen Messen von Regenwasser;
- - die Steuerungseinrichtung enthält
eine Regenwasseranfall-Prognoseeinrichtung mit einer Recheneinheit zum Berechnen einer Regenwasseranfall-Prognose im Einzugsgebiet und zur Bestimmung einer der Vorlage zuströmenden Zuflußmenge an Regenwasser auf der Grundlage der ihr von den Regenmessern mitgeteilten Meßergebnisse,
Erfassungsmittel für den vom Wasserstandsmesser gemeldeten Wasserstand, die Anzahl der momentan in Betrieb befindlichen Abwasserpumpen
und Auswertemittel zur Erzeugung von Schaltbefehlen in Abhängigkeit von den in der Prognoseinrichtung und in den Erfassungsmitteln vorliegenden Daten mit dem Ziel die Gesamtfördermenge und die Anzahl der dafür ein- bzw. auszuschaltenden Abwasserpumpen zu bestimmen;
- - Kalibrieren von vom Radar-Regenmesser (1) gelieferten Regenwasser-Verteilungsdaten mit durch die Bodenregenmesser (5) gemessenen Regenwassermengen der jeweiligen Überwachungsperiode,
- - Empfangen mehrerer zeitlich aufeinanderfolgender Sätze der kalibrierten Regenwasser- Verteilungsdaten von der Kalibriereinheit (7) zwecks Berechnung eines bezüglich der Niederschlagsmenge gewichteten Schwerpunkts jedes Satzes, um einen geometrischen Ort dieses Schwerpunkts zu erhalten,
- - Auswerten von Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit des Schwerpunkts, wenn dessen anhand seines geometrischen Orts der zeitlich aufeinanderfolgenden Datensätze bestimmte Bewegungsrichtung innerhalb eines vorbestimmten Winkels liegt, und zur Berechnung eines Mittelwerts und einer Varianz früherer Schwerpunkte von Datensätzen zur Ermittlung von Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit des Schwerpunkts, wenn dessen Bewegungsrichtung außerhalb des vorbestimmten Winkels liegt,
- - Erstellen der Regenwasseranfall-Prognose mit den im vorhergenannten Schritt berechneten Daten und Erzeugen der Schaltbefehle.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- - Berechnen von Regenwassermengen-Mittelwerten (At) des Einzugsgebietes aus zeitlich aufeinanderfolgenden Sätzen kalibrierter Regenwasser-Verteilungsdaten;
- - Berechnen einer Änderungsgröße (c) der so berechneten Regenwassermengen- Mittelwerte (At);
- - Berechnen eines Regenwassermengen-Prognosewerts für einen Bereich des Einzugsgebiets basierend auf dem abgeleiteten Positionsänderungsvektor des Schwerpunkts und der Änderungsgröße (c) unter der Annahme, daß eine letzte - Regenwassermengen-Verteilung zu einem augenblicklichen Berechnungszeitpunkt sich in mehreren zukünftigen Berechnungsperioden nicht ändert und sich in der durch den Positionsänderungsvektor definierten Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit bewegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- - Empfangen einer extern generierten statischen Niederschlagsvorhersage für das Einzugsgebiet, die angibt, daß eine bestimmte Regenwassermenge innerhalb einer bestimmten Zeit fallen wird, und
- - Erstellen der Regenwasseranfall-Prognose für einen vorbestimmten Zeitbereich für einen bestimmten Niederschlagsvorgang auf der Grundlage einer Anzahl Sätze früherer periodisch gewonnener Regenwasser-Verteilungen und der statischen Niederschlagsvorhersage erfolgt.
4. Entwässerungssystem mit einem Pumpwerk für die Entlastung eines Einzugsgebietes
von Regenwasser in Vorfluter mit folgenden Merkmalen:
- - das Pumpwerk ist mit mehreren aus einer Vorlage beaufschlagbare Abwasserpumpen, mit einem in der Vorlage angeordneten Wasserstandsmesser sowie mit einer Steuerungseinrichtung für eine Schaltung zum Ein- und Ausschalten der Abwasserpumpen ausgerüstet;
- - im Einzugsgebiet des Pumpwerkes sind Regenmesser aufgestellt, die ihre Meßergebnisse an die Steuerungseinrichtung des Pumpwerkes mitteilen, nämlich ein Radar-Regenmesser (1) zur Überwachung eines Regenwassermengen- Verteilungszustands für einzelne Überwachungsperioden und mehreren auf dem Erdboden im Einzugsgebiet angeordnete Bodenregenmesser (5) zum automatischen Messen von Regenwasser;
- - die Steuerungseinrichtung enthält
eine Regenwasseranfall-Prognoseeinrichtung mit einer Recheneinheit zum Berechnen einer Regenwasseranfall-Prognose im Einzugsgebiet und zur Bestimmung einer der Vorlage zuströmenden Zuflußmenge an Regenwasser auf der Grundlage der ihr von den Regenmessern mitgeteilten Meßergebnisse,
Erfassungsmittel für den vom Wasserstandsmesser gemeldeten Wasserstand, die Anzahl der momentan in Betrieb befindlichen Abwasserpumpen
und Auswertemittel zur Erzeugung von Schaltbefehlen in Abhängigkeit von den in der Prognoseinrichtung und in den Erfassungsmitteln vorliegenden Daten mit dem Ziel die Gesamtfördermenge und die Anzahl der dafür ein- bzw. auszuschaltenden Abwasserpumpen zu bestimmen;
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