DE4403154C2

DE4403154C2 - Water drainage system arranged at great depth

Info

Publication number: DE4403154C2
Application number: DE4403154A
Authority: DE
Inventors: Kunio Takada; Kenji Otani; Masayuki Yamada; Saburo Maru; Sumio Sudo; Sadashi Tanaka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-02-05
Filing date: 1994-02-02
Publication date: 2000-12-14
Anticipated expiration: 2014-02-03
Also published as: DE4403154A1; JPH06229000A; JP2789290B2

Description

Die Erfindung betrifft eine in großer Bodentiefe angeord nete Wasserabführanlage nach dem Oberbegriff des Patent anspruchs.The invention relates to a angeord in great depth nete water drainage system according to the generic term of the patent demanding

Eine solche Anlage ist das in der DE-Zeitschrift "gwf", 103. Jahrg. Heft 34, 24. August 1962 auf den Seiten 907 bis 911 beschriebene Hauptpumpwerk Brooklyn. Bei dieser Anlage strömt Abwasser aus Überflu tungsschutzkanälen, die in der Bodenfläche oder in ihrer Nähe angeordnet sind, durch vertikale Schächte und wird dann über einen unterirdischen Wasserkanal zu einer Pump station geführt, die sich in großer Tiefe unter der Bodenfläche befindet. Die Pumpen befinden sich insgesamt auf Höhe des stromabwärtigen Endes des unterirdischen Kanals.One such system is that in DE magazine "gwf", 103rd year, issue 34, August 24, 1962 Main pumping station described on pages 907 to 911 Brooklyn. In this plant, wastewater flows from excess protection channels that are in the floor area or in their Are arranged close by vertical shafts and will then via an underground water channel to a pump station, which is located in great depth under the Floor area. The pumps are in total at the downstream end of the underground Channel.

Diese Anlage ist so ausgelegt, daß der unterirdische Kanal möglichst nur teilweise mit Wasser gefüllt ist, um einen Rückstau in dem unterirdischen Kanal zu vermeiden. Hierzu sind Pumpen mit einer großen Druckhöhe erforder lich, damit auch bei großen Wassermengen die teilweise Füllung gewährleistet werden kann. Wenn die Abwassermenge bei dieser Anlage jedoch die Förderkapazität der Pumpen überschreitet, läuft der unterirdische Kanal sofort voll, und das Abwasser steigt in den vertikalen Schächten, bis die vertikalen Schächte überlaufen und das Abwasser die Bodenfläche überschwemmt.This system is designed so that the underground channel only partially with water if possible is filled to a backlog in the underground Channel to avoid. This requires pumps with a large pressure head Lich, so even with large amounts of water Filling can be guaranteed. If the amount of wastewater in this plant, however, the capacity of the If pumps exceed, the underground channel runs immediately full, and the wastewater rises vertically Shafts until the vertical shafts overflow and that Waste water flooded the floor area.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit konstruktiv einfachen Mitteln eine Wasserabführanlage zu schaffen, die bei Verwendung von Pumpen mit einer relativ geringen Druckhöhe ein Überlaufen der vertikalen Schächte bei plötzlich auftretenden großen Wassermengen verhindert.The invention has for its object with constructive simple means to create a water drainage system, that when using pumps with a relatively low Pressure height an overflow of the vertical shafts suddenly occurring large amounts of water prevented.

Diese Aufgabe wird durch eine Wasserabführanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs gelöst.This task is carried out with a water drainage system Features of the claim solved.

Dadurch, daß die Pumpe bei der erfindungsgemäßen Wasserabführanlage höher als das obere Ende des unterirdischen Kanals ist, wird ein konstanter Betrieb mit vollständig gefülltem Kanal gewährleistet. Bei einer plötzlich auftretenden großen Abwassermenge wirkt der Speicherbehälter als Speicher, der ein Überlaufen der vertikalen Schächte verhindert. Der Durchmesser des unterirdischen Kanals kann daher verringert werden. Je mehr der Speicherbehäl ter mit Wasser gefüllt ist, desto geringer ist die erfor derliche Druckhöhe der Pumpen.The fact that the pump in the water drainage system according to the invention is higher than the upper end of the underground channel, becomes a constant operation with completely filled Channel guaranteed. In the event of a sudden occurrence the storage tank acts as a large amount of waste water Memory that overflows the vertical shafts prevented. The diameter of the underground channel can therefore be reduced. The more of the storage container is filled with water, the lower the required pressure level of the pumps.

Die erfindungsgemäße Wasserabführanlage ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn der Haugrund für den Speicherbe hälter mit großem Fassungsvermögen kostengünstig ist und wenn ausreichend Raum für den Bau der Pumpstation zur Verfügung steht. In diesem Fall wählt man ein Betriebssystem für einen Betrieb mit vollständig gefülltem Kanal, das eine kleine re Pumpendruckhöhe erfordert. Dadurch kann die in großer Tiefe angeordnete Wasserabführanlage mit einem Minimum an Kosten gebaut werden.The water drainage system according to the invention is in particular then useful if the Haugrund for the Speicherbe container with a large capacity is inexpensive and if there is enough space to build the pumping station Available. In this case you choose an operating system for yourself Operation with completely filled channel, which is a small one re pump head required. This can be done in large Deep water drainage system with a minimum of Costs to be built.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 perspektivisch den Grundaufbau einer in großer Tiefe angeordneten, nicht erfindungsgemäßen Was serabführanlage, Fig perspectively arranged. 1 the basic structure of a great depth, not according to the invention What serabführanlage,

Fig. 2 schematisch den Aufbau einer nicht erfindungs gemäßen Ausführungsform einer Wasserabführanla ge, mit der ein Mischbetrieb mit teilweise und vollständig gefülltem Kanal durchgeführt werden kann, Fig. 2 shows schematically the structure of a ge not fiction, modern embodiment of a Wasserabführanla with which a mixing operation with partially and completely filled channel can be carried out,

Fig. 3A schematisch den Wasserpegel, bei dem eine Pumpe bei vollständig gefülltem Kanal anläuft, Fig. 3A schematically illustrates the water level at which a pump is completely filled channel starts,

Fig. 3B schematisch den Wasserpegel, bei dem eine Pumpe bei teilweise gefülltem Kanal anläuft, Fig. 3B schematically illustrates the water level at which a pump for partially filled channel starts,

Fig. 4 schematisch eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Wasserabführanlage, mit der ein Betrieb mit vollständig gefülltem Kanal durchgeführt werden kann. Fig. 4 schematically shows an embodiment of the water drainage system according to the invention, with which operation with a completely filled channel can be carried out.

Die in Fig. 1 gezeigte Wasserabführanlage hat einen unterirdischen, Wasser führenden Kanal 1, der leicht ge neigt ist und im Boden in großer Tiefe vorgesehen ist. Aus Überflutungsschutzkanälen 3 und Leitungen 4 strömt Regenwasser und dergleichen in den unterirdischen Kanal 1 durch vertikale Schächte 2. Ein stromab liegendes Ende des unterirdischen Kanals 1 steht mit einer Pumpstation in Verbindung. Das in die Pumpstation einströmende Wasser wird zu Flüssen gefördert.The water drainage system shown in Fig. 1 has an underground, water-conducting channel 1 , which is slightly inclined and is provided in the ground at great depth. Rainwater and the like flow from flood protection ducts 3 and lines 4 into the underground duct 1 through vertical shafts 2 . A downstream end of the underground channel 1 is connected to a pump station. The water flowing into the pumping station is conveyed to rivers.

Die in Fig. 2 gezeigte, nicht erfindungsgemäße Ausfüh rungsform der Anlage, die zur Ausführung eines Misch betriebs mit vollständig und teilweise gefüllten Kanal dient, weist einen unterirdischen Kanal 1 mit einem großen Bohrungsdurchmesser von nicht weniger als 10 m auf, der in großer Tiefe, beispielsweise wenigstens 50 m unterhalb der Bodenoberfläche, angeordnet ist, so daß Gebäude auf der Bodenoberfläche von der Ausbildung des unterirdischen Kanals 1 nicht beeinträchtigt werden. In den unterirdischen Kanal 1 strömt Regenwasser und der gleichen von einem Überflutungsschutzkanal 3, einer Leitung 4, Flüssen 5 usw. über vertikale Schächte 2. Das stromabwärtige Ende des unterirdischen Kanals 1 steht mit einem Pumpschacht 6 einer Pumpstation in Verbindung. Das in den Pumpschacht 6 eingeströmte Wasser wird durch eine Pumpe 7 zu einem Wasserspeicher 8 gefördert.The embodiment of the system shown in FIG. 2, not according to the invention, which is used to carry out a mixing operation with a completely and partially filled channel, has an underground channel 1 with a large bore diameter of not less than 10 m, which is located at great depth, for example at least 50 m below the surface of the ground, so that buildings on the surface of the ground are not affected by the formation of the underground channel 1 . Rainwater flows into the underground channel 1 and the same from a flood protection channel 3 , a line 4 , rivers 5 , etc. via vertical shafts 2 . The downstream end of the underground channel 1 is connected to a pump shaft 6 of a pump station. The water flowing into the pump shaft 6 is conveyed to a water reservoir 8 by a pump 7 .

Bei einem bekannten Betrieb mit teilweise gefülltem Kanal befindet sich das Niveau, auf dem die Pumpe angeordnet ist, insgesamt auf dem Niveau des Bodens des unterirdi schen Kanals. Für den Betrieb mit teilweise gefülltem Kanal ist bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform die Pumpe 7 jedoch insgesamt auf einem mittleren Wasserpegel des unterirdischen Kanals 1 angeordnet, so daß der unter ste Wasserpegel LWL, bei dem ein Abführen möglich ist, der mittlere Wasserpegel des unterirdischen Kanals 1 ist. Wenn der Kanal teilweise gefüllt ist, wird der Wasser pegel des unterirdischen Kanals 1 auf dem untersten Wasserpegel LWL gehalten, so daß ein freier Raum über dem Wasserpegel des unterirdischen Kanals 1 vorhanden ist. Wenn der unterirdische Kanal 1 vollständig mit Wasser gefüllt ist, kann das Wasser bis zu einem Pegel hochsteigen, der höher liegt als ein unterster Abschnitt des vertikalen Schachtes 2.In a known operation with a partially filled channel, the level at which the pump is arranged is overall at the level of the bottom of the subterranean channel. For operation with a partially filled channel in the embodiment shown in Fig. 2, however, the pump 7 is arranged overall at an average water level of the underground channel 1 , so that the lowest water level LWL, at which discharge is possible, the average water level of underground channel 1 . If the channel is partially filled, the water level of the underground channel 1 is kept at the lowest water level LWL, so that a free space above the water level of the underground channel 1 is available. When the underground channel 1 is completely filled with water, the water can rise to a level which is higher than a lowermost section of the vertical shaft 2 .

Im folgenden wird die Gesamtdruckhöhe bzw. Gesamtför derhöhe H einer Pumpe im Mischbetrieb bei vollständig und teilweise gefülltem Kanal beschrieben. Die Gesamtdruckhö he H ist insgesamt ein Wert, der sich durch Addieren eines Förderleitungsverlustes zur tatsächlichen Pumpen druckhöhe Ha ergibt. Er kann ausgedrückt werden durch H = Summe aus tatsächlicher Pumpendruckhöhe Ha (Wasserpegel des Abgabewasserbehälters minus Wasserpegel WL zum Zeit punkt des Pumpenanlaufs) plus Abführleitungsverlust.In the following the total pressure level or total för the height H of a pump in mixed operation at complete and partially filled channel described. The total Druckhö he H is a total value that can be obtained by adding a delivery line loss to the actual pumps pressure height Ha results. It can be expressed by H = Sum of the actual pump pressure height Ha (water level of the discharge water tank minus water level WL at the time point of pump start-up) plus drain line loss.

Wenn beispielsweise die tatsächliche Pumpendruckhöhe Ha 57 m (Fig. 3B) und der Förderleitungsverlust 3,5 m be tragen, ergibt sich eine Gesamtdruckhöhe H von 60,5 m = 57 m + 3,5 m.For example, if the actual pump head Ha is 57 m ( Fig. 3B) and the delivery line loss is 3.5 m, the total head H is 60.5 m = 57 m + 3.5 m.

Beim herkömmlichen Betrieb mit teilweise gefülltem Kanal ist die Auslegung so, daß man einen Nennmengenstrom bei einer Gesamtförderhöhe H hat, bei der das Wasser vom untersten Wasserpegel LWL aus gepumpt werden kann. Im Falle des Mischbetriebs bei teilweise und vollständig gefülltem Kanal muß jedoch ein Nennmengenstrom abgeführt werden, bei dem das Wasser den unterirdischen Kanal 1 ausfüllt und weiter in die vertikalen Schächte 2 ansteigt. Wenn die tatsächliche Pumpendruckhöhe Ha vom höchsten Wasserpegel HWL 35,5 m ist, wie dies in Fig. 3A gezeigt ist, ergibt sich die nachstehende Gesamtdruckhöhe H, wobei in diesem Fall der Förderleitungsverlust den gleichen Wert von 3,5 m hat.
In conventional operation with a partially filled duct, the design is such that one has a nominal flow rate at a total delivery head H at which the water can be pumped from the lowest water level LWL. In the case of mixed operation with a partially and completely filled sewer, however, a nominal volume flow must be discharged, in which the water fills the underground sewer 1 and continues to rise in the vertical shafts 2 . If the actual pump pressure head Ha from the highest water level HWL is 35.5 m, as shown in FIG. 3A, the total pressure head H below results, in which case the delivery line loss has the same value of 3.5 m.

39,0 m = 35,5 m + 3,5 m.39.0 m = 35.5 m + 3.5 m.

Deshalb ergibt sich aus 39,0/60,5 = 0,644, daß die Ge samtdruckhöhe H auf 64,4% reduziert ist.Therefore it follows from 39.0 / 60.5 = 0.644 that the Ge total pressure height H is reduced to 64.4%.

Der unterirdische Kanal 1 erstreckt sich über eine lange Distanz. Er kann deshalb vorübergehend ein großes Wasser volumen speichern. Der unterirdische Kanal 1 hat bei spielsweise einen Rohrdurchmesser von 10 m, eine Länge von 10 km und ein Fassungvermögen von etwa 400.000 m³ sowie eine Speicherzeit von etwa 30 Minuten für die Pumpe mit einer Leistung von 200 m³/s. Die Zeitkapazität er möglicht die Montage der Pumpe 7 auf einem höheren Pegel. Aufgrund eines verringerten Risikos bezüglich des An stiegs des Wasserpegels kann der Rohrdurchmesser des unterirdischen Kanals 1, der nach dem Stand der Technik beispielsweise 12,5 m ist, auf 10 m verringert werden. Der verringerte Rohrdurchmesser des unterirdischen Kanals 1 führt zu einer Reduzierung der Aushubkosten für den unterirdischen Kanal 1, der für einen großen Teil der Installierungskosten einer im tiefen Boden angeordneten Wasserabführanlage verantwortlich ist. Außerdem wird durch den erwähnten Speichereffekt ein Pendeln bzw. Schwingen unterbunden, das sich durch häufiges Anlaufen und Anhalten der Pumpe 7 ergibt.The underground channel 1 extends over a long distance. It can therefore temporarily store a large volume of water. The underground channel 1 has for example a pipe diameter of 10 m, a length of 10 km and a capacity of about 400,000 m ³ and a storage time of about 30 minutes for the pump with an output of 200 m ³ / s. The time capacity enables the pump 7 to be installed at a higher level. Due to a reduced risk with respect to the increase in the water level, the pipe diameter of the underground channel 1 , which is 12.5 m according to the prior art, can be reduced to 10 m. The reduced pipe diameter of the underground channel 1 leads to a reduction in the excavation costs for the underground channel 1 , which is responsible for a large part of the installation costs of a water drainage system arranged in the deep ground. In addition, the mentioned storage effect prevents oscillation or oscillation, which results from frequent starting and stopping of the pump 7 .

Die in Fig. 4 gezeigte erfindungsgemäße Ausführungsform der Wasserabführanlage weist einen Speicherbehälter 9 mit großem Fassungsvermögen zwischen einem Verbindungsschacht 6 und einer Pumpe 7 auf, um einen Betrieb mit vollständig ge fülltem Kanal zu bewirken. Die Speicherwirkung dieses Speicherbehälters 9 verringert die Gefahr, daß Wasser aus dem unterirdischen Kanal 1 an die Bodenoberfläche über läuft. Deshalb kann der Durchmesser des unterirdischen Kanals 1 verringert werden. Die Speicherwirkung des Speicherbehälters 9 mit großem Fassungsvermögen ermög licht es auch, die in großer Tiefe angeordnete Wasser abführanlage bei vollständig gefülltem Kanal 1 stabil arbeiten zu lassen.The embodiment of the water drainage system shown in FIG. 4 has a storage container 9 with a large capacity between a connecting shaft 6 and a pump 7 in order to effect operation with a completely filled channel. The storage effect of this storage container 9 reduces the risk that water from the underground channel 1 overflows to the ground surface. Therefore, the diameter of the underground channel 1 can be reduced. The storage effect of the storage container 9 with a large capacity also makes it possible to let the water drainage system arranged at a great depth work stably when the channel 1 is completely full.

Claims

1. Water drainage system arranged at great depth

- With an underground channel ( 1 ) with large capacity, which is arranged at great depth and slightly inclined,
- With vertical shafts ( 2 ) through which sewage is led down into the underground channel ( 1 ), and
- With a pump station at the downstream end of the underground channel ( 1 ) with at least one pump ( 7 ), through which the waste water is raised,

characterized by

- That the pump ( 7 ) is arranged for constant operation with a completely filled channel ( 1 ) at a level which is higher than the upper end of the underground channel ( 1 ), and
- That a storage container ( 9 ) with a large volume between a connecting shaft ( 6 ) at the downstream end of the underground channel ( 1 ) and the pump ( 7 ) is provided, the bottom of the storage container age ( 9 ) overall at the same level as that Pump ( 7 ) is arranged.