DE4428421C2

DE4428421C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung der zufließenden Wassermenge bei einem Wasserüberlaufbauwerk

Info

Publication number: DE4428421C2
Application number: DE19944428421
Authority: DE
Inventors: Andreas Stein; Hermann Schmelzer
Original assignee: SYRO SYSTEM ROHR und ANLAGEBAU
Current assignee: SYRO SYSTEM-ROHR- UND ANLAGEBAU GMBH, 57234 WILNSD
Priority date: 1994-08-11
Filing date: 1994-08-11
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2014-08-12
Also published as: DE4428421A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der zufließenden Wassermenge bei einer wasserbaulichen Anlage, insbesondere bei einem Wasserüberlaufbau werk, umfassend ein stationäres Überfallwehr und Sensoren zum Erfassen des Wasserstandes am Überfallwehr, wobei diesem wenigstens ein im Verhältnis kür zeres sowie in der Überfallhöhe einstellbares Wehr mit einer signalverarbeitenden Steuer- und Regeleinheit sowie mit einer Antriebseinheit und Stellgliedern zuge ordnet ist. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver fahrens.

Bei Wasserüberlaufbauwerken, wie z. B. Regenüberlauf- oder Klärbecken usw. ist es erforderlich, die fließenden Wassermengen zu ermitteln. Nach dem bisherigen Stand der Technik geschieht dies durch eine Höhenstandsmessung des Wassers in Relation zur Höhe der Überlaufschwelle.

Die Wasserstandshöhe wird dabei mittels einer im Wasser befindlichen Druckson de oder mittels eines außerhalb des Wassers angeordneten und auf die Wasser oberfläche gerichteten Ultraschallsensors ermittelt. Die fließende und im Allgemei nen überlaufende Wassermenge wird anschließend durch die Poleni-Formel be rechnet. In diese Berechnungsgleichung geht u. a. ein Formbeiwert ein, der von der Schwellenlänge und deren geometrischer Formgenauigkeit sowie von der Oberflächenbeschaffenheit abhängt. Diese Abhängigkeiten führen bei den übli chen Überlaufschwellen, insbesondere bei kleinen überlaufenden Wassermengen, zu nachteilig ungenauen Messergebnissen.

Da aber mehr als die Hälfte der gesamten Jahreswassermenge aus dem häufigen bis ständigen Überlaufen sehr kleiner Wassermengen resultiert, addieren sich die se Messfehler zu einem erheblichen Gesamtfehler bei der Erfassung der überlau fenden Wassermengen, was zu falschen Leistungsnachweisen führt.

Um kleinere Überlaufmengen genauer als mit den bisher beschriebenen Hilfsmit teln zu erfassen, sind nach dem derzeitigen Stand der Technik separate Messun gen in den Überlaufkanälen des Überlaufbauwerkes, z. B. Doppler-Messungen erforderlich. Diese Messeinrichtungen erfassen kleinere Wassermengen zwar et was genauer, aber immer noch nicht zufriedenstellend. Hinzu kommt der Nachteil, dass diese Messeinrichtungen baulich und damit kostenmäßig sehr aufwendig sind und unter den räumlichen Gegebenheiten gar nicht immer möglich sind.

Aus dem US-Patent 1,190,400 ist eine Messeinrichtung an einer wasserbaulichen Anlage mit zwei stählernen Wehrplatten bekannt, die am Verbindungsstoß einen V-förmigen Überlauf ausbilden und dort zusammen hart gelötet sind. Die so ver bundenen Wehrplatten sind in Auslaufrichtung hinter entsprechenden Aussparun gen einer Staumauer fest angeschraubt, wobei sie auf Vorsprüngen aufliegen, welche ihre Position, insbesondere in der Höhenlage mit äußerster Genauigkeit definieren. Der Zweck dieser Anordnung besteht darin, bei Nacharbeit oder Aus tausch derartiger Platten jeweils wieder die genaue Position einzuhalten, ohne dass hierfür schwierige Einricht- und Ausrichtarbeiten durchgeführt werden müs sen. Selbstverständlich müssen diese Platten, wenn sie jeweils bei Nacharbeit, Kontrolle oder Ersatz angeschraubt werden und abgenommen werden müssen, zum Verbringen in eine Werkstatt bewegt werden. Eine solche Maßnahme gibt dem Fachmann jedoch keinen Hinweis, diese Platten im eingebauten Zustand beweglich zu gestalten.

Bei der wasserbaulichen Anlage gemäß dem US-Patent 1,239,601 sind ebenfalls aus Metall herstellbare Wehrplatten an entsprechenden Ausnehmungen einer Staumauer angeordnet und in nutförmige Fugen in der Staumauer eingelassen und mit Verschraubungen im Stauwehr fest verankert. Auch in dieser Lage ist den Wehrplatten die Ausführung von Bewegungen unmöglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für das Messen kleiner fließender Wassermengen eine genaue und möglichst auch wirtschaftliche Lösung zu finden. Außerdem soll es möglich sein, diese neue Messeinrichtung nachträglich in be stehende Überlaufschwellen einzubauen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Erfindung mit den Verfahrensmerkmalen des Anspruchs 1 sowie mit den Vorrichtungsmerkmalen des Anspruchs 4.

Dieses insbesondere für die Messung kleiner fließender Wassermengen ausge legte Verfahren umfasst ein stationäres Überfallwehr und Sensoren zum Erfassen des Wasserstandes am Überfallwehr, wobei diesem wenigstens ein im Verhältnis kürzeres sowie in der Überfallhöhe einstellbares Wehr mit einer signalverarbeiten den Steuer- und Regeleinheit sowie mit einer Antriebseinheit und Stellgliedern zugeordnet ist, wobei die Steuer- bzw. Regeleinheit nach Maßgabe des Wasser standes am Überfallwehr die Höhe des beweglich einstellbaren Wehres derart einstellt, dass der Wasserstand am Überfallwehr unabhängig von der Zulaufmen ge annähernd konstant bleibt und die über das höheneinstellbare Wehr abfließen de Wassermenge mittels dem Fachmann bekannter Methoden der Überfallmes sung oder durch versuchstechnisch ermittelbare Zusammenhänge zwischen der Überlaufhöhe und der überlaufenden Wassermenge ermittelt wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, speziell kleinere Überlauf mengen mit der heute üblichen Poleni-Formel oder auch mit anderen höhen- und fließgeschwindigkeitsabhängigen Kalibrierungen wesentlich genauer zu erfassen. Damit können die für wasserbauliche Anlagen erforderlichen Leistungsnachweise (z. B. Nachweise der Entlastungsmenge bzw. die sogenannte Entlastungsrate) exakter geführt werden.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die Steuer- bzw. Regeleinheit nach Maßgabe eines steigenden oder sinkenden Wasserstandes im Wasserüberfallbauwerk Öffnungs- oder Schließsignale an die Antriebseinheit gibt, so dass eine einem Soll-Wert entsprechende Mittelstellung des beweglich einstellbaren Wehres erzielt wird.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass mehrere Wehre, vorzugsweise kaskadenförmig oder parallel, derart genutzt werden, dass bei Er reichen einer maximal abfließenden Wassermenge des ersten Wehres ein Signal zum Zuschalten eines zweiten Wehres ausgelöst, und beim Erreichen von dessen maximal abfließender Wassermenge ein weiteres Signal zum Zuschalten eines weiteren Wehres ausgelöst wird - und so fort.

Zur Lösung der Aufgabe wird weiterhin eine Vorrichtung zum Erfassen der zuflie ßenden Wassermenge bei einer wasserbaulichen Anlage, insbesondere einem Wasserüberlaufbauwerk vorgeschlagen, die ein stationäres Überfallwehr und Sensoren zum Erfassen des Wasserstandes am Überfallwehr umfasst, wobei dem Überfallwehr wenigstens ein im Verhältnis zu diesem kürzeres und in der Überfall höhe einstellbares Wehr zugeordnet ist, das mit einem Stellglied mit einer An triebseinheit sowie mit einer signalverarbeitenden Steuer- bzw. Regeleinheit in Wirkverbindung steht, wobei die Steuer- bzw. Regeleinheit über eine Signalver stärkungs- und Auswerteelektronik verfügt und neben einer Recheneinheit eine digitale Anzeige sowie Schnittstellen für Daten-Fernübertragungen und einen Leitrechner aufweist, mit welchem das Wehr beweglich derart höheneinstellbar ist, dass der Wasserstand am Überfallwehr unabhängig von der Zuflussmenge eine annähernd konstante Wasserstandshöhe aufweist.

Die erfindungsgemäße Messvorrichtung arbeitet wirtschaftlicher als die sonst in den Ablaufkanälen zu installierenden Messeinrichtungen, weil zusätzliche Bau werke und/oder Beruhigstrecken nicht erforderlich sind.

In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorgeschlagen, dass diese mehrere beweglich einstellbare Wehre besitzt, die kaskadenförmig oder parallel nutzbar sind. Dies bedeutet, dass bei Erreichen der maximal definierten Wassermenge über dem ersten beweglichen Wehr ein Signal zum Inkrafttreten eines zweiten beweglichen Wehres genutzt wird und, falls erforderlich, nach Errei chen dessen maximaler Wasserüberlaufmenge noch weitere bewegliche Wehre in der beschriebenen Ausführung eingesetzt werden.

In werteren Unteransprüchen wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfas sen der zufließenden Wassermenge bei einer wasserbaulichen Anlage, insbeson dere einem Wasserüberlaufbauwerk in vorteilhafter Weise ausgestaltet.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist in Zeichnun gen schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Aufbau und

Fig. 2 schematisch die Wirkungsweise der neuen Messvorrichtung in einem Wasserüberlaufbauwerk

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein nicht näher dargestelltes Was serüberlaufbauwerk, in dem mittels eines langen und stationär errichteten Über fallwehrs 2 eine definierte Wassermenge gestaut wird. Beim Erreichen der Oberkante des langen stationären Überfallwehres 2 wird dieses Wasserstandsereignis mittels einer Drucksonde 7 oder eines Ultraschallsensors 8 in einer Steuer- bzw. Regeleinheit 6 verarbeitet, so dass durch eine Antriebseinheit 5 ein geeignetes Stellglied 4 das im Verhältnis zum stationären Überfallwehr 2 sehr viel kürzere und bewegliche Wehr so lange verstellt, bis der übrige Wasserstand im Wasserüber laufbauwerk 1 während des Überlaufereignisses konstant bleibt und somit die ge samte, vorzugweise kleinere Wassermenge über das bewegliche Wehr 3 wieder um mittels eines weiteren Ultraschallsensors 8 durch die verbesserten Messbe dingungen erfasst wird.

Fig. 2 zeigt schematisch die Wirkungsweise der neuen Messvorrichtung, in dem der Wasserstand 9 im Wasserüberlaufbauwerk 1 kurz vor dem Erreichen der Oberkante des stationären Überfallwehrs 2 mittels geeigneter Sensoren, wie bei spielsweise Schwimmkörper, Drucksonde 7 oder Ultraschallsensoren 8 innerhalb eines kurzen Messbereiches erfasst wird. Erreicht der Wasserstand 9 die untere Arbeitsmarke dieses Messbereiches, wird die Steuer- bzw. Regeleinheit 6 akti viert.

Die Steuer- bzw. Regeleinheit 6 gibt in Abhängigkeit des steigenden oder sinken den Wasserstandes 9 Öffnungs- oder Schließsignale an die Antriebseinheit 5, so dass möglichst eine geeignete Mittelstellung (Soll-Wert) innerhalb des Messberei ches erzielt wird. Die Antriebseinheit 5 betätigt infolge der erhaltenen Signale über ein oder mehrere geeignete Stellglieder 4 die Höhe des beweglichen Wehres 3 in der jeweils erforderlichen Richtung, so dass eine hinreichende Steuerung bzw. Regelung der überlaufenden Wassermenge 10 zustande kommt. Die Steuer- bzw. Regeleinheit 6 verfügt über eine Signalverstärkungs- und Auswerteelektronik und kann neben einer Recheneinheit eine digitale Anzeige sowie geeignete Schnitt stellen für Daten-Fernübertragungen und Leitrechner enthalten.

Bezugszeichenliste

1

Wasserüberlaufbauwerk

2

stationäres Überfallwehr

3

beweglich einstellbares Wehr

4

Stellglied

5

Antriebseinheit

6

Steuer- bzw. Regeleinheit

7

Drucksonde

8

Ultraschallsensor

9

Wasserstand

10

überlaufende Wassermenge

Claims

1. Verfahren zur Erfassung der zufließenden Wassermenge bei einer wasser baulichen Anlage, insbesondere bei einem Wasserüberlaufbauwerk (1), um fassend ein stationäres Überfallwehr (2) und Sensoren (7, 8) zum Erfassen des Wasserstandes am Überfallwehr (2), wobei diesem wenigstens ein im Verhält nis kürzeres sowie in der Überfallhöhe einstellbares Wehr (3) mit einer signal verarbeitenden Steuer- und Regeleinheit (6) sowie mit einer Antriebseinheit (5) und Stellgliedern (4) zugeordnet ist, wobei die Steuer- bzw. Regeleinheit (6) nach Maßgabe des Wasserstandes (9) am Überfallwehr (2) die Höhe des be weglich einstellbaren Wehres (3) derart einstellt, dass der Wasserstand (9) am Überfallwehr (2) unabhängig von der Zulaufmenge annähernd konstant bleibt, und die über das höheneinstellbare Wehr (3) abfließende Wassermenge mit tels dem Fachmann bekannter Methoden der Überfallmessungen oder durch versuchstechnisch ermittelbare Zusammenhänge zwischen der Überfallhöhe (h) und der überlaufenden Wassermenge ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- bzw. Regeleinheit (6) nach Maßgabe eines steigenden oder sinkenden Wasserstandes im Wasserüberfallbauwerk (1) Öffnungs- oder Schließsignale an die Antriebseinheit (5) gibt, so dass eine einem Soll-Wert entsprechende Mittelstellung des beweglich einstellbaren Wehres (3) erzielt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wehre (3), vorzugsweise kaskadenförmig oder parallel, derart genutzt werden, dass bei Erreichen einer maximal abfließenden Wassermenge des ersten Wehrs (3) ein Signal zum Zuschalten eines zweiten Wehres aus gelöst, und beim Erreichen von dessen maximal abfließender Wassermenge ein weiteres Signal zum Zuschalten eines weiteren Wehres ausgelöst wird - und so fort.

4. Vorrichtung zum Erfassen der zufließenden Wassermenge bei einer wasser baulichen Anlage, insbesondere einem Wasserüberlaufbauwerk (1), umfas send ein stationäres Überfallwehr (2) und Sensoren (7, 8) zum Erfassen des Wasserstandes (9) am Überfallwehr (2), wobei dem Überfallwehr (2) wenig stens ein im Verhältnis zu diesem kürzeres und in der Überfallhöhe (h) ein stellbares Wehr (3) zugeordnet ist, das mit einem Stellglied (4) mit einer An triebseinheit (5) sowie mit einer signalverarbeitenden Steuer- bzw. Regelein heit (6) in Wirkverbindung steht, insbesondere zur Durchführung des Verfah rens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuer- bzw. Regeleinheit (6) über eine Signalverstärkungs- und Auswertelektronik verfügt und neben ei ner Recheneinheit eine digitale Anzeige sowie Schnittstellen für Daten-Fern übertragungen und einen Leitrechner aufweist, mit welchem das Wehr (3) be weglich derart höheneinstellbar ist, dass der Wasserstand am Überfallwehr (2) unabhängig von der Zuflussmenge eine annähernd konstante Wasserstands höhe aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere beweglich einstellbare Wehre (3) besitzt, die kaskadenförmig oder parallel nutzbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das einstellbare Wehr (3) aus einem oder mehreren geometrisch defi nierten Teilen besteht, die eine messtechnisch günstige Querschnittsform wie Rechteck oder Dreieck für das Wehr (3) ergeben.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wehr (3) wenigstens ein es mit der Antriebseinheit (5) verbindendes Stellglied wie Kette, Seil, Zahn- oder Kolbenstange bzw. Hebelgestänge oder dergleichen besitzt.