Jubiläum: 10 Jahre IKT

Im November 2004 feiert das IKT seinen 10. Geburtstag. Am 3. November 1994 fand die feierliche Inbetriebnahme statt. Seit dem hat das Gelsenkirchener Institut zahlreiche Forschungsprojekte, Prüfungen und Warentests durchgeführt. Zum Jubiläum findet nun eine Tagung statt: das IKT-Forum Sanierung – Stutzen, Schächte, Schlauchliner – am 30. November. Nach dem Fachprogramm und der Verleihung des diesjährigen „Goldenen Kanaldeckel“ wird gefeiert...

IKT-Forum Sanierung 2004: Stutzen, Schächte, Schlauchliner

Sanierung ist eins der heißen Themen der Abwasserbranche. Rund 17% der Kanalisation ist sanierungsbedürftig. Dafür geben Kommunen in den kommenden Jahren bis zu 40 Mrd. EUR aus. Neueste Verfahren, Forschungsergebnisse und Praxiserfahrungen werden auf dem IKT-Forum Sanierung 2004 präsentiert und diskutiert. Zum guten Schluß wird aber gefeiert: Die Preisverleihung des "Goldenen Kanaldeckel" und das 10jährige IKT-Jubiläum.

Am 30. November 2004 treffen sich in Gelsenkirchen Fachleute aus Kommunen, Industrie, Ingenieurbüros und Wissenschaft, um über neueste Entwicklung zu diskutieren, Erfahrungen auszutauschen und die Zukunft der Kanalsanierung zu sprechen. Mehr als 200 Teilnehmer aus ganz Deutschland werden erwartet.

Programm und Ausstellung

Das Programm umfaßt die Schwerpunkte

• Innovative Inspektionstechniken

• Stutzen

• Schächte

• Schlauchliner

Begleitend findet eine Fachausstellung in der großen Versuchshalle des IKT statt, auf der zahlreiche Hersteller und Sanierungsfirmen ihre neuesten Produkte präsentieren.

Preisverleihung "Goldener Kanaldeckel" 2004

Nach Ende des offiziellen Seminarprogramms wird der diesjährige "Goldene Kanaldeckel" an Mitarbeiter von Stadtentwässerungen verliehen. Überreicht werden die Preise im Wert von 3.000, 2.000 und 1.000 EUR (1.- 3. Platz) von Frau Christiane Friedrich, Staatssekretärin im NRW-Umweltministerium. Sie hält eine Laudatio auf die Gewinner. Näheres zum IKT-Preis "Goldener Kanaldeckel" unter: www.ikt.de

1994 – 2004: Feier zum 10jährigen IKT-Jubiläum

Am Abend gibt es dann richtig was zu feiern: Das 10jährige IKT-Jubiläum! Eingeladen sind alle Teilnehmer des IKT-Forums Sanierung 2004 sowie alle Freunde und Wegbegleiter des Instituts. Für gute Stimmung sorgt ein Festbuffet und das Trio "Ella y Ellos" mit Rhythmen aus Kuba, Spanien und Lateinamerika.

Warum Wurzeln in Kanäle wachsen: aktuelle IKT-Ergebnisse

Nach gängiger Meinung wird die Umgebung von Abwasserleitungen und Kanäle durch das Austreten von Leitungsinhalt für Wurzeln attraktiv. Wurzeleinwuchs ereignet sich gemäß dieser Modellvorstellung nur, wenn Abwasser aus der Leitung austritt. Im Rahmen eines interdisziplinären Projektes zwischen Botanikern der Ruhr-Universität Bochum und Bauingenieuren des IKT ‑ Institut für Unterirdische Infrastruktur wurden die wahren Ursachen für Wurzeleinwuchs ermittelt, die Mechanismen beim Eindringen von Wurzeln in Rohrverbindungen beschrieben, Vorschläge zur Prüfung der Wurzelfestigkeit von Rohrverbindungen entwickelt und Hinweise zur zukünftigen Vermeidung von Wurzeleinwuchs gegeben [1].

Abb. 1: Verwurzelter Teil eines Straßenkanals. Abzweig vor dem Ausbau

Abb. 2: Blick in den aufgeschnittenen Abzweig:

Ausgeprägtes Wurzelpolster in Fließrichtung.

Die Ursachen für den Wurzeleinwuchs in Leitungen hängen eng mit diesen örtlichen Randbedingungen zusammen. In der Folge lassen sich die Vorgänge beim Einwuchs von Wurzeln nur beschreiben, wenn das Gesamtsystem aus Baum, Boden, Ver- und Entsorgungsleitungen unter besonderer Berücksichtigung der jeweiligen Einflussbereiche betrachtet wird.

Abb. 3: Einflussbereiche zum Thema Wurzeleinwuchs

Wurzeln nehmen den Weg des geringsten Widerstandes

Wurzeln dienen der Aufnahme von Nährstoffen und Wasser aus dem Boden. Damit der wachsende Organismus seinen Bedarf an Nährstoffen und Wasser über seine gesamte Lebensdauer hinweg decken kann, wächst auch das Wurzelsystem weiter und erschließt sich stetig neuen Bodenraum. Das Längenwachstum findet bei Wurzeln nur in einem eng begrenzten Bereich der Spitze statt.

Abb. 4: Längsansicht einer Wurzelspitze [5].

Abb. 5: Mechanische Wirkung der Wurzelspitze. Hier bilden die Wurzelinitialen neue Zellen. Die Wurzelspitze wird in Längsrichtung vorangeschoben.

Leitungsgraben als Dichtefalle

Der Bodenkörper in Stadtböden wird für Bauwerke der unterirdischen Infrastruktur genutzt und ist dadurch in seiner Struktur stark verändert. Insbesondere die Herstellung von Kanalisationen in der offenen Bauweise stellt einen starken Eingriff in den Bodenkörper dar. Als Folge entstehen ungewollte Dichtefallen. So werden im Leitungsgraben, insbesondere zur Rohrbettung vorherrschend sandige Böden eingebaut, die Porengefüge aufweisen, das den Wurzeln als Lebensraum dient. Die entscheidenden Problemzonen bei der Verdichtung des Leitungsgrabens stellen aber die schwer zugänglichen Zwickel dar. Besonders in schmalen Rohrleitungsgräben sind die Zwickel schlecht erreichbar, so dass dort Bereiche geringer Verdichtung auftreten können. Bei Aufgrabungen war durchweg zu beobachten, dass die Umgebung von Leitungen, d.h. insbesondere der Leitungsgraben, für Wurzeln attraktiv ist. So spiegelt das Wachstum von Wurzeln und das entstehende Wurzelbild oftmals die Schichtgrenzen im Boden bzw. des Bettungsmaterials von Ver- bzw. Entsorgungsleitungen wider. Teilweise waren die Wurzeln parallel zu den Leitungen bzw. entlang der äußeren Rohroberfläche sowohl von Ent-  als auch von Versorgungsleitungen gewachsen.

Abb. 6  Die Ausbreitung von Wurzeln im Bettungmaterial einer Leitung ist unabhängig von der Art der Leitung. A Im Bettungsmaterial einer Mischwasserleitung sind verholzte Wurzeln parallel zur Leitung gewachsen. B Verholzte Wurzeln breiten sich ebenfalls im Bettungsmaterial von Versorgungsleitungen aus.

Rohrverbindungen können als Dichtefalle angesehen werden

Aus der Konstruktion von gesteckten Rohrverbindungen ergeben sich in der Regel Hohlräume vor der Dichtung, die entweder frei von Boden sind oder mit nicht verdichtetem Boden gefüllt sind (Dichtefalle Rohrverbindung). Im Rahmen des Projektes wurden verholzte Wurzeln freigegraben, die entlang der Rohrleitung im sogenannten Zwickelbereich von Rohrverbindung zu Rohrverbindung gewachsen waren. Die Räume (Ringraum) und Spalten (Ringspalt) vor dem Dichtmittel der Rohrverbindungen wurden in der Regel durch ein dichtes Wurzelpolster ausgefüllt. Die Wurzeln wachsen über mehrere Jahre in diesen Räumen, bis diese komplett ausgefüllt sind. In der Folge durchdringen die Wurzeln das Dichtelelement und wachsen in den Querschnitt der Leitung ein. Dort bilden Sie in Abhängigkeit vom Leitungsmedium in ihrer Größe und Position unterschiedlich ausgeprägte Abflusshindernisse aus. Der Einwuchs erfolgt hier oberhalb des durchschnittlichen Füllstandes und nicht im Sohlenbereich. Das primäre Ziel scheint also nicht der Kontakt mit dem Abwasser zu sein.

Abb. 7  Die Ausbreitung von Wurzeln in einer Leitung variiert mit der Art des Leitungsmediums. A In Mischwasser- bzw. Schmutzwasserleitungen wachsen Wurzelpolster hauptsächlich in Bereichen, die nicht oder nur selten mit Abwasser in Kontakt kommen (oberhalb des mittleren Wasserstandes). B In Regenwasserleitungen breiten sich die Wurzeln auch in wasserführenden Bereichen (Sohle der Leitung) aus.

Wurzeldruck: Wie wachsen Wurzeln in Rohre ein?

Wurzel können aktiv Hohlräume im Boden erweitern. Die hierfür notwendigen Kräfte bzw. Spannungen entstehen während ihres Dickenwachstums. Diese Kräfte können auf die Elastomerdichtung von Rohrverbindungen wirken, wenn den Wurzeln ein ausreichendes Widerlager zur Verfügung steht. Um die durch Wurzelwachstum im Boden bzw. in der Rohrverbindungen entstehenden Spannungen bzw. Kräfte zu erfassen, wurden Druckmessungen an Primärwurzeln von Erbsen (Pisum sativum) durchgeführt. Die Wurzeln wachsen im Versuch in konisch zulaufenden Aussparungen einer Gipsplatte und können mit fortschreitendem Dickenwachstum Druck gegen eine Druckmessfolie [7] aufbauen. Die entstehenden Spannungen werden dabei zeitlich und über die Angriffsfläche verteilt erfasst.

Grundsätzlich konnte festgestellt werden, dass durch das Wachstum von Wurzeln mechanische Druckspannungen in radialer Richtung wirken können. Im hier untersuchten Fall (Pisum sativum, Erbsen) konnten an einzelnen Stellen über wenige Stunden bis zu 5,9 bar gemessen werden. Über längere Zeiträume wurde ein Maximaldruck von ca. 5 bar beobachtet.

Die untersuchten Wurzeln stellen Primärwurzeln dar, die nur einen geringen Anteil verholzten Gewebes enthalten. Es ist denkbar, dass bei einer vergleichbaren Messung an verholzten, mehrjährigen Wurzeln im Falle einer Quellung höhere Messwerte aufgenommen werden.

Abb. 8: Versuchsaufbau für Druckmessungen an Wurzeln. A Druckplatte aus Gips. B Versuchsaufbau zur Messung des Wurzeldruckes. Es sind zwei Versuchspflanzen erkennbar.

Kulturversuche bestätigen die Beobachtungen

Die bei den Aufgrabungen gewonnenen Erkenntnisse zum Einfluss des Bettungsmaterials auf die Ausbreitung von Wurzeln konnten durch Kulturversuche bestätigt werden. In Pflanzgefäßen wurde eine künstliche Schichtung von zwei Substraten mit unterschiedlichen Porenräumen angelegt. Als Substrat mit hohem Porenanteil und guter Durchwurzelbarkeit wurde Komposterde ausgewählt (Substrat 1). Für die Herstellung von Bodenbereichen mit geringem Porenanteil wurde Bentonit (Substrat 2) eingesetzt. Als Versuchspflanzen wurden Weiden eingesetzt.

Abb. 9: Schichtung der Wuchssubstrate. A Schematischer Längsschnitt durch ein Pflanzgefäß. B Seitlich geöffnetes Pflanzgefäß. In den Schichten aus Bentonit sind keine Wurzeln zu erkennen.

Abb. 10:  Geöffnetes Pflanzgefäß, Wurzeln mit Wasser freigespült. Die Wurzeln sind nicht in das Bentonit gewachsen.

Abb. 11: Seitlich geöffnetes Pflanzgefäß von unten. Am Boden des Pflanzgefäßes sind verholzte Wurzeln zu erkennen.

Fazit für die Praxis

Auf Grundlage der Ergebnisse des Forschungsvorhabens lässt sich das nachfolgende Fazit für die Praxis bei Bau, Betrieb und Sanierung von Kanälen ziehen.

Mit Blick auf die Wurzelfestigkeit von Rohrverbindungen sind die folgenden Punkte zu beachten:

    - Die Baustellenuntersuchungen und Pflanzversuche zeigten deutlich, dass luftgefüllte Freiräume das Wachstum der Wurzeln fördern können. Entsprechend kann die Wurzelfestigkeit entscheidend durch die Geometrie der Rohrverbindung und die damit angebotenen bzw. verwehrten Wachstumswege dauerhaft beeinflusst werden. Schon geringe Spaltbildungen in Steckverbindungen können einen Einfallspunkt für feine Haarwurzeln bieten. Große Ringräume unmittelbar vor dem Dichtelement erlauben ein verstärktes Dickenwachstum der Wurzeln bei gleichzeitiger Verspannung in der Rohrverbindung, so dass in der Folge die Dichtung verdrängt und ein Zugang für Sekundärwurzeln geschaffen werden kann. Spitz zulaufende Zwickel der Lippendichtung stellen dann einen maßgeblichen Angriffspunkt dar. Weiterhin konnten bei den Aufgrabungen Unterschiede in der Ausbildung des Wurzelwerkes in Abhängigkeit der Oberflächenstruktur des Rohrwerkstoffes beobachtet werden. Haftungsabweisende Oberflächen scheinen hier ein Weg zur Reduzierung des Einwuchsrisikos zu sein.

    - Aus den bisherigen Untersuchungen kann geschlossen werden, dass die Verfügbarkeit von Sauerstoff für das Wurzelwachstum und Überleben der Pflanze im vorliegenden Fall von entscheidender Bedeutung sein kann. Letztlich kann daher nicht ausgeschlossen werden, dass bei extrem ungünstigen Belüftungsverhältnissen im Boden, eine Sauerstoffzufuhr durch gasdurchlässige Rohrverbindungen eine bessere Sauerstoffversorgung und damit einen zusätzlichen Wuchsreiz im Umfeld der Rohrverbindung schafft. Darüber hinaus kann eine Gasdurchlässigkeit der Verbindung auch weitere Undichtigkeiten ankündigen.

    - Ein verbreitetes Mittel zur Verhinderung von Wurzeleinwüchsen ist der Einsatz mechanisch wirkender Dichtmittel, die eine hohe statische Sicherheit gegen äußere Druckbelastung bieten. Ein Nachweis dieser Sicherheit ist zum einen durch direkte Belastung der Rohrverbindung durch ein von außen wirkendes Medium möglich oder zum anderen durch Nachweis einer Vorspannung der Dichtung, die durch die zu erwartende Druckbelastung nicht überwunden werden kann. Im vorliegenden Fall wird eine Außenwasserdruckprüfungen bzw. der Nachweis einer geeigneten Anpressdruckverteilung des Dichtmittels in der Rohrverbindung empfohlen. Eine solche Verteilung kann beispielsweise durch den Einsatz von Druckfolien im Rohrverbindungsbereich ermittelt werden.

Abb. 12: Messung des Anpressdruckes bei Einwirken einer Scherlast. A Druckfolie auf dem Spitzende einer Rohrverbindung, Querschnitt. B Druckfolie auf dem Spitzende einer Rohrverbindung, Ansicht. C In den Scherlastversuchsstand eingebaute Rohrverbindung.

Abb. 13: Anpressdruckverteilung unterschiedlicher Rohrverbindungen: Versuche ohne Scherlast, Beispiele. A Eurotop-Verbindung, Versuch ohne Scherwegbegrenzung. B Eurotop-Verbindung, Versuch mit Scherwegbegrenzung. C Eurotrad-Verbindung. D Cerafix-Verbindung. E KG-Rohrverbindung (PVC-U). F Tyton-Verbindung.

    - Eine Möglichkeit, die Interaktion zwischen Wurzeln und Rohrverbindungen zu untersuchen, besteht in der Durchführung von Pflanzversuchen. Die Beobachtungen können Grundlage für die Optimierung von Verbindungstechniken und Sanierungsverfahren sein, da die Rohr-Wurzel-Interaktion bereits im Leitungsgraben an der Rohroberfläche beginnt und sich über die äußere Rohrverbindung und das Dichtmittel bis in das Rohrinnere fortsetzt.

Bei Neubau bzw. Erneuerung von Leitungen der unterirdischen Infrastruktur sollten mit Blick auf mögliche Einwuchsrisiken die folgenden Punkte bedacht werden:

    - Wurzeln in der Nähe von Leitungen wachsen vornehmlich in Bodenbereichen, die gering verdichtet sind und dadurch ausreichende Porenräume aufweisen. Wurzeln wachsen nicht aus solchen Bereichen heraus, sondern folgen dem Verlauf von Leitungen. Wachstum von Wurzeln tritt meist neben Leitungen im Zwickelbereich auf. In diesem Leitungsbereich liegt bei Einbau der Leitung in offener Bauweise oftmals die geringste Verdichtung des Bodens vor.

    - Es ist denkbar, dass beim Bau von Leitungen das Risiko des Auftretens von Wurzeleinwuchs in Abwasserleitungen und –kanäle durch den Einsatz gezielt ausgewählter (schlecht durchwurzelbarer) Bettungsmaterialien minimiert werden kann. Bei der Verlegung von Leitungen in der Nähe von Bäumen bieten sich möglicherweise solche „Wurzelsicherheitszonen“ an.

Für den Betrieb von verwurzelten Abwasserleitungen können folgende Aussagen gemacht werden:

    - Das Abwasser stellt grundsätzlich keine nennenswerte Nährstoff- oder Wasserquelle für die Wurzeln dar. Wurzeln in Schmutzkanälen sterben sogar bei Kontakt mit ihm ab.

    - Wurzeln in Regenwasserkanälen sind nach Eindringen in die Leitung in ihrem Wachstum behindert, da sie in Trockenperioden infolge des Wassermangels absterben. Allerdings verbleiben die Wurzelreste an demselben Ort, so dass sich in Regenperioden wieder neue Wurzeln mit vergrößerter Wurzelmasse bilden können. Die Wurzelmasse vergrößert sich somit permanent.

     - Die mechanische Entfernung der Wurzeln ist mit einem Baumschnitt vergleichbar. Aus den abgetrennten Wurzeln entwickeln sich neue Wurzeln, die den Rohrquerschnitt erneut verstopfen können.

Laut derzeitiger Rechtslage muss der Eigentümer eines Baumes für Schäden haften, die durch Baumwurzeln außerhalb seines Grundstückes verursacht werden. Diese Haftung kann die Zahlung von Reparaturkosten durch den Baumbesitzer an den Leitungsbetreiber nach sich ziehen, auch wenn sich der Schaden außerhalb des Grundstückes des Baumbesitzers ereignet hat. Die schadensverursachende Baumart kann anhand von Wurzelproben identifiziert werden. Hierfür werden Wurzelschnitte angefertigt. Experten können aufgrund der Anordnung von Zellen und Gefäßen die Baumart bestimmen.

Abb. 14: Typische Wurzelquerschnitte verschiedener Baumarten. A Ahorn: nur kleine Zell-Lumina. B Zierkirsche: wenige, große Tracheen außerhalb des Zentrums. C Weide: symetrische Anordnung der Gefäße im Holzteil.

Im Rahmen der Aufgrabungen wurden in zwei Fällen mit Injektionsverfahren reparierte Abwasserleitungen begutachtet und das Sanierungsergebnis beurteilt. Auf dieser Grundlage können in Anlehnung an die Wachstummodelle für Wurzeln  folgende Aussagen getroffen werden:

     - Bei der Sanierung von Leitungen in geschlossener Bauweise mittels Injektionsverfahren werden die Räume zwischen den Rohren bzw. in der Rohrverbindung unter Einsatz eines Spezialgerätes mit einem Injektionsmaterial von innen her ausgefüllt. Das Material wird dabei unter Druck in die Rohrverbindung injiziert. Bei Anwendung solcher Materialien in Rohrverbindungen, in die bereits Wurzeln eingewachsen sind, ist eine entsprechend geringe Viskosität des Injektionsmaterials erforderlich.

     - Bei verwurzelten Rohrverbindungen, die mit Injektionsverfahren repariert und im Rahmen der Baumaßnahmen ausgegraben und analysiert wurden, war zu beobachten, dass erneut Wurzeln innerhalb der Rohrverbindung nachgewachsen und in den Rohrquerschnitt eingewachsen waren. Die Wurzeln bildeten Polster bzw. Geflechte in der Rohrverbindung und verhinderten die gleichmäßige Ausbreitung des Injektionsmaterials.

Abb. 15: Injektionsmaterial in einer Rohrverbindung. Das Material hat sich nur ungleichmäßig zwischen den Wurzeln verteilt. Im Bereich des Scheitels (Pfeil) befindet sich eine geringere Menge Material.

Abb. 16: Innerhalb des Überschiebringes sind die Wurzeln im Injektionsmaterial quer zur Leitung gewachsen. Außerhalb der Rohrverbindung sind Wurzeln zu erkennen, die unter den Überschiebring wachsen.

    - Grundsätzlich müssten die Wurzelpolster bei der Sanierung von dem Injektionsmaterial durchdrungen werden. Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Sanierung mit Injektionsmaterial wäre ein Verfüllen der Hohlräume zwischen den Wurzeln und Versiegeln der Sanierungsoberfläche mit hohem Verspannungsdruck des ausgehärteten Injektionsmaterials. Mit den gegenwärtig am Markt angebotenen Injektionsverfahren und –mitteln ist mit der o.a. Vorgehensweise eine Wurzelfestigkeit der reparierten Rohrverbindung voraussichtlich nicht zu erreichen.

     - Bei der Weiterentwicklung von Injektionsmaterialien könnten auch wurzelfeindliche Inhaltsstoffe einen weiteren Ansatzpunkt bieten. Allerdings dürfte es schwierig sein, solche Stoffe zu entwickeln, die nicht zugleich grundwassergefährdend sind.

Aus den entwickelten Modellen zum Wurzelwuchs leiten sich folgende Hinweise zur Optimierung der Konstruktion von Leitungselementen ab:

     - Die Dichtheit von Steckverbindungen, die üblicherweise für Abwasserleitungen eingesetzt werden, wird maßgeblich durch den Anpressdruck bestimmt, den die Dichtung erzeugt. Allerdings ist eine Erhöhung des Anpressdruckes bautechnisch durch Handhabbarkeitsanforderungen beim Zusammenführen der Rohre sowie die Rohr- bzw. Rohrwerkstoffeigenschaften (Zugfestigkeit, Stabilität) begrenzt.

     - Der tatsächliche Druck des Dichtelements kann von Wurzeln überwunden werden, wenn er kleiner ist als der Wurzeldruck. Voraussetzung für den Angriff des Wurzeldruckes ist ein Widerlager, an dem sich die Wurzel verspannen kann. Auch die Verbindungsgeometrie entscheidet somit über das Einwuchsverhalten und muss daher mit Blick auf die Wurzelfestigkeit ausgelegt werden.

     - Bei der Konstruktion von Steckmuffen sollte der durchwurzelbare, umlaufende Spalt gering sein. Allerdings sollte gleichzeitig eine Ringraumbildung zwischen Muffenspalt und Dichtelement verhindert werden, da ansonsten ein Dichtefalleneffekt zu befürchten ist.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass im Rahmen dieses interdisziplinären IKT-Projektes die wesentlichen Ursachen für Wurzeleinwuchs erkannt wurden. Allerdings ließen sich nicht alle Fragen abschließend lösen. So sind weitergehende Empfehlungen für Bau, Betrieb und Sanierung von Abwasserkanälen zu entwickeln und die konstruktive Ausbildung von Kanälen und deren Verbindungen mit Blick auf Wurzelwuchs zu verbessern. Künftige IKT-Untersuchungen greifen dies auf.

Der vollständige Bericht „Wurzeleinwuchs in Abwasserleitungen und Kanäle“ kann vom IKT-Web-Server heruntergeladen werden: unter www.ikt.de

[1]       Stützel, Th; Bosseler, B. ; Bennerscheidt, C.; Schmiedener, H.: Wurzeleinwuchs in Abwasserleitungen und Kanäle (Projektendbericht). Lehrstuhl für Spezielle Botanik an der Ruhr-Universität Bochum, IKT – Institut für Unterirdische Infrastruktur, Juli 2004. download:  www.ikt.de

[2]     ATV-M 143, Teil 1: Grundlagen der Inspektion, Instandsetzung, Sanierung und Erneuerung von Abwasserkanälen und –leitungen, Dezember 1989

[3]     Stein, D; Kaufmann, O.: Schadensanalyse an Abwasserkanälen aus Beton- und Steinzeugrohren der Bundesrepublik Deutschland - West, Korrespondenz Abwasser 02 / 93

[4]     Meyer, F.H.: Bäume in der Stadt, Ulmer Verlag Stuttgart, 1982

[5]     Braune, W.; Leman, A.; Taubert, H.: Pflanzenanatomisches Praktikum I., 5.Auflage. Fischer-Verlag, 1987

[6]     Bosseler, B.; Stützel, Th.; Bennerscheidt, C.: Root penetration in sewers: Causes, Tests and Prevention. 22nd International NO DIG Conference and Exhibition, Hamburg; November 2004.

[7]     Firmeninformationen der Fa. Tekscan: Druckfolien zum Erfassung des Druckes in räumlicher Auflösung, Stand 2004; www.tekscan.com

Für weitere Informationen
wenden Sie sich bitte an:

Dipl.-Ing. Christoph Bennerscheidt

Email: bennerscheidt@ikt.de

Tel.: 0209 17806-25

Dipl.-Biol. Heiko Schmiedener

Email: schmiedener@ikt.de

Tel.: 0209 17806-15

IKT – Institut für Unterirdische Infrastruktur

Exterbruch 1

45886 Gelsenkirchen

Tel.: 0209 17806-0

Fax: 0209 17806-88

Internet: www.ikt.de

2.6. Beschäftigung

In der öffentlichen Abwasserbeseitigung waren im Jahr 1998 unmittelbar insgesamt 7.883 Personen beschäftigt. Im Bereich der öffentlichen Kanalisation waren 4.448 Personen tätig, in den 901 öffentlichen Abwasserbehandlungsanlagen fanden 3.435 Personen Beschäftigung [1]. Aufgrund der aktuellen Veränderungen der Entsorgungsinfrastruktur in Richtung auf ein expandierendes Abwasserkanalsystem und eine verringerte Anzahl von Kläranlagen sind entsprechende Anpassungen der Beschäftigtenstruktur zu erwarten.

Im Jahr 2001 summiert sich die Zahl der Beschäftigten in der Abwasserentsorgung auf 9.093 Mitarbeiter. Davon werden 5.320 Mitarbeiter dem Bereich Kanalisation und 3.773 Mitarbeiter den von Kommunen und Verbänden betriebenen Kläranlagen zugeordnet. Damit hat sich gegenüber dem Jahr 1998 der Anteil der Beschäftigten im Bereich Kanal von 56,4 % auf 58,5 % erhöht.

Im Jahr 2001 haben die 9.093 Beschäftigten in der öffentlichen Abwasserbeseitigung die Abwässer von 17,4 Mio. angeschlossenen Einwohnern entsorgt, d.h. durchschnittlich entfielen auf jeden Beschäftigten die zu entsorgenden Abwassermengen von ca. 1.913 Einwohnern.

2.7. Produktivität

Die Arbeitsproduktivität in der Abwasserwirtschaft lässt sich in der folgenden Form darstellen:

Die Jahresabwassermenge im Jahr 1998 betrug 2.838 Mio. m³, so dass auf jeden Beschäftigten eine Entsorgungsleistung in Höhe von rd. 360.000 m³ p.a. entfällt bzw. pro Manntag 986 m³ Abwasser entsorgt werden.[2] Im Jahr 2001 betrug die Jahresabwassermenge 2.954 Mio. m³. Die jährliche Entsorgungsleistung je Beschäftigten lag bei 325.000 m³, je Manntag wurden 890 m³ Abwasser entsorgt.

Stellt man die hervorgebrachte Leistung in Relation zu den eingesetzten Sachanlagen, so lässt sich als weitere Produktivitätskennziffer die beseitigte Abwassermenge auf die Kanalisationslängen beziehen, um die Produktivität des Kanalnetzes zu ermitteln:

Wie die nachfolgende Abbildung verdeutlicht, unterliegt die Jahresabwassermenge zwar Schwankungen, weist allerdings insbesondere seit Beginn der 90er Jahre einen steigenden Verlauf auf. Die Entwicklung der Produktivität des Kanalnetzes ist rückläufig: Bei insgesamt zunehmenden Jahresabwassermengen fiel die Produktivität von rd. 38 m³ je Kanalmeter im Jahr 1983 auf rd. 34 m³ je Kanalmeter im Jahr 2001. Der Rückgang der Kanalproduktivität ist dabei auf die im Vergleich zu den Jahresabwassermengen überproportional gestiegene Kanalnetzlänge zurückzuführen.

[2]     Zu den angeschlossenen Einwohnern und Jahresabwassermengen siehe oben, Kapitel 2.1. Abwasseraufkommen.

Für weitere Informationen
wenden Sie sich bitte an:

Email: rometsch@ikt.de
Internet: www.ikt.de

Umsetzung der SüwV Kan: Erfahrungen der Stadt Herne

Die SüwV Kan verpflichtet Kanalnetzbetreiber zur Eigenkontrolle ihrer Anlagen. Im Auftrag des NRW-Umweltministeriums untersuchte das IKT den Stand der SüwVKan-Umsetzung bei allen 396 Kommunen und 12 Wasserverbänden. Zur Vorstellung und Diskussion der Ergebnisse lud das IKT am 18. August 2004 zum IKT-Forum SüwV Kan 2004 ein. Umweltministerin Bärbel Höhn stellt die Sicht des Landes dar und kommunale Referenten berichten über erprobte und erfolgreiche Vorgehensweisen.

Aus seiner Tätigkeit als Leiter der Abteilung Stadtentwässerung der Stadt Herne berichtete Hr. Dr.-Ing. Schmidt über Erfahrungen mit der Umsetzung der SüwV Kan bei einer mittelgroßen Kommune wie der Stadt Herne.

Dr.-Ing. Günter Schmidt 

Stadt Herne

Fachbereich Tiefbau und Verkehr

Abteilung Stadtentwässerung

Umsetzung der SüwV Kan: Erfahrungen der Stadt Herne

Mit der Frage, wie die vom Umweltministerium des Landes Nordrhein-Westfalen im Jahre 1995 veröffentlichte Selbstüberwachungsverordnung Kanal am sinnvollsten umgesetzt werden kann, hat sich die Abteilung Stadtentwässerung des Fachbereiches Tiefbau und Verkehr in der Stadt Herne bereits frühzeitig befasst.

Wesentliche Grundlagen für die Ausarbeitung der speziellen Unterlagen zur SüwV Kan in der Stadt Herne bildeten neben der Verordnung selbst der Runderlass „Anforderungen an den Betrieb und die Unterhaltung von Kanalisationsnetzen“ vom Januar 1995, das ATV-DVWK- Arbeitsblatt A 140 „Regeln für den Kanalbetrieb, Teil I: Kanalnetz“ und die Unfallverhütungs-vorschriften. Des Weiteren wurden bei benachbarten Abwasserbetrieben verfügbare Informationen zu  vorliegenden Dienst- bzw. Betriebsanweisungen, usw. abgefragt; schließlich hat die im Jahre 1997 vom Umweltministerium herausgegebene Musterdienstanweisung für den Kanalbetrieb die endgültige Aufstellung der allgemeinen Regelungen für den Kanalbetrieb der Stadt Herne wesentlich beeinflusst.

Große Interesse an SüwVKan: Volles Haus im IKT

Neben der Allgemeine Betriebsanweisung, die auf der Muster-Dienstanweisung des MUNLV für den Kanalbetrieb aufbaut, wurden spezielle Betriebsanweisungen für spezifische Tätigkeiten, z.B. Kanalreinigung, Kanalkontrolle, Kanalinspektion und  für bestimmte Bauwerke, z.B. Pumpen, Düker, Regenbecken erarbeitet.

Bei der Umsetzung der speziellen Betriebsanweisungen und Betriebsberichte im Abwasserbetrieb der Stadt Herne wurden die Ziele verfolgt, möglichst eine kurzfristige, d.h zeitgleiche Umsetzung zum Erlass zu erreichen und eine einfache Handhabung für die Mitarbeiter des Kanalbetriebes und für den Kanalmeister zu ermöglichen. Die Betriebsberichte wurden deshalb als Formblätter anhand von EXCEL-Tabellen erstellt, die in Form von Formularblöcke den Mitarbeitern der jeweiligen Kolonnen zur Verfügung gestellt werden, von diesen ausgefüllt werden und in Ordnern beim Kanalmeister fortgeführt werden.

Der Aufbau der speziellen Betriebsanweisungen gliedert sich zunächst in die Beschreibung der Funktionsweise der entsprechenden abwassertechnischen Anlage und in das Verzeichnis der einzelnen Anlagen; daraufhin folgt eine Darstellung der Arbeitsabläufe mit Umfang, Ziel und Art der Tätigkeiten nach SüwV Kan, und die jeweiligen Formblätter der Betriebsberichte werden aufgeführt. Die durchzuführenden Betriebs- und Unterhaltungsaufgaben gemäß Runderlass sind in Abhängigkeit des Ergebnisses der Prüfung nach SüwV Kan ebenfalls angegeben. Die Zeitpunkte für die Durchführung der Tätigkeiten entsprechend der SüwV Kan sind tabellarisch aufgeführt, und es folgen abschließend Kapitel zu Hinweisen auf Lagerhaltung und wichtige Ersatzteile, Betriebsstörungen sowie verantwortliche Personen. Durch Pläne, auf denen die Örtlichkeiten einzelner abwassertechnischer Anlagen eingetragen sind, werden die Betriebsanweisungen der besseren Übersichtlichkeit halber gegebenenfalls vervollständigt.

IKT-Geschäftsführer Roland W. Waniek: "Die Aufgabe ist lösbar."

Beispielhaft wird in dem Vortrag die Betriebsanweisung „Kontrolle der Kanäle und Schachtbauwerke“ mit der ausführlichen Darstellung der Arbeitsabläufe und der Betriebsberichte erläutert; dazu gehört auch ein Meldezettel für Störfälle und schwere Schäden. Des Weiteren wird auf die Betriebsanweisung „Kanal- und Schachtreinigung“ ausführlicher eingegangen. 

Mit der Umsetzung der Selbstüberwachungsverordnung Kanal in der Stadt Herne wurde zu Beginn des Jahres 1995 nach Veröffentlichung der SüwV Kan begonnen; dabei wurde besonders auf eine Beteiligung der gewerblichen Mitarbeiter des Kanalbetriebes je nach Tätigkeit geachtet. Im Laufe der Bearbeitung im Jahre 1996 wurden Informationen bei benachbarten Abwasserbetrieben beschafft und erfolgten umfangreiche Abstimmungen mit den Abteilungen Organisation und Arbeitsschutz der Stadt Herne. Darüber hinaus fand eine laufende Beteiligung des Personalrates statt. Aufgrund der im Jahre 1997 herausgegebenen Musterdienstanweisung des Umweltministeriums NRW wurde die allgemeine Betriebs-anweisung überarbeitet, und die Umsetzung der Selbstüberwachungsverordnung Kanal wurde offiziell im Oktober 1997 im Betrieb eingeführt, wobei die Unterlagen an jeden gewerblichen Mitarbeiter verteilt wurden.

NRW-Umweltministerin Bärbel Höhn

Die Erarbeitung der Betriebsanweisungen und die jeweilige Fortschreibung erfolgt beim Abwasserbetrieb der Stadt Herne durch den Abteilungsleiter Stadtentwässerung, das

Ausfüllen der Betriebsberichte wird durch den jeweiligen Fahrer der Kolonne vorgenommen, und die Betriebsberichte werden in Ordnern beim Kanalmeister gesammelt, d.h. zu jeder Betriebsanweisung gehört 1 Ordner. Die regelmäßige Kontrolle wird durch den Kanalmeister und ca. alle 3 Monate durch den Abteilungsleiter gewährleistet. Die Auswertung der jährlich an das Staatliche Umweltamt zu meldenden Daten wird durch den für die Kanaldatenbank zuständigen Ingenieur wahrgenommen.

Die Vorteile des in der Stadt Herne eingesetzten Betriebsführungssystems gemäß der Selbstüberwachungsverordnung liegen in der einfachen Handhabung, da Formblätter von Hand ausgefüllt werden, in dem geringen Schulungsbedarf und in der einfachen Fortschreibung bzw. Anpassung der Formblätter. Es hat sich gezeigt, dass die gewählte Form bei den Mitarbeitern des Kanalbetriebes von Anfang an eine hohe Akzeptanz erreichen konnte, zudem verursachte die Umsetzung keine Anschaffungskosten für Software oder zusätzliches Personal. Als Nachteil ist nur zu nennen, dass Auswertungen manuell erfolgen müssen.

Mehr als 120 Teilnehmer auf dem IKT-Forum SüwVKan 2004

Für mittelgroße Kommunen, die zwar über spezialisiertes Personal für die Unterhaltung unterschiedlicher abwassertechnischer Anlagen verfügen, aber dennoch von den Aufgaben, von der Anzahl an Spezialfahrzeugen bzw. Kolonnen und von den örtlichen Einrichtungen her überschaubar sind, stellt die gewählte organisatorische Umsetzung der Selbstüberwachungs-verordnung Kanal eine wirtschaftliche Lösung dar. Spezielle alternative Betrachtungen von EDV-gestützten Betriebsführungssystemen einschließlich des erforderlichen Personals haben dies im Abwasserbetrieb der Stadt Herne bisher immer wieder bestätigt. Mit den bei der Stadt Herne vorliegenden Unterlagen steht damit ein Hilfsmittel zur Verfügung, Fragen der Organisation und Dokumentation im Rahmen des Betriebes und der Unterhaltung von Abwasseranlagen im Rahmen der Eigenkontrolle effektiv zu lösen.

Mess- und Drosseleinrichtungen an Regenbecken 

Aufgrund rechtlicher und betrieblicher Anforderungen werden Abwasseranlagen zunehmend mit Durchflussmesseinrichtungen ausgerüstet. Damit gewinnt die Messung von Volumenströmen und die Kalibrierung der Anlagen zunehmend an Bedeutung. Da auf diesem Gebiet noch erhebliche Verbesserungspotenziale bestehen, veranstaltete der Landesverband der ATV in Nordrhein-Westfalen am 27. Oktober 2004 einen Info-Tag zu diesem Zukunftsthema im IKT – Institut für Unterirdische Infrastruktur in Gelsenkirchen.

Aus seinen langjährigen Erfahrungen beim StUA Minden berichtete Hr. Dipl.-Ing. Sürder über Anforderungen an die Auswertung und Überprüfung von Mess- und Drosseleinrichtungen an Regenbecken. 

Mess- und Drosseleinrichtungen an Regenbecken

1.Einleitung

Aufgrund der begrenzten Leistungsfähigkeit von Kanalisationen und zur Beschränkung des Zuflusses zur Kläranlage werden im Kanalnetz in der Regel Speicherräume in Form von Regenbecken in Verbindung mit Drosselorganen zur Regulierung des Abflusses angeordnet. Die Regulierung des Drosseldurchflusses beeinflusst maßgeblich den Betrieb und die Entlastungstätigkeit von Regenbecken und Regenentlastungsanlagen. Nicht zuletzt hängt von der ordnungsgemäßen Funktion der Drosselorgane auch der ungestörte Betrieb der Kläranlagen ab.  Damit diese Bauwerke der Kanalisation und die aufnehmende Kläranlage die gestellten Anforderungen für den Gewässerschutz erfüllen können, sind sie ordnungsgemäß zu überwachen und zu betreiben.

Für die Selbstüberwachung von Kanalisationen wurde vom Ministerium für Umwelt, Raumordnung und Landwirtschaft des Landes Nordrhein-Westfalen die “Verordnung zur Selbstüberwachung von Kanalisationen und Einleitungen von Abwasser aus Kanalisationen im Mischsystem und im Trennsystem - Selbstüberwachungsverordnung Kanal, SüwV Kan - vom 16. Januar 1995“ gemäß § 57 LWG bekannt gemacht und eingeführt. Sie schreibt im § 3 unter anderem eine Überwachung der wesentlichen Einleitungen und der wichtigsten Regenbecken mit Wasserstandsmessern vor. Weiterhin werden geeignete Auswertungen der damit gewonnenen Messdaten verlangt, die eine Ermittlung der Entlastungstätigkeiten ermöglichen.

In der Anlage zur SüwV Kan wird eine Überprüfung von Drosseln an Regenüberläufen sowie eine hydraulische Kalibrierung der Drosselorgane von Regenklärbecken, Regenüberlaufbecken, Stauraumkanälen und Regenrückhaltebecken verlangt. 

Die Umsetzung der Forderungen bereitet in der Praxis häufig eine Reihe von Schwierigkeiten. Insgesamt ist auf dem Feld der Drosselkalibrierung und der Wasserstandsmessung erheblicher Handlungsbedarf gegeben. Dies verdeutlicht u.a. die Anzahl der in NRW betroffenen Bauwerke:

Tab. 1:Anzahl der Regenbecken in NRW (Quelle: REBEKA)

2.Grundsätzliche Vorgehensweise des StUA Minden/StAfUA OWL

Im Rahmen der Gewässeraufsicht nach § 116 LWG wurde in den letzten Jahren verstärkt die Überprüfung der Regenbecken mit dem Schwerpunkt der Einhaltung der Vorgaben der Selbstüberwachungsverordnung Kanal durchgeführt. Neben der Überprüfung der Vorgaben für

• Selbstüberwachungsanweisung

• Selbstüberwachungsbericht

• Betriebsanweisung

• Betriebsbericht

wurde insbesondere den Bereichen

• Drosselkalibrierung

• Wasserstandsmessung

verstärkt Aufmerksamkeit geschenkt.

Im Zuge der Auswertung der Selbstüberwachungsberichte wurde festgestellt, dass u.a. im Bereich der Drosselkalibrierung und der Wasserstandsmessung erhebliche Defizite vorhanden sind. Dies deckte sich auch mit den Erkenntnissen aus der Überprüfung des Betriebs der Regenbecken:

• Lange Einstauzeiten bis hin zu mehren Wochen nach den letzten Niederschlägen

• Hydraulische Überlastung der unterhalb liegenden Netze

• Hydraulische Überlastung der Kläranlagen, insbesondere bei der parallelen Anordnung der Becken im Netz

• Erhebliche Mängel bei der Gewinnung und Auswertung der Daten der Wasserstandsmessungen

Mangels konkreter Vorgaben in NRW ist dann den Betreibern 2001 empfohlen worden, die Drosselkalibrierung analog zum „Merkblatt zur Abwassereigenkontrollverordnung“ des Landes Hessen durchzuführen. (www.mulf.hessen.de).

Mittlerweile liegt auch für NRW ein entsprechender Fachbericht des LUA NRW vor (www.lua.nrw.de).

Eine Arbeitsgruppe erstellt darüber hinaus zur Zeit ein entsprechendes Papier zur Wasserstandsmessung. Eine Veröffentlichung soll in 2004 erfolgen.

3. Drosselkalibrierung

Konsequenzen aus einer Fehlfunktion der Drossel:

bei Unterschreiten der Drosselwassermenge:

• Unzulässiger Schmutzfrachteintrag in die Gewässer durch unzulässig hohe Entlastungsraten bei Regenüberlaufbecken, Stauraumkanälen und Regenklärbecken.

• Betriebsprobleme in den Becken und in der Kanalisation durch häufigen Einstau.

bei Überschreitung der Drosselwassermenge:

• Ungenutztes Beckenvolumen bei Regenüberlaufbecken und Stauraumkanälen

• Hydraulische Überlastung der Kläranlagen

• Hydraulische Belastung der Gewässer bei Regenrückhaltebecken

• Hydraulische Überlastung der unterhalb liegenden Sonderbauwerke und Kanalisationen

• Fehlfunktion bei Regenklärbecken durch zu hohe Beaufschlagung

Nach den bisher im Dienstbezirk vorliegenden Erkenntnissen arbeiten rd. 60 % der Drosselorgane bei Regenüberlaufbecken und Stauraumkanälen außerhalb des Toleranzbereichs von 20 %. Dabei ist festzustellen, dass überwiegend der Bereich nach oben hin überschritten wird. Die Größenordnungen sind erheblich, sie reichen bis zu einigen 100 Prozent der zulässigen Drosselwassermenge.

In diesem Zusammenhang muss darauf hingewiesen werden, dass in diesen Fällen bei einer Neueinstellung der Drossel auf den zulässigen Bereich, d.h. eine Verminderung der bisher abgeleiteten   Mengen, ein „neues“(altes) Problem auftauchen könnte:

Die Ableitung zu hoher Mengen hat bisher „verschleiert“, dass das betreffende Mischwassernetz fremdwasserbelastet ist. Wird die Drossel jetzt auf ein vermindertes Maß eingestellt, werden die Einstauhäufigkeiten, die Einstauzeiten und in nicht wenigen Fällen auch die Überlaufanzahl und damit die Überlaufmengen ansteigen. Insofern ist es wichtig, dass die Sonderbauwerke und das zugehörige Netz immer als Einheit angesehen werden.

Im Hinblick auf die ersten Ergebnisse der Kalibrierung wird dringend empfohlen, nach der Installation einer Drossel immer eine Erstkalibrierung ausführen zu lassen und die Ergebnisse mit in die Gewährleistung einzubeziehen.

Die Kalibrierung kann nach folgender Priorität durchgeführt werden:

Tab. 2: Vorschlag zur Priorität der Kalibrierung

• Die  Priorität 1 umfasst die Regenüberlaufbecken und Stauraumkanäle, da hier eine Fehlfunktion der Drossel zu teilweise gravierenden Konsequenzen sowohl im Gewässer als auch bei den Abwasseranlagen führt.

• Bei den Regenklärbecken im Trennsystem erscheint es vertretbar, diese in die zweite Priorität zu legen. Bei einer Vielzahl von Becken ist die Druckhöhe sehr gering, eine Kalibrierung stößt hier schon an Grenzen der Machbarkeit (Simulation von Einstauereignissen).

• Bei den Regenrückhaltebecken sind die für die Auslegung vorgesehenen Flächen oft noch nicht voll erschlossen, damit ist dann auch die hydraulische Belastung des Beckens sehr gering. Darüber hinaus sind hier die Schwierigkeiten bei der Kalibrierung enorm, da ein Regenwetterfall nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand simuliert werden kann. Hier sollte die Kalibrierung dann durchgeführt werden, wenn die Flächen zu mehr als 70 % erschlossen sind.

Die Selbstüberwachungsverordnung lässt die Möglichkeit von abweichenden Häufigkeiten und verringertem Umfang durchaus zu (§ 2 Abs.2 SüwV Kan: Häufigkeit ; § 6 SüwV Kan: Umfang). 

Die SüwV Kan differenziert in ihren Festlegungen nicht nach Drosseltypen, auch wird der Begriff der Erstprüfung einer Drosseleinrichtung nicht genannt. Im Fachbericht 6/2003 des LUA NRW ist eine präzisierende Übersicht enthalten:

Tab. 3: Überblick über die vorzunehmenden Überprüfungen nach LUA Fachbericht 6/2003

Es wird  empfohlen, die entsprechenden Maßnahmen immer mit der zuständigen Wasserbehörde und dem StUA/StAfUA abzustimmen.

Zeigt das Ergebnis der Kalibrierung Werte, die außerhalb der Toleranzgrenze liegen, so ist nicht in jedem Fall eine Neueinstellung bzw. eine Sanierung der Drosseleinrichtung erforderlich. Hier sollte im ersten Schritt versucht werden,  das betreffende Mischwassernetz über eine aktuelle Berechnung, z.B. mit Hilfe einer Langzeitsimulation nachzuweisen. Dabei kann auch die Möglichkeit geprüft werden, die zugehörige Abwasserbehandlungsanlage mit einem erhöhtem Mischwasservolumenstrom zu beschicken.

4. Wasserstandsmessung

In § 3 der SüwV Kan sind die technische Überwachung der Einleitungen und die zu überwachenden Bauwerke wie folgt festgelegt :

„Bei wesentlichen Abwassereinleitungen gemäß § 1 Abs. 1 Nr. 2, die in der Anweisung zur Selbstüberwachung festzulegen sind, sind bei den wichtigsten Regenklärbecken, Regenüberlaufbecken und Stauraumkanälen eines Kanalisationsnetzes zur Überwachung kontinuierlich aufzeichnende Wasserstandsmessgeräte einzubauen. Durch geeignete Auswertungen der Füllstände und Benutzungszeiten sind Überlaufmengen, Dauer und Häufigkeit und bei Bedarf die zur Abwasserbehandlungsanlage weitergeleiteten Abwassermengen zu ermitteln.“

Aus Sicht des StUA ist hier eine Konkretisierung der Begriffe unbedingt erforderlich, vor allem, um vergleichbare Daten zu den Entlastungen zu bekommen.

In der Arbeitsgruppe wurde folgende Festlegung der „Wesentlichen Einleitungen“ und der „Wichtigsten Bauwerke“ abgestimmt:

Zu den wesentlichen Abwassereinleitungen aus Entlastungsbauwerken von Kanalisationsnetzen gehören aus Gewässersicht:

• alle Mischwassereinleitungen mit qualitativem und/oder quantitativem Einfluss auf das Gewässer,

• alle Einleitungen aus Entlastungsbauwerken aus Misch- und Trennsystem, an welche die Wasserbehörde weitergehende Anforderungen gestellt hat,

• alle Einleitungen aus Entlastungsbauwerken mit erhöhtem Gefährdungspotential oder bei Einleitung in besonders schutzwürdige Gewässer oder in Gewässer mit besonderen Nutzungsanforderungen, z.B. Einleitung im Schutzzonenbereich der öffentlichen Wasserversorgung, Einleitung aus Industrie– und Gewerbegebieten,

• alle Einleitungen aus Becken, an denen bereits wasserrechtliche Forderungen nach Messeinrichtungen durch die Genehmigungsbehörde vorliegen.

Bei der Bestimmung, welche den wesentlichen Einleitungen zuzuordnenden Entlastungsbauwerke wichtig sind, ist zu prüfen, ob diese aus Sicht des Kanalnetzes, d.h. aus abwassertechnischer Sicht wichtig sind.

Dazu gehören:

• das jeweils letzte Becken/Entlastungsbauwerk vor der Kläranlage,

• das jeweils letzte Becken/Entlastungsbauwerk nach einer größeren Ortschaft/einem größeren Einzugsgebiet,

• Regenklärbecken für Gewerbe- und Industriegebiete,

• alle Entlastungsbauwerke, an denen bereits wasserrechtliche Forderungen nach Messeinrichtungen durch die Genehmigungsbehörde vorliegen.

Eine Entscheidungshilfe für die Festlegung kann auch das Ergebnis der Simulation eines Mischwassernetzes sein. Hier kann man  Entlastungsschwerpunkte erkennen und dementsprechend ausrüsten.

Ziel der Datengewinnung und Auswertung soll es zunächst sein, für die betrachtete Entlastung die Betriebsdaten eines Jahres zu ermitteln. Dies führt dazu, dass für die Becken eines Entwässerungssystems nach einigen Jahren eine Historie vorhanden ist; d.h. durch den Vergleich der jeweils betrachteten Zeiteinheit sind Abweichungen im Betriebsverhalten des einzelnen Beckens erkennbar. Durch diesen Vergleich ist die Stellung und Funktion der einzelnen Entlastung in einen Netz  zu bewerten. Dazu ist es erforderlich, dass eine Auswertung nach einheitlichen Kriterien erfolgt.

Darüber hinaus hat die Wasserstandsmessung auch Synergieeffekte, da die Daten und Signale auch anderweitig vom Betreiber benutzt und verarbeitet werden können. Als Beispiele seien  hier genannt:

• Fernüberwachung

• Fernsteuerung/Bewirtschaftung

• Netz/Volumenoptimierung

• Erkenntnisse zu Fremdwasser

• Ergänzende Daten zur Kalibrierung von N/A - Modellen, Simulationsmodellen

• Daten zur Verifizierung von Planungen nachgeschalteter Anlagen, z.B. Retentionsbodenfilter

• Daten zur erforderlichen Wartung und Instandhaltung

In der SüwV- Kan wird die Berechnung der Überlaufmengen aus den Füllständen und Benutzungszeiten gefordert. Bei der Berechnung der Überlaufmengen ist allerdings größte Vorsicht geboten, die Fehlerquellen sind vielfältig, daher sollten die berechneten Mengen als grobe Schätzwerte angesehen werden.

So werden z.B. Entlastungsschwellen auf Sicherheit ausgelegt, um Rückstau in das Netz zu verhindern. Dies führt dann zwangsläufig zu sehr langen Schwellen mit geringen Überfallhöhen. Berücksichtigt man, dass eine Vielzahl von Entlastungsereignissen nur kleine Mengen und damit geringe Überfallhöhen bringen, ist die Anforderung an die Messtechnik enorm.

Weitere Einflussgrößen bei der Berechnung der Mengen aus den Wasserständen sind:

• Lage und Ausbildung der Schwelle, Einfluss von Tauchwänden

• Bewegungen der Wasseroberfläche durch Wind etc.

• Verschmutzung der Schwelle

Eine mögliche Lösung wären hier aufgelöste Schwellen, welche die  oft auftretenden geringen Abflüsse konzentrieren und dabei ausreichend Überfallhöhe erzeugen.

Darüber hinaus sind Überlaufmengen als isolierter Wert nicht unbedingt hilfreich. Welche Aussage hat eine entlastete Menge in m³?  Um hier vergleichen zu können, wäre es erforderlich, die Überlaufmenge auf einen vergleichbaren Maßstab zu beziehen, z.B. entlastete Menge zu Fläche ( m3/ha_Ared). Damit werden aber neue Fehlerquellen aktiviert.

Besser und insbesondere weniger fehleranfällig erscheint eine Bewertung [1] anhand folgender Parameter:

• Einstauhäufigkeit

• Einstaudauer

• Überlaufhäufigkeit

• Überlaufdauer

Einstauhäufigkeit und Dauer sind bei sinnvoller Anordnung der Messgeräte mit geringen Fehlern behaftet. Hier ist die Festlegung eines Mindest- oder Grenzwasserstandes, ab dem der Einstau beginnt, der entscheidende Schritt. Dies gilt insbesondere für Nebenschlussbecken. 

Bei der Bestimmung der Überlaufhäufigkeit und der Überlaufdauer nimmt die Anfälligkeit für Fehler zu. Diese Daten werden u.a. beeinflusst von der

• Anordnung der Messgeräte,

• Art, Ausbildung sowie Länge der Schwelle,

Die entscheidende Frage ist, wann beginnt und wann endet ein Überlaufereignis? Insbesondere im Bereich der Schwelle ist erkennbar, dass es aufgrund verschiedener Ursachen zu einer Unschärfe bei den Häufigkeiten kommt [2]. Um dieser Unschärfe Rechnung zu tragen, wird empfohlen, nicht die geodätisch “richtige“ Höhenlage der Schwelle zugrunde zu legen, sondern  zu definieren, dass eine Entlastung beginnt, wenn eine Ordinate von „x“ cm unterhalb der Schwelle überschritten wird. Die Entlastung endet dann, wenn diese Ordinate wieder unterschritten wird. 

Während es kurzfristiges Ziel sein sollte, dass jeder Betreiber für seine Becken eine Historie erstellt, sollte es mittelfristig Ziel sein, alle Entlastungen eines Betreibers untereinander zu vergleichen und bewerten zu können. Langfristig ist anzustreben, alle Entlastungen einem ggf. landesweiten Ranking zu unterziehen. Hier könnte bereits jetzt auf der Grundlage verifizierter Daten der Entlastungen z.B. in NRW, eine Ranking-Gerüst für

• Unterschiedliche Beckentypen (Fangbecken, Durchlaufbecken))

• Unterschiedliche Niederschlagsgebiete

• Unterschiedliche Topographien

etc erarbeitet werden, in welches jeder Betreiber seine Becken einordnen und bewerten kann.

Unbedingt erforderlich ist, dass Rohdaten gespeichert werden. Es sollte unbedingt davon Abstand genommen werden, berechnete Wassermengen zu speichern. Damit sind spätere Korrekturen; z.B. bei einem Fehler in der Nullpunktbestimmung nicht mehr korrigierbar. Mit diesen gespeicherten Wasserständen kann man dann auch jederzeit die Mengen berechnen.

Die Auswertung der Messdaten soll es ermöglichen, mit relativ wenigen, komprimierten Daten das Betriebsverhalten eines Regenbeckens zu überprüfen. Gerade den kleineren Betreibern ist es allerdings aus verschiedenen Gründen nicht möglich, eigene Auswertungen zu erstellen. Hier sind dann auch die Ingenieurbüros gefragt, die diese Aufgabe als Dienstleistung anbieten.

Generell ist auf eine möglichst zeitnahe Verifizierung der Daten zu achten, damit werden Ausfallzeiten und Lücken in den Daten minimiert. Darüber hinaus sollten in die entsprechende Software auch Warnfunktionen bei nicht plausiblen Werten eingebaut werden.

Oft wird in den Betriebsstellen eine vordergründig „tolle“ Auswertesoftware installiert, die auf Knopfdruck Ergebnisse liefert. Hier sind aber Fehler im wahrsten Sinne des Wortes vorprogrammiert. Da die vordergründig „exakte“ Angabe von Ergebnissen eine Genauigkeit vorspiegelt, die in der Realität nicht vorhanden ist, beschäftigt sich der Betreiber dann nicht mehr mit den  für das Ergebnis wesentlichen Randbedingungen. Dies sind z.B. die hydraulischen Verhältnisse im Bereich der Schwelle, die Festlegung des Einstaubeginns, die Kontrolle der Höhenlage der Schwelle, Sondennullpunkt.

Wichtig ist auch eine weitgehende Visualisierung der Ergebnisse, hier sollte die Möglichkeit vorhanden sein, Ganglinien des Wasserstandes, Histogramme von Häufigkeit und Dauer der Wasserstände in frei wählbarer zeitlicher Auflösung zu erstellen.

Die wesentlichen Aufgaben im Bereich der Wasserstandsmessung dürften in den nächsten Jahren verstärkt dort liegen, wo es um die Verifizierung und Auswertung der Daten geht. Hier sind unbedingt einheitliche Vorgaben erforderlich, um die Daten schlussendlich miteinander vergleichen zu können.

Aber auch der Bereich der Bewertung erfordert konkrete Vorgaben, damit es dem Betreiber möglich ist, das Betriebsverhalten der jeweiligen Becken einordnen zu können.

Für weitere Informationen
wenden Sie sich bitte an:

Thomas Sürder

StAfUA OWL

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