Alpine Wasserversorgungs- und Vorsorgelogistik

 
 
Das Projekt „Alpine Wasserversorgungs- und Vorsorgelogistik“ betrifft eines der 8 Work Packages in Netzknoten 2 „Nachhaltige Wasserbewirtschaftung in Gebirgsräumen“ des KNET-Netzwerkes (Kompetenznetzwerk Wasserressourcen – www.waterpool.org). Dieses Projekt zielt auf die Entwicklung grundsätzliche Methoden zur Analyse, Entwicklungsprognose und Bewirtschaftung von integrierten Wasserversorgungs- und vorsorgesystemen im alpinen Umfeld. Unter dem Begriff integrierte Wasserversorgungs- und –vorsorgesysteme sind Gesamtsysteme - bestehend aus Ressourcen (Wasserdargebot), technischen Systemen (Wasserbedarfsdeckung) und Nutzungen (Wasserbedarf) – zu verstehen. Das Endresultat stellt ein praktikables Entscheidungsfindungssystem dar.
 

 

Wasserwirtschaftssystem

 
Der Zusammenhang zwischen Wasserdargebot, Wasserbedarf und Wasserbedarfsdeckung ist mittels der Ströme Materialfluss (Wasserquantität, Qualität), Informationsfluss (z.B. GIS-basierte Monitoringsysteme zur Unterstützung dezentraler Strukturen) und Wertefluss (Wasserpreise, Kostendeckung) innerhalb der Grenzen des Betrachtungsraumes für die verschiedenen Nutzungserfordernisse wie Trinkwasserversorgung und -vorsorge, Industrie und Gewerbe, Beschneiungswirtschaft, Tourismus und Kraftwasserwirtschaft darzustellen. Externe Einflüsse auf das System werden durch Änderungen der Randbedingungen berücksichtigt.

Als Wirtschaftspartner sind die Wasser Tirol, die Vorarlberger Illwerke, die Weizer Stadtwerke bzw. W.E.I.Z, die Bergbahnen St. Jakob und Wintertechnik Engineering beteiligt.

Die Thematik Beschneiung von Wintersportanlagen ist im Sinne einer Vorsorgemodellierung und Entscheidungssystementwicklung zwar bereits in den Projekt enthalten, aufgrund der Wichtigkeit der Thematik und des besonderen Interesses der Wirtschaftspartner wird dieser Problemkreis in einem weiteren Punkt noch besonders vertieft behandelt, wie beschrieben im folgenden Kapitel.

Als Pilotgebiet für die entwickelte Systematik wurde der größeren Kitzbüheler Raum in Tirol ausgewählt, und als Verifizierungsgebiete der Bregenzer Wald in Vorarlberg und die Weizer Region in der Steiermark.
 
Karte Kitzbuehl
 
Fleischhacker, E. (1994) Methodischer Problemlösungsansatz für ein zukunftsorientiertes Wasserwirtschaftskonzept. Wasserwirtschaft Vol.84, p. 544-548.

Vertiefende Untersuchungen zur Thematik Beschneiung von Wintersportanlagen

 

Die Errichtung und der Betrieb der Beschneiungsanlagen ermöglicht die Bereitstellung eines entsprechenden Pistenangebotes während der gesamten Wintersaison. Damit werden der Tourismus und die Wirtschaft im harten internationalen Wettbewerb um Schigäste für ein Schigebiet unterstützt.


Das Wasser, das für die Beschneiung verwendet wird, stammt in der Regel aus Fließgewässern aber auch aus Quell-, Grund- oder Seewasser. Um eine Wasserknappheit des Entnahmegewässers zu vermeiden, werden fallweise Speicherseen (Beschneiungsteichanlagen) oder die Trinkwasserzapfung als „ Hilfsquellen“ der Beschneiung verwendet. Die derzeitige und zukünftige Trinkwasserbedarfsdeckung hat prinzipiell Vorrang gegenüber Wasserentnahmen für Beschneiungsanlagen. Auswirkungen auf den Wasserhaushalt erfolgen im Zuge der Wasserentnahme sowie bei der Rückgabe in Form von Schmelzwasser.
 

Untersuchungsgebiet 1Untersuchungsgebiet 2

 

Das Untersuchungsgebiet für diese Studie liegt im Skigebiet Brunnalm St. Jakob im Defereggental in Osttirol. Für dieses Untersuchungsprogramm wurden zwei Untersuchungsflächen des Schigebietes festgelegt. Diese sind Untersuchungsgebiet 1 Feistritz (ca 1400 m Seehöhe) und Untersuchungsgebiet 2 Weißspitz (ca 2400 m Seehöhe). Die beiden Untersuchungsflächen wurden so ausgewählt, dass Unterschiede in unterschiedlich technisch hergestelltem Schnee untersucht werden konnten.

 

Die Ziele dieser Studie können in folgende Punkte erfasst werden:

  • Bestimmung das Abschmelzverhalten von technischem Schnee im Verhältnis zum Naturschnee
  • Bestimmung des Abschmelzverhaltens von unterschiedlich hergestelltem technischen Schnee (Lanzen vs. Propeller)
  • Beginn sowie Ende des Ausaperns einer Fläche oder einer Schneeart
  • Ermittlung der Schneedichte und des Schneewassergehaltes von unterschiedlich hergestelltem technischen Schnee
  • Wasserbilanz der Schneedecke
  • Die Menge an technischem Schnee, die wieder in den Grundwasserspiegel gelangt

 

 

Um die Ziele dieser Studie zu erreichen, wurde ein Messprogramm in dem Untersuchungsgebiet der Schisaison 2005/2006 durchgeführt (und in der Schisaison 2006/2007 fortgesetzt). Bei diesem Messprogramm wurden folgende Parameter bei allen Testfeldern gemessen:

  • Bodentemperatur (mittels ebi-6 Datenlogger)
  • Bodenfeuchte (mittels Ech20 –Sonden)
  • Schneehöhe mittels Pegelmessungen und Sondierungen
  • Schneedichte und Schneewassergehalt mittels eines Schneebohrers

 

Im Bereich des Testfeldes Almspitz (ca. 2450 m Seehöhe), wurde für diese Studie eine Wetterstation aufgestellt, um die meteorologischen Daten vor Ort zu erheben. Die gemessenen Daten wurden im Minutentakt gespeichert um genaue Vergleichsdaten mit der ZAMG-Klimastation im Tal zu erhalten.


Mit den erhobenen Daten wird zukünftig das Abschmelzverhalten unterschiedlich hergestelltem Schnee mittels einer lokalen detaillierten (Wasser-Schnee) Bilanzierung dargestellt. Weiters ist auch das Ziel, eine regionale Bilanzierung der Wasserbilanz unter Einfluss von Beschneiung mit Hilfe der erhobenen Daten zu entwickeln. Dazu werden primär die Erkenntnisse vom detaillierten Modell in ein regionales und GIS basiertes Bilanzmodell eingebaut. Dabei kann ein Vergleich bzw. die Änderung der hydrogeologischen Daten eines Gebietes in dem eine Beschneiung eingesetzt wurde untersucht werden.

 
 
 
 

Simulation and Analysis of Integrated Waste Water System in Alpine Environment

 

Aspects of Cold Temperature and Winter Road Maintenance

 

Die integrierte Betrachtung der Prozesse und Stoffflüsse in allen Bereichen des urbanen Abwassersystems ist heute bereits als Stand der Technik anzusehen. Neuere Untersuchungen zeigen aber, dass die verwendeten Methoden für die Analyse der Systeme im alpinen Umfeld angepasst werden müssen. Insbesondere können negative Einflüsse von Schneeschmelze und Winterdienst auf Straßen nur ungenügend prognostiziert werden. Diese Arbeit versucht diese Wissenslücken zu schließen.

Schema eines Entwässerungssystems


In Österreich sind rund 70 % der Bevölkerung an ein Kanalsystem mit einer Abwasserreinigungsanlage (ARA) angeschlossen (Fenz et al., 1998). Diese Abwasser- entsorgungssysteme leiten ungereinigte (aus dem Kanalsystem) bzw. gereinigte (aus der ARA) Abwässer in die Oberflächengewässer (Vorfluter) ein. Dies bedeutet einen Eingriff in die Wasserqualität der Oberflächengewässer. Um den Eingriff quantifizieren zu können bedarf es einer integrierten Betrachtung von Einzugsgebiet, Kanalsystem, Kläranlage (ARA) und den Vorflutern, da das Einzugsgebiet mittels Oberflächenabfluss, das Kanalsystem mittels Entlastungsbauwerken und die Kläranlage (ARA) Schadstoffe in die Vorfluter leitet. Durch eine integrierte Modellierung, die aus allen Teilsysteme besteht, kann die Schadstoffbelastung der Vorfluter simuliert und somit beurteilt werden. In den letzten Jahren entstanden einige wissenschaftliche Arbeiten auf dem Gebiet der integrieren Modellierung (e. g. (Rauch et al., 1998), (Fenz et al., 1998), (Erbe et al., 2002), (Achleitner et al., 2006),…). Trotzdem weist die integrierte Modellierung von Abwasserentsorgungssystemen noch immer einige Unsicherheiten auf (Leinweber, 2002). Unter anderem findet man bei Modellierungen von Abwasserentsorgungssystemen, die im alpinen Raum situiert sind, Schwachstellen in den Modellen. Bei der Bewertung von Abwasserentsorgungssystemen werden meist sommersaisonale Aspekte herangezogen, da im Sommer die höchste hydraulische Belastung zu erwarten ist. Im Winter bleibt der Niederschlag (Schnee) an der Oberfläche bis er abschmilzt. Unter anderem führt dieser Sachverhalt zu einer Unterschätzung des hydraulischen Abfluss im Winter (Field et al., 2000). Stofflich gesehen können auch im Winter starke Belastungen auftreten (Westerlund, 2005), (Field et al., 2000). Maßnahmen für die Verkehrssicherheit (Streuung mit Splitt oder Salz), Akkumulierung von Schadstoffen in den Schneeschichten, Remobilisierung dieser Schadstoffe mit spezifischer Abflusscharakteristik, niederere Abbauraten durch niederere Temperaturen und Niederwasser in den Oberflächen-gewässern sollen als Beispiele für die elementaren Einflussfaktoren auf die Siedlungs-entwässerung im Winter dienen. Trotzdem werden wintersaisonale Aspekte bei der Bewertung wenig berücksichtigt, auch deshalb, weil die Modellierung der Prozesse im alpinen Raum nicht hinreichend akkurat ist. Ziel der Arbeit ist die Weiterentwicklung bzw. Adaptierung der integrierten Modellierung angepasst an den Anforderungen im Alpenraum. Hierzu werden Niederschlags-messmethoden an alpinen Gegebenheiten angepasst. Weiters soll mit Hilfe einer Schwachstellenanalyse die Unsicherheiten der Prozesse und der Modelle eines Abwasserentsorgungssystems für die Anforderungen im Winter identifiziert und verifiziert werden. Die Eliminierung der erhobenen Unsicherheiten und Schwachstellen in der Modellierung und in den Prozessen bildet den nächsten Arbeitsschritt. Die verbesserten Modelle werden in die vom Arbeitsbereich Umwelttechnik entwickelte Software CITY DRAIN (Achleitner et al., 2006) implementiert. Schlussendlich werden im Rahmen einer Fallstudie die neu entwickelten bzw. adaptierten Modelle getestet.

 


 

Achleitner S., Möderl M. und Rauch W. (2006). CITY DRAIN © - an open source approach for simulation of integrated urban drainage systems.
Erbe V., Risholt L. P., Schilling W. und Londong J. (2002). Integrated modelling for analysis and optimisation of wastewater systems – the Odenthal case. Urban Water, 4,63-71.
Fenz R., Zessner M., Kreuzinger N. und Kroiss H. (1998). Integrated waste water management for a small river basin - a case study. Water Science and Technology, 38 (11),87–95.
Field R., Clark S., Fan C.-Y. und O' Connor T. P. (2000). Annotated Bibliography of Urban Wet Weather Flow Literature from 1996 through 2000.
Leinweber U. (2002). Anforderungen an die integrierte Modellierung von Entwässerungssystemen und Kläranlagen.
Rauch W., Aalderink H., Krebs P., Schilling W. und Vanrolleghem P. (1998). Requirements for integrated wastewater models – driven by receiving water objectives. Water Science Technology, 38 (11),97–104.
Westerlund C. (2005). Seasonal Variations of Road Runoff in Cold Climate. Licentiate Thesis, Department of Civil and Environmental Engineering., Lulea University of Technology.

 

 

 

 

 

Klärschlammproblematik im Hochgebirge

 


 

Bei der Abwasserreinigung fällt Klärschlamm an, der auf Berg- und Schutzhütten entweder mittels Fahrzeugen (Lastwagen, Materialseilbahn, Helikopter) ins Tal zu einer kommunalen Kläranlage transportiert oder vor Ort im Hüttenumfeld aufgebracht wird. Letztere Vorgehensweise kann eine Veränderung der Vegetation bewirken, birgt ein örtliches hygienisches Gefährdungspotential und kann in sensiblen Lagen die Qualität vorhandener Wasserressourcen beeinträchtigen.

Wegen dieser Vorbehalte und den verschärften gesetzlichen Bedingungen hinsichtlich der Klärschlammaufbringung - beispielsweise ist durch das Tiroler Feldschutzgesetz das Aufbringen von Klärschlamm auf landwirtschaftlich nutzbaren Flächen Tirols untersagt - spielt zukünftig die Entsorgung des Klärschlammes eine immer wichtigere Rolle, da bisher die angefallenen Reststoffe häufig vor Ort entsorgt werden.

Alpine Abwasserentsorgungseinrichtung

„Klärschlammproblematik im Hochgebirge“ ist ein von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) unterstütztes Forschungsprojekt mit dem Ziel Verfahren zur Behandlung von im Hochgebirge anfallendem Klärschlamm zu optimieren, miteinander zu vergleichen und ihre jeweiligen idealen Einsatzbedingungen herauszufinden. Die Ergebnisse sollen für die Berg- und Schutzhütten des Alpenraumes modellhafte Lösungen aufzeigen.


Die Leistung der einzelnen Behandlungsverfahren soll hauptsächlich hinsichtlich der Volumenreduktion (Entwässerung) und der Hygienisierung bewertet werden, aber auch bezüglich des Abbaus und Verbleibs von Nähr- und Schadstoffen. In dem Projekt werden einerseits bereits vorhandene Systeme und andererseits auch neu errichtete Anlagen gemeinsam von zwei Hochschulen (Universität Innsbruck und Universität der Bundeswehr München), zwei Industriepartnern (Grammer Solar GmbH, Ingenieurbüro Pabsch & Partner GmbH) und dem Deutschen Alpenverein (Abteilung Hütten - Wege - Kletteranlagen) untersucht.

 


CD4WC

Kosteneffiziente Siedlungsentwässerung unter Berücksichtigung der EU Wasserrahmenrichtlinie

Das Projekt “Cost-effective development of urban wastewater systems for Water Framework Directive compliance” (CD4WC) beschäftigt sich mit der Optimierung und effizienten Gestaltung von Siedlungsentwässerungssystemen hinsichtlich der Investitions- und Betriebskosten. Dabei wird besonderes Augenmerk auf die ökologischen Konsequenzen in den natürlichen Wasserkörpern gelegt. Durch die Implementierung der europäischen Wasser-Rahmenrichtlinie (EU-WRRL) werden eine Vielzahl von System-, Betriebs- und Managementansätzen zur Anwendung kommen um die Vorgaben der WRRL - den „guten ökologischen Zustand“ der Gewässer - zu erreichen. Inhaltlich zielt das Projekt CD4WC also darauf ab, Gemeinden, Kommunen und sonstigen mit der Wasserwirtschaft betrauten ein Werkzeug zur Verfügung zu stellen, mit dessen Hilfe Maßnahmen bezüglich ihrer Wirksamkeit und Kosteneffizienz beurteilt werden können.

Fließgewässer


Wichtige Bestandteile der EU-WRRL sind einerseits der kombinierte Ansatz von Emissionsvorgaben (Beschränkung von Stoffausträgen aus technischen Anlagen) und andererseits Immissionsziele (Gewässergüteanforderungen). Zentrale Stellung haben der integrierte Ansatz der zu betrachtenden Gewässermerkmale für Oberflächengewässer ( biologisch/ökologische in Kombination mit hydrologischen und morphologischen Merkmale und chemisch-physikalischen Eigenschaften) und die Maßnahmenprogramme für Flusseinzugsgebiete, welche auch nationale Grenzen überschreiten.

Eine der Befürchtungen von Seiten der Betreiber / Verantwortlichen von Siedlungswasserwirtschaftssystemen ist, dass bei der Umsetzung der WRRL unverhältnismäßig hohe Kosten entstehen. Durch das neue Leitbild basierend auf der Wasserqualitätsbestimmung und der Planung integrierter Systeme (weg von der Betrachtung von Teilsystemen), gewinnt das Gesamtsystem an Vielfältigkeit. Die Wechselwirkung zwischen verschiedenen Teilsystemen (Fluß, Kläranlage, Kanäle, Vorfluter) und verschiedener „Verschmutzungsquellen“ ermöglich einen ungleich größeren Spielraum für Bewirtschaftungsmethoden. Zum Teil kann es auch zu Synergieeffekten zwischen einzelnen Teilsystemen kommen, welche sich vorteilhaft auf das Gesamtsystem auswirken. Ziel ist es die ökologischen Vorteile von diesen Synergieeffekte zu erfassen und den entstehenden Kosten gegenüberzustellen.


Dabei werden die Vorteile und Nachteile verschiedener Optionen und Strategien für die Entwicklung von Siedlungsentwässerungssystemen, unter Berücksichtigung der Leitbilder der WRRL, bestimmt und quantifiziert. Die Bewertung von Maßnahmen sollen so anhand verschiedener Kriterien (z.B.: Wasserqualität, Energie, Baustoffe und Chemikalien)erfolgen. Schwerpunkt ist die dynamische Iteration zwischen den Subsystemen (Wasserkörper, Kläranlage, Kanäle, Vorfluter und Verschmutzungsquelle).

 

Abwasserentsorgungssystem


Die durch das Projekt gewonnene Kenntnissen sollten sowohl der Forschung als auch für die Siedlungswasserwirtschaft in Europa dienen. Das Projektteam besteht aus insgesamt 8 Partner. Darunter wissenschaftliche Partner verschiedener Universitäten und Wirtschaftspartnern.

Neben dem Institut für Umwelttechnik in Innsbruck sind 3 weiteren Universitätspartner (TU Dresden-Deutschland, Universität Ghent – Belgien und Universität Athen – Griechenland) in das Projekt eingebunden.

Als Wirtschaftspartner sind die Tiroler Wasserkraft (Österreich), der Ruhrverband (Deutschland), Aquafin (Belgien) und die PVK Prag (Tschechien) beteiligt.

Vorteil an der Konstellation der Projektpartner ist, dass die Endverbraucher bereits aktiv an der Entwicklung mitarbeiten. Ihre Funktion ist es ihre praktischen Erfahrung und Daten beizutragen sowie neue Erkenntnisse schon während des Projektsverlaufes zu testen.

 
Zu erwartende Ergebnisse sind folgende:

  • Eine Liste von möglichen Optionen um das Siedlungsentwässerungssystem zu erweitern
  • Eine Bewertung von diesen Optionen hinsichtlich der ökologischen Folgen, um einen weg zu finden um die verschiedene Lösungen zu vergleichen
  • Eine Bewertung und ein Vergleich dieser Optionen hinsichtlich der Investition- und Betriebskosten
  • Eine Quantifizierung von den Ersparnissen verursacht von den erhöhten Freiheitsgraden gegeben von der Tat dass die WRRL die Ziele auf dem Vorfluter Qualität setz und nicht auf den Emissionen.


Moderne Verfahren der Kanalnetzberechnung, -bewirschaftung und -optimierung

Im Auftrag und in Zusammenarbeit mit den Innsbrucker Kommunalbetrieben führt der Arbeitsbereich Umwelttechnik eine Reihe von Projekten im Rahmen der modernen Kanalnetzberechnung, -bewirtschaftung und –optimierung durch. Insbesondere erfolgt dies unter Beachtung der für den alpinen Raum besonderen Gegebenheiten:

  • Schneefall und -schmelze
  • Stoffeintrag durch Salz- und Splitstreuung
  • Räumliche Niederschlagsverteilung durch Wetterbeeinflussung durch Gebirge
  • Kombination von sehr steilen Kanalsträngen mit Flachstrecken
  • Hochwassergefahr durch alpine Abflüsse

Studie zur Erhebung der Randbedingungen für die hydraulische Berechnung des Kanalisationssystems Innsbruck

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Auf der Basis von behördlichen Vorschreibungen, vorhandenen Auswertungen und Niederschlagsaufzeichnungen werden die hydrologischen Grundlagen zur Kanalnetzberechnung erhoben. Dabei werden alle für den Standort Innsbruck essentiellen Daten extrahiert, wie Bemessungsregenspende r 15,1,Modellregen für Berechnung der hydraulischen Leistungsfähigkeit, Starkregenserien für Berechnung der hydraulischen Leistungsfähigkeit, Langzeitserie für die Mischwasseremissions-berechnung

 

Konzeptentwicklung für Planung, Bau und Betrieb des Kanalisationssystems Innsbruck – Masterplan zur Umsetzung der Richtlinie zur Mischwasserbehandlung

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In den letzten Jahren haben sich sowohl von der rechtlichen als auch von der fachlichen Seite neue Perspektiven für den Bau, den Betrieb und die Erhaltung städtischer Kanalisationssysteme ergeben.

Rechtliche Randbedingungen: Sowohl durch die zunehmende Hinwendung zur Infiltration von Regenwässer und der Regeneration von urbanen Gewässern als auch von Seiten der Dimensionierung der Bauwerke gilt es neue Planungsgrundlagen zu beachten. Dies ist einerseits die Europäische EN Norm 752 zur Überflutungswahrscheinlichkeit bzw. die nationale Umsetzung mittels ÖWAV Regelblatt 11 und andererseits die in ÖWAV Richtlinie Regelblatt 19 hinsichtlich der Emissionen von Mischwasser. Darüber hinaus ist mittelfristig mit Anforderungen aus der Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie zu rechnen. Gerade hinsichtlich des letztgenannten Punktes ist es wichtig eine langfristige Konzeption auszuarbeiten.

Moderne Planungsmethoden: Darüber hinaus haben sich in den letzten Jahren auch moderne Methoden zur Planung und zum Betrieb von Entwässerungsanlagen etabliert. Grundlage dessen sind die digitalen Aufzeichnungen der Regenintensität, welche eine detaillierte Berechnung der hydrologischen und hydraulischen Zusammenhänge erlauben. Der Einsatz moderner Methoden bedingt aber auch eine – im Vergleich – aufwendigere Messung der Zustandsdaten zur Kalibrierung. Erfahrung mit kontinuierlichen Messungen von Abfluss und Verschmutzungsparametern (TSS, UV Spektrometer etc.) finden erst langsam Eingang in die Praxis. Trotz des erhöhten Aufwandes sind aber die Vorteile der modernen Simulationsmethoden in der Planung und im Betrieb von Entwässerungsanlage exorbitant. Dadurch wird nicht nur eine präzise Bewertung der hydraulischen Kapazität des Kanalsystems möglich (wie auch durch die Umsetzung der Europäische EN Norm 752 zur Überflutungswahrscheinlichkeit gefordert), sondern auch eine Bewirtschaftung der – ansonsten ungenutzten – Speicherkapazitäten im System. Zudem ist eine gezielte Wartung des Systems in Bezug auf Sedimente möglich.

Kanalnetzbewirtschaftung: Trotz einiger Erfahrung in der Implementierung von Echtzeitsteuerungssystemen zur Kanalnetzbewirtschaftung (die ersten Systeme in Deutschland und der USA wurden vor ca. 20 Jahren installiert) empfiehlt es sich aber hier schrittweise vorzugehen. Einfache Optimierungen des Systems bzw. einfache lokale Steuerungen lassen sich bereits mit geringem Aufwand implementieren und können – je nach System – signifikante Erfolge erzielen. Erst nach Vorliegen der ersten Erfahrungen mit einfachen Steuerungssystemen und Ausloten des möglichen Potentials sollte eine komplexe Verbundsteuerung in Angriff genommen werden.

Kanalnetzmanagement: Auch im Hinblick auf das Management des Kanalisationssystems (darunter ist hier subsumiert der Betrieb, die Inspektion, die Wartung und die Sanierung des Kanalnetzes und der damit verbundenen Anlagen zu verstehen) haben in den letzten Jahren moderne, datenbankbasierete Methoden Einzug gehalten. Die signifikanten Erhaltungs- und Betriebskosten der Kanalisationsanlagen führten zur Entwicklung zahlreicher Werkzeuge für die Bewältigung dieser Aufgaben.

Bestimmung der Beziehung zwischen Wasserstand und Entlastungsvolumina in Mischwasserüberläufen

mischwasserkammer

entlastung

Eine der Aufgaben der Kanalnetzbetreiber ist die Erfassung und Speicherung von Daten zum Entwässerungsnetz. Unter anderem ist es notwendig die Abflussverhältnisse bei unterschiedlich starken Abflüssen zu kennen. Dazu gehören auch die Entlastungsmengen in Mischwasserüberläufen, sowie die aus den Mischwasserüberlaufen weitergeleiteten Abflüsse. Dies ist die Datengrundlage, die einerseits für die Kalibrierung jeder Art numerischer Kanalnetzmodelle andererseits zum Nachweis vor Behörden und vor der Öffentlichkeit notwendig ist.

Die Entlastungsvolumina aus Mischwasserentlastungen in Kanalsystemen werden üblicherweise – und auch im Kanalsystem von Innsbruck – nicht direkt (beispielsweise durch induktive Durchflussmessungen) bestimmt. Gemessen wird der Wasserstand in der Mischwasserkammer und aus diesem werden die Entlastungsmengen, sowie der weitergeleitete Abfluss bestimmt. Durch die im Kanalsystem auftretenden komplexen hydraulischen Verhältnisse (Einstau, Überstau, Wellenphänomene etc) ist die Bestimmung einer allgemeingültigen Beziehung, die sowohl bei Freispiegelabfluss als auch bei Einstau zutrifft nicht möglich. Trotzdem ist es ein Ziel diese Beziehung möglichst genau zu kennen bzw. auch zu wissen wo die Grenzen der Anwendbarkeit liegen.

Dieses Projekt umfasst eine derartige Untersuchung von relevanten Mischwasserentlastungen.

 

Hinweise zur Kalibrierung der hydrodynamischen Kanalnetzberechnung in Innsbruck

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Hydrodynamische Kanalnetzsimulationen sind in den letzten Jahren zum Stand der Technik bei der Bewertung eines Entwässerungsnetzes und für Entscheidungen zu geplanten Baumaßnahmen geworden. Häufig werden allerdings die verwendeten Modelle aus Mangel an Daten nicht kalibriert, wodurch die Ergebnisse zum Teil die Realität nur unbefriedigend widerspiegeln. Dies hat seine Ursache zum einen in der Ungenauigkeit bei den verwendeten Eingangsdaten (Flächen, Abflussbeiwerte, Rohrrauhigkeiten, Geländeneigung, …), zum anderen jedoch auch in der Unsicherheit bei verwendeten Modellparameter die vom verwendeten Berechnungsmodell abhängen. Diese Unsicherheiten sind in der einschlägigen Literatur bereits detailliert untersucht und können in der praktischen Anwendung lediglich durch eine hinreichende Kalibrierung kontrolliert werden.

Mit Mitte 2005 haben die Innsbrucker Kommunalbetriebe begonnen ein Messstellennetz im Entwässerungssystem von Innsbruck aufzubauen. Somit ist es nun möglich bereits bestehende Kanalnetzmodelle auf Plausibilität zu überprüfen sowie eine Methodik zur Kalibrierung zukünftiger Simulationen zu erstellen

In dieser Studie werden auf Basis der zur Verfügung stehenden Datenaufzeichnungen Regenereignisse ausgewählt, die geeignet sind ein hydrodynamisches Modell zu kalibrieren. Dies ist nicht automatisch bei allen Niederschlagsereignissen der Fall. So kann aus Niederschlagsaufzeichnungen in den Wintermonaten kaum oder gar nicht abgeleitet werden ob aufgezeichneter Niederschlag in Realität als Schnee nicht sofort zum Abfluss kommt und damit Kanalsystem auch nicht belastet oder ob er auf der anderen Seite als Regen zuvor gefallenen Schnee zum Abschmelzen bringt und somit der Abfluss größer wird als er rein aufgrund der Aufzeichnung zu erwarten gewesen wäre. Ein anderes – saisonal unabhängiges – Problem ist die örtliche Verteilung des Niederschlages. Während in der Realität mit starken örtlichen Schwankungen gerechnet werden kann, wird das Niederschlagsgeschehen im Modell mit einem oder wenigen Regenschreibern abgebildet, das Einzugsgebiet also gleichmäßig beregnet. Dies führt dann auch zu unterschiedlicher hydraulischer Belastung im Kanalnetz.

 

Konzeption eines Messprogramms für Feststoffe im Kanalisationssystems Innsbruck

Messung_AFS

Ganglinie abfiltrierbare Stoffe

 

Das in ÖWAV Regelblatt 19 fordert einen Mindestwirkungsgrad der Weiterleitung des Oberflächenabflusses im Regenwetterfall zur Kläranlage. Der Wirkungsgrad entstammt einer Forderung, dass ein bestimmter Anteil der im Mischwasserabfluss enthaltenen Stoffe in der Kläranlage behandelt werden soll und wird für gelöste und abfiltrierbare Stoffe (AFS) separat angegeben.

Eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problems besteht darin, Bauwerke im Kanalsystem zu schaffen, deren Sedimentationswirkungsgrad in die vereinfachte Berechnung einfließen kann. Dies sind Wirbelabscheider, Becken und Stauraumkanäle. Diese Lösungen sind allerdings kostenintensiv in Bau und Betrieb. Um sicherzustellen, dass derartige Investitionen optimal eingesetzt werden, sind Schmutzstoffmessungen im Kanalsystem notwendig. So können Informationen über eine örtliche Verteilung der Konzentrationen (z.B. stärkere Schmutzstoffkonzentrationen in Industriegebieten und in der Nähe von stark befahrenen Strassen als in Wohngebieten) in den Entscheidungsprozess über die Situierung eines Bauwerkes einfließen.

Auf der anderen Seite ist es auch möglich den Wirkungsgrad mit Hilfe von Langzeit-Simulationen unter Berücksichtigung der Dynamik der Mischwasserkonzentrationen detailliert zu berechnen. Der resultierende mittlere Wirkungsgrad der Mischwasserüberlaufbecken ist von der Dynamik des Geschehens abhängig.

Mit einer detaillierten Berechnung können verschiedene Prozesse wie z.B. der Einfluss der Trockenwetterganglinie auf die Konzentrationen im Mischwasserabfluss, die Erhöhung der AFS-Konzentrationen im Drosselabfluss von Mischwasserüberlaufbecken sowie eine Sedimentation in eingestauten Haltungen berücksichtigt werden. Um eine derartige detaillierte Berechnung vornehmen zu können, sind jedoch Feststoffmessungen im Kanalsystem notwendig.

Auch bilden Feststoffmessungen im Kanalsystem die Grundlage zur Beurteilung der Effizienz von alternativen Bewirtschaftungsmethoden wie Schwallspülungen zur Kanalnetzreinigung und Auswirkungen von Abflussteuerungsorganen auf die Feststoffbilanz. Im konkreten Fall von Innsbruck ist dies die Beurteilung der Wirkung der bereits eingebauten Steuerklappe am Hohen Weg sowie der Einsatzmöglichkeiten zusätzlicher moderner Steuerorgane als Alternative zur Errichtung von herkömmlichen Bauwerken. Erfahrungen zeigen, dass mit dieser Technologie durchaus gute Ergebnisse zur Verminderung des Schmutzstoffaustrages in Vorfluter erzielt werden können, die Eignung aber von Fall zu Fall untersucht werden muss.

 

Risikomanagement Stadt Innsbruck - Einfluss der Kanalisation auf die Hochwassergefahr

kanal_ueberstau

hochwasser

 

Der Hochwasserschutz nimmt einen besonderen Stellenwert zum Schutz von Siedlungsräumen ein. Die Hochwassergefährdung durch Flüsse muss jedoch integriert unter Einbeziehen des Kanalisationssystems betrachtet werden. Zum einen können durch eine ungünstige Überlagerung von Ereignissen (z.B. Hochwasserabfluss im Vorfluter und Starkregen im Einzugsgebiet der Kanalisation) die Mischwasserentlastungen dahingehend gestört werden, dass eine Überflutung durch austretendes Wasser aus der Kanalisation erfolgt. Die Innsbrucker Kommunalbetriebe betreiben aus diesem Grund drei Hochwasserpumpwerke, die dies verhindern sollen. Zum anderen muss beachtet werden, dass sich im Falle einer Überschwemmung über die Ufer tretendes Wasser in das Kanalnetz eindringt und sich unterirdisch über die Kanalisation im Stadtgebiet ausbreiten kann. Aufgestellte Notdämme und Absperrungen wären in diesem Fall nutzlos. Auch hier haben die Hochwasserpumpwerke die Aufgabe, das Wasser schadlos abzuleiten.

Zu diesem Zweck wurden drei Szenarien und deren Auswirkung auf die Hochwassergefährdung untersucht:

  • Einstau aller Mischwasserentlastungen → Entlastungen nur über Hochwasserpumpwerke möglich
  • Einstau aller Mischwasserentlastungen und Ausfall der Hochwasserpumpwerke → keine Entlastungen möglich
  • Einstau aller Mischwasserentlastungen und Ausfall einzelner Hochwasserpumpwerke Innsteg → Entlastungen nur eingeschränkt über andere Pumpwerke möglich