Grundfach Abwassertechnik WS 2013/2014 – 24.02.2014
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Abwassertechnik 1 (Teil 1) Studiengang (bitte ankreuzen!):
BACHELOR BI
UI
WIBI
SONSTIGE ERASMUS
Master (alt)
_________________
Die Prüfung wird geschrieben als … Erstanmeldung
Wiederholung
Die Prüfung ist Teil folgenden Moduls … Abwassertechnik 1 Grundlagen der Wasserver- und Entsorgung
Allgemeine Hinweise: Außer Schreibgeräten (Kugelschreiber, Füller, Tintenschreiber etc., kein Bleistift!), Taschenrechner (leerer Speicher!) und Papier sind keine weiteren Hilfsmittel zugelassen.
Bearbeitungszeit:
45 Minuten
Gesamtpunktzahl:
30
Erreichte Punktzahl Aufgabe 1
Aufgabe 2 /12
Aufgabe 3 /13
Gesamt /5
/30
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1. Zeitbeiwertverfahren/Listenrechnung
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(12 Punkte)
Ihr Ingenieurbüro wird mit der überschlägigen Bemessung des Kanalnetzes für das in Abbildung 1 dargestellte Industriegebiet beauftragt. Hierbei kann der Schmutzwasseranfall vernachlässigt werden. Für das Gebiet beträgt der befestigte Anteil 62 % und die mittlere Geländeneigung 0,6 %. Weitere Angaben sind in Anlage 1 zu finden.
Abbildung 1: Skizze der Einzugsgebiete des Industriegebietes
1.1
Kanal 5 hat einen vorgegebenen maßgebenden Abfluss von 1.290 L/s. Die Länge des Kanals beträgt 400 m und das Sohlgefälle 2,5 ‰. Beachten Sie auch Anlage 1 bis 5. a) Geben Sie die Nennweite des Kanals 5 an. (1 Punkt) Mit Gefälle 2,5 ‰:
DN 1100
QVoll =1.509 L/s Qteil/Qvoll = 1290 L/s /1509 L/s = 0,85 < 90% ok.!
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b) Welche Fließgeschwindigkeit ergibt sich bei maximalem Abfluss in Kanal 5? (0,75 Punkte) vvoll = 1,59 m/s mit Tabelle 9 vteil/vvoll = 1,116 vteil = vv * vteil/vvoll = 1,59 m/s * 1,116 = 1,77 m/s
c) Überprüfen Sie die angenommene Fließzeit für Kanal 5. (0,75 Punkte) tf = L/vteil = 400 m/ 1,77 m/s = 226 s = 3,8 min Abweichung < 10% ok.!
1.2
Bestimmen Sie den maßgebenden Abfluss im Punkt A. Beachten Sie die Anlage 1 und 2 sowie Anlage 6 bis 8! a) Geben Sie die maßgebliche Regenspende entsprechend dem Kostra-Atlas (s. Anlage 6) an. Welches ist die maßgebende kürzeste Bemessungsregendauer D und die Regenhäufigkeit n für das Einzugsgebiet? (1 Punkt) Industriegebiet mittlere Geländeneigung 50 %
min
r10,0,5 = 166 l/(s*ha) b) Führen Sie alle notwendigen Fallunterscheidungen zur Bestimmung des maßgeblichen Abflusses in Punkt A durch. (8,5 Punkte)
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Fall 1: D =Dmin = 10 min Fläche 10/11 von A6, A5, 6/7 von A4, 1/8 von A2, 1/6 von A1 r10,0,5= 166 l/(s*ha) Q1=(1/6*A1 * ψS,1 +1/8*A2* ψS,2 +6/7*A4 * ψS,4 + A5*ψS,5 +10/11*A6 * ψS,6)* r10,0,5 =10 ha*166 L/(s*ha) =1663,8 L/s Fall 2: Fließzeit von A bis Ende Kanal 1 tf >Dmin tf = 15 min Fläche A6, A5, A4, 6/8 von A2, A1 r15,0,5= 131,7 L/(s*ha) Q2= (A1 * ψS,1 +6/8*A2* ψS,2 +A4 * ψS,4 + A5*ψS,5 +A6 * ψS,6)* r10,0,5 =14 ha* 131,7 =1843,8 l/s Fall 3: Fließzeit von A bis Ende Kanal 4, tf >Dmin tf = 11 min Fläche A6, A5, A4, 2/8 von A2, 2/6 von A1 Mit φ11=24/(9+11)=1,20 r15,0,5 =131,7 L/(s*ha) r11,0,5 = φ12* r15,0,5=1,20*131,7 L/(s*ha)=158,0 l/(s*ha) Q3= (2/6*A1 * ψS,1 +2/8*A2* ψS,2 +A4 * ψS,4 + A5*ψS,5 +A6 * ψS,6)* r11,0,5 =11,5 ha*158,0 L/(s*ha) =1812,2 L/s Fall 4: längste Fließzeit, D = tf,max = tf,2+tf3+tf5 =17 min Fläche A1, A2, A4, A5, A6 Mit φ17=24/(9+17)=0,92 r15,0,5 =131,7 L/(s*ha) r17,0,5 = φ17* r15,0,5=0,92*131,7 L/(s*ha)=121,6 L/(s*ha) Q3 = (A1 * ψS,1 + A2* ψS,2 +A4 * ψS,4 + A5*ψS,5 +A6 * ψS,6)* r17,0,5 =14,6*121,6 L/(s*ha) =1774,9 L/s Fall 2 maßgebend
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2. Flutplanverfahren (13 Punkte) 2.1.
Bestimmen für das in Abbildung 2 dargestellte Wohngebiet den maximalen Abfluss in Kanal 6 (vor dem Regenrückhaltebecken) mittels Flutplanverfahren für einen 10-Minuten Regen. Erstellen Sie hierfür die Abflussganglinie. Nutzen Sie Abbildung 3 (auf S. 6). (8,5 Punkte) Weitere Daten für die Teileinzugsgebiete sind in Anlage 5 zu finden!
2.2.
Könnten Sie mit dem Ergebnis aus Aufgabe 2.1. den Kanal 6 bemessen? Begründen Sie Ihre Antwort. (1,5 Punkte) Nein, zur Bestimmung des Bemessungsabflusses ist der Flutplan für verschiedene Regenereignisse rD,n zu zeichnen, um aus dem sich ergebenden Maximalwerten den maßgebenden Wert zu bestimmen
2.3.
Bestimmen Sie näherungsweise das notwendige Volumen für das Regenrückhaltebecken. (3 Punkte)
Abbildung 2: Einzugsgebiet Flutplan
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3000
2500
1
2000
Q [l/s]
2 tf3
1500
4
1000
5 500
6
0 0
10
20
30
40
Zeit [min]
Abbildung 3 Flutplan
2.3. Das Volumen des Regenrückhaltebeckens entspricht der Fläche des Trapezes. V= (4 min +3,8 min) * 400 L/s * 60 s/min / (1000 L/m³) =187 m³
50
60
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Q [l/s]
2 tf3
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3. Theorie
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(5 Punkte)
Bitte beantworten Sie folgende Fragen in kurzen Sätzen oder Stichpunkten. 3.1.
In welche Abwasserarten wird Abwasser üblicherweise entsprechend der Herkunft eingeteilt? (0,75 Punkte)
-
Häusliches Abwasser
-
Industrielles/gewerbliches Abwasser
-
Niederschlag
3.2.
Nennen Sie die drei wesentlichen Ziele der Siedlungswasserwirtschaft. (0,75 Punkte)
-
Sicherstellung der Ortshygiene/Schutz vor Überflutung
-
Gewässerschutz (Grundwasser, Oberflächengewässer)
-
Wirtschaftlichkeit
3.3.
Nennen Sie drei Gesetze oder Verordnungen im Bereich der Abwasserleitung oder Abwasserbehandlung des Bundesrechts in Deutschland. (0,75 Punkte)
-
Wasserhaushaltsgesetz
-
Abwasserabgabengesetz
-
Abwasserverordnung
-
Klärschlammverordnung
3.4.
Nenne Sie drei Einflussfaktoren für die Konzentration von Verschmutzungsparametern in Niederschlagswasser. (0,75 Punkte)
-
Geländestruktur
-
Regenintensität
-
Luftverschmutzung
-
Oberflächenverschmutzung
-
Einträge aus unbefestigten Flächen
3.5.
Geben Sie den Zusammenhang zwischen Fracht und Konzentration an. (0,5 Punkte)
Fracht [kg/d] = Volumenstrom [m³/d]*Konzentration [kg/m³]
Nennen Sie drei Parameter für organische Stoffe im Abwasser. (0,75 Prunkte)
3.6. -
Glühverlust (GV)
-
Total Organic Carbon (TOC)
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Sauerstoffbedarf (BSB/CSB)
3.7.
Nennen Sie 3 Kanalbaustoffe. (0,75 Punkte)
-
Beton/Stahlbeton
-
Kunststoffrohre
-
Steinzeug
-
Klinker
-
Stahlrohre
-
Gusseisen
-
Asbest-/Faserzementrohre
Viel Erfolg!
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Anlage 1: Daten für das Industriegebiet Aufgabe 1 für die Berechnung nach dem Zeitbeiwertverfahren
Nr. 1 2 3 4 5 6
AE,K ha 2,5 4 5 5 6
ψs 0,8 0,6 0,6 0,6 0,7
tf,gesch. min 6 8 5 7 4 11
Anlage 2: Formeln Qr= AE,k · ΨS· rD,n mit:
Qr= Σ(AE,k · ΨS·) rD,n
Qr
: Regenabfluss [L/s]
AE,k
: kanalisierte Fläche [ha]
ΨS
: Spitzenabflussbeiwert [-]
rD,n
: Regenspende der Dauer D und der Häufigkeit n [L/(s · ha)]
rD,n n r15,n
n
bzw.
[L/(s·ha)]
24 [-] tf 9
mit:
n
rD,n
: Regenspende der Dauer D und der Häufigkeit n [L/(s · ha)]
tf
: Zeitabminderungsfaktor [-]
L vteil
tf = Fließzeit L = Länge des Kanals vteil= Fließgeschwindigkeit bei Teilfüllung
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rkrit 15
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120 [L/(s · ha)] für tf ≤ 120 min t f 120
rkrit 7,5 L/(s · ha) für tf ≥ 120 min mit
rkrit
: kritische Regenspende
Qrkrit = rkrit · Au mit Qrkrit : kritischer Regenabfluss Au : undurchlässige Fläche Qkrit = QT,aM + Qr krit + Σ QDrV mit QT,aM : Trockenwetterabfluss im Jahresmittel QDrV : Drosselabflusse oberhalb liegender Vorentlastungen Qkrit : kritischer Mischwasserabfluss
m Rü
QDr QT ,aM QTaM
mit mRü : Mischverhältnis ct ≤ 600 mg/L mRü ≥ 7 ct > 600 mg/L mit
ct
mRü
ct 180 60
: CSB des Trockenwetterabflusses
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Anlage 3:Abflusstabelle für Abwasserkanäle, Kreisform
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Anlage 4: Abflusstabelle für Abwasserkanäle, Kreisform
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Anlage 5: Teilfüllungswerte für Kreisprofile
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Anlage 6: Niederschlagshöhen und –spenden für Gemeinde aus Aufgabe 1 aus KostraAtlas
Anlage 7: Maßgebende kürzeste Regendauer (nach ATV-A 118, 1999) Einzugsgebiet Neigung
befestigter Anteil
Berechnungsregen Spende Dauer TR [min] [l/(sha)]
< 50%
15
r15,n
> 50%
10
r10,n
beliebig
10
r10,n
< 50%
10
r10,n
> 50%
5
r5,n
4%
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Anlage 8: Empfohlene Häufigkeit für den Entwurf (nach ATV-A 118, 1999) Häufigkeit der Be-
Mittl. Häufigkeit
Akzeptierte Über-
messungsregen (1-
des jährlichen
mal in n-Jahren) T
Vorkommens n
1
1
Ländliche Gebiete
1 in 10
2
0,5
Wohngebiete
1 in 20
Ort
flutungshäufigkeit (1-mal in n Jahren)
Stadtzentren, In2
0,5
dustrie- und Ge-
1 in 30
werbegebiete 10
0,1
Unterirdische Verkehrsanlagen
Anlage 9: Daten Wohngebiet in Aufgabe 2 für das Flutplanverfahren
Nr. 1 2 3 4 5 6
QR l/s 450 550 600 300 700
tf min 15 5 10 15 20 10
1 in 50
