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A-3.3 Hydraulische Zustandsklassifizierung
Die hydraulische Zustandsklassifizierung basiert auf einem Vergleich der erforderlichen und der vorhandenen Leistungsfähigkeit eines Kanalnetzes.
Grundsätze
Konkret erfolgt die Berechnung durch eine statistische Betrachtung des Unterschiedes zwischen der erforderlichen Häufigkeit nerf (gem. Tab. A-4 - 3, Tab. A-4 - 4, Tab. A-4 - 5) und der vorhandenen Häufigkeit nvorh eines maßgebenden hydraulischen Zustandes wie z.B. Überstau oder Überflutung und dessen Auswirkung auf die Sanierungsdringlichkeit. Leitgedanke der Klassifizierung ist, bei nicht ausreichender hydraulischer Leistungsfähigkeit den Sanierungsbedarf als besonders dringlich zu klassifizieren, wenn die vorhandene Häufigkeit deutlich größer als die erforderliche Häufigkeit ist. Die Klassifizierung erfolgt auf Grundlage einer Risikoabschätzung zum Auftreten eines hydraulisch relevanten Niederschlagsereignisses für den Zeitraum der Zustandserfassung bis zur Durchführung der Sanierung. Einzelheiten zur Herleitung des Klassifizierungsverfahrens sind in den Internetseiten der Arbeitshilfen Abwasser im Bereich Downloads enthalten.
Zustandsklassen Hydraulik
Die Klassifizierung erfolgt unabhängig von der Art des Berechnungsverfahrens durch eine schacht- und haltungsweise Einordnung in sechs Zustandsklassen.
Systemzahl Hydraulik
Durch haltungslängenbezogene Mittelung der hydraulischen Zustandsklassen ergibt sich die Systemzahl Hydraulik als Maß für die hydraulische Leistungsfähigkeit des gesamten Kanalnetzes. Mit der hydraulischen Zustandsklassifizierung können somit Aussagen über die hydraulische Leistungsfähigkeit bestehender Kanalnetze getroffen werden. Zugleich wird die Dringlichkeit von hydraulisch bedingtem Sanierungsbedarf quantifiziert.
Die hydraulische Zustandsklassifizierung kann jedoch nur sehr eingeschränkt zur Erkundung zu sanierender Haltungen verwendet werden. Hierfür ist eine Analyse des hydraulischen Systemverhaltens auf Grundlage maßgebender Belastungszustände erforderlich. Die hydraulische Zustandsklassifizierung dient somit auch nicht der Dimensionierung einzelner Haltungen. Hierfür sind die einschlägigen Normen (DIN EN 752) und Regelwerke (DWA-A 118) zu beachten. Weitere Hinweise, insbesondere auch zur Festlegung der hydraulischen Berechnungsart, sind dem Anh. A-4 zu entnehmen.
A-3.3.1 Zustandsklassifizierung auf Basis hydrodynamischer Kanalnetzberechnungen
Die Bestimmung der Zustandsklasse auf Basis hydrodynamischer Kanalnetzberechnungen erfolgt gem. Tab. A-3 - 101.
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1Keine empfohlene Ziel- und Nachweisgröße gem. DWA-A 118 (vgl. Anh. A-4.3)
Festlegung der Häufigkeiten
Die erforderliche Häufigkeit nerf für einen Überflutungs- oder Überstaunachweis wird schachtweise gem. Tab. A-4 - 5 festgelegt. Unterschiedliche Gebietsnutzungen können zu verschiedenen erforderlichen Häufigkeiten nerf und somit zu mehrfachen Berechnungen führen. Die Berechnung der vorhandenen Häufigkeit nvorh erfolgt mit Hilfe einer Einzelsimulation oder Seriensimulation (s. Anh. A-4.3.6 und A-4.3.7).
Klassifizierung
Mit den berechneten Häufigkeiten nvorh kann mit Berücksichtigung der erforderlichen Häufigkeiten nerf schachtweise die Zustandsklasse festgelegt werden. Die Zustandsklasse der Schächte wird auch der in Fließrichtung nachfolgenden Haltung zugeordnet.
Interpretation der Ergebnisse
Bei einem Überstaunachweis wird lediglich das Kanalnetz selbst als Entwässerungssystem betrachtet. Wasserstände, die vorher festgelegte Bezugsniveaus (z.B. Schachtoberkante) erreichen, führen zu einem Überstau. Mögliche Reserven auf der Oberfläche, die ein schadloses Speichern oder Abfließen außerhalb des Kanalnetzes auf der Oberfläche ermöglichen, bleiben betrachtungsbedingt unberücksichtigt. Als Bewertungsverfahren kann daher der Überstaunachweis ggf. zu große Zustandsklassen liefern und somit einen Sanierungsbedarf zu hoch priorisieren oder im Einzelfall einen Sanierungsbedarf anzeigen, der nicht notwendig ist.
Bei einem Überflutungsnachweis hingegen werden zusätzlich die Auswirkungen von überstauenden Wassermengen, die nicht in einen Schacht abfließen können oder aus einem Schacht auf die Oberfläche gelangen, berücksichtigt. Daher kann mit einer auf einem Überflutungsnachweis basierenden Zustandsbewertung das tatsächliche Überflutungsrisiko für den Zeitraum zwischen der hydraulischen Zustandserfassung und der durchgeführten Sanierung und auch die Dringlichkeit von Sanierungsmaßnahmen sachgerecht eingeschätzt werden.
A-3.3.1.1 Hydrodynamische Einzelsimulation
Die Hinweise zur Durchführung von Einzelsimulationen gem. Anh. A-4.3.6 sind zu beachten. Dem Verfahren der Einzelsimulation liegt die Annahme zugrunde, dass die Abflusshäufigkeit der Niederschlagshäufigkeit entspricht. Demnach entspricht die Häufigkeit eines berechneten, maßgebenden hydraulischen Zustands (z.B. Überstau oder Überflutung) der Häufigkeit des verwendeten Niederschlagsereignisses. Für die Zustandsbewertung ist es hinreichend, Einzelsimulationen mit Niederschlagsereignissen durchzuführen, deren Häufigkeit dem Übergang zweier Zustandsklassen (Tab. A-3 - 101) entspricht. Zur Minimierung der Simulationen werden die Klassenübergänge in "aufsteigender" Reihenfolge abgearbeitet. Die Auswertung erfolgt jeweils für die zu betrachtenden Schächte.
- Die erste Simulation erfolgt mit einem Niederschlagsereignis, dessen Häufigkeit der erforderlichen Häufigkeit nerf entspricht.
- Die weiteren Simulationen erfolgen im Bedarfsfall mit Niederschlagsereignissen, deren Häufigkeit mit den Übergängen der nächst höheren Zustandsklasse (z.B. 0,213 in der Zustandsklasse "1" und bei nerf = 0,200) korrespondiert.
- Für die überstau- bzw. überflutungsfreien Schächte wird die jeweilige Zustandsklasse (z.B. Zustandsklasse "1") vergeben und das Verfahren beendet.
- Wenn mindestens an einem Schacht ein Überstau bzw. eine Überflutung vorliegt, sind weitere Simulationen mit Niederschlagsereignissen, deren Häufigkeit dem nächsten Übergang (z.B. 0,226 in der Zustandsklasse "2" bei nerf = 0,200) entspricht, erforderlich, andernfalls ist das Verfahren beendet.
- Das Verfahren ist auch beendet, wenn bei einer Simulation mit Niederschlagsereignissen, deren Häufigkeiten dem Übergang zwischen der Zustandsklasse "4" und "5" (z.B. 0,473 bei nerf = 0,200) entsprechen, an mindestens einem der Schächte ein Überstau bzw. eine Überflutung vorliegt. In diesem Fall wird für diese Schächte die Zustandsklasse "5" vergeben.
Zur Zustandsklassifizierung sind somit maximal fünf Simulationen erforderlich.
A-3.3.1.2 Hydrodynamische Seriensimulation
Die Hinweise zur Durchführung der Seriensimulation gem. Anh. A-4.3.7 sind zu beachten. Bei der hydrodynamischen Seriensimulation errechnet sich die vorhandene Häufigkeit nvorh aus dem Quotienten der Anzahl von Überstau- bzw. Überflutungsereignissen und der Simulationsdauer in Jahren (s. Gleichung Anh. A-4.3.7). Die Einordnung der vorhandenen Häufigkeit nvorh in eine Zustandsklasse gemäß Tab. A-3 - 101 erfolgt direkt.
A-3.3.2 Zustandsklassifizierung auf Basis des Zeitbeiwertverfahrens
Die Bestimmung der Zustandsklasse auf Grundlage des Zeitbeiwertverfahrens erfolgt gem. Tab. A-3 - 102.
erforderliche Häufigkeit
Die erforderliche Häufigkeit nerf wird haltungsweise gem. Tab. A-4 - 3 festgelegt. Unterschiedliche Gebietsnutzungen können zu verschiedenen Häufigkeiten nerf und somit zu mehrfachen Berechnungen führen.
Klassifizierung
Die Zustandsklassifizierung erfolgt auf Grundlage des Zeitbeiwertverfahrens. Hierzu sind die Hinweise zur Durchführung des Zeitbeiwertverfahrens gem. Anh. A-4.3.5 zu beachten. Im Gegensatz zur Bemessung erfolgt bei der Klassifizierung nach dem Zeitbeiwertverfahren keine Reduzierung der stationären Vollfüllleistung um 10%.
Für die Zustandsbewertung ist es hinreichend, Berechnungen mit Niederschlagsereignissen durchzuführen, deren Häufigkeit dem Übergang zweier Zustandsklassen (Tab. A-3 - 102) entspricht. Zur Minimierung des Berechnungsaufwands werden die Klassenübergänge in "aufsteigender" Reihenfolge abgearbeitet. Die Auswertung erfolgt jeweils für die zu betrachtenden Haltungen. Die Zustandsklasse wird auch dem oberhalb liegenden Schacht zugeordnet. Im Falle von Verzweigungen ist dabei die ungünstigere Zustandsklasse auszuwählen.
- Die erste Berechnung erfolgt mit einem Niederschlagsereignis, dessen Häufigkeit der erforderlichen Häufigkeit nerf entspricht.
- Die weiteren Berechnungen erfolgen im Bedarfsfall mit Niederschlagsereignissen, deren Häufigkeit mit den Übergängen zwischen den Zustandsklassen (z.B. 0,520 in der Zustandsklasse "1" und bei nerf = 0,500) korrespondiert.
- Wenn der berechnete Maximalabfluss Qmax kleiner oder gleich der stationären Vollfüllleistung Qvoll ist, wird die jeweilige Zustandsklasse (z.B. Zustandsklasse "1") vergeben und das Verfahren beendet.
- Wenn Qmax größer als Qvoll ist, sind weitere Berechnungen mit Niederschlagsereignissen, deren Häufigkeiten den Übergängen der nächsten Zustandsklasse (z.B. 0,539 in der Zustandsklasse "2" bei nerf = 0,500) entsprechen, erforderlich.
- Das Verfahren ist auch beendet, wenn bei einer Berechnung mit Niederschlagsereignissen, deren Häufigkeiten dem Übergang zwischen der Zustandsklasse "4" und "5" (z.B. 0,910 bei nerf = 0,500) entsprechen, Qmax größer als Qvoll ist. In diesem Fall wird die Zustandsklasse "5" vergeben.
Zur Zustandsklassifizierung sind somit maximal fünf Berechnungen erforderlich.
Interpretation der Ergebnisse
Das Zeitbeiwertverfahren liefert als Bemessungsverfahren insbesondere bei flachen Gefällesituationen häufig deutlich zu große Fließquerschnitte. Als Bewertungsverfahren liefert das Zeitbeiwertverfahren daher eher zu große Zustandsklassen. Wenn mit einer Bewertung auf Grundlage des Zeitbeiwertverfahrens ein Sanierungsbedarf festgestellt wird, ist zur Festlegung des tatsächlichen Sanierungsbedarfs und der Priorität eine simulationsbasierte Zustandsbewertung erforderlich und zur Vermeidung unnötiger Baumaßnahmen im Rahmen des LAK Teil B eine simulationsbasierte hydraulische Berechnung notwendig.
A-3.3.3 Systemzahl Hydraulik
Die Systemzahl Hydraulik für das Kanalnetz, die als Maß für die hydraulische Leistungsfähigkeit des Kanalnetzes herangezogen werden kann, ergibt sich unabhängig von der hydraulischen Berechnungsart zu:
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