IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 24/1999, Seite 27 ff.
SANITÄRTECHNIK
Projektierungshilfe für die Versickerung von Regenwasser in NRW
Teil 3: Bemessung
Rudolph Hanke, Hans-Peter Sproten
Das auf Bundesebene maßgebende Wasserhaushaltsgesetz bestimmt im § 18b (1) bezüglich Bau und Betrieb von Abwasseranlagen, daß diese den "anerkannten Regeln der Technik" entsprechen müssen. Auf Landesebene wird im § 57 (1) LWG das MURL durch Runderlaß und Bekanntgabe im Ministerialblatt ermächtigt, die jeweils in Betracht kommenden Regeln der Technik einzuführen. Solange dies nicht geschehen ist, sind anderweitig beschriebene Regeln der Technik anzuwenden. Als eine solche Beschreibung ist das Arbeitsblatt ATV-A138 anzusehen, nach welchem die im folgenden beschriebenen Bemessungsregeln erläutert werden.
Flächenversickerung
Die für die Versickerung benötigte Fläche berechnet sich nach folgender Gleichung:
mit:
AS = Versickerungsfläche in m2
Ared = angeschlossene befestigte Fläche in m2
kf = Durchlässigkeitsbeiwert der gesättigten Zone in m/s
rT(n)= Regenspende in l/s · ha
Bei der Flächenversickerung wird mit einer Dauer des Bemessungsregens von T = 10 min bzw. T = 15 min gerechnet. Bei einer Häufigkeit des Bemessungsregens von n = 0,2 ergibt dies bei Verwendung der Reinholdschen Regenreihen folgende Zeitbeiwerte für r15(1):
Um sicherzustellen, daß es zu keinem Aufstau im Bereich von durchlässig befestigten Oberflächen kommt, schreibt ATV-A138 vor, daß die Oberfläche eine mittlere Durchlässigkeit von mindestens kf = 2 · 10-5 m/s besitzen muß. Dieser Wert entspricht einer aufnehmbaren Regenspende von 200 l/(s ha) und bietet somit ausreichend Sicherheit.
Bei der Flächenversickerung in den Seitenräumen befestigter Flächen ist für einen linienhaft gleichmäßigen Übergang des Wassers auf die Versickerungsfläche zu sorgen (z.B. durch Tiefbordrinnen). Aus Gewässerschutzgründen sollten derartige Flächen begrünt sein. Als Mindestwert der Durchlässigkeit wird hier ein Wert von
gefordert.
Muldenversickerung
Eine Muldenversickerung wird in der Regel dort eingesetzt, wo die Fläche für eine Flächenversickerung nicht ausreicht. Daher ist das Ziel der Berechnung, das notwendige Speichervolumen unter Vorgabe einer zur Verfügung stehenden Versickerungsfläche zu ermitteln. Dabei muß die Versickerungsfläche so groß gewählt werden, daß nicht zu große befestigte Flächen über sie versickert werden, da sonst die stoffliche Flächenbelastung unerlaubt ansteigen würde. Das Arbeitsblatt ATV-A105 gibt in diesem Zusammenhang einen Mindestwert der Versickerungsfläche AS von 7% der abflußliefernden Fläche Ared (AS: Ared > 1 : 15) vor. Um Schädigungen an der Vegetation zu verhindern, ist ein Dauereinstau des Regenwassers (> 20 h) in der Mulde zu vermeiden. Aus diesem Grund sollte die Einstautiefe nicht mehr als 30 cm betragen.
Allgemein ergibt sich das Speichervolumen aus:
mit:
VS = Speichervolumen in m3
Ared = angeschlossene befestigte Fläche in m2
AS = verfügbare Versickerungsfläche in m2
kf = Durchlässigkeitsbeiwert der gesättigten Zone in m/s
rT(N) = maßgebende Regenspende in l/s · ha
T = Dauer des Bemessungsregens in min
Ein Dauerstau des Regenwassers in der Mulde muß verhindert werden, da es sonst zu einer Schädigung der Vegetation und einer Verschlickung und Verdichtung der Oberfläche kommen kann. Um sicherzustellen, daß das Wasser relativ rasch versickert, sollte die Einstautiefe nicht mehr als 30 cm betragen und die mindestens 30 cm starke Sohlschicht eine Durchlässigkeit von mindestens kf = 1 - 10-5 m/s besitzen. Gegebenenfalls ist durch Sickerschlitze die Versickerungsfähigkeit zu erhöhen.
Rigolenversickerung
Die notwendige Länge, L berechnet sich wie folgt:
h = Nutzbare Höhe in mm
s = Speicherkoeffizient
(Porenanteil der Kiesfüllung, abh. von der gewählten Körnung).
Bsp.: Für 8/16 Kies -> lt. Hersteller = 38%
Rohrversickerung und Rohr-/ Rigolenversickerung
Die Gleichungen der reinen Rigolenversickerung des vorherigen Abschnittes sind hier uneingeschränkt zu verwenden. Der Unterschied liegt lediglich in der Bestimmung des Speicherkoeffizienten SR, der bei der reinen Rigolenversickerung den Porenanteil der Kiesfüllung darstellt. Hier entspricht der Speicherkoeffizient dem für die Speicherung nutzbaren Querschnittsanteil, welcher sich aus dem Rohrquerschnitt und dem Porenanteil des umgebenden Kiesbettes berechnet zu:
mit:
d = Rohrinnendurchmesser in m
D = Rohraußendurchmesser in m
b = Sohlbreite in m
h = nutzbare Höhe in m
Durch Erdeintrag des anstehenden Bodens oder durch Pflanzenwurzeln kann es dazu kommen, daß die Filterstabilität der Kiesschicht beeinträchtigt wird. Um dies zu verhindern, muß entweder eine entsprechende Kornabstufung der Kiesschicht erfolgen oder ein die Rigole umschließendes Filtervlies eingesetzt werden.
Als Füllmaterial muß nicht ausschließlich Kies verwendet werden. Alternative Füllstoffe und deren Eigenschaften sind Tabelle 9 zu entnehmen.
Tabelle 9: Eigenschaften untersuchter Füllmaterialien für Rigolen
Rigolen- | Effek- | Neutra- | Umwelt- | Kosten- |
Kies 4/8 | 30,3 | gering | unbedenklich | 14-27 |
Kies 16/32 | 40,3 | gering | unbedenklich | 14-27 |
Lava 8/16 | 38,1 | gering bis mittel | unbedenklich | 14-19 |
Lava 16/32 | 35,4 | gering bis mittel | unbedenklich | 14-19 |
Blähton 4/8 | 31,6 | gering | unbedenklich | 59-68 |
Blähton 8/16 | 36,7 | gering | unbedenklich | 59-68 |
Schmelzkammer- | 28,8 | gering | tolerierbar bis nicht tolerierbar | 12-19 |
Grauwacken- | 38,3 | mittel | tolerierbar | 13-22 |
Quelle: F. Sieker (Hrsg.), "Naturnahe Regenwasserbewirtschaftung", Analytica Verlagsgesellschaft, Berlin 1998.
Durch den Einsatz derartiger Ersatzstoffe kann speicherwirksames Porenvolumen gewonnen werden. Gleichzeitig können, bei entsprechend kostengünstigen Materialien, die Investitionskosten der Anlage gesenkt werden.
Bei der Rohrversickerung und der überdeckten Rigolenversickerung (mit Verteilrohr) sind im Abstand von 50 m Kontroll- und Wartungsschächte vorzusehen, die mit Lüftungsöffnungen zu versehen sind. Dabei können bei der Rohrversickerung von solch einem Schacht auch mehrere Stränge abgehen, um ein sogenanntes Versickerungsfeld zu bilden.
Schachtversickerung
Bei der Schachtversickerung geht man davon aus, daß die Grundfläche des Schachtes im Laufe der Zeit durch Absetzerscheinungen undurchlässig und damit als versickerungsunwirksam angesehen wird. Einzig ein Kreisring in der Sohlebene um den Schacht gilt als versickerungswirksam. Seine Breite entspricht der halben Wasserstandshöhe z über der Sohle, wie in Bild 13 zu ersehen ist. Somit berechnet sich die versickerungswirksame Fläche AS,W mit:
mit:
z = Wassertiefe im Schacht in m
R = R1 + d in m
d = Wandstärke des Schachtringes in m
R1 = innerer Schachthalbmesser in m
Wie aus obiger Gleichung zu ersehen ist, hängt AS,W von der sich ständig ändernden Wasserstandshöhe z im Schacht ab. Da dieser Umstand bei der weiteren mathematischen Betrachtung zu einer algebraischen Gleichung 3. Grades führt, deren Lösung sehr aufwendig wäre, beinhaltet das ATV-A138 bereits entsprechende Tabellen (siehe Tabelle 8).
Tabelle 8
Quelle: ATV (Hrsg.) "Bau und Bemessung von Anlagen zur dezentralen Versickerung von nicht schädlich verunreinigtem Niederschlagswasser", Arbeitsblatt ATV-A138, Januar 1990 (korrigierter Nachdruck, Dezember 1992).
Die zur Auswahl eines geeigneten Schachtes benötigten Größen erhält man dabei durch Interpolation der Tabellenwerte in bezug auf die angeschlossene Fläche und die Regenspende.
Beim Bau von Sickergalerien sollte der Abstand zwischen zwei Schächten nicht unter 10 m liegen. Im Sohlbereich des Schachtes ist eine sandige Reinigungsschicht vorzusehen. Zur Erhaltung der Sickerfähigkeit des Schachtes und zum Schutz des Grundwassers kann ein Filtervlies in den Schacht eingebaut oder ein Absetzschacht mit fester Sohle und Wandung vorgeschaltet werden.
Allgemeine Hinweise, Bau und Betrieb
Schon während der Bauphase des Gebäudes ist darauf zu achten, daß die für die Versickerungsanlagen vorgesehenen Flächen weder mit Baufahrzeugen befahren, noch zur Lagerung von Material genutzt werden. Der Grund ist, daß es hierdurch zu Bodenverdichtungen und damit zu einer Herabsetzung der Bodendurchlässigkeit des Untergrundes kommen kann. Dies gilt auch bei der Erstellung und Wartung der Anlagen, die deshalb vom Rand aus erfolgen sollte. Kommt es dennoch zu einer unerwünschten Verdichtung, sind Auflockerungsarbeiten durchzuführen oder der Boden gegen durchlässigeres Material zu ersetzen.
| Bild 13: Definition der wirksamen Versickerungsfläche eines Versickerungsschachtes (Quelle: ATV (Hrsg.) "Bau und Bemessung von Anlagen zur dezentralen Versickerung von nicht schädlich verunreinigtem Niederschlagswasser", Arbeitsblatt ATV-A138, Januar 1990 (korrigierter Nachdruck, Dezember 1992). |
Versickerungsanlagen sollten wenigstens halbjährlich vom Betreiber kontrolliert werden. Dabei sind größere Stoffanreicherungen (z.B. Laub) zu entfernen. Diese Kontrolle betrifft auch die Wartung der Vorbehandlungseinrichtungen wie Absetzschacht und Leichtstoffabscheider.
Zur Minderung der Selbstdichtung können anlagenspezifische Unterhaltungsarbeiten zweckmäßig sein. Bei Schächten beispielsweise das Erneuern der Vliesmatte oder bei Versickerungsmulden das Erhalten der Pflanzendecke. Bei Mulden ist durch Auflockerungsarbeiten der allmählichen Verdichtung der Oberfläche entgegenzuwirken.
Bei der Pflege und Unterhaltung der Anlagen dürfen weder Pflanzenbehandlungs- noch Schädlingsbekämpfungsmittel zum Einsatz kommen.
Vor Inbetriebnahme und für die Dauer der Nutzung ist sicherzustellen, daß schädlich verunreinigtes Wasser nicht in die Anlage gelangt.
Bei Schadensfällen (z.B. Ölunfall) ist unverzüglich die zuständige Wasserbehörde einzuschalten.
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