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Bericht zu RÜB-Messungen

Messungen und Messdatenerfassung bei Regenüberlaufbecken


Aus der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie von 2000 entstanden verschiedene Maßnahmen zur Verbesserung der ökologischen und chemischen Konditionen oberirdischer Gewässer. Hier richten sich nicht wenige Maßnahmen direkt an die ökologisch empfindlichen Knotenpunkte  von Kanalnetz und Kläranlagen zu offenen Gewässersystemen. Dies betrifft im Besonderen Regenüberlaufbecken und Fangbecken.  Durchlaufbecken halten den Niederschlag bei starken Regenereignissen im Becken, da die Klärbecken nur eine bestimmte Menge Abwasser aufnehmen können. Ist das Volumen im Durchlaufbecken voll, darf eine Teilmenge in die Gewässer zurückgeführt werden, d.h. das Becken wird entlastet. Zuvor muss eine Ablagerung von Feststoffen / Schlamm etc. erfolgen. In Fangbecken fehlt die Absetzwirkung, da hier nur ein Ablauf in die Gewässer bei Beckenvollfüllung ohne Zulauf zu Kläranlagen vorgesehen ist.

Im deutschen Wasserhaushaltsgesetz wird eine Reduzierung der Schadstofffrachten nach dem Stand der Technik bei Abwassereinleitungen gefordert und die Anforderungen sind in der Abwasserverordnung bundeseinheitlich aufgezeigt. Für die Behandlung und Einleitung von Niederschlagswasser werden die Anforderungen auf Landesebene  geregelt.

Fokus Regenüberlaufbecken im Wasser- und Abwasserkreislauf
Fokus Regenüberlaufbecken im Wasser- und Abwasserkreislauf

Gemäß Eigenüberwachungsverordnung (EÜV 1995) sind in Bayern Messwerte vom Betreiber regelmäßig auszuwerten und der zuständigen Wasserbehörde vorzulegen.

Im Wesentlichen handelt es sich um die Zusammenstellung folgender Daten in einem Jahresbericht: Häufigkeit von Überlaufereignissen, Dauer von Überlaufereignissen und Volumen des entlasteten Mischwassers. Überwachungsgeräte protokollieren die Häufigkeit und Dauer von Einstau- und Überlaufereignissen. Zeigt ein Regenüberlaufbecken eine zu starke Entlastungsaktivität, so kann wegen drohender Gewässerschädigung durch stoffliche oder hydraulische Überlastung ein rascher Handlungsbedarf erforderlich sein.

Regenüberlaufbecken
Regenüberlaufbecken

Systeme der Messeinrichtungen

Für die Messdatenerfassung und Messeinrichtungen ergeben sich einige Herausforderungen. Sehr häufig besteht keine Energieversorgung vor Ort. Des Weiteren unterliegt die Ermittlung der entlasteten Wassermenge größeren Ungenauigkeiten, weil dabei das lange Überlaufwehr als Messwehr benutzt wird und hier geringe Fehler der Messeinrichtung sehr stark auf das Ergebnis durchschlagen. Zu Messfehlern und einer nicht plausiblen Datenaufzeichnung kann es ebenfalls kommen bei altersbedingten Abweichungen oder ungenauer Montage der Messgeräte.

Für die Messungen haben sich grundsätzlich zwei verschiedene Systeme etabliert, welche meist für alle Beckenformen und Entlastungswehre anwendbar sind. Die berührungslose Ultraschall- bzw. Radarmessung und die mediumberührende, hydrostatische Messung. Im Weiteren gibt es dazu verschiedene Varianten mit und ohne Spannungsversorgung, als kompakte oder getrennte Messsysteme und mit oder ohne Datenfernübertragung.

Ultraschallmessung im Regenüberlaufbecken
Ultraschallmessung im Regenüberlaufbecken

Berührungslose Ultraschallsensoren werden in geeignetem Abstand oberhalb der Entlastungsschwelle angebracht und es wird die Laufzeit der Ultraschallsignale und somit der Beckenfüllstand gemessen. Die vom Sensor ausgeschossenen Ultraschallsignale werden vom Medium zurückgeworfen und wieder vom Sensor erfasst. Anhand der Laufzeit wird der Weg errechnet, die Montagehöhe wird abgezogen und es ergibt sich der Beckenfüllstand.

Bei batteriebetriebenen Messstellen, wird aufgrund des Stromverbrauchs üblicherweise in einem längeren Messintervall, z.B. 15 Minuten gemessen. Um aber im Einstau- und Entlastungsfall eine genauere Messdatenerhebung durchführen zu können, wird zum Teil über Alarmschwellen oder auch externe Geber, wie z.B. Schwimmerschalter, die Aufzeichnungsdichte umgeschaltet.

Eine zusätzliche Methode um das Entlastungsverhalten bzw. die  Entlastungsdauer zu messen liegt in der Kombination eines Ultraschallsensors mit Nullblech und einer Stabsonde. Bei dieser Messung wird die Überfallhöhe des Abflusses an der Entlastungsschwelle aufgenommen. Und somit die Abflüsse in Gewässer ermittelt. Damit nur Füllstände oberhalb der Entlastungsschwelle gemessen werden, wird die Schwelle mit einem Null-Blech markiert. Zur Verbesserung der Mess-Zeiten kann eine Stabsonde zusätzlich verwendet werden. In Funktion als konduktiver Grenzschalter wird die Ultraschallmessung kurz vor dem Null-Blech zugelassen.

Diese Vorgehensweise macht vor allem Sinn, wenn eine Mengenbilanzierung des entlasteten Mischwassers erfolgen soll. Zum Teil verfolgen aber die Behörden vor allem in Bayern und Baden-Württemberg eine andere Zielsetzung. Hier wird vor allem ein Augenmerk auf die Entlastungshäufigkeit und Dauer gelegt. Nach den geltenden Merkblättern wird dann der Entlastungspunkt mit einer Hysterese von 3 bis 5cm belegt, um Wellenbewegungen im Becken auszublenden. Dies kann zwar für die Dauer und Häufigkeit Sinn ergeben, macht aber eine Mengenmessung unmöglich. Die Hersteller der Messgeräte und Auswertesoftwarelösungen sind deshalb gefordert, im Hintergrund mit beiden Berechnungen zu arbeiten. Das bedeutet für die Entlastungsdauer und Häufigkeit kann mit Hysterese und für die Berechnung der Menge, kann ohne Hysterese gearbeitet werden. 

Der Vorteil der Ultraschallmessung liegt in der einfachen Installation und Inbetriebnahme. Durch die berührungslose Messung sind Ultraschallsensoren langzeitstabil und wartungsfreundlich. 

Doch für die Messung werden konstante, glatte Medienoberflächen benötigt. Schaum und prasselnder Niederschlag können zu Messungenauigkeiten führen. Ebenso kann starker Wind einen Einfluss auf die Richtung der Ultraschallsignale haben. Deshalb ist die Verwendung von Ultraschallmessungen bei Regenüberlaufbecken gut zu prüfen und die Einbausituation entsprechend anzupassen.

Berührungslose Radar-Messungen arbeiten mit Radarsignalen, die vom Sensor abgestrahlt und vom Medium reflektiert werden. Die Laufzeit ergibt den zurückgelegten Weg und die Füllhöhe kann unter Ausblendung von Störsignalen durch die Software des Radars errechnet werden. Gegenüber dem Ultraschallsystem hat Schaumbildung etwas weniger Einfluss auf die Messgenauigkeit, aber kann dennoch zu Messfehlern führen. 

Hydrostatische Messung im Regenüberlaufbecken
Hydrostatische Messung im Regenüberlaufbecken

Der Beckenfüllstand wird mit hydrostatischen Sensoren ermittelt. Dabei bewirkt der hydrostatische Druck der Flüssigkeitssäule eine Auslenkung der Messmembrane. Diese wird gemessen und in ein elektrisches Signal umgesetzt. 

Durch den altersbedingten, sogenannten Nullpunktdrift können hydrostatische Sensoren bei normalem Luftdruck vom Nullwert abweichen. Aufgrund dessen sind Nachkalibrierungen notwendig um sichere Messergebnisse zu gewährleisten. Im Vergleich zu berührungslosen Messsystemen kann es zu Messungenauigkeiten kommen, wenn am Sensor nach Kontakt mit verschlammten oder verdreckten Wasser Schmutzstoffe haften bleiben und antrocknen oder es zu Verkalkungen kommt. Da es sich aber um Regenüberlaufbecken mit Niederschlagswasser handelt und diese die meiste Zeit des Jahres trocken liegen, ist die Wahrscheinlichkeit dafür sehr gering. Sicht- und Funktionskontrollen sind bei beiden Mess-Systemen in angemessenen Abständen nötig.

Hydrostatische Messung im Regenüberlaufbecken
Hydrostatische Messung im Regenüberlaufbecken

Hydrostatische Sensoren sind weit verbreitet. Viele Anbieter spezialisieren sich darauf und bieten robuste, langzeitstabile Sensoren mit unterschiedlichen Genauigkeitsklassen an.

Eine besondere Variante sind batteriebetriebene hydrostatische Sensoren mit Datenfernübertragungsmodul, da hier dank neuester Technik lange Laufzeiten ohne Wartungsaufwand geboten werden und Investitionskosten für Strom- und Telefonanbindungen entfallen. 

Die Datenübermittlung kann durch manuelle Datenabholung mittels Laptop, Handheld-PC, USB-Stick, Bluetooth-Gerät  oder Ähnlichem erfolgen. Eine weitere Möglichkeit ist die Datenfernübertragung über das Mobilfunknetz, z.B. direkt auf eine Internetplattform, wenn der Sensor an ein Datenfernübertragungsmodul angeschlossen ist. Die Messstellen brauchen nicht persönlich aufgesucht zu werden. Die Daten werden per Fernübertragung weitergeleitet. Datenfernübertragungsmodule sind zudem fähig zur Fernalarmierung per SMS oder E-Mail.  

Hydrostatische Pegelsonde mit Datenfernübertragungsmodul von ACS-CONTROL-SYSTEM
Hydrostatische Pegelsonde mit Datenfernübertragungsmodul von ACS-CONTROL-SYSTEM

Messdatenerfassung

Grundsätzlich sollten Messdaten regelmäßig, mindestens monatlich protokolliert und auf Plausibilität geprüft werden. 

Nur durch den monatlichen Blick auf die aufgezeichneten Daten kann verhindert werden, dass zum Beispiel durch den Ausfall der Wasserstandsmessung oder durch Messfehler für einen längeren Zeitraum keine oder keine brauchbaren Messdaten vorliegen. Eine einfache Plausibilitätsprüfung zeigt: hat es in einem Monat gar nicht geregnet, so dürfen auch keine Entlastungsereignisse vorkommen. Wenn es andererseits viel geregnet hat, sollte die Überlauftätigkeit erhöht sein. Ausnahmefälle sollten nachvollziehbar sein.

Nicht plausible Daten lassen Rückschlüsse auf die Funktionalität der Geräte zu und deshalb sollte eine regelmäßige Überprüfung der Daten erfolgen, da unter Umständen ein komplettes Jahr an Messwerten für die Datenauswertung verloren sein kann, falls nur einmal jährlich eine Auslesung stattfindet.

Messdaten Regenüberlaufberechnung
Messdaten Regenüberlaufberechnung

Die Aufbereitung für den Jahresbericht an die zuständige Wasserbehörde wird durch spezielle Software erleichtert, die die Regenüberlaufberechnung  und Protokollierung nach §5 der Eigenüberwachungsverordnung (EüV) durchführt. Es werden die Werte für Beckeneinstau, Beckenentlastung und gleitende Min- Max-Werte angegeben bzw. berechnet. Viele Berechnungsformeln in der Software sind bereits fertig hinterlegt oder über Anwenderliniarisierung den Gegebenheiten anpassbar.

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