Die Formelsammlung Siedlungswasserwirtschaft bündelt die wichtigsten Formeln, Bemessungsansätze und Kennwerte für Wasserversorgung, Siedlungsentwässerung, Abwasserreinigung und Klärschlammbehandlung. Bei allen Themen helfen übersichtliche Formeln, Tabellen und Abbildungen beim schnellen Nachschlagen. Ideal für Studium, Lehre und Prüfungsvorbereitung.
Ohne die umfassenden Leistungen der Siedlungswasserwirtschaft wäre die urbane Entwicklung unserer Gesellschaft nicht denkbar. Ihre Zuverlässigkeit sichert die Wasserbereitstellung, schützt unsere Gewässer und ist unverzichtbar für die Gesundheit der Bevölkerung.
Als Teildisziplin der Wasserwirtschaft organisiert die Siedlungswasserwirtschaft den Umgang mit Trinkwasser, Niederschlagswasser, Abwasser und Betriebswasser. Sie lehrt interdisziplinär die Aufgaben der Wasseraufbereitung, Wasserversorgung, Siedlungsentwässerung, Abwasserreinigung, Klärschlammbehandlung sowie Teile des Gewässerschutzes. Diese Vielfalt macht das Fach anspruchsvoll, aber auch besonders faszinierend.
Die vorliegende Formelsammlung ist aus Materialien entstanden, die ich über Jahre zusammengetragen habe und in meinen Lehrveranstaltungen vermittle. Sie stellt wichtige Grundlagen für die Auslegung und Bemessung der technischen Infrastruktur der Siedlungswasserwirtschaft in Form von Formeln und Tabellen bereit. Ihre Gestaltung orientiert sich an den Kompetenzen und Lernzielen, die der Fachbereichstag Bauen für die Module der Siedlungswasserwirtschaft formuliert. So kann das Buch sowohl die Lehre begleiten als auch als zugelassenes Hilfsmittel in Klausuren dienen.
Inhaltsverzeichnis
1 Wasser- und Abwasserbeschaffenheit
1.1 Physikalische Wasser- und Abwasserparameter
1.1.1 Thermische Parameter
1.1.2 Optische & visuelle Parameter
1.1.3 Mechanische & rheologische Parameter
1.1.4 Elektrische Parameter
1.1.5 Akustische & sonstige physikalische Parameter
1.1.6 Partikelcharakteristik
1.2 Biologische Wasser- und Abwasserparameter
1.2.1 Mikrobiologische Leitparameter (Hygieneindikatoren)
1.2.2 Pathogene Mikroorganismen
1.2.3 Viren
1.2.4 Parasiten & Protozoen
1.2.5 Biologische Summenparameter
1.2.6 Ökologisch-biologische Parameter (Gewässerbiologie)
1.2.7 Mikrobielles Aktivitätspotenzial (prozessrelevant)
1.3 Chemische Wasser- und Abwasserparameter
1.3.1 Allgemeine chemische Summenparameter
1.3.2 Kohlensäuresystem & Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht
1.3.3 Nährstoffe & Eutrophierungsparameter
1.3.4 Sauerstoffhaushalt
1.3.5 Anorganische Hauptionen
1.3.6 Schwermetalle & Spurenmetalle
1.3.7 Organische Spurenstoffe
1.3.8 Mineralölkohlenwasserstoffe
1.3.9 Pestizide & Herbizide
1.3.10 Industriechemikalien & persistente Stoffe
1.3.11 Pharmazeutika & Haushaltschemikalien
1.3.12 Desinfektions- & Aufbereitungsnebenprodukte
1.3.13 Gasförmige gelöste Stoffe
2 Gewässergütebeurteilung
2.1 Stillgewässer
2.2 Fließgewässer
3 Wasserbedarf
3.1 Wasserbedarf einzelner „Verbrauchergruppen“
3.1.1 Wasserbedarf privater Haushalte
3.1.2 Wasserbedarf von Gewerbe und Industrie
3.1.3 Wasserbedarf von öffentlichen Einrichtungen
3.1.4 Eigenwasserbedarf des Wasserwerks / der Wasserversorgung
3.1.5 Wasserbedarf zum Ausgleich von Wasserverlust
3.1.6 Löschwasserbedarf
3.2 Bevölkerungsentwicklung
3.3 Bemessungswerte des Wasserbedarfes
3.3.1 Bedarfsgrößen
3.3.2 Ermittlung des durchschnittlichen Bedarfes (Qd, m)
3.3.3 Die Spitzenfaktoren fh und fd
4 Wassergewinnung
4.1 Vertikalfilterbrunnen im ungespannten Grundwasser
4.2 Vertikalfilterbrunnen im gespannten Grundwasser
4.3 Sammelleitung im ungespannten Grundwasser
5 Wasserförderung in vollgefüllten Rohren
5.1 Integrale Rauheit (ki)
5.2 Bernoulli’sche Druck- und Energiehöhe
5.3 Wasserförderung mittels Pumpen
5.3.1 Energiegleichung für Rohrströmungen mit Pumpen
5.3.2 Bestimmung des Leistungsbedarfes von Pumpen
5.3.3 Einfluss der Drehzahl n auf Förderhöhe und Fördermenge
5.3.4 Parallel- und Reihenschaltung von Pumpen und Rohren
6 Wasserspeicher
7 Wasserverteilung
7.1 Versorgungsdruck
7.2 Grundlagen und Vorgaben für die Bemessung
7.2.1 Metermengenwert m
7.2.2 Leitungskonstante a
7.3 Bemessung von Verästelungsnetzen
7.3.1 Ablauf der Bemessung
7.3.2 Berechnungsablauf nach MARZ
7.4 Bemessung von vermaschten Netzen
7.4.1 Erstes KIRCHHOFF’sches Gesetz (Knotenbedingung)
7.4.2 Zweites KIRCHHOFF’sches Gesetz (Maschenbedingung)
7.4.3 Bemessung von vermaschten Netzen
8 Abwassermengen
8.1 Häusliches Schmutzwasser (QH)
8.1.1 Ermittlung von QH, aM anhand von Wasserbedarfsdaten
8.1.2 Ermittlung von QH, aM anhand von Erfahrungswerten
8.1.3 Ermittlung von QH, aM anhand flächenspezifischer Werte
8.1.4 Ermittlung von QH, h, max
8.2 Betriebliches Schmutzwasser (QI)
8.2.1 Ermittlung von QI, aM anhand von Erfahrungswerten
8.2.2 Ermittlung von QI, aM anhand von Messwerten
8.2.3 Ermittlung von QI, h, max anhand flächenspezifischer Werte
8.2.4 Ermittlung von QI, h, max anhand von QI, aM
8.3 Schmutzwasserabfluss (QS)
8.4 Fremdwasserabfluss (QF)
8.4.1 Ermittlung von QF, aM über die Fremdwasserspende
8.4.2 Ermittlung von QF, aM als Vielfaches von QS, aM
8.4.3 Unvermeidbarer Regenabfluss im Schmutzwasserkanal QR, Tr
8.5 Trockenwetterabfluss (QT)
8.6 Abflussbeiwert (Ψ)
8.6.1 mittlere Abflussbeiwert (Ψm)
8.6.2 Spitzenabflussbeiwert (Ψs)
8.7 Niederschlagswasserabfluss (QR)
8.7.1 Zeitbeiwert (φ)
8.7.2 Regelansatz zur Ermittlung des Bemessungsregens (rBem)
8.7.3 Berechnung des Niederschlagswasserabflusses (QR)
8.8 Mischwasserabfluss zur Kläranlage (QM)
8.9 Bemessungswassermengen
9 Auslegung und Bemessung von Kanalisationen
9.1 Abflussermittlung bei Vollfüllung
9.1.1 Allgemeine Fließformel bei Vollfüllung Qv
9.1.2 Betriebliche Rauheit (kb)
9.1.3 Abflussermittlung mittels Vollfüllungstabellen
9.2 Abflussermittlung bei Teilfüllung
9.3 Fließformel nach Gauckler-Manning-Strickler
9.4 Konstruktion der Abflussganglinie mit Flutflächen
9.5 Zeitbeiwertverfahren
10 Mischwasserrückhalt und -behandlung
11 Versickerung von Niederschlagswasser
11.1 Bemessungsgrundsätze für Versickerungsanlagen
11.1.1 Mindestabstand von Gebäuden
11.1.2 Bemessungshäufigkeit (nBem) und Bemessungsregendauer (DBem)
11.1.3 Zufluss Qzu zur Versickerungsanlage
11.1.4 Bestimmung der erforderlichen Versickerungsfläche AS,erf
11.1.5 Versickerungsrate in der Anlage (QS)
11.2 Flächenversickerung
11.3 Muldenversickerung
11.4 Rigolen- und Rohrrigolen-Versickerung
11.5 Mulden-Rigolen-Versickerung
11.6 Schachtversickerung
12 Abwasserzusammensetzung
12.1 Frachten und Konzentrationen
12.2 Abwasserzusammensetzung im Kläranlagenzulauf
12.3 Anforderungen an den Kläranlagenablauf
13 Mechanische Reinigung von Abwasser
13.1 Rechen und Siebe
13.1.1 Gerinnedurchfluss ermitteln
13.1.2 Hauptmaße bestimmen
13.1.3 Wasserspiegelrückstau bestimmen
13.2 Sandfänge
13.2.1 Langsandfänge
13.2.2 Rundsandfänge
13.2.3 Belüftete Sandfänge
13.3 Vorklärbecken
14 Biologische Reinigung von Abwasser
14.1 Grundlagen der Reaktionskinetik
14.2 Belebungsverfahren im Durchlaufbetrieb (BB)
14.2.1 Überschläge Bemessung des Belebungsbecken-Volumens
14.2.2 Überschlägige Bemessung der Nachklärbecken-Oberfläche
14.2.3 Bemessung nach DWA-A 131 (2016)
14.3 Belebungsverfahren im Aufstaubetrieb (SBR)
14.4 Tropfkörperverfahren
14.4.1 Füllmaterial
14.4.2 Höhe, Oberfläche und Reaktionsvolumen eines Tropfkörpers
14.4.3 erforderliches Rückführverhältnis RV
14.4.4 Nachweis der hydraulischen Oberflächenbeschickung qA,TK
14.4.5 Wasserverteilung und Spülkraft
15 Klärschlammbehandlung
15.1 Schlammwasserabtrennung
15.1.1 Schlammwasser und Trockenrückstand
15.1.2 Standeindicker bemessen
15.2 Anaerobe Stabilisierung
15.3 Hygienisierung von Klärschlamm
15.4 Klärgasverwertung
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Formelsammlung besteht darin, praxisnahe Grundlagen, Formeln, Tabellen und Bemessungsansätze für die Wasserversorgung und Abwasserentsorgung bereitzustellen, um sowohl Studierende in Lehrveranstaltungen zu begleiten als auch Ingenieuren als verlässliches Hilfsmittel zu dienen.
- Physikalische, chemische und biologische Wasser- und Abwasserbeschaffenheit
- Ermittlung des Wasserbedarfs und der Wassergewinnung
- Wasserförderung in vollgefüllten Rohren und Wasserverteilung
- Berechnung von Abwassermengen und Kanalisationsauslegung
- Mechanische, biologische Abwasserreinigung und Klärschlammbehandlung
Auszug aus dem Buch
3.1.1 Wasserbedarf privater Haushalte
Der mittlere Wasserbedarf privater Haushalte wird üblicherweise in Litern pro Einwohner und Jahr angegeben. Statistisch handelt es sich hierbei um den arithmetischen Mittelwert eines Kalenderjahres. Statistisch benötigt der Bundesbürger jahresdurchschnittlich etwa 125 l/d.
Unter Berücksichtigung der jeweiligen Siedlungsstruktur sind die Werte aus nachfolgender Tabelle anzusetzen.
Die Werte aus Tabelle 6 werden zukünftig tendenziell eher sinken. Kostenbewusstsein, technische Entwicklungen und demografischer Wandel führen zu einem deutlich geringeren Gesamt-, Pro-Kopf- und Spitzenverbrauch. Dies gilt insbesondere für die Werte für Villen oder gute Wohnlagen.
Zusammenfassung der Kapitel
Wasser- und Abwasserbeschaffenheit: Erfasst physikalische, biologische und chemische Parameter zur qualitativen und quantitativen Beurteilung von Wasser und Abwasser.
Gewässergütebeurteilung: Behandelt die Bewertung von Still- und Fließgewässern anhand verschiedener Trophiestufen und Saprobiensysteme.
Wasserbedarf: Analysiert den Wasserbedarf unterschiedlicher Verbrauchergruppen, die Bevölkerungsentwicklung sowie die Ermittlung von Spitzenfaktoren.
Wassergewinnung: Beschreibt den Ressourcenmix der Rohwasserbereitstellung sowie die Bemessung von Vertikalfilterbrunnen und Sammelleitungen.
Wasserförderung in vollgefüllten Rohren: Behandelt integrale Rauheiten, Druckverluste, die Bernoulli-Gleichung und den Betrieb von Pumpen.
Wasserspeicher: Widmet sich der Ermittlung des erforderlichen Speichernutzinhalts und fluktuierender Wasservolumina.
Wasserverteilung: Beleuchtet Versorgungsdrücke sowie die hydraulische Bemessung von Verästelungs- und vermaschten Netzen.
Abwassermengen: Erläutert die getrennte Ermittlung von häuslichem, betrieblichem, Fremd- und Niederschlagswasserabfluss.
Auslegung und Bemessung von Kanalisationen: Beinhaltet Voll- und Teilfüllungsberechnungen, Fließformeln sowie das Zeitbeiwertverfahren.
Mischwasserrückhalt und -behandlung: Erklärt die Vorgehensweise zur Bemessung von Regenrückhalteräumen.
Versickerung von Niederschlagswasser: Beschreibt Bemessungsgrundsätze für Flächen-, Mulden-, Rigolen- und Schachtversickerungen.
Abwasserzusammensetzung: Definiert Frachten, Konzentrationen und Parameter im Zulauf kommunaler Kläranlagen.
Mechanische Reinigung von Abwasser: Behandelt die Auslegung von Rechen, Sieben, Sandfängen und Vorklärbecken.
Biologische Reinigung von Abwasser: Erläutert die Reaktionskinetik, Belebungsverfahren (Durchlauf und SBR) sowie Tropfkörperanlagen.
Klärschlammbehandlung: Deckt Schlammwasserabtrennung, Eindickung, anaerobe Stabilisierung und Klärgasverwertung ab.
Schlüsselwörter
Siedlungswasserwirtschaft, Wasserversorgung, Abwasserentsorgung, Wasserbedarf, Wassergewinnung, Rohrhydraulik, Pumpenförderung, Wasserspeicher, Wasserverteilung, Abwassermengen, Kanalisation, Versickerung, Mechanische Abwasserreinigung, Biologische Reinigung, Klärschlammbehandlung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in diesem Werk im Wesentlichen?
Das Buch stellt eine umfassende Formelsammlung für den Bereich der Siedlungswasserwirtschaft dar, die Formeln, Tabellen, Bemessungsansätze und Kennwerte für die Wasserversorgung und Abwasserentsorgung bündelt.
Welche zentralen Themenfelder werden abgedeckt?
Zu den Schwerpunkten gehören unter anderem die Gewässergütebeurteilung, die Ermittlung des Wasserbedarfs, die Wassergewinnung, Rohrnetz- und Kanalberechnungen, die mechanische und biologische Abwasserreinigung sowie die Klärschlammbehandlung.
Welches primäre Ziel verfolgt die Publikation?
Das primäre Ziel ist es, Ingenieuren, Planern und Studierenden als verlässlicher, praxisnaher Begleiter zu dienen, der fundierte mathematische Grundlagen und Bemessungswerte für wasserwirtschaftliche Anlagen liefert.
Welche wissenschaftlichen und technischen Methoden werden angewandt?
Es werden empirische Formeln, hydraulische Fließgesetze (z.B. nach Gauckler-Manning-Strickler), Berechnungsverfahren für Rohrnetze (Hardy-Cross-Verfahren), das Zeitbeiwertverfahren sowie standardisierte Bemessungsregeln nach DWA-Richtlinien angewendet.
Was wird im umfangreichen Hauptteil des Buches behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in detailreiche Kapitel zu physikalisch-chemischen Wasserparametern, Pump- und Förderanlagen, der Dimensionierung von Netzen, Abflussermittlungen bei Neu- und Bestandsbauten sowie spezifischen Behandlungsstufen auf Kläranlagen.
Durch welche Schlüsselwörter lässt sich das Werk charakterisieren?
Wichtige Keywords sind insbesondere Siedlungswasserwirtschaft, Rohrhydraulik, Belebungsverfahren, Versickerungsanlagen, Schlammbehandlung, Abwassermengen und Wassergewinnung.
Wie wird der Wasserbedarf privater Haushalte in der Formelsammlung definiert und berechnet?
Der mittlere Wasserbedarf wird als statistischer Mittelwert pro Einwohner und Tag angegeben (ca. 125 l/d im Bundesdurchschnitt) und je nach spezifischer Siedlungsstruktur aus hinterlegten Erfahrungstabellen entnommen.
Welche Kriterien gelten für die Bemessung von Belebungsanlagen nach DWA-A 131?
Die Bemessung stützt sich primär auf den chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) und folgt einer festen Logik, bei der aus Zulauffrachten und Reinigungszielen das erforderliche Schlammalter, die Schlammmasse und schlussendlich das Belebungsbeckenvolumen ermittelt werden.
Wie ist das Verfahren zur Dimensionierung von Versickerungsanlagen aufgebaut?
Es basiert auf dem DWA-A 138 Regelwerk, bei dem zunächst die undurchlässige Fläche und der Zufluss bestimmt werden, um darauf basierend das erforderliche Speichervolumen sowie die notwendige Versickerungsfläche unter Berücksichtigung des Bodendurchlässigkeitsbeiwerts (kf) zu berechnen.
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- Falk Schönherr (Author), 2026, Formelsammlung Siedlungswasserwirtschaft, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1775137
