Relativierung der Genauigkeit einer Kanalnetzhydraulik

Die Genauigkeit ist aufwendig

Die hydraulischen Berechnungen vermitteln mitunter den Eindruck als könne man genau berechnen, welche Wasserstände zu einem bestimmten Regenereignis im Kanal oder in einem Straßengraben geherrscht haben.

Sicher nimmt die Genauigkeit und die Komplexität der rechnerbasierten, mathematischen, hydrodynamischen Verfahren immer mehr zu.

Die Daten aber, mit denen diese Programme oder auch relativ einfache hydrodynamische Formeln gespeist werden, beruhen zumeist noch auf Abwägungen und Schätzungen.

Die Genauigkeit hydrodynamischer Berechnungsergebnisse wird in hohem Maße beeinflusst durch

  • die Niederschlagscharakteristik,
  • die Fläche des Einzugsgebietes und
  • den gewählten Abflussbeiwert.

(Bei anspruchsvollen Modellen wird das Modell im Einzugsgebiet geeicht, d. h. es wird geprüft, ob konkrete Regen und konkrete Abflüsse mit den berechneten Abflüssen und angenommenen Regen übereinstimmen.)

1.  Bewertung des Niederschlages

Bei Niederschlag ist u. a. zu unterscheiden zwischen dem Niederschlag, der zum Schadenszeitpunkt genau auf die relevante Einzugsgebietsfläche fiel und zwischen jenem Niederschlag, der für die Dimensionierung der Niederschlagswasserableitung (Gräben, Kanäle, weitere Bauwerke) zu wählen war. Oft wird versucht zu prüfen, ob der tatsächlich gefallene Niederschlag größer als der Bemessungsniederschlag war, weil man glaubt, damit ein wichtiges Argument zu haben. Mit der DIN EN 752-2 sollte sich der Schwerpunkt der Argumentation verlagern.

Im ersten Fall werden häufig Gutachten des Deutschen Wetterdienstes bestellt, deren Ergebnisse aber eher in Ausnahmefällen zu 100 % den Tatsachen am Schadensort entsprechen, weil der Gutachter eben nicht am Schadenstag vor Ort war und den Regen in seiner Dauer und Intensität selber gemessen hat. Der Wert meteorologischer Gutachten liegt aber darin, dass Feststellungen von Meteorologen über das Wetter mit einer größeren Wahrscheinlichkeit wahr sind, als jene von Laien.

Derartige Gutachten übertragen also einen Niederschlag, der zumeist an einer anderen Stelle gemessen wurde, auf den Schadensort.

Wer Wetter beobachtet weiß, dass Regen (wie auch die Natur) nur bedingt berechenbar sind (ist) und es sein kann, dass in einem wenige Kilometer entfernten Nachbarort ein Wolkenbruch niedergeht, während beim Beobachter die Sonne scheint.

Die Genauigkeit einer Wetterretrospektive nimmt deshalb mit zunehmender Entfernung zwischen Messort und Schadensort ab.

Es handelt sich bei den auf den Schadensort bezogenen Tatsachenfeststellungen um induktive Konklusionen, die eben aus Gründen der Logik nie zu 100 % wahr sein können. Eine Bewertung z. B. dass die Regeneigenschaften sehr wahrscheinlich so wie beschrieben waren, bedeutet nicht, dass sie auch tatsächlich so gewesen sein müssen. Es kann also Fälle geben, in denen meteorologische Gutachten die Situation zum Schadenszeitpunkt und am Schadensort so abbilden, wie es tatsächlich war und es gibt Fälle, in denen es eben nicht so war.

Eine weitgehend genaue Bewertung eines Schadensereignisses ist daher im Ausnahmefall nur möglich, wenn der Gutachter am Schadenstag von Anfang an vor Ort war und die Regenganglinie an mehreren Stellen im Einzugsgebiet möglichst selbst gemessen hatte und wenn zugleich die Abflussmengen und deren Wasserstände in wichtigen Kanälen oder Gräben gemessen wurden. Die Unsicherheiten liegen dann nur noch bei Mess- und Interpretationsfehlern.

2. Fläche des Einzugsgebietes

Die Fläche des Einzugsgebietes geht als Faktor in die Abflussmenge ein und somit ist ihre tatsächliche Größenbestimmung entscheidend.

In der Regel wird das Einzugsgebiet über Wasserscheidenkonstruktionen in topographischen Karten bestimmt.

Genauer, aber auch aufwändiger ist die Beauftragung eines Vermessungsbüros zur Einmessung der Wasserscheiden vor Ort.

Überprüfen kann man die Ergebnisse, wenn man sich bei sehr starkem Regen in diesen stellt und selbst nachschaut, woher das Wasser kommt und wohin es fließt.

3. Abflussbeiwert des Einzugsgebietes

Der Abflussbeiwert ist der Quotient aus der Abflussspende und der Regenspende. Er liegt zwischen 0-1.

Ein Abflussbeiwert von 0,5 sagt beispielsweise aus, dass 50 % von dem Regen abfließen.

Die Größe des Abflussbeiwertes beeinflusst das Schätzergebnis des prozentualen Anteils der versiegelten Fläche im Einzugsgebiet und die durchschnittliche Neigung der Oberfläche des Einzugsgebietes.

Beides sind zumeist Schätzwerte, deren Genauigkeit den tatsächlichen Abfluss bestimmt.

Die Tabelle für den zu wählenden Abflussbeiwert beruht selbst auf Erfahrungswerten.

Auch die Kalkulation des Abflussbeiwertes eines Teileinzugsgebietes kann Ungenauigkeiten oder Fehler enthalten, die dazu führen, dass die tatsächlichen Verhältnisse nicht korrekt widergespiegelt werden.

4. Fazit

Kalkulationen hydrodynamischer Abflüsse und Niederschläge beruhen auf zahlreichen Schätzungen und Annahmen.

Hinsichtlich der Methode der Logik handelt es sich um eine Konklusion einer Induktion zu der ein Wahrheitswert gehört. Der Wahrheitswert wird zumeist nach Intuition oder Abwägung subjektiv gewählt und verbal beschrieben, wie z. B. mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit, sehr wahrscheinlich, weniger wahrscheinlich oder unwahrscheinlich.

Die Steigerung der Genauigkeit des Wahrheitswertes ist durch weiteren Aufwand bei der Tatsachenfeststellung (wenn rationell, Ersetzen von Annahmen durch Messungen) möglich und durch die Erhöhung der Anzahl der Beobachtungen. Das ist bei Schadensfällen aber zumeist nur eine theoretische Alternative.

Wie man sich denken kann, dürfte der Aufwand für die Feststellung des Wahrheitswertes einer Induktion einer Potenzfunktion ihres Wahrheitswertes folgen.

Oder mit anderen Worten:

  • Die Wahrheit hat ihren Preis.
  • Je genauer man sie wissen will, desto teurer wird es.
  • Manches ist nicht (oder nicht mehr) zu ermitteln.

Und häufig ist die Wahrheitsbewertung von  Relationen abhängig, die bekannt sein müssen,  wenn man es genau wissen will.

Zur Veranschaulichung das Kaffeesackbeispiel von Salmon: In einem Kaffeesack befinden sich genau 30 kg Kaffeebohnen  der Güteklasse III und 70 kg Bohnen der Güteklasse I.

In 70 % aller Probenahmen wird man eine Bohne der Güteklasse I ziehen.

Was aber, wenn das Verhältnis der Mischung nicht bekannt ist?

Dann wird es aufwendig.

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Kleinkläranlagen und Wassersparen

Wassersparen kann zu einer Überschreitung des CSB führen, weil die Konzentration der schwer- oder nicht abbaubaren Stoffe im Ablauf teilweise nur durch die Verdünnung reduziert wird.

Spart der Hauseigentümer Trinkwasser, dann konzentriert sich der CSB logischerweise auf. Diese Überlegungen treffen auch für kleine Siedlungskläranlagen zu.

Siehe hierzu die Abbildung. Man erkennt, dass Ablaufkonzentrationen von 250 mg CSB/l bei einem Trinkwasserverbrauch von 100 l/Ed normal sein können.

Die Überschreitung des CSB-Überwachunsgwertes ist aber kein Beweis für einen Straftatbestand der Gewässerverschmutzung, weil das CSB-Laborergebnis nicht auf die Natur übertragbar ist. Es gibt in der Natur keinen CSB.

Im Übrigen ist der Chemische Sauerstoffbedarf ein falscher Begriff. Tatsächlich handelt es sich um den Verbrauch von Sauerstoff, der an ein Oxidationsmittel chemisch gebunden ist.

Da im Gewässer dieses Oxidationsmittel nicht vorhanden ist, kann es dort auch keinen Bedarf für die Reduktion dieses Oxidationsmittels (Kaliumdichromat) geben.

 

(Siehe auch den Fachbeitrag von 2013 in der wwt.
Download: CSB – Beweismittel einer Gewässerverschmutzung?)

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