Fachartikel
Dipl.-Ing. David Mauro, Geospector München
Zur Sicherstellung der Rückhalte- und Absetzfunktion müssen Anlagen zur Regenwasserbehandlung regelmäßig – meist jährlich – auf Sedimenteinträge überprüft werden. Beim Überschreiten von Ablagerungsdicken oder -volumina werden sie dann aufwendig und kostspielig gereinigt.
Die genaue Erfassung der Sedimenteinträge ist v. a. bei Anlagen im Dauerstau schwierig und erfolgt meist nur stichpunktartig. In Verbindung mit komplexen Beckengeometrien kann diese Vorgehensweise zu grob fehlerhaften Ergebnissen führen und ist somit als Entscheidungs- und Planungsgrundlage oftmals untauglich. Im Folgenden werden die typischen Fallstricke anhand eines Beispiels aus der gelebten Praxis aufgezeigt und eine Lösung für genauere Erfassungen vorgestellt.
Die Sedimentstärke wird meistens mittels einer Sondierungsstange gemessen. Im einfachsten Fall wird diese von der Wasseroberfläche aus bis zur Sohle vorgetrieben; beim Einholen zeigen die Anhaftungen direkt die Schlammdicke an. Die Wasseroberfläche von Becken im Dauerstau ist i. d. R. aber schwer zugänglich; nur selten lassen sich bei günstigen Geometrien oder über Stege auch vom Ufer aus die tieferen Bereiche der Anlage bis zur Sohle erfassen.
Oftmals müssen daher umständlich und mit großem Sicherheitsaufwand Boote eingesetzt werden, um eine gleichmäßige Abdeckung der gesamten Anlagenfläche zu erhalten. Die Messungen bleiben gewöhnlich auf wenige Stellen beschränkt und werden bezüglich der Lage nur schematisch dokumentiert.
Nachdem die vermeintlich repräsentativen Stichproben erfasst worden sind, werden diese i. d. R. durch einfache Mittelwertbildung zu einer durchschnittlichen Sedimentdicke aggregiert und dann durch Multiplikation mit der Wasserfläche zu einem Sedimentvolumen verrechnet. Diese Vorgehensweise ist bei größeren Anlagen und Teichen durchaus zielführend. Bei kleinen Becken und Teichen mit komplexen Sohlverläufen und schrägen Ufern können dabei aber grobe Fehler entstehen, die weit über das übliche Maß von Messunsicherheiten hinausgehen. Das betrifft besonders Absetzbecken, bei denen diese Merkmale üblicherweise vorhanden sind.
Diese Erkenntnis ergab sich in der letzten Zeit bei realen Anlagenvermessungen mit dem im Folgenden vorgestellten alternativen Verfahren, das exakte Ergebnisse liefert. Der Vergleich mit Vermessungen der letzten Jahre, die mit dem Durchschnittsverfahren gemacht worden waren, zeigte Abweichungen von bis zu 100 % des berechneten Sedimentvolumens. Möglicherweise wurden dadurch in der Vergangenheit entweder unnötige Sanierungen initiiert oder tatsächlich notwendige unterlassen (die Volumenabweichungen können sowohl positiv als auch negativ sein). Das motivierte den Autor, diesen Artikel zur Sensibilisierung für das Thema zu veröffentlichen.
Die alten und neu gemessenen Sedimentstärken der Anlagenvermessungen waren durchaus vergleichbar (kurzer zeitlicher Abstand); daher war der Fehler in der Verteilung der Stichproben und der Durchschnittsauswertung zu suchen. Zur Veranschaulichung ein abstrahiertes, aber reales Vermessungsbeispiel eines typischen Absetzbeckens:
Innerhalb der Wasserfläche wurden ursprünglich fünf halbwegs gleichverteilte Sondierungen vorgenommen (Abbildung 1). Die Berechnung mit dem Durchschnittsverfahren (Tabelle 1) ergibt einen Volumenwert von 202 m³. Aus der Geometrie des Beckens und der Sedimenteinträge (Abbildung 2) ergibt sich jedoch ein tatsächliches Volumen von 76,2 m³!
Bei Betrachtung der Beckengeometrie fällt auf, dass die zunächst flächenmäßig halbwegs gleichverteilten Sondierungen in Wirklichkeit die tiefen Beckenbereiche mit höherer Sedimentbelastung stärker gewichten – der Mittelwert ist somit nicht mehr repräsentativ.
Ein möglicher erster Versuch zur Verbesserung ist die Hinzunahme weiterer Sondierungen, v. a. in den Randbereichen (Abbildung 3, links). Als letzte Korrektur wird anstelle der Wasserfläche die tatsächliche Sedimentfläche verwendet (Abbildung 3, rechts).
Tabelle 1: Volumenberechnung mit schrittweiser Verbesserung des Ergebnisses
| Berechnung | Ø (Sediment-)Dicke | Fläche | Volumen = Fläche × Ø Dicke |
|---|---|---|---|
| Ursprüngliche Messung (Abbildung 1) | 1/5 × (3 × 1,50 m + 2 × 0,28 m) = 1,01 m | Wasser: 10 m × 20 m = 200 m² | 200 m² × 1,01 m = 202 m³ |
| Erweiterte Messung (Abbildung 3, links) | 1/9 × (3 × 1,50 m + 6 × 0,28 m) = 0,69 m | Wasser: 10 m × 20 m = 200 m² | 200 m² × 0,69 m = 137 m³ |
| Mit Schlammfläche (Abbildung 3, rechts) | 1/9 × (3 × 1,50 m + 6 × 0,28 m) = 0,69 m | Sediment: 16 m × 6,40 m = 102,40 m² | 102,40 m² × 0,69 m = 71 m³ |
Dieser Wert entspricht schließlich mit ausreichender Genauigkeit dem tatsächlichen Volumen. Aus diesem Beispiel lassen sich folgende Schlüsse ziehen:
In der Praxis dürfte die Umsetzung dieser Empfehlungen mit großem Aufwand verbunden oder gar unmöglich sein. Insofern bietet sich eine alternative Vorgehensweise an, die i. d. R. wesentlich schneller und günstiger ist und dabei exaktere Volumenwerte liefert.
Aus den obigen Schlussfolgerungen ergibt sich folgender Lösungsansatz:
Im Gegensatz zu einzelnen, manuellen Sondierungen beim Durchschnittsansatz werden alle Messungen gesamthaft und detailliert mit spezialisierter Drohnensensorik (Luft, Wasser, Unterwasser) automatisiert vorgenommen (Abbildung 4).
Diese Grundlagendaten können dann je nach Anforderungen zu 2D- und 3D-Plänen, Zustandsberichten, Visualisierungen etc. weiterverarbeitet werden.
Durch den Einsatz neuester Drohnen- und Sensortechnologie ist diese Vorgehensweise tatsächlich schneller und wirtschaftlicher durchzuführen als herkömmliche Verfahren – bei gleichzeitig unerreichter Präzision.
Mit dem Geospector Schlamm-Check erfassen wir Sedimentoberfläche und Sohle Ihrer Regen-Rückhalteanlagen flächendeckend per Drohne – ohne Boot und auch ohne vorhandene Nullmessung.
Den vollständigen Artikel gibt es auch als PDF zum Download.
