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Hydraulische Charakterisierung verschiedener Kunststoffbrunnenfiltertypen für oberflächennahe Anwendungsgebiete im Feld und Labor

Johanna Rüther1, Ingo Sass1
1 Angewandte Geowissenschaften, Angewandte Geothermie, TU Darmstadt

O 15.12 in Forum Junge Hydrogeologen (H 36, NW III)

28.05.2014, 16:40-17:00, H36, NWIII

 

 

Die Leistungsfähigkeit eines Brunnens definiert sich nicht nur über die hydrogeologischen und hydraulischen Eigenschaften des Untergrundes, sondern auch über die Bohrlochgeometrie und Brunnenausbaumaterialien [DVGW 2005]. Vor allem die hydraulischen Eigenschaften von Filtern wie die Durchlässigkeit und Filterkapazität stellen eine zentrale Rolle dar. Diese beiden Parameter können basierend auf dem Darcyversuch im Labor quantifiziert werden [Rüther et al. 2013]. Die Ergiebigkeit von Filterelementen, die sich auf die Absenkung pro Menge gefördertem Wasser bezieht, kann allerdings nur in Feldversuchen untersucht werden. Hierbei wird beabsichtigt, die Veränderung der Leistung mit der Zeit in den einzelnen Brunnen zu beobachten. Dies ist wichtig in Bezug auf Brunnenalterung und eventuelle Brunnenregenerierung oder –sanierung. So stellt die Quantifizierung des Leistungsrückgangs eines Brunnens die maßgebliche Grundlage für die Entscheidung, ob und wann der Brunnen regeneriert werden soll, dar [DVGW 2007].

Brunnenfiltersysteme für oberflächennahe Anwendungsgebiete bestehen meist aus Polyvinylchlorid (PVC). Sie werden als Vollrohre hergestellt und anschließend durch Schlitzung oder Lochung zu Filterrohren weiterverarbeitet. Poröse Filter dahingegen aus hochdichtem Polyethylen (HD-PE) werden auf andere Art hergestellt. Durch Vernetzung einzelner Polyethylengranulatkörner mittels Sinterung bei 140 bis 240°C entsteht eine Struktur, die der dichtesten Kugelpackung im Aquifer gleicht. Dieser Sintervorgang im Anfangsstadium ermöglicht relative Dichten von maximal 70 %, also Porenräume von bis zu 30 % [Sass et al. 2012].

Zur Charakterisierung der hydraulischen Leistung verschiedener Brunnenfilter wurde ein Testfeld in Aschaffenburg angelegt. Hier wurden fünf Brunnen mit einer Gesamttiefe von vier Metern, bei der die Filterstrecke zwei Meter beträgt, installiert. Der Untergrund ist durch einen teilgespannten Aquifer mit einem Flurabstand von 1,0 m charakterisiert. Es handelt sich um einen enggestuften Mittelsand mit einem Durchlässigkeitsbeiwert von 3,2·10-4 m/s. Im Hangenden steht eine anthropogene Auffüllung von 1,2 m an, deren Kornverteilung einem weitgestuften Sand gleicht und eine Durchlässigkeit von 6,5·10-4 m/s innehat.

Im Jahr 2011, 2012 und 2013 wurde Leistungspumpversuche mit fünf oder drei Pumpstufen in Aschaffenburg durchgeführt. Durch Analyse der Daten nach Bierschenk können der Absenkung laminare und ein turbulente Anteile zugeordnet werden. Turbulente Absenkung tritt brunnenspezifisch auf, wohingegen der laminare Anteil der Absenkung durch den Grundwasserleiter charakterisiert ist [Treskatis et al. 1998]. Außerdem ist es möglich, den Leistungsrückgang im Laufe der Zeit in den einzelnen Brunnen miteinander zu vergleichen. Durch erhöhte Mangankonzentrationen im Grundwasser ist ein drastischer Verlust erkennbar. Untersuchungen der Filterelemente im Labor bestätigen die Ergebnisse im Feld.



DVGW DEUTSCHER VEREIN DES GAS- UND WASSERFACHES e.V. (2007): DVGW-Regelwerk: Arbeitsblatt W 130 Brunnenregenerierung - Oktober 2007. Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser (WVGW): 35 S.; Bonn.

DVGW DEUTSCHER VEREIN DES GAS- UND WASSERFACHES e.V. (2005): DVGW-Regelwerk: Arbeitsblatt W 118 Bemessung von Vertikalbrunnen - Juli 2005. Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser (WVGW): 35 S.; Bonn.

RÜTHER, J., HEIDENREICH, S., WALCH, A., SASS, I. (2013): Research and Development of porous, high-density polyethylene screens for shallow geothermal wells.- EGC 2013 European Geothermal Congress; Pisa, Italy (Poster).

SASS, I., RÜTHER, J., HOMUTH, S., HEIDENREICH, S., WALCH, A. (2012): Entwicklung und Untersuchung poröser, hochdichter Polyethylen -Filterelemente für Brunnenanlagen.- FH-DGG Jahrestagung. Deutsche Gesellschaft für Geowissenschaften/Fachsektion Hydrogeologie; Dresden.

TRESKATIS, C., VOLGNANDT, P., WESSOLLEK, H., PURONPÄÄ-SCHÄFER, P., GERBL-RIEGER, S., BLANK, K.-H. (1998): Anforderungsprofile an den wirtschaftlichen Bau und Betrieb von Bohrbrunnen, Grundwasser-Zeitschrift der Fachsektion Hydrogeologie, 3/98: 117-128; Berlin Heidelberg.



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Letzte Änderung 30.10.2013