Uni-Bayreuth

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Anwendung von Brunnen mit geringen Durchmessern für die künstliche Grundwasseranreicherung

Falk Händel1, Johann Fank2, Andreas Fank3, Peter Dietrich4, Rudolf Liedl1
1 Institut für Grundwasserwirtschaft, Technische Universität Dresden, Bergstraße 66, 01069 Dresden
2 Resources, JOANNEUM Research, Elisabethstraße 18, 8010 Graz, Österreich
3 Wasserversorgung Grenzland Süd-Ost, Bahnhofstraße 20b, 8350 Fehring, Österreich
4 Department Monitoring und Erkundungstechnologien, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung Leipzig, Permoserstraße 15, 04318 Leipzig

O 1.6 in Numerische Simulation von Strömungs- und Transportprozessen in Grundwasserleitern und angrenzenden Kompartimenten

30.05.2014, 12:40-13:00, H17, NW II

Die Trinkwasserknappheit erreicht in vielen  Regionen der Welt inzwischen kritische Ausmaße. Um der zeitlich ungleichmäßigen Verteilung der Ressource Wasser zu entgegnen, aber auch zur Verbesserung der Trinkwasserqualität werden künstliche Grundwasseranreicherungen genutzt. Für oberflächennahe Anreicherungen werden dazu häufig Infiltrationsbecken und –gräben verwendet. Diese haben jedoch signifikante Nachteile gegenüber Brunnen, z.B. eine hohe  Verdunstung und eine erhöhte Landnutzung.

Als Alternative können sowohl horizontale als auch vertikale Brunnensysteme genutzt werden. Horizontale Systeme eignen sich besonders in flachen Grundwasserleitern oder um bei Bedarf Wasser gezielt in die obere ungesättigte Zone zu infiltrieren. Vertikale Systeme wurden bisher eher bei Infiltrationen in tiefe Grundwasserleiter genutzt oder als vergleichbar flache Sickerbrunnen mit großen Durchmessern. Bisher existieren keine gesicherten Experimentaldaten zum Infiltrationsverhalten von Brunnen geringerer Durchmesser als Infiltrationmethodik für flache Grundwasserleiter. Diese vertikalen Brunnen können mit  Hilfe der Direct-Push (DP)-Technologie errichtet werden. Dies stellt eine flexible und kostengünstige Methode zur Untergrunderkundung und Pegelkonstruktion dar.

In synthetischen, numerischen Vorarbeiten, welche einen Vergleich zwischen einem vertikalen DP-Brunnen (2“) und einem Infiltrationsbecken beinhalten, konnten die Vorteile der vertikalen Systeme aufgezeigt werden.

In der präsentierten Arbeit sollen in einem zweiten Schritt die gewonnenen Ergebnisse auf einen realistischen Standort in der Südsteiermark, Österreich übertragen werden. Durch hohe Nitratgehalte im Grundwasser besteht der Bedarf der Verdünnung bereits im Untergrund. Letztlich soll damit ermöglicht werden, dass Trinkwasser durch Brunnen ohne weitere Behandlung gefördert werden kann.  Der Untergrund am Standort besteht aus einer gesättigten Zone von 3-5 m und einer ungesättigte Zone von 2-5 m. Dabei wird der DP-Brunnen mit einem existenten horizontalen System bestehend aus 3 jeweils 6 m langen Infiltrationsrohren, welche in der ungesättigten Zone gelagert sind, verglichen. Dieses System kann als State-of-the-art der Versickerung in flachen Grundwasserleitern angesehen werden. Dieses horizontale System konnte erfolgreich am Standort getestet und folgend für die Infiltration von Wässern benutzt werden.  Numerische Simulationen für beide Systeme unter identischen Untergrundbedingungen erlauben eine erste Ableitung der Anwendbarkeit am Standort. Die große Herausforderung für den vertikalen Brunnen stellen die zeitlich hochveränderlichen hydraulischen aber auch räumlich variablen Untergrundbedingungen dar. Trotzdem zeigen diese Simulationen, dass mittels vertikaler Brunnen eine hohe Infiltrationsrate erreicht werden kann. Abschließend werden technische Limitierungen, welche nicht in den Modellen implementiert werden können, aufgezeigt und anhand dieser eine Anordnung von mehreren Brunnen entworfen.



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Letzte Änderung 01.11.2013