Brunnenbau mit Entwicklung natürlicher Kornfilter – ein ... - GCI GmbH

Eigenschaften und Qualität der Testbrunnen
In allen drei Brunnen wurde beim Abnahmepumpversuch
nach den Kriterien gemäß DVGW-Merkblatt W 119 eine hohe
Qualität bezüglich des Restsandgehaltes nachgewiesen. Da
die Brunnen in der Heberfassung durchschnittlich ca. 30 m³/h
liefern sollen, sind die außerordentlich hohen spezifischen
Ergiebigkeiten E und die spezifischen Brunneneintritts -
widerstände ε in Tabelle 2 für Förderraten von 40 m³/h ausgewiesen.
Die z. B. an Br. 1 vor und nach der Entwicklung
durchgeführten Brunnentests ergaben für die Bezugsförderrate
40 m³/h eine Erhöhung der spezifischen Ergiebigkeit von
91,3 (m³/h)/m um 48,5 % auf 135,6 (m³/h)/m, während sich
der Eintrittswiderstand von 14 auf 24,6 % erhöhte. Letzteres
ist die unvermeidliche Folge der am Filterrohr anliegenden
sehr groben Körner und der zwischen diesen entstandenen
großen Porenkanäle, was schon bei moderaten Durchflussraten
zu turbulenten Strömungsverhältnissen führt, die allerdings
im konventionell erstellten Brunnen in einer groben inneren
Filterkiesschüttung ebenso auftreten. Aus der eingebauten
Stützkornhinterfüllung, Glaskugeln bei Br. 1 und 2 (Abb. 6)
sowie Filterkies 8-16 mm bei Br. 3 (Abb. 7) und Kiesen
d > 4 mm aus den entwickelten Sedimentschichten ist jeweils
ein Mischkornfilter erzeugt worden. Im reinen Kies-Mischkornfilter
sind im Vergleich zum Glaskugel-Kies-Mischkornfilter
die Porosität und damit auch der spezifische nicht lineare
Brunnen eintrittswiderstand geringer und die Dichte größer
(Tab. 2). Da als eine wesentliche Ursache dieser Effekte die
Ungleichkörnigkeit des eingebauten Stützkornmaterials mit
U Kies > 1,4 und U Glask. < 1,1 anzunehmen ist, sollte als Stützkornmaterial
Filterkies mit möglichst geringer Ungleichkör-
Sedimentaustragsrate [ml /m³], Förderrate [m³/h]
10.000
1.000
100
10
1
0
05/2012
Druckwellen-Impuls-Entsandung und Intensiventnahme mittels asymetrischer
Doppelkolbenkammer
Brunnenbau
nigkeit eingebaut werden. Die Verwendung von handels -
üblichen Glaskugeln als Stützkornmaterial ist bei der Entwicklung
natürlicher Kornfilter nicht zu empfehlen, weil ein
beachtlicher Anteil der Glaskugeln bei der DWI-Filterentwicklung
in Br. 1 und 2 zerstört und als Bruchstücke und
Gries mit dem Sediment gefördert worden ist. Die in Tabelle
2 angegebenen Aufwandszahlen für Arbeitszeit, Sedimentaustrag
und Austragsleistung sollen nur Anhaltspunkte liefern,
jedoch nicht Vergleichen zwischen den drei Brunnen dienen,
da die planmäßig durchgeführten Tests mit unterschiedlichen
Prozessparametern der Filterentwicklung nicht das alleinige
Ziel verfolgten, den besten möglichen Filter mit geringstem
Aufwand herzustellen, sondern gleichzeitig auch technologische
Erkenntnisse zu gewinnen.
Natürliche Kornfilter zur Realisierung von Brunnen in sehr
guter Qualität können in vergleichbaren Situationen un -
abhängig von der Verfahrenskombination mit einer spezifischen
Entwicklungszeit von etwa 1,5…2 h pro Meter Filterlänge
sicher hergestellt werden. Das Setzungsmaß der Stützkornhinterfüllung
liegt bei allen drei Brunnen im Bereich der
Konsolidierung und deutet darauf hin, dass kein Ausgleich
von durch die Entwicklung verursachten Hohlräumen erforderlich
war, obwohl sich auf Grundlage der Massenbilanzierung
gemäß Gl. 2 virtuelle Bohrdurchmesser zwischen 0,95
und 1,14 m errechnen lassen und das Nachfüllen von Stützkorn
zunächst erwartet worden war.
Die Planung der Filterentwicklung basierte auf den Siebanalysen
von Bohrgutproben aus Kernrohren Ø 110 mm von
Vorbohrungen Ø 325 mm, bei denen für die k f-Wert-Schätzung
in üblicher Weise Grobkies und Steine nicht aufgenom-
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
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810
840
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900
930
960
990
Filterbearbeitungszeit [min]
Intensiventnahme
mittels DKSK®
Phase 1a Phase 1b Phase 1c Phase 2
Sedimentsaustragsrate
Förderrate DKSK
Sediementaustragsvolumen
DWI-Injektionsdruck
AA1 AA2 AA3 AA3 AA4
Abb. 5 Aufzeichnung der Messdaten der Filterentwicklung am Testbrunnen 1 in vier Testphasen mit Variation der Prozessparameter
1020
1.300
1.200
1.100
1.000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Sedimentaustragsvolumen [L], Injektionsdruck [bar]
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Quelle: Dr. Nillert, GCI GmbH