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

Weitere Magazine

Empfehlungen

Info

durch allmählich kleiner werdende Korngrößen gekennzeichnet war, ohne dass sich die Austragsrate merklich verringerte. Die Kornsummenlinien zeigen, dass etwa 75 % der über den Sumpf ausgebrachten Sedimente größer als 0,55 mm sind, während 75 % der über die Kammer ausgetragenen Kornfraktionen kleiner als 0,55 mm sind. Die über die ausgebrachten Mengen gewichtete resultierende Kornsummenlinie „Sumpf+Kammer-Sediment“ zeigt im Vergleich mit der „Sumpf-Sediment-Linie“, dass erhebliche Anteile des ausgetragenen Sediments aus größerer radialer Entfernung ausgetragen worden sein müssen, als in radialer Richtung vollständig bis zur Korngröße d = SW entsandet worden ist, wie umfangreiche Sedimentmessungen und dokumentierte Korngrößenanalysen auch bestätigen. Das bedeutet, dass der gemäß Gl. 2 angenommene natürlich entwickelte Kornfilter im Ringzylinder zwischen D v und D B bzw. D F, in dem bis zum Durchmesser D v alle Kornfraktionen kleiner SW entfernt sein sollten, tatsächlich in radialer Richtung nicht durch eine derartige Grenzfläche konturiert ist, sondern allmählich in die natürliche Sedimentkörnung übergeht. Die Bilanzierung der ausgetragenen Sedimente ergibt einen mittleren Durchmesser D SW ≈ 0,86…0,9 m über die Filterlänge, bis zu dem alle Kornfraktionen d ≤ SW entfernt worden sind. Reduziert man das gesamte ausgetragene Sediment um den Anteil der in dieser Ringzone natürlich vorhandenen Fraktionen bis 4 mm, bleibt die Kornsummenlinie (b) bzw. „S+K Sed. – (a)“ übrig. Sie verläuft links von der Linie „BR2 bis 1 mm“ und weist darauf hin, dass über die Ringzone D SW bis D 1mm ≈ 1,40 m, in der komplett bis Korngröße 1 mm (entspricht etwa S pot = 8 %) entsandet worden ist, noch weiter hinausreichend noch feineres Sediment entfernt wurde. Dies bestätigt die weitgehende Übereinstimmung der Kornsummenlinie des nochmals reduzierten ausgetragenen Sediments „S+K Sed. – (a) – (b)“ mit der Kornsummenlinie „BR2 bis 0,2 mm“, woraus D 0,2mm > 1,40 m resultiert. Die Messergebnisse belegen, dass der natürliche Kornfilter radial tief reichend entwickelt wurde, wobei die Größe der ausgebrachten Körner und der entstehenden Poren mit der radialen Entfernung abnehmen und infolge der bei der Entwicklung in Wirkrichtung kontinuierlich abnehmenden Transportkräfte ein harmonischer Übergang in die natürlichen Sedimentschichten erzeugt wird, ohne dass die bei konventionell geschütteten Filtern typischen Grenzflächen entstehen. Auffällig ist, dass nach Reduktion der Kornsummenlinie des ausgebrachten Sediments „Sumpf+Kammer-Sediment“ um die durch DWI-Entsandung entfernten Anteile „BR2 bis 4 mm“ bis zum Durchmesser D SW in der größeren Restmenge des ausgebrachten Sediments Kornfraktionen SW > d > 1 mm nur in sehr geringem Umfang vertreten sind. Berücksichtigt man in diesem Zusammenhang, dass der Durchmesser des größten suffosionsfähigen Korns d suf beider Beratung Gutachten Planung Bauüberwachung Projektmanagement Grundwasser Hydrogeologie Wasserwirtschaft Grundwassermanagement Monitoring Altlasten Sanierung Grundwassermodellierung Softwareentwicklung Brunnen Zustandsanalyse und Planung für Neubau, Regenerierung und Sanierung 05/2012 dS K dSW dSuf 0 D F D B d nF r Stützkorn- Hinterfüllung D SW D SW/Suf Brunnenbau 4 3 2 1 D 1 2 3 4 Suf D Suf/0 Proben „BR2 Pr1“ und „BR2 Pr2“ etwa 1,1 mm beträgt, resul - tiert daraus, dass sich die Größe der ausgebrachten Sedimentkörner außerhalb des Durchmessers D SW in relativ kurzer radia ler Entfernung auf die Größe des maximalen Suffo sions - korns reduziert. Die Kornfraktion d < d suf wird in Abhängigkeit der Kammerförderrate und der Arbeitszeit jedoch sehr weit reichend ausgetragen, wie die geförderten Sedimentmengen belegen. Der aus Stützkornhinterfüllung und Sediment (Abb. 9, links) zu entwickelnde natürliche Kornfilter gliedert sich demnach in vier Ringzonen (Abb. 9, rechts), die ohne Grenzflächen durch allmähliche Änderung der Korngrößenverteilung ineinander und schließlich in den natürlichen Aquifer übergehen. Die innere Ringzone zwischen D F und D SW , in Abbildung 9 mit „1“ markiert, ist ein Mischkornfilter aus Stützkornmaterial und natürlichem Sediment mit Korngrößen d > SW. Ihre radiale Ausdehnung wird insbesondere durch die Parameter Strahldruck, Injektionsstrom und Fahrgeschwindigkeit des Düsenrotors sowie Behandlungszeit bestimmt. Eine vergleichsweise dünne Ringzone zwischen D SW und D SW/suf (mit „2“ markiert) trennt die innere von der äußeren Entwicklungszone („3“). Darin verringert sich die Größe der aus - d SK dSW dSuf Abb. 9 Bohrbrunnen mit Stützkornhinterfüllung vor der Entwicklung (links) und mit entwickeltem natürlichen 4-Zonen-Kornfilter (d nF : Korngrößen im Filterringraum) GCI GmbH GCI Grundwasser Consulting Ingenieurgesellschaft 0 D v 15711 Königs Wusterhausen, Bahnhofstraße 19 Tel. 0 33 75 / 29 47 85; Fax 0 33 75 / 29 47 18 E-Mail mail@gci-kw.de; Internet: www.gci-kw.de d nF r 47 Quelle: Dr. Nillert, GCI GmbH
Technik getragenen Sedimentkörner radial nach außen gerichtet von d SW auf d suf. In der durch die Kammerförderrate und die Behandlungszeit bestimmten radialen Ausdehnung der äuße - ren Zone („3“) mit der Ausdehnung D suf ist der feinkörnige Sedimentanteil d suf > d > 0 vollständig entfernt. In der Übergangszone („4“) zum natürlichen Sediment verringert sich schließlich die Korngröße d < d suf der ausgetragenen Partikel in radialer Richtung nach außen bis zum Durchmesser D suf /0, bis kein Partikeltransport mehr möglich ist. Geophysikalische Messungen an allen drei Brunnen weisen schichtabhängig sehr differenzierte Zuflussverhältnisse aus, die hinsichtlich der Durchlässigkeit im Aquifer Unterschiede um zwei Potenzen (10 -4 …10 -2 m/s) belegen und aus den natürlichen geologischen Lagerungsverhältnissen resultieren. Ein Vorteil der Entwicklung eines natürlichen Kornfilters aus der anstehenden geologischen Schichtenfolge äußert sich darin, dass mit der beschriebenen Technologie jeweils schichtweise eine den Leistungsparametern und Sedimenteigenschaften adäquate Filterentwicklung mit unterschiedlicher radialer Tiefenwirkung und entsprechender Sedimentaustragsmenge realisiert wird, wobei auf Grundlage der dargelegten Planungsansätze Filterbrunnen mit hoher Ergiebigkeit und sedimentfreier Wasserförderung sicher hergestellt werden können. Das Verfahren toleriert, wie festgestellt worden ist, auch wechselhafte Sedimenteinlagerungen mit eingeschalteten feinkörnigen Lagen, ohne dass deren Vorhandensein und Lage genau bekannt sein müssen oder in besonderer Weise bei der Filterentwicklung darauf geachtet werden müsste. Zusammenfassung Die dargelegten theoretischen Grundlagen zur Bemessung der Filterschlitzweite bei der Entwicklung natürlicher Kornfilter in Sedimenten mit großer Ungleichkörnigkeit konnten mit der Errichtung von drei Testbrunnen bestätigt werden. Mithilfe von Stützkornhinterfüllungen ist die Herstellung stabiler Kornfilter sicher machbar. Ein mit der beschriebenen Technologie erzeugter natürlicher Kornfilter ist durch vier ringförmige Zonen unterschiedlicher Korngrößen gekennzeichnet, die harmonisch ineinander und schließlich in das natürliche Sediment übergehen, ohne dazwischen Grenzflächen auszubilden. Dadurch werden sprunghafte Änderungen des Druckes und der Fließgeschwindigkeit, wie sie bei konventionellem Filterausbau unvermeidbar sind, in der Brunnenanströmung ausgeschlossen. Das angewandte Druckwellen-Impulsverfahren in Kombination mit asymmetrischer Doppelkolbenkammer ist robust einsetzbar und toleriert Unsicherheiten in der Kenntnis der natürlichen geologischen Schichtenfolge. Die erzielten Ergiebigkeiten sind denen adäquater konventionell konstruierter Brunnenfilter bei hoher Qualität sedimentfreier Wasser - förderung mindestens ebenbürtig. Das technische Verfahren der Filterentwicklung kann zur hydromechanischen Regenerierung jederzeit wiederholt eingesetzt werden, um z. B. Verockerungsprodukte zu entfernen, ohne dass irgendeine Gefahr für den Kornfilter und seine Lagerungsstruktur besteht. Für die KWL wurde mit den drei Testbrunnen der Nachweis erbracht, dass unter den gegebenen Standortverhältnissen Vorzüge des konventionellen und des sog. „angelsächsischen“ Brunnenbaues miteinander verbunden und Nachteile des jeweiligen Konzeptes vermieden werden können. Da sich die Fassungsstandorte durch geringe wassererfüllte Mächtigkeit, große Ungleichkörnigkeit der Sedimente und schichtweise sehr wechselhafte Durchlässigkeit auszeichnen, ist die Techno - logie zur Errichtung von Brunnen mit natürlichen 4-Zonen- Kornfiltern besonders vorteilhaft, weil diese verfahrensbedingt in jeder geologischen Schicht in optimaler Weise ausgebildet und eingeschlossene fein- bis mittelsandige Horizonte problemlos eingebunden werden. Die wirtschaftlichen Vorteile bei der Brunnenerrichtung und deren Betrieb, die erreichbaren sehr hohen spezifischen Ergiebigkeiten, die Sandfreiheit und stabilen Kornfilter sowie die Vermeidung von Setzungen in der Brunnenumgebung bei Errichtung und Betrieb sind triftige Gründe, die Fassungserneuerung mit Brunnen dieses neuen Typs in Angriff zu nehmen, wobei noch wirtschaftliches Optimierungspotenzial besteht. Danksagung Dank gilt an dieser Stelle der Bau ausführenden Firma BLZ, namentlich Herrn Olaf Speichert, für die kalkulatorische Darstellung der Projektidee und die Zusammenführung der beteiligten Fachfirmen zur Umsetzung des Vorhabens sowie Herrn Dr. Rolf Michael Wagner und Herrn Andreas Haase für die konstruktive Mitwirkung bei der Umsetzung des Vorhabenskonzeptes. Besonderer Dank gebührt Herrn Uwe Schmitz-Habben und dem Team der Teftorec® GmbH, die in extrem kurzer Zeit die konstruktiven Entwürfe und baulichen Modifikationen der Entwicklungswerkzeuge technisch umgesetzt und auf der Baustelle wirkungsvoll und störungsfrei eingesetzt haben. SDKK®, DKSK® und hypop® sind eingetragene Wortmarken der Teftorec® GmbH. Literatur: [1] Sterret, R. J. (2007): Groundwater and wells. 3rd ed. P. cm. Johnson Division [2] Etschel, Ch. & M. Schmidt (2001): Das Druckwellen-Impulsverfahren für die Regenerierung und Entwicklung von Brunnen, bbr 4/2001, S. 30-38 [3] Saaed, M. (1996): Vorbereitung und Durchführung von Modellversuchen für die Brunnenreinigung unter Verwendung von Wasser unter hohem Druck. Dipl.-Arbeit TU Bergakademie Freiberg Autoren: Dr.-Ing. Peter Nillert GCI GmbH Grundwasser Consulting Ingenieurgesellschaft Bahnhofstr. 19 15711 Königs Wusterhausen Tel.: 03375 2947-85 Fax: 03375 2947-18 E-Mail: peter.nillert@gci-kw.de Internet: www.gci-kw.de Dipl.-Geol. Sven Mauder Teamleiter Grundwasserbewirtschaftung/Ressourcenschutz KWL – Kommunale Wasserwerke Leipzig GmbH Postfach 10 03 53 04003 Leipzig Tel.: 0341 969-5693 Fax: 0341 969-95693 E-Mail: sven.mauder@wasser-leipzig.de Internet: www.wasser-leipzig.de 48 05/2012
Seite 1 und 2: � � erforderliche Porenzahl e l
Seite 3 und 4: Hohlraum V H , Sedimentaustrag V SW
Seite 5 und 6: Quelle: Dr. Nillert, GCI GmbH Techn
Seite 7: Quelle: Bohrlochmessung - Storkow G

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

Erfolgreiche ePaper selbst erstellen

Template löschen?

Als Template speichern?