Grundwasser l Grundwasserförderung: Dimensionierung von Filterbrunnen Leistungssteigerung von...

Grundwasser

Grundwasserförderung:Dimensionierung von FilterbrunnenLeistungssteigerung von Brunnen

Uferfiltration Grundwasseranreicherung

Schlammsack

Kiesstütz- und Filterschicht

Bohrloch oderUnterwasserpumpe

GWSp.

Gewachsener Boden

StahlfilterrohrKiesstützschichten

Kiesstützschichten in einem Filterbrunnen

RuhewasserspiegelBetriebswasserspiegel

Hangquelle

Filterbrunnen Ungespanntes Grundwasser Vollkommener Brunnen homogener, isotroper, sickerfähiger Boden

Was bestimmt die mögliche Leistung des Brunnens?

Welche Dimensionen hat der Brunnen? Welche Reichweite hat der Brunnen?

0rr

0

h

Ruhespiegel

QB

H hrhB

Fliessrichtungdes Wasserskonzentrisch

Niederschlag N

k

Brunnen

QB

Systemgrenze

v kdhdr

Zuflussdes Wassers

Niederschlag N

r N r h kdhdr

QB2 2

Niederschlag + Zufluss = Brunnenleistung

Darcy

21

0

k h dh N r dr Qr

dr

h

h r

B

r

r

B B

Qk h h N

r

rr

B

B

B

( )

ln

2 22

2

r N r h kdhdr

QB2 2

(N = 0 > Dupuit)

Bilanz:

Randbedingungen:

Lösung:

dr

r

Reichweite R:

dhdr

v = 0 h(R) = H 0

Q R NB 2

Qk H h N

R

Rr

B

B

B

( )

ln

2 22

2

Filtergeschwindigkeit vB

Nach Dupuit wird QB maximal für hB 0,

die Filtergeschwindigkeit vB wird gross,

die Strömung reisst Sand mit.

Begrenzung der Filtergeschwindigkeit nach Sichardt

SF = Sicherheitsfaktor

vk

sB

15 0 5 m 0.5 .

Q r hk

SFB B B 215

1

Dupuit

Reichweite

Darcy

Qk H h N

R

Rr

B

B

B

( )

ln

2 22

2

Q R NB 2

Sichardt Q r hk

SFB B B 215

1

h HB 0 75.

Vorgehen

Gewählt: QB erforderlich

Unbekannt: rB, hB, R

Gegeben: H, k, N

1. Berechne R mit Gleichung

2. Wähle hB nach Gleichung 3. Berechne rB,min mit Gleichung

4. Überprüfe rB mit Gleichung

Dimensionierung eines Filterbrunnens

Einwohner 10’000 5’000 QB m3 s-1 0.10 0.05 k H N SF hB

m s-1

mm a-1

-m

0.001200.5215

R rB,min

rB,Sichardt

mmm

14003.51.0

10000.010.50

Beispiel einer Brunnendimensionierung

nach Sichhardt

nach Dupuit

Erforderlicher Radius rB des Brunnens

in m

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0 0.05 0.1 0.15 0.2

Förderleistung QB des Brunnens in m3s-1

MöglicherBereich

Gewachsener BodenGWSp.

Horizontaler Fassungsstrang

Brunnenschacht

Horizontalfilterbrunnen

Gewachsener BodenGrundwasserträger

Filterarm mitFilterkörnung

Stützschicht mitFilterkörnung

Brunnen

UferfiltrationWV Zürich, 1993

Stoff Limmat Filtrat

Keimzahl pro m E. coli pro 100 m Temperatur °C O2 g m-3

CO2 g m-3

NH4+-N mg m-3

Biomasse g m-3

< 29’000< 2’000

3.5 - 23.410.12.3

< 55< 7

< 640< 4

9.7 - 16.85.26.5

< 16< 0.02

Zulauf mit Belüftungskaskade

SickerfähigeSchicht

Grundwasser

AnreicherungsbeckenFiltersand

Stütz- undVerteilschicht

Grundwasseranreicherungsbecken

Fester Seegrund

RohwasserpumpwerkSchwallentlastung

BodenschlammSeekreide

Ansaugkorb mitFischgitter30 - 60 m tief10 m über Grund

Seewasserfassung