grundwasser l grundwasserförderung: dimensionierung von filterbrunnen leistungssteigerung von...
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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