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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Retention von Niederschlagswasser in einer Versickerungsfläche gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird unter einer Flächenversickerung die Versickerung über eine wasserdurchlässige Bodenoberfläche oder Versickerungsfläche verstanden. Die Versickerungsfläche kann befestigt oder bewachsen sein. Ein Aufstau bzw. eine vorherige Speicherung des zu versickernden Wassers im Bereich der Versickerungsfläche findet nicht statt. Bei einer Flächenversickerung muss gewährleistet sein, dass die Versickerungsfähigkeit des Bodens größer ist als der zu erwartende Regenabfluss. Für die Anwendung der Flächenversickerung eignen sich besonders, jedoch nicht ausschließlich Parkierungsflächen, Rettungswege oder Plätze.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 196 09 063 A1 ist ein Verfahren zur Beseitigung von Niederschlagswasser bekannt, bei dem das abzuführende Niederschlagswasser in Speichertanks gesammelt und anschließend Verdunstungsflächen zugeführt wird. Das von den Verdunstungsflächen ablaufende Wasser wird wieder gesammelt und erneut den Verdunstungsflächen zugeführt. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass es nur bei ausreichender Sonneneinstrahlung eine befriedigende Leistungsfähigkeit hat.
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Ein anderes aus der
DE 299 04 156 U1 bekanntes Verfahren sieht vor, dass im Untergrund Rohre in Form eines Mäanders verlegt werden. Diese Rohre weisen eine Lochung oder ein grobmaschiges Rastergitter auf; sie entsprechen somit in Ihrem Aufbau herkömmlichen Drainagerohren. In diese Rohre wird das zu versickernde Wasser geleitet.
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Diese Rohre werden so tief in der Versickerungsfläche verlegt, dass das zu versickernde Wasser den belebten Oberboden nicht mehr passiert. Dadurch tritt bei dieser Art der Versickerung die gewünschte Reinigung des Niederschlagswassers beim Passieren des belebten Oberbodens nicht ein.
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Aus der
DE 103 30 369 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Versickerung von Wasser bei hohem Grundwasserspiegel bekannt. Dazu wird die Versickerungsfläche gegenüber der Umgebung erhöht und das zu versickernde Wasser in Intervallen auf die Versickerungsfläche ausgebracht. Diese Vorrichtung ist wegen der erforderlichen Erhöhung relativ teuer in der Herstellung. Gleichzeitig wird die Leistungsfähigkeit der Versickerungsfläche nicht optimal genutzt.
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Aus der
DE 32 38 073 A1 und der
DE 196 35 140 A1 sind Verfahren zur Regelung der Bewässerung eines Sportplatzes oder eines landwirtschaftlich genutzten Grundstücks bekannt. Bei diesen Verfahren wird die zur Bewässerung erforderliche Wassermenge minimiert.
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Ausgehend von der
DE 196 09 063 A1 liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dessen Hilfe bei geringem apparativen Aufwand eine möglichst hohe flächenspezifische Versickerungsleistung erzielt wird, ohne dass Nachteile bezüglich der Grundwasserbelastung und Nutzbarkeit der Versickerungsfläche eintreten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird in Abhängigkeit von der Bodenfeuchtigkeit und der daraus resultierenden Bodendurchlässigkeit die Menge des in die Versickerungsfläche geförderten Niederschlagswassers gesteuert und/oder geregelt.
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Dadurch ergibt sich in Abhängigkeit von der aktuellen Wasseraufnahmefähigkeit des Bodens, die von der Bodenfeuchtigkeit abhängt, eine optimale Versickerungsleistung. Gleichzeitig wird gewährleistet, dass der Boden nicht mit zu viel Sickerwasser beaufschlagt wird und dadurch Beeinträchtigungen des Grundwassers und des Bodenlufthaushaltes vermieden werden. Schließlich wird dadurch auch sichergestellt, dass die Versickerungsfläche für andere Nutzungen, wie beispielsweise als Parkplatz oder anderes mehr, einsetzbar bleibt.
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Aus der gemessenen Bodenfeuchtigkeit kann, wenn die Art und der Aufbau der Versickerungsfläche bekannt sind, die Wasseraufnahmefähigkeit mit Hilfe einer Modellrechnung oder anhand empirischer Werte ermittelt werden. Je nach Art und Aufbau des Bodens unter der Versickerungsfläche können verschiedene Feuchtigkeitssensoren in verschiedenen Tiefen angeordnet werden, um die Bodenfeuchtigkeit der Versickerungsfläche bestmöglich zu erfassen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt somit die Optimierung der versickerten Wassermenge, ohne dass Beeinträchtigungen an der Versickerungsfläche, in der belebten Oberbodenschicht, oder an dem darunter liegenden Grundwasser zu befürchten sind. Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Steuerung und/oder Regelung auch gewährleistet, dass der Energiebedarf zum Antrieb der Förderpumpen minimiert wird.
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Schließlich findet parallel zur Versickerung des Niederschlagswassers auch eine Verdunstung desselben statt, so dass sich die Leistung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhöht. Bei Bedarf kann das Niederschlagswasser auch gefiltert werden.
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Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das gespeicherte Niederschlagswasser der Versickerungsfläche mit Hilfe eines Tropfrohrsystems zugeführt wird. Solche Tropfrohrsysteme sind beispielsweise aus der Bewässerung von Nutzpflanzungen bekannt. Diese Tropfrohrsysteme weisen einen hohen technischen Entwicklungsstandard auf und sind nicht nur für Trinkwasser, sondern auch für Grauwasser geeignet. Wegen dieser Eignung für die Verwendung von Grauwasser kann selbstverständlich auch das gesammelte Niederschlagswasser in den Tropfrohrsystemen eingesetzt werden.
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Da die bei der Pflanzenbewässerung in der Landwirtschaft eingesetzten Bewässerungssysteme auch mit Feuchtigkeitssensoren arbeiten, können diese Feuchtigkeitssensoren auch beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Es versteht sich von selbst, dass die Regelung und/oder Steuerung für das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber dem Einsatz der Tropfrohrsysteme bei der Pflanzenbewässerung umgearbeitet und geändert werden muss. Bei der Pflanzenbewässerung wird nämlich das Ziel verfolgt, die Bewässerung der Pflanzen mit möglichst geringer Wassermenge zu erreichen, während bei der Versickerung von Niederschlagswasser auf einer Versickerungsfläche in möglichst kurzer Zeit möglichst viel Niederschlagswasser versickert werden soll.
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Es bleibt jedoch festzuhalten, dass die konstruktiven und apparativen Komponenten eines handelsüblichen Bewässerungssystems ohne Änderungen eingesetzt werden können. Dadurch ist das erfindungsgemäße Verfahren auch sehr kostengünstig in der Anwendung, da mit Ausnahme der Steuerung und einer Regelung keine Entwicklungskosten für neue technische Baugruppen und Systeme anfallen. Auch kann durch den Bezug handelsüblicher Teile ein erheblicher Kostenvorteil realisiert werden.
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Die Tropfrohre, welche aus Leitungen und Tropfern bestehen, werden abhängig von der Bodendurchlässigkeit in Abständen von 20 bis 100 cm in ca. 0 cm bis 80 cm Tiefe verlegt (ähnlich dem Verlegemuster einer Fußbodenheizung). Durch die spezielle Anordnung von Sammel- und Spülleitungen, sowie Belüftungs- und Entlüftungsventilen sind die Tropfrohre bei ausreichender Wartung und Pflege im Hinblick auf Verstopfen der Tropfer und der Leitungen nicht gefährdet. Die Spezifikationen der Baureihen der Tropfrohre und die bodenfeuchtigkeitsabhängige Steuertechnik erlauben, dass die Aufnahmefähigkeit des Bodens nicht überschritten wird.
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Da die Tropfrohrsysteme, im Gegensatz zu Drainagerohren, sehr nahe an der Oberfläche der Versickerungsfläche installiert werden, erfährt das versickerte Niederschlagswasser beim Passieren des Oberbodens eine biologische Reinigung.
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Alternativ ist es auch möglich, das gespeicherte Niederschlagswasser der Versickerungsfläche mit Hilfe von Getrieberegnern, Schlagregnern, Sprühdüsen oder Sprühwagen zuzuführen.
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Welcher der genannten Varianten im Einzelfall der Vorzug zu geben ist, hängt von den lokalen und wirtschaftlichen Randbedingungen ab.
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Um das gespeicherte Niederschlagswasser der Versickerungsfläche in ausreichender Menge zuzuführen, ist erfindungsgemäß eine Pumpe vorgesehen. Alternativ oder ergänzend kann auch mit Hilfe der Schwerkraft das Niederschlagswasser der Versickerungsfläche zugeführt werden.
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Die Versickerungsfläche kann, wenn es gewünscht wird, auch mit Pflanzen bewachsen sein. Dies gilt insbesondere auch, wenn Tropfrohrsysteme zum Versickern des Niederschlagswassers eingesetzt werden, da diese Tropfrohrsysteme gegen das Einwachsen von Wurzeln geschützt sind. Das Vorhandensein von Pflanzen auf der Versickerungsfläche ist unter verschiedenen Gesichtspunkten sogar vorteilhaft. Erstens wird durch die Pflanzen gewährleistet, dass der Oberboden der Versickerungsfläche belebt ist und somit eine Reinigung des versickerten Niederschlagswassers stattfindet und außerdem leisten die Pflanzen durch die Verdunstung an ihren Blattoberflächen einen zusätzlichen Beitrag zur Abfuhr des Niederschlagswassers. Dadurch ergibt sich als angenehmer Nebeneffekt eine Verbesserung des Mikroklimas.
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Die Versickerungsfläche kann ein erdüberdecktes Bauteil umfassen. Als Rückhalteflächen und Verdunstungsflächen können auch Gründächer benutzt werden. In diesem Fall wird keine zusätzliche Fläche benötigt. Auf Flachdächern wird bei sogenannten Anstaudächern das Wasser zurück gehalten und verdunstet. Bei Gründächern ist je nach Aufbau eine Anstauebene vorhanden oder nicht. Der Abflussbeiwert der Dächer ist geringer als bei anderen versiegelten Flächen und hängt von der Bauart, dem eingesetzten Substrat und von der Art der Bepflanzung ab. Die Interzeption (Blattbenetzung) der Vegetation vermindert zusätzlich den Abfluss bei Gründächern.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiter ergänzt und verbessert werden, wenn in Ergänzung zu dem Niederschlagswasser bei Bedarf Abwasser, das allerdings für die Vorfluteinleitung gereinigt sein sollte, der Versickerungsfläche zugeführt wird. Damit können die Vorfluter entlastet werden und eine gleichmäßigere Auslastung der Versickerungsfläche unabhängig von den anfallenden Niederschlagswassermengen kann erzielt werden.
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Die aus der gemessenen Bodenfeuchtigkeit resultierende Aufnahmekapazität der Versickerungsfläche und der Luft werden von den Sensoren an eine Steuereinheit übermittelt, die daraus die optimale Wassermenge je Zeiteinheit berechnet und die Pumpe entsprechend ansteuert. Dabei kann die Steuereinheit die Versickerung auf der Grundlage von Messungen der Bodenfeuchte, spezifischen Evapotranspirationswerten, die vom Bewuchs der Versickerungsfläche abhängen, Strahlungswerten und anderem Mehr, steuern.
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Neben dem Rückhalt des Wassers im Bodenspeicher und der Ableitung des Regenwassers durch Versickerung nach Oberbodenpassage in das Grundwasser, verdunstet ein nicht unerheblicher Teil des ausgebrachten Wassers über die in den Grünflächen vorhandenen Pflanzen und trägt zur Verbesserung des örtlichen Mikroklimas bei. Außer den erdgebundenen Grünflächen können mit der Erfindung in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung auch Gründachflächen zur Retention herangezogen werden. Hierbei ist ein Effekt der Kühlung durch Verdunstung als energiesparender Nebeneffekt zusätzlich von Nutzen.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind den nachfolgenden Zeichnungen, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
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Zeichnung
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Es zeigen die 1 bis 3 Ausführungsbeispiele von Versickerungseinrichtungen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist eine Anlage zum Versickern von Niederschlagswasser dargestellt, die ein Regenrückhaltebehälter oder -becken, nachfolgend Regenrückhaltebehälter 1, umfasst. In dem Regenrückhaltebehälter 1 ist eine Pumpe 3 mit einem Auslassfilter angeordnet.
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Über einen Regenwasserzulauf 5 gelangt Regenwasser in den Regenrückhaltebehälter 1. Zwischen dem Regenwasserzulauf 5 und dem eigentlichen Regenrückhaltebehälter 1 ist ein Einlassfilter 7 vorgesehen.
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Über eine Verteilleitung 9 ist der Regenrückhaltebehälter 1 mit Tropfrohren 11, die etwa 0 bis 80 cm (auch oberflächliche Verlegung möglich) unterhalb der Oberfläche in dem Erdboden vergraben sind, verbunden. Tropfrohre 11 sind aus dem Stand der Technik bekannt, so dass im Zusammenhang mit der Erfindung auf eine detaillierte Beschreibung der Tropfrohre 11 verzichtet werden kann. Sie werden üblicherweise zum Bewässern von Pflanzen eingesetzt und bestehen aus einer schlauchartigen Leitung, in die in regelmäßigen Abständen sogenannte Tropfer eingebaut sind. Aus diesen Tropfern kann eine vorgegebene Menge von Wasser je Zeiteinheit in den umgebenden Boden abgegeben werden. Dabei sind die Tropfer gegen das Einwachsen von Wurzeln geschützt und es ist bei für die Erfindung relevanten Tropfern eine Druckkompensation vorhanden. Dies bedeutet, dass die versickerte Regenwassermenge im Bereich von 0,5 bis 4 bar unabhängig vom Druck in dem Tropfrohr 11 ist, was sich vorteilhaft auf die Gleichmäßigkeit der versickerten Regenwassermenge auswirkt.
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Stromabwärts der Pumpe 3 ist in der Verteilleitung 9 ein Steuerventil 13 vorgesehen, welches von einem Steuergerät 15 angesteuert wird. Nach dem/den Steuerventil(en) 13 kann bei Bedarf eine Entlüftungseinrichtung integriert sein (nicht dargestellt).
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Das Steuergerät 15 ist mit einem oder mehreren im Boden vergrabenen Feuchtigkeitssensor(en) 17 verbunden. In Abhängigkeit des vom Feuchtigkeitssensor 17 bereitgestellten Ausgangssignals steuert das Steuergerät 15 das Steuerventil 13 so an, dass einerseits die Menge des durch die Tropfrohre 11 in den Boden versickerten Wassers maximiert wird und andererseits der Boden nicht zu feucht wird.
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Der Boden ist in 1 in drei Schichten unterteilt. Mit dem Bezugszeichen 19 wird die belebte Oberbodenzone bezeichnet, während die darunter liegende unbelebte Bodenschicht mit dem Bezugszeichen 21 versehen wurde. Das Bezugszeichen 23 kennzeichnet das Grundwasser.
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Wie aus der schematischen Darstellung gemäß 1 ersichtlich ist, werden die Tropfrohre 11 sehr nahe an der Oberfläche des Bodens und auf jeden Fall innerhalb des belebten Oberbodens 19 angeordnet. Dadurch findet beim Versickern des Niederschlagswassers durch die Tropfrohre 11 eine Reinigung des versickerten Niederschlagswassers in dem Oberboden 19 statt. In Folge dessen wird das Grundwasser 23 durch das erfindungsgemäß versickerte Niederschlagswasser in wesentlich geringerem Umfang als ohne Oberbodenpassage beeinträchtigt.
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In 2 ist eine alternative Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Gleiche Bauteile weisen die gleichen Bezugszeichen auf und es gilt das bezüglich 1 Gesagte entsprechend. Anstelle der Tropfrohre 11 wird bei diesem Ausführungsbeispiel das Niederschlagswasser mit Regnern 25 ausgebracht. Dabei können alle handelsüblichen Formen von Regnern, wie beispielsweise Schlagregner oder Getrieberegner, eingesetzt werden.
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Auch hier kann über eine gezielte Regelung in Abhängigkeit von der durch den Feuchtigkeitssensor 17 gemessenen Feuchtigkeit des belebten Oberbodens 19 die zugeführte Niederschlagsmenge maximiert werden, ohne dass der Oberboden 19 zu feucht wird und damit für eine andere Nutzung nicht mehr zur Verfügung steht.
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In 3 ist eine weitere schwerkraftunterstützte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Pumpe 3 entfallen, da der Regenrückhaltebehälter 1 höher als die Oberfläche des Bodens angeordnet ist. Durch den in den Tropfrohren 11 anstehenden hydrostatischen Druck, der sich aus der geodätischen Höhendifferenz zwischen dem Regenrückhaltebehälter 1 und den Tropfrohren 11 ergibt, wird eine ausreichende Menge von Niederschlagswasser ausgebracht. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Regenrückhaltebehälter 1 etwa zehn Meter oder mehr über den Tropfrohren 11 angeordnet ist. Selbstverständlich kann diese Vorrichtung auch mit Regnern 25 gemäß 2 ausgestattet werden.
