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Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vorbeugung gegen Überschwemmungen.
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Zur Vorbeugung gegen Überschwemmungen bei Hochwasser in einem Fluß sind derzeit verschiedene Maßnahmen gebräuchlich: Der Bau von Deichen, Dämmen, Hochwassermauern, etc. einerseits, sowie andererseits das Vorsehen von Polderflächen, in welche das überschüssige Wasser im Fall eines Hochwasserpegels fließt. Die erste Maßnahme ist sehr aufwändig, da ein Hochwasser sich naturgemäß über viele Flußkilometer erstreckt und also die Vorkehrungen entlang einer großen Strecke zu treffen wären. Desweiteren sind derartige Maßnahmen nicht nur aufwendig in der Erstellung, vielmehr sind sie auch sehr aufwendig in der Wartung und Instandhaltung. Insbesondere kommt es häufig vor, dass Deiche, insbesondere ältere Deiche, die nicht in ausreichendem Maße gepflegt wurden, im Ernstfall rasch aufweichen und dann brechen. Zum Poldern stehen häufig nicht genügend Flächen zur Verfügung, so dass diese Variante gerade in unebenem Gelände ausscheidet. Würde ein Abfluß zu einer tiefer gelegenen Überflutungseinrichtung vorgesehen, bspw. mit Hilfe einer Umgehungsrinne oder Flutmulde, so gelingt es aufgrund der Schwerkraft nicht, das Wasser nach Abklingen des Hochwassers wieder zurück in das Flußbett zu lenken.
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In der
EP 1 067 243 A2 ist seitlich neben einem fließenden Gewässer ein Kontrollschacht angebracht, welcher sich füllen kann, wenn das Gewässer über seine Ufer tritt. Ein solcher Kontrollschacht hat jedoch nur einen deutlich kleineren Querschnitt als das Gewässer selbst und kann daher nur einen kleinen Bruchteil von dessen Wasser aufnehmen, so dass diese Maßnahme sehr ineffizient ist und ein Hochwasser nur für einen sehr kurzen Zeitraum aufhalten kann.
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Die
DE 10 2009 057 758 A1 betrifft einen unterirdischen Wasserspeicher zur Energiegewinnung und zur Wasserstandsregulierung eines Wasserlaufs. Dazu werden zwei Speicherstollensysteme verwendet, die am höher gelegenen Oberlauf eines Wasserlaufs bei Hochwasser über eine Einrichtung gefüllt werden können und nach dem Hochwasser in den tiefer gelegenen Unterlauf des Wasserlaufs wieder entleert werden. Stollensysteme sind jedoch nur vereinzelt vorhanden und zumeist nicht im Bereich eines hochwassergefährdeten Flusslaufs; sofern sie extra zum Zweck des Hochwasserschutzes angelegt werden sollen, ist der damit verbundene Arbeitsaufwand enorm, da hierzu Tunnelbohrmaschinen benötigt werden und Deckenabstützungen eingezogen werden müssen; auch ist völlig ungeklärt, wohin die immensen Mengen an Abraum abtransportiert werden sollten.
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Ähnliches gilt für die
DE 20 2007 016 897 U1 . Diese schlägt vor, ein Pumpspeicherkraftwerk mit einer unterirdischen Kaverne als unterem Becken auszurüsten. Sofern eine solche unterirdische Kaverne nicht zufällig bereits vorhanden ist – was in den meisten Fällen zu befürchten ist – so muss eine solche Kaverne auf extrem kostspielige Weise angelegt werden, wozu zunächst einmal umfangreiche Schachtanlagen zu bauen sind, damit die Bergleute mit ihren Maschinen überhaupt in den Berg einfahren können. Auch hier ist das Abraumproblem nicht gelöst. Ein Hochwasserschutz ist dadurch weder erzielbar noch beabsichtigt, sondern ausschließlich die Energieerzeugung.
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Auch die
DE 43 25 401 A1 widmet sich ausschließlich der Energieerzeugung und sieht hierzu eine Anlage zur Energiegewinnung aus Wasserkraft vor. Dabei wird längs eines Fließgewässer wie einem Bach oder Fluss eine Rohrleitung verlegt, in welche ein durch die Wasserkraft antreibbares Aggregat eingeschalten ist. Die Rohrleitung verläuft dazu entweder in dem Fließgewässer selbst oder unmittelbar daneben, und endet an ihrem unteren Ende in einem kleinen Druckbehälter, also einem allseits geschlossenen Behälter, worin sich ein Druck aufbauen kann, damit das dort aufgestaute Wasser mit seinem hohen Druck der darauf lastenden Wassersäule in der Rohrleitung ein Wasserkraftantriebsaggregat antreiben kann. Da das Wasser in der Rohrleitung somit zusätzlich aufgestaut wird, kann diese keinesfalls als Hochwasserschutz dienen, weil sie zusätzliches Wasser weder selbst aufnehmen noch ableiten kann, weil dafür der kleine Druckbehälter am unteren Ende des Flussabschnitts völlig unzureichend ist.
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Aus den Nachteilen des beschriebenen Standes der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vorbeugung gegen Überschwemmungen derart weiterzubilden, dass ein effektiver Schutz gegen Überschwemmungen mit möglichst geringen Mitteln erzielbar ist und auch in Gebieten mit wenig potentiellen Polderflächen eingesetzt werden kann, insbesondere auch wenn keine unterirdischen Stollen oder Kavernen vorhanden sind.
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Die Lösung dieses Problems gelingt mit einem Verfahren nach Anspruch 1 bzw. einer Anordnung nach Anspruch 8.
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Das Auffangbecken kann insbesondere auch in einem weiter stromaufwärtigen Bereich des Flußlaufs liegen oder in ein Seiten- oder Nachbartal des betreffenden Flußtals verlegt sein.
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Das im Auffangbecken gesammelte Wasser kann nach Rückgang des Hochwassers und beispielsweise Erreichen des Normalpegels im Fluß anderweitiger Nutzung zugeführt werden. Beispielsweise kann es zur Bewässerung von landwirtschaftlichen Flächen verwendet werden, und/oder zurück in den Fluß entleert werden. Insbesondere im letzteren Fall kann man sich dabei die Lageenergie des nun höher gelegenen Wasserreservoirs, ähnlich wie bei einem Wasserkraftwerk zunutze machen und mit Hilfe von Generatoren Energie aus dem zurückfließenden Wasser gewinnen. Zu diesem Zweck können ggf. die zuvor zum Antrieb der Pumpen verwendeten Motoren nun als Generatoren betrieben werden und der dabei erzeugte Strom in das Stromnetz eingespeist oder anderweitig verwendet werden. Das erfindungsgemäße Abpumpen des überschüssigen Hochwassers macht vor allem auch deshalb Sinn, weil bei einem Hochwasser oftmals an dem betreffenden Flußlauf installierte Wasserkraftwerke dank großer Wassermassen eine maximale Energiemenge liefern, die oftmals gar nicht aufgebraucht werden kann und daher zum Speisen der erfindungsgemäßen Pumpen mehr oder weniger kostenlos zur Verfügung steht. Durch das Hochpumpen des überschüssigen Hochwassers kann diese Energiemenge in Form von potentieller Energie gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt kontrolliert abgerufen werden.
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Auch kann man das solchermaßen vorübergehend gespeicherte Wasser heranziehen, um darin befindliche Inhaltsstoffe (bspw. Kalk) zu extrahieren, insbesondere durch Filter od. dgl. Das macht wirtschaftlich insbesondere dann Sinn, wenn sehr große Wassermengen ins Auffangbecken gepumpt worden sind.
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Das Auffangbecken bietet im entleerten Zustand weitere Vorteile, weil es auch in diesem Fall zu anderen Zwecken genutzt werden kann, bspw. als Naherholungsgebiet, landwirtschaftliche Fläche, etc. Dabei ist zu berücksichtigen, dass Hochwasser meist nur im Vorfrühling auftritt, nämlich bei einer Schneeschmelze, wenn also die betreffenden Flächen noch nicht landwirtschaftlich genutzt sind. Dabei kann ggf. enthaltener, nährstoffreicher Schlamm nach dem Ablassen des Wassers direkt auf den betreffenden Flächen verbleiben und sodann als Dünger wirken.
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Daher ist es sinnvoll, wenn das Auffangbecken natürliche Flächen sind, beispielsweise Äcker oder Felder usw. Diese sollten vorzugsweise in einer Mulde liegen oder mit einer Barriere für das Wasser umgeben werden. Somit kann das darin angesammelte Wasser nicht von selbst zurück in den Fluß gelangen und verbleibt in dem Becken, um einer späteren Nutzung zugeführt werden zu können.
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Dabei hat es sich als zweckmäßig gezeigt, wenn Zuleitungen am Einlaß, aber auch ggf. an Zwischenstationen, mit Auffangsieben bzw. -netzen ausgestatten sind. Somit wird verhindert, dass grobe Verunreinigungen (z. B. Zweige, Steine, Müll, Fische o. ä.) in die Rohrleitungen gelangen und gegebenenfalls die Pumpen beschädigen. Auch wird so die Qualität des gepumpten Wassers, das nachträglich einer anderen Verwendung zugeführt werden kann, erhöht und ist z. B. vergleichbar mit Regenwasser.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Vorbeugung gegen Überschwemmungen im Falle eines Hochwasser führenden Flusses zeichnet sich aus durch wenigstens eine Hauptleitung, die aus dem Bereich der Flussniederung zu wenigstens einem höher gelegenen Auffangbecken führt und an verschiedenen Stellen, bei unterschiedlichen Höhen, mehrere Pumpen aufweist, die bei entleerter Hauptleitung nacheinander in Betrieb nehmbar sind, mit der der Flussniederung am nächsten gelegenen Pumpe beginnend, wobei das Auffangbecken derart gestaltet ist, dass es im entleerten Zustand zu anderen Zwecken benutzbar ist, bspw. als Naherholungsgebiet oder als landwirtschaftliche Fläche.
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Mit Hilfe dieser Leitung, die vorzugsweise in Form eines Rohres (aus Beton, Metall, Kunststoff usw.) ausgebildet ist, wird im Falle eines drohenden Hochwassers überschüssiges Wasser aus dem Fluß entnommen und in ein höher gelegenes Auffangbecken geleitet.
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Die Pumpen sollen vorzugsweise derart betrieben werden, dass der Druck in dem Hauptrohr an keiner Stelle der Hauptleitung einen Wert von 20 atm. übersteigt, vorzugsweise an keiner Stelle der Hauptleitung einen Wert von 15 atm. übersteigt, insbesondere an keiner Stelle der Hauptleitung einen Wert von 10 atm. übersteigt. Ansonsten bestünde die Gefahr des Berstens der überlasteten Hauptleitung.
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Wenn die Hauptleitung als Rohr ausgebildet ist, hat es sich als sinnvoll erwiesen, dass dieses beispielsweise mit einem Durchmesser von 1 m oder mehr ausgeführt ist, vorzugsweise mit einem Durchmesser von 1,20 m oder mehr. Durch eine derartige Auslegung des Durchmessers ergibt sich eine ausreichende Durchflussmenge, um ausreichend schnell große Mengen Flüssigkeit abtransportieren zu können. Je nach verwendeten Material der Rohrleitung, was ebenso für die Zuleitungen gilt, kann es sinnvoll sein, dass die Rohre innen ausgekleidet oder versiegelt sind, bspw. mit Glas, Lack, Leim, Emaille usw., um eine möglichst laminare, turbulenzfreie Strömung und/oder eine Reduktion des Klopfens beim Durchgang zu erzielen.
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Die Hauptleitung kann über einen längeren Abschnitt etwa parallel zu dem Fluß verlaufen, insbesondere in dessen Niederung. Die Führung der (Haupt)leitung(en) sollte aber stets an die geographischen Besonderheiten im Einzelfall angepasst werden. Insbesondere Neigung des Geländes, Art des Untergrundes usw. sind Faktoren, welche die Führung des/der Rohre beeinflussen. Auch können die Rohre ober- oder unterirdisch geführt werden.
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Die Hauptleitung/en kann/können über eine Länge von 500 m oder mehr (parallel) zu dem Fluß verlaufen, beispielsweise über eine Länge 1 km oder mehr, oder über eine Länge von 2 km oder mehr. Diese lange Führung der Hauptleitung kann sinnvoll sein, wenn in unmittelbarer Nähe zum Fluss kein geeigneter Bereich für ein Überflutungsbecken vorhanden ist. Es ist vorzugsweise gewünscht, dass das Überflutungsbecken einen natürlichen Untergrund hat, es sich dabei also nicht unbedingt um eine asphaltierte Fläche oder um ein sonstiges, nicht landwirtschaftlich genutztes Gebiet handelt. Desweiteren ist es von Vorteil, wenn dass ausgewählte Überflutungsbecken eine Mulde darstellt oder von einem Wall bzw. Deich umgeben ist. Somit läuft das gepumpte Wasser nicht weg und steht einer späteren Nutzung zur Verfügung.
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Es ist Inhalt der Erfindung, dass zwischen dem Fluß und dem dazu parallelen Abschnitt der Hauptleitung mehrere Verbindungsleitungen, insbesondere Verbindungsrohre, verlegt sind. Diese Verbindungsrohre entnehmen an verschieden Flußabschnittsbereichen Wasser und entzerren somit die Überflutungssituation schnell und effektiv.
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Diese Verbindungsrohre, die der Haupleitung das Wasser zuführen, sollten einen Durchmesser von 500 mm oder mehr aufweisen, vorzugsweise von 600 mm oder mehr. Dadurch lässt sich ein rasches Überströmen von dem Flußbett in die erfindungsgemäße Hauptleitung erreichen.
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Dabei sollte jedes Verbindungsrohr wenigstens eine eigene Pumpe aufweisen, um je nach Vorgabe Wasser aus dem Fluß abzupumpen und um auch gegen ein Gefälle, Wasser in die Hauptleitung zu befördern. Die Pumpen sollten leicht zugänglich sein, um eine leichte Wartung und Reparatur zu ermöglichen. Dazu könne sie beispielsweise auf den Rohren installiert sein.
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Andererseits entspricht es auch der Lehre der Erfindung, dass die Verbindungsrohre mittels Klappen od. dgl. absperrbar sind. Dadurch kann der Wasserlauf gezielt beeinflußt werden und bei Niedrigwasser ein Ausströmen aus dem Flußbett vermieden werden. Durch diese Verschlußmöglichkeiten, kann je nach Ausmaß des zu erwartenden Hochwassers geregelt werden, wie viel Zuleitungen zum Abpumpmen des Wassers aus dem Fluß herangezogen werden müssen. Diese Regelung kann je nach Wunsch oder Dimensionierung der Anlage händisch oder auch mit einer elektronischen Steuer- und Regeleinheit erfolgen. Aufgrund von Vorausberechnungen oder Erfahrungswerten, unter Berücksichtigung von Parametern, wie Breite, Tiefe des Flusses, Fließgeschwindigkeit im Flussbett usw. sollte dann die Fließgeschwindigkeit und der Druck in den Rohren geregelt werden.
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Ein denkbares Szenario wäre es, je nach Ausmaß des Hochwassers nur für einen begrenzten Zeitraum, beispielsweise innerhalb 5 h (kontinuierlich) zu pumpen, bis der Scheitelpunkt des zu erwartenden Hochwassers überwunden ist.
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Eine sinnvolle Pumpgeschwindigkeit im Hauptleitungsrohr kann beispielsweise auf 1–2 m/s geregelt sein. Die Fließgeschwindigkeit in den Verbindungsrohren kleineren Durchmessers kann dann beispielsweise 0,5–1 m/s betragen, also in einem Verhältnis von 2:1 sein.
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Somit ist es möglich, Wassermengen in einer Größenordnung von 40.000 m3 und mehr vom Fluß abzuleiten und somit eine Überschwemmung in einer nahegelegenen Stadt, Dorf, Fabrik, Industrie zu verhindern.
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Das hier erklärte erfindungsgemäße System ist einfach und kostengünstig in der Installation, so dass es auch im Rahmen geplanter, neuer Baumaßnahmen bei der Städteplanung mit eingeplant werden kann.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung.
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Deren einzige Figur zeigt einen optional Hochwasser führenden Fluß 1 mit einer Fließrichtung 2, sowie mehrere, zueinander parallel verlaufende Zuleitungsrohre 3, die mit dazugehörigen Pumpen 4 ausgestattet sind.
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Diese Pumpen 4 dienen dazu, Wasser aus dem Fluß anzusaugen und in Richtung der höhergelegenen, hier parallel zum Fluß verlaufenden Hauptleitung 5 zu transportieren.
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Die Hauptleitung 5 ist ebenfalls mit Pumpen 4 ausgestattet, die das Wasser in der Hauptleitung in Richtung zu einem Auffangbecken 6 transportieren, in welchem es gelagert wird.
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Dabei wird vorzugsweise der Strom zum Antrieb der Motoren der Pumpen 4 aus Wasserkraft gewonnen, die während des Hochwassers im Überschuß zur Verfügung steht.
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In dem Auffangbecken verbleibt das Wasser, bis sich die Hochwasserlage deutlich entspannt hat, und kann schließlich nach und nach in das Flußbett zurückgeleitet werden, insbesondere wenn gerade Strom benötigt wird. Sodann werden die Motoren der Pumpen 4 als Generatoren und die Pumpen 4 selbst als Turbinen verwendet, um aus der potentiellen Energie des Wassers Strom zu erzeugen und diesen in das Stromnetz einzuspeisen oder anderweitig zu verwenden.
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Schließlich sammelt sich der von dem Wasser mitgeführte Schlamm auf dem Boden des betreffenden Auffangbeckens 6 und dient in der anschließenden Wachstumsperiode als Naturdünger, um den Ertrag der betreffenden, landwirtschaftlichen Flächen zu steigern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fluß
- 2
- Fließrichtung
- 3
- Zuleitungsrohre
- 4
- Pumpe
- 5
- Hauptleitungsrohr
- 6
- Auffangbecken
