DE102012007565A1

DE102012007565A1 - Verfahren einer ganzheitlichen Gewässeroptimierung zur Hochwasservermeidung unter Nutzung eines Rohr-Pumpen-Systems

Info

Publication number: DE102012007565A1
Application number: DE201210007565
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2014-02-27
Anticipated expiration: 2032-04-13
Also published as: WO2013152753A1; DE102012007565B4; EP2888413A1

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues Verfahren zur Vermeidung von Hochwasser zu schaffen. Es wird daher ein Verfahren entwickelt, das es ermöglicht ganzheitlich eine Gewässeroptimierung derart zu erreichen, dass in Vorflutern Hochwasser vermieden wird, dass in Vorflutern Niedrigwasserstände vermieden werden, dass Energien nutzbar gemacht werden und schließlich der Vorteil einer gezielten Reinigung verschmutzter Vorfluterbereiche möglich ist. In dem ganzheitlichen Verfahren zur Optimierung des Gewässerhaushaltes von Vorflutern, wie Bäche, Flüsse und Ströme, wird über ein System, bestehend aus Rohren mit öffnungsgesteuerten Zu- und Ablaufmöglichkeiten, bedarfsorientierten Pumpen, die den Gewässertransport im Rohrsystem saugend oder drückend gewährleisten, aber auch frei ablaufendes Wasser ermöglichen und Rückhaltemöglichkeiten, die im Bedarfsfall nutzbar sind, welches sich über eine beliebige Vorflutlänge erstreckt und durch das Zusammenwirken der Komponenten ein Verfahren darstellt, das die Wasserstände im Vorfluter über große Längen verändern kann, sodass durch den über das Rohrsystem gesteuerten Wassertransport, der durch Zu- und Abläufe, Rückhaltung, sowie der Fließgeschwindigkeiten, die durch die Pumpen im Rohrsystem beeinflusst werden, sowohl Hochwasser, als auch Niedrigwasser in den Vorflutern minimiert oder ganz vermieden. Weiterhin ist es bei dem Verfahren möglich eine energetische Nutzung zu erreichen, indem bei der Rückführung von Wasser aus den Rückhaltemöglichkeiten, aber auch beim freien Abfluss über das Rohrsystem bei Normalwasserständen im Vorfluter, die Pumpen als Generatoren eingesetzt werden oder andere Geräte Stromgewinnung genutzt werden. Außerdem können Gewässer, die durch Verunreinigung oder Verschmutzung gefährdet sind gereinigt werden können, indem verschmutztes Vorflutgewässer über Rückhaltesysteme in einen Reinigungsprozess geleitet werden und danach wieder in die Vorflut eingeleitet werden können. Dieses Verfahren wurde zur Optimierung von Gewässern, insbesondere Vorfluter wie Bäche, Flüsse und Ströme entwickelt, um einen verbesserten oder hohen Hochwasserschutz zu erreichen. Mit dieser Erfindung können in ganze oder lokal Wassermassen des Vorfluters wirksam so verteilt werden, dass die Wasserstände optimiert gesenkt, im Bedarfsfall auch gehoben werden. Mit diesem Verfahren ist erstmals eine ganzheitliche Lösung zur Vermeidung, aber mindestens zur erheblichen Reduzierung von Hochwasserschäden gegeben. Weitere Anwendung kann das Verfahren zur energetischen Nutzung finden, sowie bei Wasserverschmutzungen durch kontaminierende Stoffe zur Reinigung des Gewässers beitragen.

Description

Bei der Erfindung handelt es sich um ein ganzheitliches Verfahren, mit dem Hochwasser in Vorflutern vermieden werden kann.
Nach derzeitigem Stand der Technik erfolgt eine Hochwasserregulierung durch Einzelpumpenanlagen, die für kleinere Zuläufe vor großen Gewässern platziert sind, um eine Überflutung hinter einem Damm- oder Absperrungsbereich zu vermeiden. Entscheidender Nachteil ist, dass gerade bei extrem hochstehender Flutwelle des Vorfluters zusätzlich das anstehende Wasser der Nebenflüsse oder das Wasser aus überflutungsfrei zu haltenden Flächen zufließen lässt. Hiermit wird die Flutwelle zusätzlich aufgebaut und der Wasserhochstand verschärft. Weiterhin versucht man durch die Schleusenbereiche, in sogenannten staugeregelten Flussstrecken auf Hochwasserprobleme Einfluss zu nehmen, indem man den Wasserabfluss erhöht, indem man die Schleusentore öffnet. Hier ist der Nachteil zu sehen, dass die Schiffbarkeit bei entsprechenden Wasserhochständen nicht mehr möglich ist. Außerdem können bei voll geöffneten Schleusen keine weiteren Maßnahmen zur Minderung einer Flutwelle durchgeführt werden. Eine weitere Maßnahme einem Hochwasser im Vorfluter zu begegnen ist der Aufbau von Dammbauwerken und Abschottungsvorrichtungen beziehungsweise Absperrungen. Der Nachteil dieser Einbauten führt zur Einschränkung des Vorfluterquerschnittes und hieraus ist der Nachteil von erhöhten Flutwellen zu sehen. Dieser Nachteil führt regelmäßig dazu, dass bisher unbetroffene Gebiete zu von Hochwasser überfluteten Gebieten werden. Die Damm- und Abschottungsvorrichtungen werden demnach immer aufwendiger, was einen weiteren Nachteil darstellt. Der Vergrößerung von Damm- und Absperrvorrichtungen und der Erhöhung von Flutwellen versucht man durch die Ausweisung von dezentraler Hochwasserrückhaltung zu begegenen. Unter dem Begriff „Mehr Raum für den Fluss” versucht man eine Flächenvorsorge zur Schaffung von Retentionsraum zu erreichen. Anders ausgedrückt handelt es sich hier um gelplante Überschwemmungsflächen. Der Nachteil für solche Flächen liegt auf der Hand, da diese Flächen nur bedingt bewirtschaftbar sind und für Neubauverbote sorgen. Aber diese Rückhaltesysteme sind auch nicht zielführend, da Flutwellen hierdurch nicht verhindert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues Verfahren zur Vermeidung von Hochwasser zu schaffen. Es wird daher ein Verfahren entwickelt, das es ermöglicht ganzheitlich eine Gewässeroptimierung derart zu erreichen, dass in Vorflutern Hochwasser vermieden wird, dass in Vorflutern Niedrigwasserstände vermieden werden, dass Energien nutzbar gemacht werden und schließlich der Vorteil einer gezielten Reinigung verschmutzter Vorfluterbereiche möglich ist.
Im Verlauf des Vorfluters wird ein Rohrsystem installiert, welches mit leistungsstarken Pumpen ausgestattet ist. An dem Rohrsystem sind in zu bestimmenden Abständen Saug- und Auslauföffnungen, sowie Schieber vorgesehen. Diese werden über ein elektronisch geführtes System gesteuert. Die Erfindung besteht darin, dass eine ankommende Flutwelle gezielt abgesaugt werden kann und durch eine höhere Geschwindigkeit im Rohr-Pumpen-System vorgelagert, zurückverlagert oder ausgelagert werden kann. Vorgelagert heißt, dass das abgepumpte Wasser erheblich vor die kommende Flutwelle gelegt wird. Zurückverlagert bedeutet, dass man das abgepumpte Wasser noch einmal hinter die Flutwelle in den Vorfluter einlaufen gelassen wird und ausgelagert bedeutet, dass das abgepumpte Wasser in Auslagerungszonen (z. B. Behälter, Wassertürme, Talmulden, auch höher gelegene Rückhaltebereiche) eingeleitet wird. Die Funktionstüchtigkeit ist allein eine Frage der Dimensionierung des Rohr-Pumpen-Systems unter Nutzung effektiver Steuerungselemente (z. B. Software, sonstige Computer gesteuerte Technologien). Der Einsatz des Systems schon bei Beginn oder Erwartung einer Flutwelle minimiert die Pumpengröße. So kann innerhalb des betroffenen Vorfluters künstlich ein Niedrigstand erzeugt werden, um die Flutwelle teilweise oder ganz aufzufangen. Das Rohrsystem kann in Rohren oberirdisch, eingebettet und/oder im Vorfluter vorgesehen werden. Die Rohre selbst können entsprechend ihrer Funktion, Lage in beliebigen Formen (Kreisrohr, Eirohr, Flachrohr etc.) und Anzahl ausgeführt werden. Auch die Lage und Größe der Pumpenstationen kann für die verschiedenen Anforderungen ausgelegt werden, als reine Pumpenstation, also nur für den Wassertransport oder als Pumpenstation zu Filtrierung bei verunreingten Wässern oder zur Nutzung und Umwandlung von Energie. Weitere vorteilhafte Eigenschaften, wie die Vermeidung von Niedrigwasserständen, kann hier angeführt werden. Das vorgeschlagene Verfahren kommt bei optimierter Einstellung ohne zusätzliche Dämme aus, aber es können auch höher gelegenen Rückhaltebereiche genutzt werden, ist also nicht von Retentionsraum abhängig. In endgültiger Herstellung des Verfahrens ist somit ein optimiertes Gewässer zu erwarten, dass keine Probleme hinsichtlich von Hoch- und/oder Niedrigwasser bereitet. Eine weitere Nutzung des Systems liegt in der Tatsache, dass die Gefällepotenziale und auch die Potenziale aus der Rückhaltung bei entsprechender Einbindung Energien liefern kann. Desweiteren besteht die Möglichkeit, die Rückhaltungen gezielt so einzuspeisen, dass Niedrigwasserstände vermieden werden. Somit kann auch in einer regenarmen Zeit die Schiffbarkeit des Gewässers aufrecht erhalten werden. Eine weitere interessante Nutzung ist es, im Falle einer Kontaminierung z. B. durch einen chemischen Unfall und/oder ein Schiffsunfall das verunreinigte Wasser gezielt abzusaugen und einer Reinigung oder Entsorgung zuzuführen. In Zusammenfassung aller Vorteile für diese ganzheitliche Gewässeroptimierung kann unter Anwendung dieses Verfahrens erstmals gezielt und umfänglich in den Gewässerhaushalt und Gewässerabfluss eingegriffen werden. Das Verfahren ist vergleichbar mit einer intelligenten Ampelregelung, die den „Abfluss” von Verkehrsströmen verbesssert und für einen Reibungslosen Ablauf des Verkehrs sorgt. Bei der ganzheitlichen Gewässeroptimierung ist eine dreidimensionale Ausrichtung möglich. Im Gegensatz zum Autoverkehr lassen sich Knotenpunkte überspringen, indem man das Wasser gezielt vor-, rück und/oder seitenlagert. Insbesondere die Auslagerung in Rückhaltesysteme hat den Vorteil, die Ausläufe energiebringend zu nutzen, egal ob es sich um höher gelegene Rückhaltenbecken handelt (z. B. Kraftwerk Vianden) oder um einen leer laufenden Hochbehälter, der ebenfalls beim Auslauf des Wassers Energie liefern kann. Letzlich kann auch der normale Durchfluss, also wenn Normalwasserstände gegeben sind, unter Ausnutzung des natürlichen Gefälles energieerzeugend genutzt werden.
Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert:
Konkret wird bei einem Wasserhochstand des Vorfluters (1) die Flutwelle über die Saug-Auslauf-Öffnungen (5) des Rohr-Pumpen-System (2, 3, 4) ganz oder teilweise abgepumpt. Dies bedeutet, dass es keine Flutwelle oder nur eine minimierte Flutwelle für diesen betreffende Bereich des Vorfluters (1) gibt. Das bedeutet weiterhin, dass hierdurch der Wasserstand in dem betreffenden Bereich des Vorfluters (1) auf Normalwasserstand gehalten werden kann. Je nach Wasseraufkommen wird das abgesaugte Wasser aus der minimierten Flutwelle durch die Ein- und Auslauföffnungen (5) des Rohr-Pumpen-Systems (2, 3, 4) vor- oder nachgelagert oder über Pumpstationen (6, 8) ausgelagert. Mit einer Vorlagerung erreicht man, dass die abgepumpten Wassermassen bereits abgeflossen sind, bevor die minimierte Flutwelle des Vorfluters (1) kommt. Eine Vorlagerung wird zeitlich so eingerichtet, dass keine Überlagerung der minimierten Flutwelle und des abgepumpten Wassers stattfindet. Mit einer Rückverlagerung über das Rohr-Pumpen-System (2, 3, 4, 5) erreicht man, dass die Wassermassen aus der Flutwelle auf eine bestimmte Weite hinter die minimierte Flutwelle des Vorfluters (1) gelegt wird. Dies führt im Wesentlichen zu einer Verteilung der Wassermassen und trägt dazu bei, dass sich keine hohen Flutwellen im Vorfluter (1) aufbauen können. Mit einer Auslagerung werden die Wassermassen ganz für eine bestimmte Zeit aus dem Wasserhaushalt des Vorfluters entnommen. Hierfür stehen oberirdische (7) und unterirdische (9) Rückhaltenbecken, sowie Hochbehälter (8) zur Verfügung. Je nach Lage und Höhe dieser Rückhaltung (7, 8, 9) können die Wassermassen bei Rückführung in den Flusshaushalt energieliefernd genutzt werden.
Das Verfahren ist in der Umwelttechnik zukunftweisend. Es ist derzeit kein vergleichbares System bekannt, welches Gewässer quasi von der Quelle bis zur Mündung technisch führt, um damit den Gewässerhaushalt ganzheitlich zu optimieren.

Claims

Ganzheitliches Verfahren zur Optimierung des Gewässerhaushaltes von Vorflutern, wie Bäche, Flüsse und Ströme, das sich dadurch auszeichnet, über ein System, bestehend aus Rohren mit öffnungsgesteuerten Zu- und Ablaufmöglichkeiten, bedarfsorientierten Pumpen, die den Gewässertransport im Rohrsystem saugend oder drückend gewährleisten, aber auch frei ablaufendes Wasser ermöglichen und Rückhaltemöglichkeiten, die im Bedarfsfall nutzbar sind, welches sich über eine beliebige Vorflutlänge erstreckt und durch das Zusammenwirken der Komponenten ein Verfahren darstellt, das die Wasserstände im Vorfluter über große Längen verändern kann, sodass durch den über das Rohrsystem gesteuerten Wassertransport, der durch Zu- und Abläufe, Rückhaltung, sowie der Fließgeschwindigkeiten, die durch die Pumpen im Rohrsystem beeinflusst werden, sowohl Hochwasser, als auch Niedrigwasser in den Vorflutern minimiert oder ganz vermieden wird.
Das unter 1) gegebene Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass es eine energetische Nutzung ermöglicht, indem bei der Rückführung von Wasser aus den Rückhaltemöglichkeiten, aber auch beim freien Abfluss über das Rohrsystem bei Normalwasserständen im Vorfluter, die Pumpen als Generatoren eingesetzt werden oder andere Geräte Stromgewinnung genutzt werden.
Das unter 1) gegebene Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass durch Verunreinigung oder Verschmutzung gefährdete Gewässer gereinigt werden können, indem verschmutztes Vorflutgewässer über Rückhaltesysteme in einen Reinigungsprozess geleitet werden und danach wieder in die Vorflut eingeleitet werden können.