DE102012109535A1

DE102012109535A1 - System zur Bohrbrunnengrundwasserförderung

Info

Publication number: DE102012109535A1
Application number: DE201210109535
Authority: DE
Inventors: Xaver Stiegler
Original assignee: OCHS BOHRGESELLSCHAFT MBH; OCHS BOHRGMBH
Current assignee: OCHS BOHRGESELLSCHAFT MBH; OCHS BOHRGMBH
Priority date: 2012-10-08
Filing date: 2012-10-08
Publication date: 2014-04-10

Abstract

Verfahren zur Grundwasserförderung aus einem Bohrbrunnen, unter Anordnung mehrerer wasserdurchlässiger Filterrohrabschnitte in außenseitiger Anlage an je eines übereinander liegender Aquifere, wobei zwischen zwei Filterrohrabschnitten jeweils ein wasserundurchlässiger Vollwand-Rohrabschnitt angeschlossen und durch eine wasserundurchlässige, zwei übereinander liegende Aquifere trennende Bodenschicht verlegt wird, und mittels einer Wasserpumpe Grundwasser aus wenigstens einem der Filterrohrabschnitte gefördert wird, wobei bei Unterschreiten einer vorgegebenen Förderleistung und/oder eines vorgegebenen Unterschieds zwischen dem jeweiligen hydrostatischen Druck in zwei Filterrohrabschnitten und/oder ab einer vorgegebenen Höhe des Wasserspiegelniveaus des Bohrbrunnens eine wasserdurchlässige Verbindung der Filterrohrabschnitte miteinander mittels einer Absperreinrichtung unterbrochen wird, und bei jeweiligen Überschreiten die Absperreinrichtung zum Öffnen der Verbindung betätigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Bohrbrunnengrundwasserförderung.
Gebohrte Brunnen zur Wassergewinnung werden häufig durch mehrere Grundwasserhorizonte, auch Aquifere genannt, (A1, A2) abgeteuft, um eine möglichst hohe Ergiebigkeit zu erzielen. Beim Ausbau der Brunnen werden in der Regel im Bereich der Trennschichten (Stauer) zwischen den Aquiferen Vollwandrohre (3) platziert, die während des Betriebes als Pumpensitz dienen. Oberhalb und unterhalb der Vollwandrohre (3) befinden sich geschlitzte Rohre, so genannte Filterrohre (1, 2), damit das anstehende Wasser in den Brunnen laufen kann.
Da die Grundwasserhorizonte (A1, A2) häufig unterschiedliche hydrostatische Drücke und Wasserqualitäten besitzen, kommt es beim Stillstand der Unterwasserpumpe (4) zur Vermischung der Wässer, was zu unerwünschten Ausflockungen und Verstopfungen im Brunnen führt.
Durch Einbau eines Ventilsitzes (6) mit einem integrierten Schließkörper (7) wird der Grundwasseraustausch zwischen den einzelnen Grundwasserhorizonten (A1, A2) weitgehend vermieden und Verockerungen der Filterrohrschlitze eingedämmt.
Die Vorteile dieses Systems sind: es bietet eine einfache Bauweise, das Vermischen von unterschiedlichen Grundwässern während der Stillstandszeiten mit den damit verbundenen Verockerungen im Brunnen wird weitgehend vermieden und durch die Zwangsführung des Wassers am Pumpenmotor vorbei wird eine optimale Kühlung des Elektromotors gewährleistet.
Die Erfindung wird anhand der 1 und 2 näher erläutert.
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems im Querschnitt mit einem Absperrorgan im geschlossenen Zustand
2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems im Querschnitt mit einem Absperrorgan im offenen Zustand
Gemäß 1 wird an die einzubauende Unterwasserpumpe 4 ein Wasserführungsmantel 5 angebaut. Das untere Drittel des Mantels 5 ist perforiert bzw. mit Durchlass-Öffnungen 8 versehen und am Ende ist ein Ventilsitz 6 mit einer zentrischen Öffnung und einem Schließkörper 7 angebracht. Im Ruhezustand ist der Schließkörper 7 in Folge des Eigengewichtes (evtl. beschwert durch Zusatzgewichte) geschlossen. Beim Betrieb der Unterwasserpumpe 4 mit reduzierter Leistung wird der Wasserspiegel L im Brunnen wenig abgesenkt, wobei der Schließkörper 7 noch geschlossen bleibt und nur Wasser aus der oberen Filterstrecke 1 gefördert wird. Gemäß 2 öffnet sich erst durch eine Erhöhung der Abpumpmenge und eine damit verbundene Absenkung des Wasserspiegels L in Folge des Druckunterschiedes des Schließkörpers 7 und es kann Wasser aus dem oberen Aquifer A1 (Filterstrecke 9) und aus dem unteren Aquifer A2 (Wasser-Durchfluss 10) zur Wasserpumpe 4 fließen.
Bezugszeichenliste

A1: wasserdurchlässige Aquifer 1
A2: wasserdurchlässige Aquifer 2
L: Wasserspiegel
S: wasserundurchlässige Bodenschicht (Stauer)
T: trichterförmiger Wasserspiegel
1: wasserdurchlässiger Filterrohrabschnitt
2: wasserdurchlässiger Filterrohrabschnitt
3: wasserundurchlässiger Vollwand-Rohrabschnitt
4: Wasserpumpe
5: Wasserführungsmantel
6: Ventilsitz
7: Schließkörper
8: Durchlass-Öffnungen
9: obere Filterstrecke
10: Wasser-Durchfluss
11: Ventilsitz-Öffnung
12: verjüngender Endabschnitt
13: Führungsabschnitt des Schließkörpers
14: Anschlag des Schließkörpers
15: Gegenanschlag
16: Führungshülse
17: L-förmige Profil

ERFINDERINTERVIEW

G: Okay, dann fangen wir an. Ich würde sagen, dass man mal die Vorgeschichte noch etwas vertieft, damit wir ein besseres Verständnis haben, um was es da überhaupt so geht bekommen und auch mal vielleicht eine Skizze bekommen, wo so Aquifere liegen und wie die miteinander verbunden sind.
H: Also das Übergebiet, es geht um Trinkwasserversorgung. Also für Trinkwasserversorgung werden Bohrbrunnen verwendet. Und der Bohrbrunnen sieht so aus, das ist eigentlich ein Loch im Boden, also wenn das jetzt die Oberfläche ist, macht man ein Loch in den Boden rein, eine Bohrung verschiedenster Tiefe und werden natürlich dann verschiedene Bodenformationen aufgebohrt. Es gibt jetzt also wasserdurchlässige Bodenformationen und wasserundurchlässige und manchmal wasserdichte, das ist jetzt z. B. dicht.
G: Das ist von Natur aus so gewesen.
H: So ist es, das ist eine waagerechte Lage der Boden und dann gibt es also wie gesagt wasserdurchlässige und wasserundurchlässige Bodenformationen. Und jetzt durchläuft der Brunnen quasi erst wasserdurchlässige, dann undurchlässige und wieder wasserdurchlässige, das hat er also kurz beschrieben der Kollege. Das heißt also hier fließt Wasser ins Bohrloch rein, hier unten fließt Wasser rein.
G: Ins künstliche Bohrloch.
H: Genau, so ist das und hier ist es dicht.
G: Aber an der Seite ist es da auch dicht?
H: Das ist dicht, ja.
G: Das wird künstlich abgedichtet.
H: Das wird dann später künstlich abgedichtet und es gibt die Forderung von Wasserwirtschaftsbehörden, dass dichte Bodenschichten auch später im Trinkwasserbrunnen auch wieder dicht sein müssen. Das heißt, also man stellt dann hier ein Rohr ins Bohrloch rein, das etwas kleiner ist als das Bohrloch, das hat hier im Bereich in den wasserdurchlässigen Schichten Schlitze oder Löcher und im Bereich der wasserundurchlässigen Schichten hat es keine Löcher und der Ringraum hier wird mit einem wasserdurchlässigen Kies aufgefüllt oder mit Sand aufgefüllt, also das Bohrloch wird da abgestützt mit Kies oder Sand, wo Wasser durchgeht, also das ist jetzt Kies und hier im Bereich von den wasserundurchlässigen Schichten kommt natürlich auch ein wasserundurchlässiges Material, wie z. B. Zement oder Ton rein. Das heißt, an sich ...
G: Wenn man da noch Zement in das Bildchen dazu schreibt.
H: Zement, dicht und da schreibe ich durchlässig.
G: Das ist Kies.
H: Ja. Und das ist also Kies, das ist Zement und oben haben wir in dem Bereich wieder Kies. So und jetzt sieht das so aus, dass diese verschiedenen Wasserspiegel sind komplett hydraulisch getrennt und es herrschen hier unten andere Druckverhältnisse als oben.
G: Das und das, also die Aquifere, das sind die Aquifere?
H: Das ist der Aquifer 2 und das Aquifer 1 zum Bohrbrunnen. ... verschiedenen Wasserhorizonte heißt das Aquifers entspricht Wasserhorizont ja, das sind die verschiedenen Aquifere, also Aquifer 1 bis zum Stauer, dann kommt dieser Grundwasser ...
G: Ach das der Stauer.
H: Ja und dann ist drunter dann wieder Aquifer 2.
G: Dann schreiben wir das vielleicht noch bitte. Also Aquifer 1 ist wasserdurchlässig.
H: Genau.
G: Und der Stauer ist wasserdicht.
H: Genau, so ist es. Dicht (Stauer). Ja. Das ist eine reine Bezeichnung der Bodenschichten. Man könnte z. B. das ist so, der Sandstein ist wasserdurchlässig und Ton ist einfach wasserundurchlässig. Und jetzt hat man das aber so, dass hier verschiedene Druckverhältnisse sind, also unten kann es sein, dass da Überdruck herrscht und oben, dass Unterdruck herrscht. Das heißt also, ...
G: Und umgekehrt?
H: Genau, dass entweder Wasser von hier nach hier im Brunnen hochfließen kann, weil hier haben wir ja die hydraulische Verbindung über diese Löcher, das ist dicht, das ist dicht ja aber ich habe über diese Filterschlitze hier eine hydraulische Verbindung, also Druck breitet sich ja immer aus.
G: Stopp. Ich habe ja hier einen Zement dazwischen.
H: Ja.
G: Und hier habe ich Kies, also von hier durch den Zement kann nichts durchgehen.
H: Nein, aber von hier durch den Kies in die Filterschlitze.
G: Ja, stimmt.
H: Das sind ja gelochte Rohre, das sind sogenannte Filterrohre.
G: Und von dem oberen Abschnitt des gelochten Rohres zum unteren Abschnitt ist eine Verbindung.
H: So ist es. Und jetzt habe ich zwei verschiedene Druckverhältnisse und habe eine Verbindung geschaffen, d. h. also der Druck versucht sich eben auszugleichen, d. h. es fließt stetig Wasser von oben nach unten oder von unten nach oben durch den Brunnen durch. Und das führt dann zur Vermischung von verschiedenen Wasserchemismen auch.
G: Von was? Wasser?
H: Chemismen, also Wasser mit verschiedenen chemischen Bestandteilen.
G: Was heißt verockern?
H: Das führt dann zu Verockerungen, dann heißt es fällt Eisen aus oder Mangan aus, also Eisen oder Mangan ist in dem Grundwasser drin, das fällt dann hier im Brunnen aus und das gibt so einen gelblichen Schlick im Brunnen, der dann entsprechend schnell verschlammt.
G: Ah ja.
H: Und jetzt ist das Gerät dazu gedacht, dass wir auch wenn der Brunnen im Ruhezustand ist, dass man hier innen drin halt eine Sperre einbaut und trotzdem im Bedarf dann wenn die Pumpe anläuft, Wasser von unten und von oben abpumpen kann.
G: Nach oben zum Brunnen.
H: Genau, nach oben zum Wasserversorger. Also in dem Rohr z. B. steckt eine Pumpe drin, Unterwasserpumpe, die fördert dann nach oben hin zum Wasserversorger. Und wenn die anpumpt saugt die Wasser von hier raus und von hier raus.
F: Und dass es sich dann in diesem Bereich vermischt, ist nicht schlimm?
H: Also im Rohr das spielt es keine Rolle mehr. Aber im Brunnen selber, da führt es dazu, dass der sehr schnell verockert und dann kommt eben dann weniger Wasser. Wasser, das kann z. B. verschiedene Temperaturen haben oder verschiedene Bestandteile haben, dann gibt es da chemische Reaktionen im Brunnen, weil in der Natur selber sind Gleichgewichte und wir stören das Gleichgewicht durch die Bohrungen und vermischen jetzt da, wie wenn z.B. Atlantik- und Pazifik-Wasser aufeinander trifft ?(6:21) und hier ist das im Untergrund genau so.
G: Gut. Das ist jetzt der Ausgangspunkt, von wo Sie ausgehen.
H: Genau.
G: Was der Status quo ist bisher in der Technik.
H: Genau.
G: Der Stand der Technik. Gibt es da eine Druckschrift oder so was, wo so etwas drin steht? Oder wo der nächstliegende Stand der Technik beschrieben ist.
H: Stand der Technik gibt es da viele vom Brunnenbau her ja, aber der Zusammenhang zwischen den Aquiferen und dem Brunnenbau ist in keinem Stand der Technik. Da steht nur drin, dass also dichte Horizonte auch wieder abgedichtet werden müssen, aber ansonsten, dass da was innerhalb dieses Filterrohres passiert, gibt es keine Regel. Also hier gibt es noch keinen Stand der Technik oder keine allgemeine anerkannte Regel dafür.
G: Gut, aber das wird jetzt was Sie geschildert haben in der Praxis schon ständig so gemacht. Das ist jetzt noch nicht die Erfindung, die Sie jetzt im Auge haben.
H: Diese Abdichtung außer den Ringraum nicht, aber die Abdichtung, die wir jetzt im Rohr drin haben, das ist unsere Erfindung.
G: Das wird jetzt die Erfindung sein.
H: Ja.
F: Erfindungsbeispiel: Absperrventil mit Stech-Schließkörper und Ventilsitz
H: Genau, das Rohr was Sie da offen sehen, das oberste Rohr, das ist das Filterrohr hier.
F: Der Wasserführungsmantel, das gehört auch mit zur Erfindung dann.
H: Das ist da mit drin, genau.
G: So das war jetzt die Einleitung. Dann würde ich sagen, gehen wir doch Ihren Text durch, der ist ja nicht sehr lang, den könnten wir ja Zeile für Zeile durchgehen.
H: Ja.
G: Ich lese einfach vor. Gebohrte Brunnen zur Wassergewinnung werden häufig durch mehrere Grundwasserhorizonte (Aquifere) abgeteuft. Also da werden Schachte hergestellt.
H: Abteufen heißt bohren.
G: Heißt bohren.
H: Genau.
G: So und jetzt hier in Ihrem Grundlagenbildchen oder das ist ja fast so ähnlich, das heißt wir könnten das noch um das hier ergänzen oder uns ergänzt denken. Da haben wir Aquifer 1 oben und Aquifer 2.
H: Also das ist der Stand, werden häufig durch mehrere Grundwasserhorizonte (Aquifere) abgeteuft, das heißt ...
G: Hindurchgebohrt.
H: Durchgebohrt, genau und das ist eben die Aquifere, das sind wasserdurchlässige Bodenschichten.
G: Ich halte mal fest Aquifere sind wasserdurchlässige Bodenschichten und dann ...
H: Die wiederum durch dichte Bodenschichten voneinander abgetrennt sind.
G: Ach so. Beim Ausbau der Brunnen werden in der Regel im Bereich der Trennschichten, das ist das hier der Stauer zwischen den Aquiferen Vollwandrohre platziert. Das ist die Bezugsziffer 3 hier, Vollwandrohr, das sieht man hier, das ist bis hier vollwandig. Bis über dem Absperrorgan und das hier noch.
H: Genau.
G: Was ist das hier? Das ist sind Löcher.
H: Löcher, ja.
G: Schlitze, als Schlitze bezeichnet, Schlitzlöcher. Die während des Betriebes als Pumpensitz dienen. Die Pumpe ist da oben unter Wasserpumpe? Und die ist aber hier in der Luft oder wie?
H: Wie ich das gezeichnet habe, da ist das Filterrohr, dann kommt das Stück Vollrohrbereich im Innenbereich von diesen dichten Schichten und die Pumpe wird dann immer in den Vollrohrbereich reingesetzt.
F: Aber hier im Bild ist jetzt die Pumpe oben.
H: Ja, das spielt es aber keine Rolle mehr, weil dann ist das dicht im Vollwandrohr eingesteckt, das Vollwandrohr kann auch zehn bis zwölf Meter lang sein ?(10:26) aber die Pumpe kann eigentlich, steckt meistens in dem Vollwandrohr drin.
G: Gut. Wir lesen den nächsten Satz. Oberhalb und unterhalb der Vollwandrohre. Wo sind noch einmal die Vollwandrohre? Hier, Ziffer 3 oberhalb und unterhalb, ja da sieht man das befinden sich geschlitzte Rohre, Bezugsziffern 1 und 2, damit das anstehende Wasser in den Brunnen laufen kann. Das heißt, da geht Wasser aus den Aquiferen durch diese Schlitze hindurch und wird dann, wenn die Pumpe läuft, zum Wasserversorgungsnetz gepumpt.
H: Genau. So hier ist irgendwo ein Wasserspiegel dann drin in dem Brunnen, da ist der Wasserspiegel drin und wenn die Pumpe eingeschaltet wird, wird das Wasser jedes Mal über die Filterkiespackung und Ringraum zur Pumpe gefördert.
G: Da die Grundwasserhorizonte häufig unterschiedliche hydrostatische Drücke und Wasserqualitäten besitzen, kommt es beim Stillstand der Unterwasserpumpe zur Vermischung der Wässer. Also diese Pumpe steht still und wie funktioniert dann die Vermischung der Wässer?
H: Durch verschiedene Drücke, das heißt also unten habe ich 8 bar und oben 2 bar und dann fließt von unten Wasser, von unten nach oben in den oberen Aquiferraum, weil ich ja eine Quadration ?(11:59) geschaffen habe, also eine kommunizierende Röhre durch den Brunnen zwischen dem oberen und dem unteren Aquifer.
G: Und über diese Röhre da, über die geschlitzte Röhre.
H: Genau.
G: Über die Schlitze fließt Wasser nach oben und umgekehrt fließt durch die oberen Schlitze Wasser nach unten und das vermischt sich.
H: Das ist die kommunizierdende Röhre im Prinzip. Hier versucht sich dann der Druck auszugleichen zwischen den beiden Aquifere.
G: Also es kommt beim Stillstand der Wasserpumpe zur Vermischung der Wässer, was zu unerwünschten Ausflockungen und Verstopfungen im Brunnen führt. Und wenn die Wasserpumpe läuft, gibt es aber auch Vermischungen.
H: Gibt es auch. Also wenn das Wasser eigentlich bevor es nach oben oder nach unten geht von der Pumpe abgepumpt. Und das vermischt sich dann zwar in der Pumpe in der abgeleiteten Leitung aber da spielt es keine Rolle, da kommt es dann zu Wasseraufbereitungsanlage dann wird das sowieso dann gezielt aufbereitet. Was man nicht will ist, dass das sich im Brunnen halt vermischt, weil da ist dann die Reinigung von so einem Brunnen ziemlich aufwendig und kompliziert und teuer.
G: Die Reinigung eines Brunnenbauwerks.
H: Genau.
G: Das müsste dann mal gereinigt werden, wenn es zu dieser Verockerung oder Ausflockung, Verstopfung kommt.
H: Ja.
G: Gut. Zweck des Aquiferventiles.
H: Ja.
G: Das ist das neue, was Sie im Auge haben und jetzt haben wir hier die vorteilhaften Wirkungen dieses Ventiles noch nicht, wie es selber aufgebaut ist und strukturiert ist, sondern was es an Vorteilen bringt. Das steht: Durch Einbau eines Absperrorganges mit einem integrierten Stechventil. Absperrorgan ist das nicht schon ein Filterventil?
H: Nein, das Absperrorgan umfasst entweder aus dichten Gummilippen oder z. B. aufblasbaren Gummireifen, so werden wir das auch ausdrücken, damit dieses Rohr hier das Wasser abdichtet, damit quasi das Wasser von dem unteren Aquifer zur oberen Aquifer seitlich da irgendwie an dem Gerät vorbeilaufen kann.
G: Also Organ ist vielleicht kein so treffender Ausdruck, weil das ein passives Bauteil ist, ein rein passives dieses „Absperrorgan“, das ist eigentlich eine Dichtung.
H: Ja.
G: Kann man das so bezeichnen?
H: Ja, das ist eine Dichtung.
G: Dann würden wir statt Absperrorgan besser sagen, Absperreinrichtung oder Dichteinrichtung.
H: Dichteinrichtung ist gut ja.
G: Dichteinrichtung. Absperrorgan verstehe ich einen Wasserhahn z. B., den ich auf und zu mache, das ist rein passiv.
H: Das hier ist eine reine Abdichtung und das war es dann, entweder mit Luft oder eben mit so dichten Gummilippen.
G: Gut. Mit einer zentrischen Öffnung und einem Stechventil 7 angebracht. Das sticht also das Ventil? Was sagt der Ausdruck „Stech“.
H: Na das ist unten einfach spitz, wenn das jetzt ganz nach oben fährt, dass es dann einfach wieder von selber in diese Öffnung wieder ein ...
G: Es zentriert sich dadurch etwas, indem es an der Spitze konisch zuläuft.
H: Genau.
G: Sich konisch verjüngt.
H: Ja.
G: Das ist mit dem Ausdruck „Stechen“ gemeint.
F: Aber das besteht aus einem Vollmaterial oder?
H: Aus Stahl einfach, das besteht aus Stahl.
F: Also keine Längsnuten drin oder?
H: Nein, nein.
G: Was aber nicht auszuschließen ist oder?
H: Nein, das ist ...
G: Wir konstruieren schon weiter.
H: Gezeichnet ist hier ein Kreuz also eigentlich nicht, das ist ganz einfach 360° vollumfänglich geführt wird.
G: Das ist im Prinzip eine spitz zulaufende Kappe und sonst nichts oder?
H: Und oben eine Dichtung draufsetzt und dann wenn es runter geht, dass es einfach dann dicht ist.
G: Ja.
H: Und wenn es runtergeht, es muss so schwer sein, dass wenn der Ruhedruck entsteht, dass wenn unten der Unterdruck ist und drückt, damit das Ding noch zugreift. Und wenn man die Pumpe anschaltet, dann reduzier ich oben den Gegendruck von dem Wasser und dann machts auf.
G: Im Ruhezustand ist das Stechventil in Folge des Eigengewichts beschwert durch Zusatzgewichte geschlossen. Beim Betrieb mit reduzierter Leistung wird der Wasserspiegel im Brunnen ein wenig gesenkt. Also ich persönlich habe jetzt noch nicht den Zusammenhang zwischen Wasserspiegel und Brunnen und hier Unterdruck, Überdruck und so gesehen. Das heißt, wir müssten noch einmal die Verbindung vielleicht von dem Bohrschacht mit dem Brunnen ein bisschen veranschaulichen, zumindest für uns als Neulinge.
H: Genau. Also es ist häufig so, dass im unteren Bereich ein höherer Druck herrscht im Aquifer als im oberen Wasserspiegel. Weil meistens fließt Wasser von unten nach oben im durchzubohrenden Brunnen und das liegt einfach daran, weil wenn man das weitfristig betrachtet, das ist nicht ganz horizontal, sondern das ist leicht geneigt in so Bodenschichten, also das sind dann Entfernungen von 100 km oder so was und wenn das dann hier geneigt ist, dann bohrt man jetzt hier rein da hat man hier z. B. eine Bohrtiefe von vielleicht 3 bar ja Druck wenn das 30 Meter sind, eine 30 Meter Wassersäule sind und hier in dem Fall habe ich ja, dadurch dass diese Schichten so weit nach unten ausgraben ...
G: Das ist ein Stauer.
H: Genau, das ist der Stauer ja. Und da habe ich hier vielleicht in dem Bereich dann anstehen wo es dann 50 Meter sind 5 bar ja, d. h. es fließt dann immer Wasser von da durch die Bohrung durch und dann oben wieder raus und unser Ventil muss es dann einfach schaffen, dass dann diese 2 bar Überdruck, das kann man ja ausrechnen von der Fläche und so, was man da hat, entsprechend Gewicht hat, dass das immer fest sitzen bleibt.
G: Ja, gut.
H: Also jedenfalls durch diese Trennschicht gibt es verschiedene Druckverhältnisse an der Stelle, wo es dichtet ob und unten. Das setzt aber immer voraus, dass die Dichtung dem Druck standhält und ob das Dichtventil jetzt entsprechend so konstruiert ist, dass es immer zugreift, erst aufgeht, wenn die Pumpe anschlägt.
G: Ja, gut. Jetzt lese ich noch einmal neu. Beim Betrieb der Pumpe mit reduzierter Leistung wird der Wasserspiegel im Brunnen ein wenig gesenkt. Die Pumpe schafft Wasser nach oben.
H: Ja und zwar ist das so, da ist ein waagerechter Grundwasserspiegel im Boden drin und wenn sich die Pumpe einschaltet, dann geht der Wasserspiegel, also richtig trompetenförmig senkt er sich im Brunnen ab. Und zwar ...
G: Wo ist denn jetzt hier der Brunnen, frage ich mal dumm? Der ist oberhalb vom Bohrer.
H: Der Brunnen steckt im Bohrloch drin.
G: Ach das ist gleichzeitig der Brunnen.
H: Besteht aus drei Teilen, der Bohrung, dann Filterrohr und Ringraumfüllung.
G: Noch einmal, das müssen wir ja auch lernen. Ein Brunnen besteht aus drei Teilen.
H: Bohrung, dem Filterrohr, geschlitzt oder voll, und der Ringraumabstützung.
G: Habe ich nicht gewusst. Gut und das ist jetzt praktisch, Ihre Bohrung ist quasi der wesentliche Bestandteil des Brunnens.
H: Genau.
G: Und das ist eigentlich der Brunnen.
H: Genau.
G: Was wir hier sehen ist der Brunnen letztendlich im Wesentlichen.
H: Nein, hier auf der Zeichnung ist die Bohrung ja ?(19:42) da ist im Prinzip hier die Bohrung.
G: Aha.
H: Und hier ?(19:52) dichte Aquiferen, also der dichtet die dichte Bodenschicht und hier ist Aquifer 1 und Aquifer 2.
G: Ach so.
H: Hier haben wir dieses Kies, wo das Wasser durchgeht als Abstützung in der Bohrlochwand und hier ist einfach, da geht auch dichte Schicht, Kiesgranulat wieder da, das wäre jetzt die Bohrlochwand.
H: Schaltet die Pumpe ein und der Wasserspiegel bewegt sich irgendwo zwischen 5, 10, 20 Meter, kann auch 50 Meter, 80 Meter tief sein, der Wasserspiegel im Brunnen. Geht natürlich im Aquifer immer weiter der ist immer waagrecht, der Wasserspiegel gleicht sich ja aus im Aquifer. Jetzt förder ich mit der Pumpe Wasser raus, d. h. ich senke diesen Wasserspiegel, der senkt sich dann ab im Bereich des Brunnens ziemlich stark und außerhalb geht er dann langsam wieder hoch, das ist der sogenannte Absenktrichter, der sich da ausbildet. Durch den Absenktrichter reduziert durch den Druck den Grundwasserbereich. Durch diesen, also wenn ich jetzt Druck null erfahre, wo ich nichts mache, wo ich die Pumpe einschalte, erzeuge ich einen Unterdruck im oberen Aquiferbereich.
G: Und durch das Pumpen kommt das Wasser wo raus?
H: Das läuft über die Bodenschichten durch das Bohrloch dann durch den Kies durch in diese Öffnungen, fließt dann an den Öffnungen hier an dem senkrecht vorbei und ?(21:42)
G: Das sind diese länglichen Schlitze.
H: Genau, das hat er so hat er es hier, 9 hat er das gemalt. Da hat er dann den Weg des Wassers gezeichnet, wie es dann geht.
G: Und das Wasser schlägt nur dann den Weg ein, wenn die Pumpe läuft.
H: Ja.
G: Weil die Pumpe entsprechende Druckunterschiede erzeugt.
H: Ja.
G: Und dann geht das Wasser durch die Pumpe hier nach oben.
H: So ist es.
G: Und dann kann man das Wasser abgreifen irgendwo auf der Erdoberfläche.
H: Leitungssysteme genau.
G: Dieses Leitungsnetz.
H: Genau. Da wird Wasser aufbereitet und dann ?(22:21)
G: Und das ist in Deutschland so üblich, so wird das in Deutschland gemacht?
H: Genau.
G: Im Wasserbau, Wassertiefbau wie man das nennt.
G: Also wir waren bei wird der Wasserspiegel im Brunnen wenig abgesenkt, wobei das Stechventil noch geschlossen bleibt und nur Wasser aus der oberen Filterstrecke 1 gefördert wird. Das Wasser aus der oberen Filterstrecke 1, das geht durch diese Schlitze, die Perforierungen hindurch.
H: Genau.
G: Und wird dann nach oben ins Wasserleitungsnetz.
H: Wir senken den Wasserspiegel nur gering ab hier oben, wegen geringer Förderleistung und so gering, dass der Unterdruck hier nicht ausreicht, um das Ventil hochzuheben.
G: Das Absenken des Wasserspiegels erzeugt Unterdruck, was dazu führt, dass Wasser ....
H: Nicht Unterdruck, sondern der Druck wird reduziert, eine Druckreduzierung. Es erfolgt eine Druckreduzierung im Aquifer in dem Fall vom oberen.
G: Und dadurch, durch die Druckreduzierung gelangt Wasser vom oberen Aquifer in das Leitungssystem.
H: Genau. Funktioniert auch mit Schwerkraft, wir senken den Wasserspiegel ab und durch das Absenken reduziert sich der Wasserspiegel und dann fließt das einfach durch die Schwerkraft immer wieder Wasser von außen zu.
G: Vom Aquifer.
H: Genau.
G: Und jetzt arbeitet die Pumpe voll und damit verbundener stärkerer Absenkung des Wasserspiegels öffnet sich in Folge des Druckunterschieds. Wo herrscht Druckunterschied zwischen was und was?
H: Genau, zwischen dem Wasserspiegel oben.
G: Aquifer 1.
H: Ja, genau und dem unteren der noch nicht relevant war und wurde noch nicht abgepumpt ja.
G: Der ist am Anfang abgesperrt, abgedichtet, isoliert.
H: Und der geht immer an, der geht ?(24:55) oberen Wasserspiegel ?(24:56), das heißt der Druck auf das Gewicht ...
G: Wo wird der Wasserspiegel noch einmal abgesenkt? Im Brunnen.
H: Im Brunnen. Und der Druck auf das Ventil wird weniger und irgendwann mache ich es dann auf und es kommt Wasser von unten hoch.
G: Und dann darf sich das Wasser vermischen auch. Von den beiden Aquiferen, die übereinander liegen.
H: Genau. Und das ganze, ich würde mal sagen für uns Patent sollten wir das ganze, dass es mechanisch funktioniert aber auch vielleicht, dass man es elektrisch steuert. Dass man einfach sagt ab einer bestimmten Wassermenge kann ich das Ventil elektrisch öffnen.
G: Dann brauche ich ein anderes Ventilprinzip als es hier gezeichnet ist.
H: So ist es.
G: Ich werde mich in Ventilen, das ist also ...
H: Das ist jetzt ein rein mechanisches Verfahren, meiner Meinung nach sollten die Dinger einen Schalter, wo man wirklich auch alles steuern kann, mit SPS hier hinten usw., das sollte man schon so offen halten, dass man das elektrisch einfach steuern kann. Dass ich sage, wenn die Pumpe ab 5 Liter oder 6 Liter oder ab dieser und der und der Absenkung, Ventil mach auf.
G: Gibt es da schon Ventile auf dem Markt, die Sie da im Auge haben?
H: Ja.
G: Können Sie uns eins konkret nennen, dass wir das auch identifizierbar reinschreiben?
H: Nicht auswendig, aber es gibt Magnetventile z. B.
G: Magnetventile z. B. ja. Magnetventile, das ist ja ein Fachmann, dann klingelt es bei dem, dann ist ja so eine Steuerleitung an das Magnetventil von einer speicherprogrammierbaren Steuerung.
H: So ist es. Und der sagt jetzt, der Wasserspiegel ist um 30 Meter abgesenkt, mach da unten auf und mach da auf. Ich glaube auch, dass das sicherer sein wird als das rein mechanische Verfahren.
G: Das ist ja dann ein Regelkreis. Das heißt, wenn der Wasserspiegel abgesenkt wird, muss das ja sensorisch erfasst werden.
H: Ja. Wird auch.
G: Wird auch.
H: ?(26:50) in jedem Brunnen sind Druckmesssonden drin, die das eben anzeigen, wenn die Pumpe läuft wie tief der Wasserspiegel ist.
G: Und bei Ihrer Erfindung wird dann abhängig vom Absenken des Wasserspiegels das Magnetventil angesteuert.
H: So ist es.
G: So dass Wasser von der unteren Aquifere nach oben geleiten kann über dieses Rohrwerk da.
H: Genau.
F: Also viel wird da ja dann nicht herausgepumpt aus dem unteren Bereich. Wie das hier eingezeichnet ist, ist das relativ lang, in der langen Strecke bis es dann wirklich erst so konisch dann zuläuft.
H: Ja, das sind so 20, 30 cm.
F: Aber der speichert es zwischen dem Gummi oder Dichtung.
H: Also hier kommt kein Wasser durch, weil das ist dicht. Wasser fließt eigentlich nur ?(28:00) über die Öffnung hier durch.
G: Genau und ?(28:03)
H: Also sind im Grunde, also mindestens, auf meiner Skizze ist das auf jeden Fall schon mal größer als die Leitung da oben. Also das sind schätzungsweise mindestens 100 Millimeter so was. In so einen Brunnen kommen vielleicht 10, 20 Liter pro Sekunde raus und das reicht aus ?(28:22). Man sieht hier den Durchmesser von der Öffnung.
F: Ja, ja genau. Ach so, das ist ja als Kreuz ausgeführt.
H: Genau, also dann ist das quasi einfacher, das ist hier eine Öffnung, das ist offen und das ist eigentlich bloß ...
F: Mit so vier Streben.
H: Das ist bloß, also hier, hier und hier, hier ...
F: Ja, okay.
H: Die Streben sind nur als Führung gedacht, dass das Ding auch wieder runter geht.
G: Sieht man das in der Seitenansicht oder in dem Längsschnitt, die Streben? Nein.
H: Die sieht man hier, hier ist die Strebe und hier ...
F: Genau.
H: Und hier ist es offen, damit es dann hier, wenn es dann voll ist, das hier aufmacht, fließt ja das Wasser durch.
G: Ja.
H: ?(29:08) Ja man könnte das natürlich einfacher gestaltet machen, da kann man das auf und zu machen.

Claims

Verfahren zur Grundwasserförderung aus einem Bohrbrunnen, unter Anordnung mehrerer wasserdurchlässiger Filterrohrabschnitte (1, 2) in außenseitiger Anlage an je eines übereinander liegender Aquifere (A1, A2), wobei zwischen zwei Filterrohrabschnitten (1, 2) jeweils ein wasserundurchlässiger Vollwand-Rohrabschnitt (3) angeschlossen und durch eine wasserundurchlässige, zwei übereinander liegende Aquifere (A1, A2) trennende Bodenschicht (S) verlegt wird, und mittels einer Wasserpumpe (4) Grundwasser aus wenigstens einem der Filterrohrabschnitte (1, 2) gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten einer vorgegebenen Förderleistung und/oder eines vorgegebenen Unterschieds zwischen dem jeweiligen hydrostatischen Druck in zwei Filterrohrabschnitten (1, 2) und/oder ab einer vorgegebenen Höhe des Wasserspiegelniveaus (L) des Bohrbrunnens eine wasserdurchlässige Verbindung der Filterrohrabschnitte (1, 2) miteinander mittels einer Absperreinrichtung (6, 7) unterbrochen wird, und bei jeweiligen Überschreiten die Absperreinrichtung (6, 7) zum Öffnen der Verbindung betätigt wird.
Wasserfördereinrichtung für einen Bohrbrunnen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit mehreren wasserdurchlässigen Filterrohrabschnitten (1, 2), zwischen denen jeweils ein wasserundurchlässiger Vollwand-Rohrabschnitt (3) angeschlossen ist, und mit einer Wasserpumpe (4), angeordnet innerhalb eines oder mehrerer der Rohrabschnitte, vorzugsweise in dem oder in einem der Vollwandrohrabschnitte, gekennzeichnet durch ein Absperrorgan, angeordnet innerhalb des oder einem der wasserundurchlässigen Vollwand-Rohrabschnitte (3) und ausgebildet derart, dass bei Eintritt einer vorgegebenen Druckdifferenz zwischen den zwei Filterrohrabschnitten (1, 2) oder zwischen zwei der Filterrohrabschnitte und/oder bei einem vorgegebenen Absinken des Wasserspiegels (L) in einem der Filterrohrabschnitte es zur Betätigung des Absperrorgans mit resultierender Eröffnung eines Wasser-Durchflusses (10) kommt.
Wasserfördereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstreckung des Wasser-Durchflusses (10) drei aufeinanderfolgende Rohrabschnitte (2, 3, 1) und die Wasserpumpe (4) umfasst.
Wasserfördereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrorgan im dem höchst gelegenen Filterrohrabschnitt unmittelbar folgenden Vollwand-Rohrabschnitt (3) angeordnet ist.
Wasserfördereinrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrorgan mittels eines druckbetätigbaren Absperrventils (6, 7) realisiert ist.
Wasserfördereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (6, 7) einen sich zumindest teilweise konisch verjüngenden Schließkörper (7) aufweist, der über sein Eigengewicht zur Anlage gegen einen komplementären Ventilsitz (6) geführt oder führbar und davon mittels hydrostatischen Drucks lösbar ist, und der Ventilsitz (6) am Innenmantel des Vollwand-Rohrabschnitts (3) befestigt ist.
Wasserfördereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (7) mit seiner Masse und/oder seinem Gewicht entsprechend der vorgegebenen Druckdifferenz dimensioniert ist, beispielsweise indem der Schließkörper (7) mit separat hergestellten Zusatz-Gewichtskörpern versehen ist.
Wasserfördereinrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventilsitz (6) eine Führungseinrichtung (16, 17) gegebenenfalls mit einer oder mehreren Hub-Begrenzungsanschlägen (15, 17) für den Schließkörper (7) angebracht ist.
Wasserfördereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrorgan mittels eines elektrisch ansteuerbaren Ventils, beispielsweise Magnetventils, realisiert ist, das von einer elektronischen, vorzugsweise frei programmierbaren Steuerung angesteuert oder ansteuerbar ist.
Wasserfördereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung schaltungs- und/oder programmtechnisch dazu eingerichtet und ausgebildet ist, das elektrisch ansteuerbare Ventil in Abhängigkeit von Sensorsignalen anzusteuern, welche der Höhe des Wasserspiegels oder der Druckdifferenz entsprechen.
Wasserfördereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen an der Wasserpumpe (4) angebrachten Wasserführungsmantel (5), der sich zum Absperrorgan (6, 7) erstreckt und im dortigen Bereich wasserdurchlässig gestaltet, beispielsweise mit Durchlass-Öffnungen (8) in seiner Wandung perforiert ist.
Absperrventil für eine Wasserfördereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem Ventilsitz (6) und einem zur dichtenden Anlage daran ausgebildeten, per Fluiddruck verstellbaren Schließkörper (7) dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (6) eine mittig angeordnete Öffnung (11) aufweist, in welcher sich der Schließkörper (7) mit komplementärer Gestaltung per Umgebungsdruck verstellbar befindet.
Absperrventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (7) einen spitzen und/oder konisch sich verjüngenden Endabschnitt (12) zum zentrierenden Ein- und Durchtritt in beziehungsweise durch die Ventilsitz-Öffnung (11) aufweist.
Absperrventil nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (7) einen Führungsabschnitt (13) konstanter Dicke oder Breite entsprechend der Abmessung der Ventilsitz-Öffnung (11) aufweist.
Absperrventil nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (13) in einem radial und/oder querverlaufend erweiterten Anschlag (14) endet, dem ein oder mehrere Gegenanschläge (15, 17) einer Führungseinrichtung zugeordnet sind, welche den Führungsabschnitt (13) und/oder den Schließkörper-Verstellweg umgibt.
Absperrventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung mit einer Führungshülse (16) und/oder einer Führungsschiene ausgebildet ist, welche im Längsschnitt ein L-förmiges Profil (17) aufweisen, wobei der oder die L-Schenkel den oder einen der Anschläge bilden.
Absperrventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (6) Dichtmittel, beispielsweise realisiert mit Dichtlippen und/oder pneumatisch füllbaren beziehungsweise aufblasbaren Gummiring, aufweist.