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Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung 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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Aus den Nachteilen des beschriebenen Standes der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, eine Vorrichtung 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.
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Die Lösung dieses Problems gelingt im Rahmen einer gattungsgemäßen Vorrichtung zur Vorbeugung gegen Überschwemmungen im Falle eines Hochwasser führenden Flusses dadurch, dass ein Teil des Wassers aus dem Fluss zu einem/mehreren Auffangbecken gepumpt wird.
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Diese(s) Auffangbecken kann/können dank der erfindungsgemäßen Pumpen auch auf einem deutlich höheren Niveau liegen als das Flussbett selbst. Aus diesem Grund kann die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere auch in engen Tälern oder an sonstigen Engpässen eingesetzt werden. Diese(s) Auffangbecken kann/können 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 geiegenen 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/die Auffangbecken bietet/en im entleerten Zustand weitere Vorteile, weil es/sie auch in diesem Fall zu anderen Zwecken genutzt werden kann/können, 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/die 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/n Becken, um einer späteren Nutzung zugeführt werden zu können.
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Es ist nun Inhalt der Erfindung, dass das/die Auffangbecken mit Hilfe von Zuleitungen gefüllt werden kann/können. Dabei können z. B. an einer Hauptleitung zwischen der Flussniederung und dem Auffangbecken mehrere Pumpen an verschiedenen Stellen vorgesehen sein, insbesondere auf unterschiedlichen Höhen. Bei entleerter Hauptleitung sollten diese Pumpen nacheinander in Betrieb genommen werden, mit der der Flussniederung am nächsten gelegenen Pumpe beginnend, um einen Trockenlauf der höher gelegenen Pumpen zu vermeiden.
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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 Vorrichtung 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 Auffangbecken führt und vorzugsweise eine oder mehrere Pumpen aufweist. 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 oder auch mehrere höher gelegene Überflutungsbecken 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, insbesondere mit einem Durchmesser von 1,50 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, vorzugsweise über eine Länge von 2 km oder mehr, insbesondere über eine Länge von 5 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 Hauptleitung das Wasser zuführen, sollten einen Durchmesser von 500 mm oder mehr aufweisen, vorzugsweise von 600 mm oder mehr, insbesondere von 750 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 Abpumpen 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 höher gelegenen, 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
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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