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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bewirtschaftung des natürlichen Wasserhaushalts im Bereich urbaner und landwirtschaftlicher Flächen mit Stauklappen.
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Derartige Vorrichtungen dienen bislang vorwiegend der Wasserstandregulierung in Vorflutern und Gräben, um das im Grabennetz vorhandene Wasservolumen gezielt aufzustauen bzw. einen gewünschten Abfluss des Wassers zu erreichen.
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In der Vergangenheit lag das Hauptaugenmerk der Regenwasserbewirtschaftung, in dicht besiedelten Orten und auch auf Ackerflächen, in der möglichst schnellen Ableitung des Niederschlagswassers mittels Kanalisation, Gräben und Vorftutern. Diese Art des Umgangs mit dem Niederschlagswasser ist vor dem Hintergrund des Klimawandels nicht mehr zeitgemäß. Einmal in die Vorfluter abgelassenes Wasser kann der Landschaft oder dem urbanen Bereich nur schwer wieder zur Verfügung gestellt werden. Das abgeführte Niederschlagswasser steht nicht mehr der Grundwasserneubildung zur Verfügung. Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere in lang anhaltenden Trockenphasen das Pflanzenwachstum in der Vegetationsphase auf verfügbare Grundwasserreserven im Oberboden bis zu 2 Metern Tiefe angewiesen ist um Dürreschäden zu vermeiden.
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Der Wasserhaushalt in einem Betrachtungsgebiet wird mit Hilfe der Wasserhaushaltsgleichung N = A + V + (R-B) festgestellt. Dabei steht N für Niederschlag (einschließlich Tau, Nebel und Reif), A für Abfluss (sowohl ober- als auch unterirdisch), R für Rücklage (das im Boden versickerte und im Grundwasserkörper gespeicherte Wasser = Grundwasserneubildung) und B für Aufbrauch (durch Verdunstung des im Boden gespeicherten Wassers, Entnahme durch Pflanzen (Evapotranspiration) und durch Quellaustritte, wobei ein Teil des Grundwassers wieder abgegeben wird). Der Wasserhaushalt ist nur über einen längeren Zeitraum, das heißt im Durchschnitt mehrerer Jahre, wirklich ausgeglichen, denn das Verhältnis von Niederschlag und Verdunstung ist von Jahr zu Jahr und auch jahreszeitlich verschieden. In den gemäßigten Breiten überwiegt im Winterhalbjahr der Niederschlag, im Sommerhalbjahr jedoch die Verdunstung. Mit steigender Erderwärmung steigt der Verdunstungsanteil und wird zu einem Problem bezüglich der Wasserverfügbarkeit für Pflanzen und Tiere.
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Aus der
DE 10 2008 049 297 und der
DE 10 2007 030 305 sind bereits Vorrichtungen und Verfahren bekannt, die eine Grundwasseranreicherung durch eine Verbesserung von Drainagesystemen auf landwirtschaftlich genutzten Flächen vorsehen. Diese Systeme verzögern die Abgabe des Wassers aus den Drainagerohren in die Vorfluter zugunsten einer Versickerung und damit einhergehenden positiven Beeinflussung des Grundwassers.
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Hierbei ist es von Nachteil, dass jedes einzelne Drainagerohr mit einer entsprechenden Vorrichtung ausgestattet sein muss. Das erhöht die Kosten eines solchen Systems in der Anschaffung und Wartung. Der Wirkungsbereich dieses Systems ist räumlich sehr beschränkt, weil es nur auf einzelne oder allenfalls wenige Drainagestränge Einfluss nimmt. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache Vorrichtung für eine systematische Wasserbewirtschaftung zu schaffen, die einerseits eine von den Niederschlagsmengen abhängige, dosierte und gezielte Wasserableitung aber andererseits auch eine Oberflächen- und Grundwasseranreicherung ermöglichen. Erfindungsgemäß können Landwirte und/oder Behörden den Bodenwasserhaushalt der bewirtschafteten Ackerflächen den jeweiligen Bedürfnissen der Ackerfrüchte oder bei anderer Flächennutzung den sonstigen ökologischen Erfordernissen anpassen.
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Diese Aufgabe wird durch die in dem Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Durch diese Maßnahmen kann eine Regelung erreicht werden, mit der die bei Starkregenereignissen auftretenden Oberflächenabflüsse weitergehend als bei ungesteuerten Systemen in unschädlicher Weise reduziert und dem Bodenwasserhaushalt bzw. dem Grundwasser zugeführt werden.
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Die erfindungsgemäße Stauklappe erlaubt bei Starkregenereignissen aber zusätzlich auch eine Überströmung bis hin zur gänzlichen Wasserableitung bei geöffneter Stauklappe (= minimale Stauhöhe (42)), wenn dies Ziel höher zu bewerten ist, als das Ziel der Wasserrückhaltung zur Grundwasseranreicherung.
Dies kann sowohl im Bereich von Siedlungs- und Verkehrsflächen als auch im land- und forstwirtschaftlichen Bereich vorteilhaft eingesetzt werden.
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In Gebieten der Grundwassergewinnung zur öffentlichen Wasserversorgung können durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Stauklappen höhere Grundwasserneubildungsraten erreicht werden, um auch zukünftig ein ausgeglichenes Verhältnis aus Wasserförderung und Grundwasserneubildung - insbesondere bei längeren Dürrephasen in Folge des Klimawandels - zu erreichen.
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Zur Lösung der Aufgabe werden Stauklappen (6) verwendet, die pendelnd in Scharnieren (14) gelagert und einfach zu öffnen sind. Die Klappen können mit einer umlaufenden Dichtung (10) gegen Leckage zum Rahmen (4) abgedichtet werden. Die Stauklappen (6) sind mit einem bevorzugt V-förmig ausgeführten Überlauf (8) zur Begrenzung der maximalen Anstauhöhe (28) ausgestattet. In einer weiteren (bevorzugten) Ausführungsform ist die Vorrichtung mit einem höhenverstellbaren Überlauf (16) zur Feinsteuerung des Wasserstandes im Vorfluter bei geschlossener Stauklappe (6) ausgestattet.
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So kann erreicht werden, dass mit Hilfe der erfindungsgemäß beschriebenen Staueinrichtung, zuerst das über die baulichen Eigenschaften des Grabennetzes, des Vorfluter Querschnitts und Gefälles definierte Wasservolumen eingestaut wird und es erst nach Überschreiten eines Stauziels durch Überströmen einer Wehrstufe zur Entlastung in Richtung der Folgegewässer kommt. Dem gestauten Wasser wird dabei die Möglichkeit zur Versickerung gegeben, um es im Grundwasser zu speichern. Hierbei werden sich vorhandene Drainagerohre vorteilhaft auswirken, weil durch den Rückstau des Wassers in die Drainagerohre die potentielle Verrieselungsfläche direkt vergrößert wird
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen, in der Ausführungsbeispiele anhand schematischer Zeichnungen im Einzelnen erläutert werden und der nachfolgenden Beschreibung.
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Im Einzelnen zeigen:
- • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Stauvorrichtung;
- • 2 und 2a ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zusätzlichem höhenverstellbarem Überlauf;
- • 3 und 4 den Rahmen und die Klappe der Stauvorrichtung;
- • 5 zusätzliche Einlegeteile zur einfachen Anpassung der Stauvorrichtung an die gewünschte Stauhöhe
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1 zeigt eine Vorrichtung (2) zum Anstauen des Wassers in einem Vorfluter (12) oder Graben (12) in einer schematischen Darstellung. Die Vorrichtung (2) weist eine nicht näher dargestellte Aufnahme (32) für den Rahmen (4) der Stauklappe mit einer Aussparung (24) zur Wasserableitung bei geöffneter Stauklappe (6) auf. Im Rahmen (4) ist die Stauklappe (6) mittels Scharnieren (14) schwenkbar gelagert. Die Stauklappe (6) weist ferner einen v-förmigen Überlauf (8) zur Definition der maximalen Anstauhöhe (28) auf. Bei geschlossener Klappe (6) kann ein ungewollter Wasserabfluss mit Hilfe eines Dichtungselementes (10) verhindert werden. Die Dichtung (10) ist bevorzugt aus elastischem, anpassungsfähigem Gummi gestaltet.
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In der geschlossenen Position wird die Klappe (6) mit Hilfe einer Stauklappenverriegelung (34) und (20) geschlossen gehalten. Die Öffnung der Klappe (6) kann manuell oder automatisiert durch ein ferngesteuertes Steuerungselement (22) erfolgen.
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Die 2 und 2a zeigen eine Weiterbildung der Vorrichtung (2) mit einem zusätzlichen höhenverstellbaren Überlauf (16). Mit diesem Überlauf (16) ist es möglich eine Feineinstellung der Anstauhöhe der Stauklappe (6) zu erreichen. In einer bevorzugten Ausführung erfolgt die Feinregelung der Anstauhöhe (30) mit einem Steuerungselement (22) für den Überlauf, soweit erforderlich und sinnvoll wird dies auch durch weitere Einlegeerhöhungen (26) unterstützt.
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3 und 4 zeigen den Rahmen (4) der Stauklappe sowie eine beispielhafte Ausführung der Stauklappe (6)
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In 5 werden Einlegeerhöhungen (26) gezeigt, mit denen es einfach möglich ist, den Rahmen (4) der Stauklappe (6) in der Aufnahme in der Höhe zu verändern, um eine andere Anstauhöhe (28) mit einfachen standardisierten Bauteilen zu erreichen.
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Die Stauklappe (6) hat gemäß 1 eine definierte Schließstellung, wenn die Stauklappenverriegelung (20) betätigt ist. Bei geschlossener Stauklappe (6) wird die maximale Anstauhöhe (28) durch die V-förmige Aussparung (Überlauf) (8) begrenzt. In dieser verschlossenen Position wird das Wasser im Vorfluter den gegebenenfalls angrenzenden Drainagerohren angestaut, um eine möglichst gute Verrieselung des Wassers zur Anreicherung des Grundwassers zu erreichen. Wenn es aufgrund von Starkregenereignissen zu einem starken Wasseraufkommen kommt, kann dieses über den Überlauf (8) abgeführt werden. In besonderen Fällen kann es darüber hinaus sinnvoll oder erforderlich sein, die Stauklappe (6) zu öffnen, um ein schnelles Abfliessen zu ermöglichen.
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Hierzu muss die Stauklappenverriegelung (20) geöffnet werden. Das kann wahlweise manuell oder automatisch mit einem Steuerungselement (22) erfolgen. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Ansteuerung der Klappe (6) insbesondere durch die lokalen Wasserbehörden erfolgt. Eine weitere Veränderung der weiterzugebenden Wassermenge bzw. der erreichbaren Anstauhöhe (28) ist in 2 am Beispiel eines höhenverstellbaren Überlaufs (16) dargestellt, sodass es möglich wird, eine Feineinstellung des Wasserstandes zu erreichen. Dies kann zum Beispiel im Frühjahr erforderlich sein, um Ackerflächen befahrbar zu machen. Nach erfolgter Feldbestellung wird dann das Anstauniveau (28) wieder erhöht, um mehr Wasser für die Vegetationsphase zurückhalten zu können. In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt die Anpassung der Stauhöhe automatisiert durch ein Steuerungselement (18) für den Überlauf. Hierbei kann unter anderem von der lokalen Wasserbehörde oder dem Landwirt auf Grundwasserstandmessdaten von Peilbrunnen in der Umgebung der Vorfluter zurückgegriffen werden, um einen gewünschten Grundwasserstand einzustellen.
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Der Bodenwasserhaushalt in der Vegetationsphase ist somit durch Niveauregulierung steuerbar.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Stauvorrichtung
- 4
- Rahmen
- 6
- Anstauklappe
- 8
- V-förmiger Überlauf
- 10
- Dichtung
- 12
- Graben, Vorfluter
- 14
- Scharnier
- 16
- höhenverstellbarer Überlauf
- 18
- Steuerungselement für Überlauf
- 20
- Stauklappenverriegelung
- 22
- Steuerungselement zum Öffnen der Stauklappe
- 24
- Aussparung für Wasserabfluss
- 26
- Einlegeerhöhungen zur Niveaufindung, baulichen Anpassung des Rahmens (4)
- 28
- neu gewonnene Anstauhöhe im Vorfluter, Graben
- 30
- Anstauhöhe verstellbar
- 32
- Aufnahme für Rahmen der Stauklappe
- 34
- Splint für manuelle Verriegelung
- 40
- Abflussverrohrung
- 42
- minimale Stauhöhe für maximalen Wasserabfluss
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008049297 [0005]
- DE 102007030305 [0005]
