DE4010622A1 - Verfahren und vorrichtungen zur detektierung und interpretation von leckagen - Google Patents

Description

Die Gedanken beziehen sich auf die Ortung (Detektierung) von Undichtigkeiten in Abwasserkanälen und ähnlichen Systemen vermöge von elektrischen und Temperaturmessungen.

Die Leckagen bedeuten für Abwasser-Rohrleitungen oberhalb des Grundwasserspiegels ein Absickern (Exfiltration) von Teilen des Abwassers und damit eine Kontaminationsgefahr für das Grundwasser, für Rohrleitungen innerhalb des Grundwassers einen Einbruch von Grundwasser in die Rohre (Infiltration) und damit eine unverträgliche Überlagerung des Systems und eine Überlastung der Kläranlagen.

Der Stand der Technik zur Detektierung und Interpretation von Schadstellen ist - soweit bekannt - nur außerhalb der hier vorgeschlagenen Teilbereiche der Physik definiert. Detektierungen mit rein elektrischen Methoden sind nicht bekannt geworden. Detektierungen werden derzeitig vorgeschlagen und teilweise ausgeführt mithilfe von Überdruck und Unterdruck von Luft und Wasser in abgeschotteten Rohrabschnitten, mithilfe von Schalluntersuchungen von durch Leckstellen mit Geräusch ausströmender Luft, durch chemische Messungen mit Gassensoren über den Rohren an der Oberfläche, nachdem in die Rohre Leit-Gase eingeführt wurden oder ohnehin detektierbare vorhanden sind, die durch die Leckstellen austreten und an der Erdoberfläche zur Lokalisierung der Schäden dienen. Sodann werden Detektierungen großmaßstäblich mit fernsteuerbaren Fernseh-Kameras vorgenommen, jedoch nur oberhalb des Abwasser-Spiegels. Alle diese Verfahren haben Grenzen und oft beträchtliche Schwierigkeiten bei der Anwendung, so daß weitere Verfahren, die ebenso in gewissen speziellen Bedingungen Schwierigkeiten der Anwendung aufweisen können, zur Ergänzung erforderlich sind. Darüberhinaus sind mit den bekannten konventionellen Verfahren Aussagen über die Quantitäten der Leckmengen kaum prognostizierbar oder meßbar.

Außer den elektrischen Verfahren wird noch eine Methode mit einer Temperaturmessung genannt, bei der im Falle von Infiltrationen bei bekannter oder abgeschätzter Grundwassertemperatur und Misch-Temperatur auf die hinzugekommene Menge geschlossen werden kann.

Die hier genannten Verfahren haben gelegentlich auch Anwendungsgrenzen, teilweise auch in Abhängigkeit der Bedingungen vor Ort. Sie sind jedoch sämtlich ohne die Notwendigkeit einer dichten Abschottung und damit ohne Gefährdung des Hilfspersonals bei Druckanwendungen durchführbar. Darüberhinaus läßt sich durch flexible Anwendung der Wahl des Einzelverfahrens praktisch immer eine Lösung finden, wenn auch in einer Kombination mehrerer Verfahren, und zumindest grobquantitative Aussagen über das Ausmaß der Schadstelle sind realisierbar. Sowohl Exfiltrationen als auch Infiltrationen lassen sich untersuchen, und gelegentlich notwendige Flutungen zur Benetzung der Schadstellen sind nicht hinderlich.

Die unten gegebenen Literaturhinweise beziehen sich nicht direkt auf Detektierungen von Leckagen. Sie enthalten jedoch Hinweise auf die Approbiertheit der Fernortung von Heterogenitäten stofflicher Art und für die spezifischen elektrischen Eigenschaften, auf die Anwendung der Vierpunkt-Widerstandsmethode mit der Anordnung A, M, N, B sowie der Magnetfeldmessung nach dem MNR-Verfahren.

Der Nutzen der genannten Möglichkeiten ergibt sich aus der meßtechnischen Lokalisierung der Leckstellen und ihres Ausmaßes zum Zwecke der Sanierung nach abgestuften Prioritäten des Handlungsbedarfes.

Lit.:

Kunetz, G.: Principles of Direct Current Resistivity Prospecting, Gebr. Borntraeger, Berlin, 1966.
Rammner, R.: Progress in the Technique of the MMR Vertical Sounding Method. Zeitschrift für angew. Geowissenschaften, Heft 6, 1985, ISSN 0342-586X, S. 79-98.

Claims (11)

1. Verfahren zur qualitativen oder quantitativen Erfassung von Leckstellen in abwasserführenden nichtmetallischen Rohrleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein emittierter elektrischer Strom in Nähe von Leckstellen in der Intensität oder der räumlichen Ausbreitung beeinflußt wird.

2. Vorrichtung nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß zur Simulierung des die Leckstellen passierenden Flüssigkeitsstromes ersatzweise ein elektrischer Stromfluß benutzt wird von einer längs dem Kanalabwasser zu verschiebenden stromemittierenden Elektrode zu einer an der Erdoberfläche befindlichen oder sonstwie weitab befindlichen stationären Fernerdungs-Elektrode, daß dieses bei Anwesenheit von Leckstellen im Rohr ermöglicht wird vermöge der Zwischenschaltung einer Spannungsquelle, daß mittels eines Strommessers die Intensitätsänderung des Stromes bei Annäherung der verschiebbaren Strom- Elektrode an eine Leckstelle in Abhängigkeit der geometrischen Lage zur Leckstelle registriert wird und daß die geometrische Lage mithilfe einer auf dem Kabel der zu verschiebenden Elektrode angebrachten Längenteilung ermittelt wird.

3. Vorrichtung nach 1. und 2., ergänzend ausgezeichnet dadurch, daß zum Zwecke einer Quantisierung des Ausmaßes der Leckstelle für den Fall von Exfiltrationen bei einer willkürlichen Änderung der Leitfähigkeit der dem Rohr zugeführten Flüssigkeit die zeitliche Änderung der Intensität des Stromes registriert wird und daß sich hierbei die veschiebbare Stromelektrode lagemäßig unverändert an oder in Nähe einer Leckstelle befindet.

4. Vorrichtung nach 1. für den Fall von Exfiltrationen, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer willkürlichen Änderung der Leitfähigkeit der im Abwasserkanal befindlichen Flüssigkeit die zeitliche Änderung des spezifischen elektrischen Widerstandes des die Leckstellen umgebenden Erdreiches von der Erdoberfläche aus gemessen wird, daß hierzu eine hochsensibilisierte elektronische Schaltung für Messung der Differenz gegenüber dem Ausgangszustand vor der Leitfähigkeitsänderung verwendet wird, daß hierbei eine phasenrichtige Stapelung (Hochaddierung) der Signale vorgenommen wird und daß hierzu entweder zwei an der Erdoberfläche installierte Elektroden zur Stromemission und eine Stromstärkemeßeinrichtung sowie zwei an die Erdoberfläche galvanisch angekoppelte Potentialmeßsonden und eine Spannungsmeßeinrichtung verwendet werden oder zwei an der Erdoberfläche installierte Elektroden zur Stromeinspeisung und eine Stromstärkemeßeinrichtung sowie ein an der Erdoberfläche befindlicher Aufnehmer für eine Magnetfeldmessung (bei DC-Strom) oder für die Messung der zeitlichen periodischen Änderung des Magnetfeldes (bei AC-Strom) verwendet werden.

5. Vorrichtung nach 1., zur Eliminierung technischer Störeinflüsse unter zusätzlicher Verwendung von dem Stand der Technik entsprechenden hochselektiven Verstärkern und von bekannten Methoden der Signalanhebung wie PLL, phasenrichtige Wiedergleichrichtung und der Datenaufbereitung, dadurch gekennzeichnet, daß im Unendlichen an der Erdoberfläche eine stationäre Elektrode und eine weitere im Kanalwasser oder speziell im Schacht im Abwasser stationäre Stromelektrode installiert und hierdurch über die Leckstellen ein elektrischer Strom ermöglicht wird, daß die Wirkungen der durch die Leckstellen austretenden Ströme an der Erdoberfläche längs einem Meßprofil über dem Kanal mithilfe von Magnetfeld-Meßsondenoder Sonden für die Messung des magnetischen Flusses gemessen werden und daß die hierbei erhaltenen Signale außer der eingangs genannten Signalanhebung durch konventionelle Methoden noch mit phasenrichtiger Stapelung (Hochaddierung) verbessert werden.

6. Vorrichtung nach 1. und 5., jedoch dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Magnetfeldmeßsonden oder Magnetflußsonden nunmehr längs dem Meßprofil an der Erdoberfläche über dem Kanal galvanisch den Untergrund kontaktierende Dipole zur Aufnahme der Potentialdifferenzen an der Erdoberfläche dienen und daß zur Ankopplung an höchstohmige Oberflächen von Straßen usw. (Elektrometer-)Verstärker mit höchstohmigen Eingängen sowie Elektrolyt- getränkte saugförmige Sondenkörper dienen.

7. Vorrichtung nach 1. für Exfiltrationen, dadurch gekennzeichnet, daß längs Abschnitten der Abwassersäule über eine Messung des elektrischen Widerstandes die an Leckstellen vorhandenen Änderungen der Durchflußmengen bestimmt werden, indem ein starres Quadrupel A-M-N-B von mit dem Abwasser im galvanischen Kontakt befindlichen zwei Stromelektroden A, B und zwei Potentialmeßsonden M, N längs der Rohrleitung verschoben wird, daß die Berechnung des Quotienten aus elektrischem Strom und elektrischer Spannung wegen innerhalb kurzer bis mittellanger Zeitspannen konstanter Leitfähigkeit des Abwassers ein relatives Maß für den Flüssigkeitsquerschnitt und damit für die Durchflußmenge gibt und daß beiderseits die Differenz dieser Quotienten zur Ermittlung des Durchfluß-Verlustes gebildet wird und daß zur Beseitigung von quer zum Kanal bestehenden Heterogenitäten der Leitfähigkeit Hinderniskörper mit der Wirkung der Erzeugung von quer zur Hauptströmung gerichteten Teilströmungen und Verwirbelungen an das Quadrupel angekoppelt werden.

8. Vorrichtung nach 1. und 7. für schnelle Änderungen der Abwasserleitfähigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß entgegen 7. nunmehr zwei gleiche Quadrupel in geringem Abstand aneinandergekoppelt werden, daß diese gemeinsam im Abwasser entlangezogen werden und daß die Quotienten beider Quadrupel gleichzeitig insbesondere beiderseits der Leckstellen registriert und zur Festlegung des Volumendefizits verwertet werden.

9. Vorrichtung nach 1., 7. und 8. für Infiltrationen, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich noch zur Erfassung der elektrischen Leitfähigkeit des infiltrierenden Grundwassers zwei engabständige Elektroden zur Leitfähigkeitsmessung angekoppelt werden.

10. Verfahren und Vorrichtung zur qualitativen oder quantitativen Erfassung von Leckstellen in abwasserführenden nichtmetallischen Rohrleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß mittels zweier engabständiger Elektroden die Änderung der elektrischen Leitfähigkeit des Abwassers beiderseits von Leckstellen gemessen wird, daß zur Fixierung der geometrischen Lage der Leckstellen auf dem Zuleitungskabel eine Längenteilung angebracht wird und daß zur Verhinderung von kapazitiven Kopplungen zwischen den beiden Adern der Zwillingsleitung mit Frequenzen unterhalb 200 Hz gearbeitet wird.

11. Verfahren und Vorrichtung zur qualitativen oder quantitativen Erfassung von Leckstellen in abwasserführenden Rohrleitungen für Infiltrationen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperatursensor längs des Abwassers entlanggezogen wird und daß beiderseits dieser Leckstellen die Temperaturänderung registriert wird und daß aus der Mischungsregel und der Kenntnis der Temperatur des Grundwassers der Mengenzufluß errechnet wird.