WO2010063302A1 - Vorrichtung zur speicherung von wasser im sedimentkörper natürlicher gerinne mit periodisch führendem abfluss - Google Patents

Vorrichtung zur speicherung von wasser im sedimentkörper natürlicher gerinne mit periodisch führendem abfluss Download PDF

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WO2010063302A1
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sediment
sediment body
barrier
pump shaft
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PCT/EP2008/010269
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Harry Meyer-Steinbrenner
Jürgen Schmidt
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Induberg Holding Ag
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    • E03B3/00Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use

Definitions

  • the invention relates to a device for storing water in the sediment body of natural channels with periodically leading outflow, with a natural sediment present under the sediment body, wherein a barrier plant is provided for water retention to limit the sediment body in the flow direction of the water.
  • water harvesting includes a variety of water management systems, based initially on coordinated combinations of catching, collecting and storing, as well as targeted diversion and discharge of rainwater for irrigation purposes.
  • water management includes a variety of water management systems, based initially on coordinated combinations of catching, collecting and storing, as well as targeted diversion and discharge of rainwater for irrigation purposes.
  • this type of water management has been practiced for centuries.
  • the object of the present invention is therefore to provide a device for storing water in natural channels with periodically leading outflow, which can be produced easily and inexpensively and ensures effective water storage.
  • the barrier mechanism is provided for water retention only within the sediment body without the barrier projecting beyond the sediment body.
  • the embodiment of the invention provides a number of significant advantages in some cases.
  • the invention is not concerned with retaining the surface water flowing off after precipitation, which is located above the sediment body.
  • it is important to store the largest possible proportion of the precipitate in the sediment body, which can also be referred to as a storage body, and to use this storage water.
  • the invention is based on the consideration that regardless of the effluent surface water, which is visible as such, the coagulum sediments which form the storage body, water, even if the superficially visible effluent stream has long dried up. With sufficient thickness, the coagulum sediments constitute a water reservoir as a water reservoir, the usability of which is considerable through suitable retention measures.
  • the invention now proposes to shift the barrier altogether into the storage or sediment body, so that the barrier does not project beyond the sediment body.
  • the superficially visible discharge stream is therefore not affected by the barrage, so it is not blocked by this.
  • Laying the barrier into the sediment body offers a number of significant advantages. First of all, this results in a protected arrangement of the barrier. The barrage is thus no longer that very much exposed to strong pressure loads and erosive conditions that exist in a provided on the surface and above this projecting dam. Because of the all-round support, the structural engineering requirements for a barrier system located in the sediment body are also much lower than for dams that project beyond the channel bottom.
  • the barrier invention according to the invention is ultimately exposed only very small forces when placed in the sediment body, so that the barrier is accordingly much easier to manufacture and incidentally causes only a fraction of the cost that causes a projecting beyond the coagulum dam.
  • the invention provides further, sometimes considerable advantages. Due to the filter performance of the sediment body, the hygienic conditions for service water of good quality and even for drinking water can be achieved. Furthermore, since there is no surface water, but the water is stored in the sediment body, algae formation and mosquito patches with the associated malaria problem are prevented. In addition, sediment bodies of the type in question are present in virtually every dry valley and devices according to the invention can be applied accordingly. The technical realization is very simple and can be carried out with equipment for mining and mining. Maintenance is easy and can be performed by untrained personnel. Ultimately, drinking water and process water can also be made available for remote settlements, farms and farms throughout the year thanks to the large-scale installation of small and medium-sized, technically easy-to-implement reservoirs of the type according to the invention.
  • the barrier extends from the base seal only over a portion of the thickness of the sediment body, so that the uppermost portion of the sediment body is unlocked.
  • the barrier should preferably extend from the base seal over up to 90% of the thickness of the sediment body, it being particularly preferred that at least the uppermost 50 cm, and especially the uppermost layer having a thickness of about Im is unlocked.
  • the advantage of not extending over the entire thickness of the sediment body barrier is that the blocking mechanism subsequent areas of the channel not directly through the barrier - A -
  • the blocking device should preferably be arranged at least substantially vertically and at least substantially transversely to the flow direction in the sediment body as a result of its arrangement.
  • the barrier should preferably extend over the entire width of the sediment body and in particular also beyond, in order to ensure an edge seal or blocking.
  • the barrier is designed as a foil barrier with a sediment body having at least one plastic film. It has been found in connection with the present invention that it is sufficient due to the two-sided support by the storage body on the one hand and the adjacent soil material on the other hand, that the barrier ultimately only a sealing function and - unlike surface jams - must exercise no intrinsically stable support function.
  • the sealing function can be ensured in a particularly simple manner by an existing example of HDPE or PP film.
  • the plastic film may be formed in multiple layers. Thus, for example, a plurality of watertight layers can be provided, between each of which a buffer layer, for example of a nonwoven or the like, is provided.
  • the buffer layer can be prevented that cracks, which result on one side of the film, continue immediately to the other side.
  • the buffer film leads to the interruption of a crack and to the buffering of mechanical stresses.
  • anchoring means for anchoring the ground are provided at the upper and lower longitudinal edge of the plastic film.
  • the anchoring means may each be a tube or else a tensioning wire. It goes without saying that corresponding anchoring means can be provided in the same way as at the longitudinal edges, also at the end edges extending at right angles thereto, which are provided on the plastic film at the beginning and end.
  • a protective shield is located above the upper end of the plastic foil.
  • the protective shield can be an elongate sheet which is located above the upper longitudinal edge of the plastic film or of the relevant anchoring means. This profile may for example be U-shaped or V-shaped in cross section.
  • the blocking mechanism As an alternative to a foil blocking mechanism, it is also possible in principle for the blocking mechanism to have a blocking body made of steel sheets which are welded to one another in a watertight manner.
  • the barrier can also be designed as concrete or earthworks.
  • pumps are provided in the flow direction in front of the barrier in the area of the base seal.
  • the pumps are preferably located immediately adjacent to the blocking mechanism.
  • the pumps are preferably located approximately at the level of the top of the base seal and thus ultimately at the lowest point of the sediment body.
  • the pumps have a solar drive with solar cells, so that an electrical energy connection or
  • Fuel for generators is not required. Of course, but also one fuel-powered pump or the hand pump may be provided for water promotion.
  • a pump shaft of sufficient diameter (for example, between 0.5 m and 2 m) is provided in which the pump is located.
  • the shaft of the shaft of the pump shaft is water permeable, in particular perforated.
  • at least one drainage line can be provided, which is led into the pump shaft from the sediment body. In this way, it is ensured that the water located in the sediment body around the pump shaft runs into the pump shaft during the pumping operation and can be pumped from there via the pump.
  • the pump shaft and thus the pump should be immediately adjacent to the barrier, since the barrier is ultimately provided at the lowest point of the restricted area of the sediment body and thus, if necessary, the entire water in the blocked area of the sediment body can be pumped out. It has been found that the clear distance of the barrier to the pump shaft should preferably be less than 5 m and in particular about 1 m.
  • the average grain size should be between 0.4 mm and 10 mm.
  • Coarse sand with an average grain size between 0.63 mm and 2 mm and / or fine gravel with an average grain size between 2.0 mm and 6.3 mm is preferably used.
  • At least one observation well extending to the base seal is provided in the flow direction, in particular immediately behind the barrier.
  • the observation The care well is basically designed so that water can enter it. Depending on the water level difference between the observation well and the pump shaft can then be concluded that damage to the barrier. If the water level difference is very small or equal to zero, damage to the barrier must be assumed.
  • a water-permeable, in particular perforated filter tube is installed.
  • at least one drainage line can be provided, which is guided from the coagulum sediments in the flow direction behind the barrier into the observation wells.
  • vent pipes Since it arrives just in case of heavy rainfall as fast as possible infiltration of the water in the sediment body, a plurality of vent pipes are provided in the sediment body, which survive beyond the surface of the water reservoir.
  • the vent tubes ultimately serve to better dissipate the displaced air from the sediment body, which facilitates and accelerates the infiltration of the effluent water and thus the filling of the sediment body.
  • the storage body is formed by an artificial bed, so the channel is excluded and refilled with a bulk material of predetermined grain size.
  • the lower seal can also be made artificially by a corresponding layering, for example, clay or even by a film structure.
  • An artificial (partial) structure of the storage body is basically in question when the natural storage or sediment body is constructed too small or too inhomogeneous.
  • the storage body is then constructed technically from sorted material. For this purpose, the existing sediment is cleared up to the bedrock sole, sorted and, possibly supplemented by additional material, reinstalled.
  • non-polluted dump material from mining can also be used as the material for the storage body.
  • the sediment body is formed at least substantially of natural coagulum sediments, serving as a base seal the present on site natural base seal. It has been found that As a rule, it is sufficient to ensure a sufficient storage body by the natural coagulum sediments, whereby a natural base seal is usually provided for coagins.
  • the storage body is not limited in its length.
  • the length can be between 50 m and a few kilometers. It should be noted that, if necessary, in the channel behind a first storage or sediment body with barrage another storage or sediment body can be placed with barrage.
  • an upper capillary barrier layer For certain natural storage bodies, it may be appropriate to apply an upper capillary barrier layer to the natural channel sediments or the storage body. It has been found that with some sediment bodies, a not inconsiderable part of the storage water is lost by evaporation. Due to the capillary effect in the natural coagulum sediments, it can lead to a promotion of the storage water upwards.
  • a capillary barrier to reduce evaporation losses is provided where a capillary rise of the water to the surface of the storage or sediment body is possible.
  • the capillary barrier layer must be composed of well sorted and compared to the storage body much coarser material. The formation of this layer both of the grain and of the layer thickness forth is ultimately dependent on the local conditions. In any case, the material of the barrier layer to interrupt the capillary rise must always consist of coarser components than that of the storage or sediment body itself.
  • the projection over adjacent areas of the sediment body is between 0.5 m and 3 m.
  • the protruding length should ultimately be designed so that it is greater than the average flood level of the channel.
  • micro dams for water retention In order to ensure water storage in the event of precipitation also in lateral areas of the sediment body, are laterally in the upper region of the sediment body and / or laterally adjacent to the sediment body on the ground, especially with inclined in the direction of the sediment body terrain, provided micro dams for water retention transverse to the flow direction. These micro-muds prevent the immediate flow of precipitation water along the sloping soil towards the channel.
  • micro dams for water retention may also be provided on the surface of the sediment body, hereinafter referred to as central microdoms.
  • the micro dams are each formed sickle-shaped, wherein the longitudinal direction of the central micro dams is ultimately transverse to the flow direction of the water in the sediment body, while the longitudinal direction of the lateral micro dams is parallel to this flow direction.
  • the micro dams ultimately result in temporary, superficial water reservoirs from which water evaporates, but which also deliver water either to the subsurface, which is then directed to the storage body, as far as the lateral micro dams are concerned, or what the central ones Micro dams, directly to the storage body will give.
  • a plurality of micro-dams arranged one behind the other are provided in the direction of flow. Since the micro dams ultimately are also sedimentation traps, the lateral micro dams should preferably be arranged directly one after the other, ie with the least possible distance (in particular smaller than 10 m), and preferably extend over the entire length of the storage body.
  • the micro dams can be made with simple technical aids. As far as damage to the micro-dams by erosion occur, they can be eliminated without great effort in the course of entertainment measures.
  • the device according to the invention is basically suitable for the storage of service water but also for the storage of drinking water.
  • a service water storage tank has exactly the same structure as a drinking water storage tank, with a filter vegetation layer, with reeds and rushes acting as a biofilter, being expedient in the case of a service water storage tank.
  • the range indications and intervals given above and also include all individual values and intermediate intervals and these are considered to be essential to the invention, which are within the aforementioned ranges or intervals, without an explicit indication.
  • FIG. 1 is a plan view of an inventive device for storing soil water
  • Fig. 2 is a schematic cross-sectional view of the device of Fig. 1 in
  • Fig. 3 is a schematic cross-sectional view of an inventive
  • Fig. 4 is a schematic cross-sectional view of the apparatus of Fig. 3 at expired surface water and
  • FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of the device from FIG. 4 with the water level lowered in the storage body.
  • a device 1 for storing water in natural channels 2 is shown with periodically leading outflow.
  • the device 1 has a storage or sediment body 3 in the ground for storing water.
  • a natural base seal 4 essentially serves to prevent an undesired outflow of storage water from the sediment body 3 downwards, ie through the base seal 4.
  • a locking mechanism 5 provided for water retention.
  • the flow direction F ultimately corresponds at least substantially to the longitudinal direction of the channel 2.
  • Fig. 3 illustrates that the barrier 5 extends from the base seal 4 only over a portion of the thickness of the sediment body 3, so that the upper portion 6 of the sediment body 3 is unlocked.
  • the layer thickness of the upper region 6 is presently about 1 m.
  • the blocking mechanism 5 itself is at least substantially vertically aligned (FIG. 3) and is arranged at least substantially transversely to the flow direction F in the channel 2 (FIG. 2).
  • the blocking mechanism 5 is designed as a film blocking mechanism and provided with a blocking body 7, which is formed by a plastic film.
  • the plastic film is multi-layered and has at least two watertight layers which are separated from each other by a buffer layer.
  • the plastic film On the outside, on both outer sides, the plastic film has a fabric coating.
  • each anchoring means 10, 11 are provided for anchoring the ground.
  • the anchoring means are pipes to which the plastic film is longitudinally attached. Not shown is that at the front and rear end of the locking body 7 corresponding anchoring means may be provided. As is apparent from the rest of FIG. 1, it is in the illustrated embodiment so that the locking mechanism 5 edge at least slightly beyond the sediment body 3 protrudes.
  • a protective shield 12 is provided above the upper longitudinal edge 9 of the locking body 7.
  • the protective shield 12 is angular in cross-section and receives in its angular space the anchoring means 11.
  • the protection vote can also consist of a steel sheet or but also for example made of concrete.
  • two pumps 13, 14 for conveying water out of the blocked area of the sediment body 3 are located in the flow direction F in front of the barrier 5. It will be understood that the number of pumps can be arbitrary.
  • the pumps 13, 14 are ultimately guided into the lower region of the sediment body 3 and are present on a foundation 15 of the barrier.
  • the foundation 15 is impermeable to water, as is the connection or the transition from the foundation to the blocking body 7.
  • the foundation 15 is a concrete base.
  • the foundation 15 is presently introduced into the base seal 4 and thus aligned, so that the pumps 13, 14 are ultimately provided at the lowest point of the sediment body 3.
  • the arrangement of the pumps 13, 14 on the foundation 15 serves in the present case, moreover, to avoid leaching and suction of material from the base seal.
  • each pump 13, 14 in the present case is solar powered.
  • each pump 13, 14 is assigned a solar drive 16 with solar cells.
  • FIG. 1 is located on each side of the channel 2 each have a solar drive 16. It is understood that even a single solar drive to supply all pumps 13, 14 may be provided.
  • each of the pumps 13, 14 is connected via a riser 17 and a subsequent line 18 to a removal point 19.
  • a removal point 19 is provided on both sides of the channel 2 in each case. It is understood that all pumps can also be connected via a common line 18 with a sampling point 19.
  • the pump 13 is arranged in a pump shaft 20.
  • the pump shaft 20 has a perforated shaft tube 21, wherein the type of perforation is arbitrary.
  • a plurality of drainage lines 22 which are arranged within the sediment body 3 and are intended to promote the inflow of storage water from the sediment body 3 into the shaft tube 21 are guided into the shaft tube 21.
  • the pump shaft 20 itself is arranged in the flow direction F immediately in front of the blocking mechanism 5, approximately 1 m away from it.
  • an observation well 23 extending into the lower region of the sediment body 3 is provided in the flow direction F immediately behind the barrier 5.
  • the observation well 23 in the present case has a perforated filter tube 24, the perforation being provided only in the region of the lower half of the filter tube 24, although perforations formed over the entire length of the filter tube 24 may also be provided.
  • drainage lines 25 are provided, which are led into the observation wells 23.
  • the filter tube 24 of the observation well 23 and also the drainage lines 25 are present on the foundation 15. About the perforated in the lower part of the filter tube 24 and the drainage lines 25 may be fed to the observation well 23 located behind the barrage 5 water, which ultimately indicates the evaluation of the water level difference to the pump shaft 20 damage to the barrier 5.
  • vent tubes 26 are provided in the sediment body 3, which project beyond the surface of the sediment body 3.
  • the vent tubes 26 are preferably perforated, wherein the type of perforation is arbitrary.
  • the supernatant of the vent tubes 26 and also the supernatant of the observation well 23 should be chosen so that even taking into account the average flood level of the channel 2 no water from above penetrates and the observation well 23 and the vent tubes 26 completely filled with water.
  • the sediment body 3 is at least essentially formed by natural coagulum sediments, while the natural seal used is the natural on-site base waterproofing (for example, solid rock or dense sediment).
  • the natural on-site base waterproofing for example, solid rock or dense sediment.
  • the channel section should have sandy to pebbly sediments, if possible over a little permeable base seal.
  • Low-grade sediments or coagulum sediments may optionally be affected by artificially charged gravel, eg. B. stockpiles of mining, to be supplemented. From Fig.
  • the storage body 3 the insurance for example in the illustrated embodiment has a length of about 30O m, at least in some areas a Kapillarsperr Wegung in the form of so-called lenses 27 has.
  • the lenses 27 are regions made of a material which is made of coarser constituents than the material of the sediment body 3. This ensures an interruption of the capillary ascent from the sediment body 3 in the region of the lenses 27. It should be noted that in the case of a superficial overflow, the lenses 27 may be exposed to erosion. If necessary, these must be renewed as part of entertainment measures.
  • micro dams 28 are provided for water retention transversely to the flow direction F on the surface and also laterally adjacent to the sediment body 3 at the bottom. It should be noted that it is also possible to provide either only the central micro-dams provided on the surface of the sediment body 3 or only the lateral micro-dams.
  • the lateral micro dams 28 are, as is apparent in particular from FIG. 2, above the storage body 3 on an inclined terrain layer.
  • Fig. 1 illustrates that in the flow direction F a plurality of successively arranged lateral and central micro dams 28 are provided.
  • Each of the micro dams may have a length of greater than 10 m, in particular between 10 and 50 m. Due to the lateral micro dams 28 and the Geflälage each result in a plurality of waterholes 29. Ultimately, form the micro dams 28 and the water points 29 also sediment traps, through which the silting and sedimentation in the channel 2 is limited by laterally tapered rain water.
  • the individual micro dams 28 have a sickle-like configuration, the orientation of the central micro dams 28 being such that they are arranged with their longitudinal direction transverse to the flow direction F, while the lateral micro dams 28 are aligned in the flow direction F in terms of their longitudinal orientation.
  • the production of a device 1 according to the invention is carried out in such a way that first investigations on the hydrogeology, geology, sediment structure, bodies to the geographical elevation model, to climatic parameters such as precipitation, precipitation distribution, runoff and other basic orographic parameters. If the terrain as a whole and also the sediment body 3 are suitable, a transverse excavation is created at a selected point of the trough 2 transversely to the flow direction F, namely into the base seal 4. The excavation extends over the entire width of the channel 2 and on both sides slightly beyond. Subsequently, a concrete base is poured as a foundation 15 in or on the base seal 4. In the present case, the lower longitudinal edge 8 with the anchoring means 10 of the blocking body 7 is also used in the foundation 15.
  • the side-by-side micro-dams 28 are then created on both sides of the channel 2.
  • These are ultimately only sickle-shaped Materialaufschiebungen in the direction of the storage body 3, as far as the lateral micro dams 28, and transverse to the flow direction F, as far as the central Mirkodämme 28.
  • the water impinging on the sediment body 3 partly enters the sediment body 3, in part it runs off as surface runoff. At the latest after the complete filling of the sediment body 3 results in a large surface runoff. This condition with outflowing surface water is shown in FIG.
  • the precipitation falling next to the channel 2 is collected in the water points 29 of the lateral micro dams 28.
  • FIG. 5 shows the state in which the water level in the accumulator body 3 has dropped so far that no more water passes by the stopper above the unlocked upper area 6. Accordingly, only a small amount of water is present in the region of the channel 2 following the blocking mechanism 5.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Speicherung von Wasser im Sedimentkörper (3) natürlicher Gerinne (2) mit periodisch führendem Abfluß, mit einer unterhalb des Sedimentkörpers (3) vorhandenen natürlichen Basisabdichtung (4), wobei zur Begrenzung des Sedimentkörpers (3) in Fließrichtung (F) des Wassers ein Sperrwerk (5) zur Wasserretention vorgesehen ist. Um eine Vorrichtung zur Wasserspeicherung zur Verfügung zu stellen, die einfach und kostengünstig herstellbar ist und eine effektive Wasserspeicherung gewährleistet, ist das Sperrwerk (5) lediglich innerhalb des Sedimentkörpers (3) vorgesehen, ohne daß das Sperrwerk (5) über den Sedimentkörper (3) übersteht.

Description

Vorrichtung zur Speicherung von Wasser im Sedimentkörper natürlicher Gerinne mit periodisch führendem Abfluß
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Speicherung von Wasser im Sedimentkörper natürlicher Gerinne mit periodisch führendem Abfluß, mit einer unterhalb des Sedimentkörpers vorhandenen natürlichen Basisabdichtung, wobei zur Begrenzung des Sedimentkörpers in Fließrichtung des Wassers ein Sperr- werk zur Wasserretention vorgesehen ist.
Eine hinreichende Wasserversorgung der Bevölkerung stellt weltweit ein enormes Problem insbesondere in ariden und Trockengebieten dar. Ein Beispiel hierfür ist Namibia, wo nahezu 90% des Niederschlagswassers durch Verdunstung und Oberflächenabfluß ungenutzt verlorengeht. Nur etwa 1% geht in die Grund- wasserneubildung ein. Der steigende Bedarf an Trink- und Brauchwasser und die dramatisch abnehmenden Reserven an nutzbarem Wasser sind ein ernstes Problem für die zukünftige Entwicklung vieler Länder.
Durch das sogenannte "Water Harvesting" ist in der Vergangenheit versucht worden, die vorgenannte Wasserproblematik zu verbessern. Der Begriff "Water Harvesting" beinhaltet verschiedene Wasserbewirtschaftungssysteme, die ursprünglich auf abgestimmte Kombinationen aus dem Auffangen, Sammeln und Speichern sowie einer gezielten Weiter- und Ableitung von Niederschlagswasser für Bewässerungszwecke basieren. In den ariden und semi-ariden Gebieten der Erde, in denen insgesamt nur geringe Niederschlagsmengen in Form von wenigen Starkniederschlagsereignissen auftreten, wird diese Art von Wasserbewirtschaftung schon seit Jahrhunderten betrieben.
Aus der Praxis ist es bekannt, in natürlichen Gerinnen mit periodisch führendem Abfluß ein als Stauwerk ausgebildetes Sperrwerk in Art eines Damms vorzusehen. Bei den natürlichen Gerinnen handelt es sich beispielsweise um Wadis, also Trockentäler in den Wüstengebieten Nordafrikas, Vorderasiens und teilweise Spaniens. Im Südosten Afrikas werden solche Trockenflüsse Riviere genannt, in Australien Creeks und in Süd- und Teilen Nordamerikas Arroyos. Alle vorge- nannten Trockenflüsse und -täler werden nachfolgend als Gerinne bezeichnet. Durch die Dämme als Sperrwerk in den Gerinnen wird versucht, das Wasser nach einem starken Regenfall am unmittelbaren Abfließen zu hindern. Von Nachteil ist, daß es sich bei den bekannten Stauwerken um vergleichsweise teure Bauten handelt, da sie relativ hohen Belastungen ausgesetzt sind und gleichzeitig sichergestellt sein muß, daß sie eine reparaturfreie Standzeit möglichst von mehreren Jahren haben sollen. In der Praxis ist jedoch festgestellt worden, daß die Stauwerke gerade nach starken Regenfällen einer enormen Belastung ausgesetzt sind und lange Standzeiten häufig nicht zu gewährleisten sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Wasser- speicherung in natürlichen Gerinnen mit periodisch führendem Abfluß zur Ver- fügung zu stellen, die einfach und kostengünstig herstellbar ist und eine effektive Wasserspeicherung gewährleistet.
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe ist bei einer Vorrichtung zur Wasserspeicherung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß im wesentlichen vorgese- hen, daß das Sperrwerk zur Wasserretention lediglich innerhalb des Sedimentkörpers vorgesehen ist, ohne daß das Sperrwerk über den Sedimentkörper übersteht. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung bietet eine Reihe von zum Teil wesentlichen Vorteilen. Zunächst einmal geht es bei der Erfindung nicht darum, das nach einem Niederschlag abfließende Oberflächenwasser, das sich oberhalb des Sedimentkörpers befindet, zurück zu halten. Bei der Erfindung geht es darum, einen möglichst großen Anteil des Niederschlags im Sedimentkörper, der auch als Speicherkörper bezeichnet werden kann, zu speichern und dieses Speicherwasser zu nutzen. Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß unabhängig von dem abfließenden Oberflächenwasser, das als solches sichtbar ist, die Gerinnesedimente, die den Speicherkörper bilden, Wasser führen, und zwar auch dann, wenn der oberflächlich sichtbare Abflußstrom längst versiegt ist. Bei ausreichender Mächtigkeit stellen die Gerinnesedimente ein Wasserreservoir als Wasserspeicher dar, dessen Nutzbarkeit durch geeignete Retentionsmaßnahmen erheblich ist.
Hierzu sieht die Erfindung nunmehr vor, das Sperrwerk insgesamt in den Speicher- bzw. Sedimentkörper hinein zu verlagern, so daß das Sperrwerk nicht über den Sedimentkörper übersteht. Der oberflächlich sichtbare Abflußstrom ist daher vom Sperrwerk nicht betroffen, wird also hierdurch nicht gesperrt. Die Verle- gung des Sperrwerks in den Sedimentkörper hinein bietet eine Reihe von wesentlichen Vorteilen. Zunächst ergibt sich letztlich eine geschützte Anordnung des Sperrwerks. Das Sperrwerk ist hierdurch nämlich nicht mehr den zum Teil sehr starken Druckbelastungen und erosiven Bedingungen ausgesetzt, die bei einem an der Oberfläche vorgesehenen und über diesem überstehenden Stauwerk vorliegen. Wegen der allseitigen Abstützung sind die bautechnischen Anforderungen an ein im Sedimentkörper befindliches Sperrwerk auch viel geringer als an Stauwerke, die über die Gerinnesohle hinausragen. Das erfindungsgemäße Sperrwerk ist letztlich nur sehr geringen Kräften bei Anordnung im Sedimentkörper ausgesetzt, so daß das Sperrwerk dementsprechend sehr viel einfacher herzustellen ist und im übrigen nur einen Bruchteil der Kosten verursacht, die ein über die Gerinnesohle hinausragendes Stauwerk verursacht.
Darüber hinaus ergeben sich durch die Erfindung weitere, zum Teil erhebliche Vorteile. Durch die Filterleistung des Sedimentkörpers können die hygienischen Bedingungen für Brauchwasser guter Qualität und sogar für Trinkwasser erreicht werden. Desweiteren ist es so, daß, da kein Oberflächenwasser vorhanden ist, sondern das Wasser im Sedimentkörper gespeichert ist, Algenbildung und Moskitoplagen mit dem damit verbundenen Malariaproblem verhindert werden. Darüber hinaus sind Sedimentkörper der in Rede stehenden Art praktisch in jedem Trockental vorhanden und können erfindungsgemäße Vorrichtungen dementsprechend angelegt werden. Die technische Realisierung ist sehr einfach und kann mit Equipment für Tief- und Bergbau durchgeführt werden. Die Wartung ist einfach und kann auch von nicht ausgebildetem Personal durchgeführt werden. Letztlich kann durch die flächenhafte Anlage von kleinen und mittleren, technisch leicht zu realisierenden B öden- Wasserspeichern der erfindungsgemäßen Art in natürlichen Formationen Trink- und Brauchwasser auch für entlegene Siedlungen, Farmen und landwirtschaftliche Betriebe ganzjährig zur Verfügung gestellt werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß sich das Sperrwerk von der Basisabdichtung lediglich über einen Teilbereich der Mächtigkeit des Sedimentkörpers erstreckt, so daß der oberste Bereich des Sedimentkörpers ungesperrt ist. In diesem Zusammenhang ist festgestellt worden, daß sich das Sperrwerk vorzugsweise von der Basisabdichtung über bis zu 90% der Mächtigkeit des Sedimentkörpers erstrecken sollte, wobei es besonders bevorzugt ist, daß zumindest die obersten 50 cm und insbesondere die oberste Schicht mit einer Dicke von etwa Im ungesperrt ist. Der Vorteil des sich nicht über die gesamte Mächtigkeit des Sedimentkörpers erstreckenden Sperrwerks liegt darin, daß dem Sperrwerk nachfolgende Bereiche des Gerinnes nicht durch das Sperrwerk unmittelbar - A -
des Gerinnes nicht durch das Sperrwerk unmittelbar trockengelegt werden. Durch die Überlaufmöglichkeit auch nach Ablaufen des Oberflächenwassers ist sichergestellt, daß zumindest ein Teil des im Sedimentkörper befindlichen Wassers noch in den Gerinnebereich bzw. den Sedimentkörper nach dem Sperrwerk abfließen kann. Darüber hinaus ist durch die versenkte Anordnung sichergestellt, daß ein Freispülen des Sperrwerks nach einem Niederschlag durch das Oberflächenwasser nicht befürchtet werden muß. Dabei versteht es sich, daß die unge- sperrte Schichtdicke letztlich abhängig ist von den Sedimentverhältnissen bzw. der Geologie vor Ort. Bei Versuchen ist jedoch festgestellt worden, daß in der Regel eine sperrwerksfreie Schicht von etwa einem Meter den vorgenannten Anforderungen genügt.
Von seiner Anordnung her sollte das Sperrwerk vorzugsweise zumindest im wesentlichen vertikal und zumindest im wesentlichen quer zur Fließrichtung im Se- dimentkörper angeordnet sein. Dabei sollte das Sperrwerk sich vorzugsweise über die gesamte Breite des Sedimentkörpers und insbesondere auch darüber hinaus erstrecken, um auch eine randseitige Abdichtung bzw. Sperrung zu gewährleisten.
Bei einer besonders einfachen und kostengünstigen Ausführungsform der Erfindung ist das Sperrwerk als Foliensperrwerk mit einem wenigstens eine Kunststoffolie aufweisenden Sedimentkörper ausgebildet. Es ist im Zusammenhang mit der davorliegenden Erfindung festgestellt worden, daß es aufgrund der beidseitigen Abstützung durch den Speicherkörper einerseits und das angrenzende Bodenmaterial andererseits ausreichend ist, daß das Sperrwerk letztlich nur eine Dichtfunktion und — anders als übertägige Stauwerke — keine eigenstabile Tragfunktion ausüben muß. Die Dichtfunktion kann in besonders einfacher Weise durch eine beispielsweise aus HDPE oder PP bestehende Folie gewährleistet werden. Bevorzugt kann die Kunststoffolie dabei mehrlagig ausgebildet sein. So können beispielsweise mehrere wasserdichte Schichten vorgesehen sein, zwischen denen jeweils eine Pufferschicht, beispielsweise aus einem Vlies oder dergleichen vorgesehen ist. Durch die Pufferschicht kann verhindert werden, daß sich Risse, die sich auf einer Seite der Folie ergeben, unmittelbar bis auf die andere Seite fortsetzen. Die Pufferfolie führt zur Unterbrechung eines Risses und zur Abpufferung von mechanischen Beanspruchungen. Zum Schutz der Kunststoffolie gegen Beschädigung, insbesondere beim Einbau des Foliensperrwerks, bietet es sich an, auf den Außenseiten jeweils wenigstens eine Gewebebeschich- tung als äußere Schutzschicht vorzusehen.
Um das Foliensperrwerk in einfacher Weise in den Sedimentkörper einbauen und dort verankern zu können, sind am oberen und unteren Längsrand der Kunststoffolie Verankerungsmittel zur Bodenverankerung vorgesehen. Bei dem Verankerungsmittel kann es sich jeweils um ein Rohr oder aber auch um einen Spanndraht handeln. Es versteht sich, daß in gleicher Weise wie an den Längsrändern auch an den im rechten Winkel dazu verlaufenden Stirnrändern, die an- fangs- und endseitig an der Kunststoffolie vorgesehen sind, entsprechende Verankerungsmittel vorgesehen sein können.
Es ist bekannt, daß Tiere, insbesondere Elefanten, in wasserhaltigen Gerinnesedimenten graben, um auf Wasser zu stoßen. Um in diesem Zusammenhang eine Beschädigung des Foliensperrwerks zu verhindern, befindet sich bei einer Ausführungsform oberhalb des oberen Endes der Kunststoffolie eine Schutzabschirmung. Bei der Schutzabschirmung kann es sich um ein langgestrecktes Blech handeln, das sich oberhalb des oberen Längsrandes der Kunststoffolie bzw. des diesbezüglichen Verankerungsmittels befindet. Dieses Profil kann beispielsweise U- oder V-förmig im Querschnitt ausgebildet sein.
Alternativ zu einem Foliensperrwerk ist es grundsätzlich auch möglich, daß das Sperrwerk einen Sperrkörper aus Stahlblechen aufweist, die miteinander wasserdicht verschweißt sind. Das Sperrwerk kann aber auch als Beton- oder Erdbau- werk ausgebildet sein.
Zur Förderung des sich im Wasserspeicher befindlichen Wassers sind in Fließrichtung vor dem Sperrwerk im Bereich der Basisabdichtung entsprechende Pumpen vorgesehen. Bevorzugt befinden sich die Pumpen unmittelbar benach- bart dem Sperrwerk. Im übrigen befinden sich die Pumpen vorzugsweise etwa auf Höhe der Oberseite der Basisabdichtung und damit letztlich an der tiefsten Stelle des Sedimentkörpers.
Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, daß die Pumpen einen So- larantrieb mit Solarzellen haben, so daß ein elektrischer Energieanschluß oder
Kraftstoff für Generatoren nicht erforderlich ist. Natürlich kann aber auch eine kraftstoffbetriebene Pumpe oder die Handpumpe zur Wasserförderung vorgesehen sein.
Um die Zugänglichkeit einer Pumpe im Falle einer Beschädigung oder einer In- Standhaltungsmaßnahme zu gewährleisten, ist ein Pumpenschacht hinreichenden Durchmessers (beispielsweise zwischen 0,5 m und 2m) vorgesehen, in dem die Pumpe angeordnet ist.
Um einen guten Wasserzulauf zur Pumpe zu gewährleisten, ist die Schachtröhre des Pumpenschachts wasserdurchlässig, insbesondere perforiert. Alternativ oder aber ergänzend dazu kann wenigstens eine Drainageleitung vorgesehen sein, die aus dem Sedimentkörper in den Pumpenschacht hineingeführt ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß das im Sedimentkörper befindliche, um den Pumpenschacht herum befindliche Wasser während des Pumpbetriebes in den Pum- penschacht hineinläuft und von dort über die Pumpe gefördert werden kann.
Der Pumpenschacht und damit die Pumpe sollte dem Sperrwerk unmittelbar benachbart sein, da das Sperrwerk letztlich an der tiefsten Stelle des gesperrten Bereichs des Sedimentkörpers vorgesehen ist und somit, falls erforderlich, das ge- samte im gesperrten Bereich des Sedimentkörper befindliche Wasser abgepumpt werden kann. Es ist festgestellt worden, daß der lichte Abstand des Sperrwerks zum Pumpenschacht vorzugsweise kleiner 5 m und insbesondere etwa 1 m betragen sollte.
Um einen guten Zufluß zum Pumpenschacht bzw. zu den Drainageleitungen zu haben und außerdem eine gute Filterwirkung zur Verbesserung der Wasserqualität zu gewährleisten, ist der Bereich des Sedimentkörpers um den Pumpenschacht herum und/oder zwischen dem Pumpenschacht und dem Sperrkörper aus sortiertem Schüttmaterial mit einer vorgegebenen Körnung aufgebaut. Dabei sollte die durchschnittliche Korngröße zwischen 0,4 mm und 10 mm liegen. Bevorzugt wird Grobsand mit einer durchschnittlichen Körnung zwischen 0,63 mm und 2 mm und/oder Feinkies mit einer durchschnittlichen Körnung zwischen 2,0 mm und 6,3 mm eingesetzt.
Um etwaige Undichtigkeiten am Sperrwerk feststellen zu können, ist in Fließrichtung insbesondere unmittelbar hinter dem Sperrwerk wenigstens ein bis an die Basisabdichtung reichender Beobachtungsbrunnen vorgesehen. Der Beob- achtungsbrunnen ist grundsätzlich so ausgebildet, das Wasser in diesen eintreten kann. Je nach Wasserstandsdifferenz zwischen dem Beobachtungsbrunnen und dem Pumpenschacht kann dann auf eine Beschädigung des Sperrwerks geschlossen werden. Ist die Wasserstandsdifferenz sehr klein oder gleich Null, ist von ei- ner Beschädigung des Sperrwerks auszugehen.
Um einen Wasserzulauf zum Beobachtungsbrunnen zu gewährleisten, wird ein wasserdurchlässiges, insbesondere perforiertes Filterrohr eingebaut. Alternativ oder zusätzlich dazu kann wenigstens eine Drainageleitung vorgesehen sein, die aus den Gerinnesedimenten in Fließrichtung hinter dem Sperrwerk in den Beobachtungsbrunnen hineingeführt ist.
Da es gerade bei starken Niederschlägen auf eine möglichst schnelle Versickerung des Wassers im Sedimentkörper ankommt, sind im Sedimentkörper eine Mehrzahl von Entlüftungsrohren vorgesehen, die über die Oberfläche des Wasserspeichers überstehen. Die Entlüftungsrohre dienen letztlich dazu, die verdrängte Luft aus dem Sedimentkörper besser abzuleiten, was die Versickerung des Abflußwassers und damit die Füllung des Sedimentkörpers erleichtert und beschleunigt.
Grundsätzlich ist es möglich, daß der Speicherkörper durch eine künstliche Schüttung gebildet wird, das Gerinne also ausgenommen und mit einem Schüttmaterial vorgegebener Körnung erneut gefüllt wird. Auch kann die untere Abdichtung ebenfalls künstlich durch eine entsprechende Schichtung beispielsweise aus Ton oder aber auch durch einen Folienaufbau hergestellt werden. Ein künstlicher (Teil-)Aufbau des Speicherkörpers kommt grundsätzlich dann in Frage, wenn der natürliche Speicher- oder Sedimentkörper zu geringmächtig oder zu inhomogen aufgebaut ist. Der Speicherkörper wird dann aus sortiertem Material technisch aufgebaut. Hierzu wird das vorhandene Sediment maximal bis zur Festgesteinssohle ausgeräumt, sortiert und, eventuell ergänzt durch zusätzliches Material, wieder eingebaut. Als Material für den Speicherkörper kann dabei grundsätzlich auch nicht-schadstoffbelastetes Haldenmaterial aus dem Bergbau verwendet werden.
Bevorzugt ist es jedoch, daß der Sedimentkörper zumindest im wesentlichen von natürlichen Gerinnesedimenten gebildet wird, wobei als Basisabdichtung die vor Ort vorliegende natürliche Basisabdichtung dient. Es ist festgestellt worden, daß es im Regelfall ausreicht, durch die natürlichen Gerinnesedimente einen hinreichenden Speicherkörper zu gewährleisten, wobei üblicherweise bei Gerinnen eine natürliche Basisabdichtung vorgesehen ist.
Im übrigen ist festgestellt worden, daß der Speicherkörper in seiner Länge nicht beschränkt ist. Die Länge kann zwischen 50 m und einigen Kilometern liegen. Hinzuweisen ist darauf, daß bedarfsweise in dem Gerinne hinter einem ersten Speicher- bzw. Sedimentkörper mit Sperrwerk ein weiterer Speicher- bzw. Sedimentkörper mit Sperrwerk plaziert werden kann.
Bei bestimmten natürlichen Speicherkörpern kann es sich anbieten, eine obere Kapillarsperrschichtung auf die natürlichen Gerinnesedimente bzw. den Speicherkörper aufzubringen. Es ist festgestellt worden, daß bei manchen Sedimentkörpern durch Verdunstung ein nicht unbeachtlicher Teil des Speicherwassers verlorengeht. Durch den Kapillareffekt in den natürlichen Gerinnesedimenten kann es zu einer Förderung des Speicherwassers nach oben hin kommen. Eine Kapillarsperre zur Minderung von Verdunstungsverlusten ist dort vorzusehen, wo ein kapillarer Aufstieg des Wassers bis zur Oberfläche des Speicher- bzw. Sedimentkörpers möglich ist. Die Kapillarsperrschicht muß aus gut sortiertem und im Vergleich zum Speicherkörper deutlich gröberem Material aufgebaut sein. Die Ausbildung dieser Schicht sowohl von der Körnung als auch von der Schichtdicke her ist letztlich abhängig von den vor Ort vorliegenden Verhältnissen. In jedem Falle muß das Material der Sperrschicht zur Unterbrechung des kapillaren Aufstiegs stets aus gröberen Bestandteilen bestehen als dasjenige des Speicher- bzw. Sedimentkörpers selbst.
Um zu verhindern, daß im Falle eines Niederschlags mit einem sich im Gerinne bildenden Wasserlauf Wasser in den Beobachtungsbrunnen und/oder die Entlüftungsrohre eindringt, ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vor- gesehen, daß der Überstand über benachbarte Bereiche des Sedimentkörpers zwischen 0,5 m und 3 m liegt. Die überstehende Länge sollte letztlich derart ausgelegt sein, daß sie größer ist als die durchschnittliche Hochwasserhöhe des Gerinnes.
Um eine Wasserspeicherung im Falle eines Niederschlages auch in Seitenbereichen des Sedimentkörpers zu gewährleisten, sind seitlich im oberen Bereich des Sedimentkörpers und/oder seitlich benachbart des Sedimentkörpers am Boden, insbesondere bei in Richtung auf den Sedimentkörper geneigter Geländelage, Mikrodämme zur Wasserretention quer zur Fließrichtung vorgesehen. Diese Mi- krodämme verhindern einen unmittelbaren Ablauf des Niederschlagwassers entlang des geneigten Bodens in Richtung auf das Gerinne. Alternativ zu den seitli- chen Mikrodämmen oder aber auch in Kombination mit diesen können, um eine Wasserspeicherung im Falle eines Gerinneabflusses zu maximieren, an der Oberfläche des Sedimentkörpers ebenfalls Mikrodämme zur Wasserretention vorgesehen sein, die nachfolgend als mittige Mikrodämme bezeichnet werden. Die Mikrodämme sind jeweils sichelförmig ausgebildet, wobei die Längsrichtung der mittigen Mikrodämme letztlich quer zur Fließrichtung des Wassers im Sedimentkörper ist, während die Längsrichtung der seitlichen Mikrodämme parallel zu dieser Fließrichtung ist. Durch die Mikrodämme ergeben sich letztlich temporäre, oberflächliche Wasserspeicher, aus denen zwar Wasser verdunstet, die aber auch Wasser entweder an den Untergrund abgeben, das dann an den Speicher- körper geleitet wird, soweit die seitlichen Mikrodämme betroffen sind, oder aber, was die mittigen Mikrodämme betrifft, unmittelbar an den Speicherkörper abgeben wird.
Um möglichst viel Wasser auf diese Weise speichern zu können, sind in Fließ- richtung eine Mehrzahl hintereinander angeordneter Mikrodämme vorgesehen. Da die Mikrodämme letztlich auch Sedimentationsfallen sind, sollten die seitlichen Mikrodämme vorzugsweise unmittelbar nacheinander angeordnet sein, also mit möglichst wenig Abstand (insbesondere kleiner 10 m), und sich vorzugsweise über die gesamte Länge des Speicherkörpers erstrecken. Die Mikrodämme können mit einfachen technischen Hilfsmitteln hergestellt werden. Soweit durch Erosion Beschädigungen an den Mikrodämmen auftreten, sind diese ohne großen Aufwand im Zuge von Unterhaltungsmaßnahmen zu beheben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich grundsätzlich zur Speicherung von Brauchwasser aber auch zur Speicherung von Trinkwasser. So kommt beispielsweise insbesondere die Speicherung von Haushaltswässern und nicht belasteter Prozeßwässer aus der Industrie, beispielsweise dem Bergbau, in Frage. Ein Brauchwasserspeicher hat letztlich genau den gleichen Aufbau wie ein Trinkwasserspeicher, wobei gerade bei einem Brauchwasserspeicher eine Filtervegeta- tionsschicht, wobei Schilf und Binsen als Biofilter wirken, zweckmäßig ist. Es wird darauf hingewiesen, daß die vorstehend und auch nachfolgend angegebenen Bereichsangaben und Intervalle alle Einzelwerte und Zwischenintervalle beinhalten und diese als erfindungswesentlich angesehen werden, die sich innerhalb der vorgenannten Bereichsangaben bzw. Intervalle befinden, ohne daß es einer ausdrücklichen Angabe bedarf.
Nachfolgend werden Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung in der nachfolgenden Beschreibung von Ausfuhrungsbeispielen.
Es zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Boden- speicherung von Wasser,
Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht der Vorrichtung aus Fig. 1 in
Pfeilrichtung II-II aus Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung bei Hochwasser,
Fig. 4 eine schematische Querschnittsansicht der Vorrichtung aus Fig. 3 bei abgelaufenen Oberflächenwasser und
Fig. 5 eine schematische Querschnittsansicht der Vorrichtung aus Fig. 4 bei im Speicherkörper abgesenktem Wasserspiegel.
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung 1 zur Bodenspeicherung von Wasser in natürlichen Gerinnen 2 mit periodisch führendem Abfluß dargestellt. Die Vorrichtung 1 weist einen Speicher- bzw. Sedimentkörper 3 im Boden zur Wasserspei- cherung auf. Desweiteren befindet sich unterhalb des Speicherkörpers 3 eine natürliche Basisabdichtung 4. Die Basisabdichtung 4 dient im wesentlichen dazu, ein unerwünschtes Abfließen von Speicherwasser aus dem Sedimentkörper 3 nach unten hin, also durch die Basisabdichtung 4 hindurch, zu verhindern. Desweiteren ist zur Begrenzung des Sedimentkörpers 3 in Fließrichtung F des Was- sers ein Sperrwerk 5 zur Wasserretention vorgesehen. Die Fließrichtung F entspricht letztlich zumindest im wesentlichen der Längsrichtung des Gerinnes 2.
Vorgesehen ist nun, daß das Sperrwerk 5 lediglich innerhalb des Sedimentkör- pers 3 vorgesehen ist, ohne daß das Sperrwerk 5 über den Sedimentkörper 3 übersteht. Insbesondere die Fig. 3 verdeutlicht, daß sich das Sperrwerk 5 von der Basisabdichtung 4 lediglich über einen Teilbereich der Mächtigkeit des Sedimentkörpers 3 erstreckt, so daß der obere Bereich 6 des Sedimentkörpers 3 unge- sperrt ist. Die Schichtdicke des oberen Bereiches 6 beträgt vorliegend etwa 1 m. Das Sperrwerk 5 selbst ist zumindest im wesentlichen vertikal ausgerichtet (Fig. 3) und ist zumindest im wesentlichen quer zur Fließrichtung F im Gerinne 2 angeordnet (Fig. 2).
Bei der in Fig. 3 dargstellten Ausfuhrungsform ist das Sperrwerk 5 als Folien- sperrwerk ausgebildet und mit einem Sperrkörper 7 versehen, der von einer Kunststoffolie gebildet wird. Die Kunststoffolie ist vorliegend mehrlagig ausgebildet und weist wenigstens zwei wasserdichte Schichten auf, die über eine Pufferschicht voneinander getrennt sind. Außenseitig, und zwar auf beiden Außenseiten, weist die Kunststoffolie eine Gewebebeschichtung auf. Am unteren Längsrand 8 und auch am oberen Längsrand 9 des Sperrkörpers 7 sind jeweils Verankerungsmittel 10, 11 zur Bodenverankerung vorgesehen. Bei den Verankerungsmitteln handelt es sich vorliegend um Rohre, an denen die Kunststoffolie längsrandseitig befestigt ist. Nicht dargestellt ist, daß am vorderen und hinteren Ende des Sperrkörpers 7 entsprechende Verankerungsmittel vorgesehen sein können. Wie sich im übrigen aus Fig. 1 ergibt, ist es bei der dargestellten Ausführungsform so, daß das Sperrwerk 5 randseitig zumindest geringfügig über den Sedimentkörper 3 übersteht.
Aus Fig. 3 ergibt sich, daß oberhalb des oberen Längsrandes 9 des Sperrkörpers 7 eine Schutzabschirmung 12 vorgesehen ist. Die Schutzabschirmung 12 ist im Querschnitt winkelig und nimmt in ihrem Winkelraum das Verankerungsmittel 11 auf. Die Schutzabstimmung kann auch einem Stahlblech oder aber auch beispielsweise aus Beton bestehen.
Bei einem aus Stahlblechen bestehenden Sperrkörper 7 oder einem als Betonoder Erdbauwerk ausgebildeten Sperrwerk 5 ist es an sich nicht erforderlich, eine Schutzabschirmung 12 der vorgenannten Art vorzusehen, da eine Beschädigung eines solchen Sperrkörpers 7 durch grabende Tiere nicht befürchten ist.
In Fließrichtung F vor dem Sperrwerk 5 befinden sich im dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel zwei Pumpen 13, 14 zur Wasserförderung aus dem gesperrten Bereich des Sedimentkörpers 3. Es versteht sich, daß die Anzahl der Pumpen beliebig sein kann. Die Pumpen 13, 14 sind letztlich bis in den unteren Bereich des Sedimentkörpers 3 geführt und stehen vorliegend auf einem Fundament 15 des Sperrwerks auf. Das Fundament 15 als solches ist wasserundurchlässig, ebenso wie die Verbindung bzw. der Übergang vom Fundament zum Sperrkörper 7. Vorliegend handelt es sich bei dem Fundament 15 um einen Betonsockel. Das Fundament 15 ist vorliegend in die Basisabdichtung 4 eingebracht und damit ausgefluchtet, so daß die Pumpen 13, 14 letztlich an der tiefsten Stelle des Sedimentkörpers 3 vorgesehen sind. Die Anordnung der Pumpen 13, 14 auf dem Fundament 15 dient vorliegend im übrigen dazu, ein Auswaschen und Absaugen von Material aus der Basisabdichtung zu vermeiden.
Desweiteren sind die Pumpen 13, 14 vorliegend solarbetrieben. Hierzu ist vorliegend jeder Pumpe 13, 14 ein Solarantrieb 16 mit Solarzellen zugeordnet. Im dar- gestellten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 befindet sich auf jeder Seite des Gerinnes 2 jeweils ein Solarantrieb 16. Es versteht sich, daß auch nur ein einziger Solarantrieb zur Versorgung aller Pumpen 13, 14 vorgesehen sein kann.
Im übrigen ist jede der Pumpen 13, 14 über ein Steigrohr 17 und eine anschlie- ßenden Leitung 18 mit einer Entnahmestelle 19 verbunden. Vorliegend ist jeweils eine Entnahmestelle 19 beidseits des Gerinnes 2 vorgesehen. Es versteht sich, daß alle Pumpen auch über eine gemeinsame Leitung 18 mit einer Entnahmestelle 19 verbunden sein können.
Wie sich aus Fig. 3 ergibt, ist die Pumpe 13 in einem Pumpenschacht 20 angeordnet. Der Pumpenschacht 20 weist eine perforierte Schachtröhre 21 auf, wobei die Art der Perforation beliebig ist. Desweiteren sind in die Schachtröhre 21 hineingeführt eine Mehrzahl von Drainageleitungen 22, die innerhalb des Sedimentkörpers 3 angeordnet sind und den Zulauf von Speicherwasser aus dem Sedi- mentkörper 3 in die Schachtröhre 21 begünstigen sollen. Der Pumpenschacht 20 selbst ist in Fließrichtung F unmittelbar vor dem Sperrwerk 5 angeordnet, und zwar ca. 1 m davon beabstandet. Wie sich aus den Fig. 1 und 3 ergibt, ist in Fließrichtung F unmittelbar hinter dem Sperrwerk 5 ein bis in den unteren Bereich des Sedimentkörpers 3 reichender Beobachtungsbrunnen 23 vorgesehen. Der Beobachtungsbrunnen 23 weist vorliegend ein perforiertes Filterrohr 24 auf, wobei die Perforation lediglich im Bereich der unteren Hälfte des Filterrohres 24 vorgesehen ist, wenngleich auch über die gesamte Länge des Filterrohres 24 ausgebildete Perforationen vorgesehen sein können. Außerdem sind Drainageleitungen 25 vorgesehen, die in den Beobachtungsbrunnen 23 hineingeführt sind. Das Filterrohr 24 des Beobach- tungsbrunnens 23 und auch die Drainageleitungen 25 liegen vorliegend auf dem Fundament 15 auf. Über das im unteren Bereich perforierte Filterrohr 24 und die Drainageleitungen 25 kann etwaig hinter dem Sperrwerk 5 befindliches Wasser dem Beobachtungsbrunnen 23 zugeführt werden, was letztlich über die Auswertung der Wasserstandsdifferenz zum Pumpenschacht 20 eine Beschädigung des Sperrwerks 5 anzeigt.
Wie sich weiterhin aus den Fig. 1 und 3 ergibt, sind im Sedimentkörper 3 eine Mehrzahl von senkrecht angeordneten Entlüftungsrohren 26 vorgesehen, die über die Oberfläche des Sedimentkörpers 3 überstehen. Die Entlüftungsrohre 26 sind vorzugsweise perforiert, wobei die Art der Perforation beliebig ist.
Der Überstand der Entlüftungsrohre 26 und auch der Überstand des Beobachtungsbrunnens 23 sollte jeweils so gewählt sein, daß auch unter Berücksichtigung der durchschnittlichen Hochwasserhöhe des Gerinnes 2 kein Wasser von oben her eindringt und den Beobachtungsbrunnen 23 bzw. die Entlüftungsrohre 26 vollständig mit Wasser füllt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Sedimentkörper 3 zumindest im wesentlichen von natürlichen Gerinnesedimenten gebildet, während als Basisab- dichtung die natürliche vor Ort vorliegende Basisabdichtung (beispielsweise Festgestein oder dichtes Sediment) dient. Bei der Auswahl eines Gerinneabschnittes als Speicherkörper 3 sollte darauf geachtet werden, daß im Einzugsgebiet sandige, salzarme Böden vorherrschen. Außerdem sollte das Gerinne selbst sandige bis kiesige Sohlsedimente besitzen, möglichst über einer wenig durchlässigen Basisabdichtung. Geringmächtige Sohl- bzw. Gerinnesedimente können gegebenenfalls durch künstlich eingetragenen Schotter, z. B. Haldenmaterial des Bergbaus, ergänzt werden. Aus Fig. 1 ergibt sich, daß der Speicherkörper 3, der im dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel eine Länge von etwa 30O m hat, zumindest bereichsweise eine Kapillarsperrschichtung in Form von sogenannten Linsen 27 aufweist. Bei den Lin- sen 27 handelt es sich um Bereiche aus einem Material, das aus gröberen Bestandteilen besteht als das Material des Sedimentkörpers 3. Hierdurch ist eine Unterbrechung des kapillaren Aufstiegs aus dem Sedimentkörper 3 im Bereich der Linsen 27 gewährleistet. Hinzuweisen ist darauf, daß im Fall einer oberflächlichen Überströmung die Linsen 27 der Erosion ausgesetzt sein können. Gegebe- nenfalls sind diese im Zuge von Unterhaltungsmaßnahmen zu erneuern.
Aus den Fig. 1 und 2 ergibt sich, daß an der Oberfläche und auch seitlich benachbart des Sedimentkörpers 3 am Boden Mikrodämme 28 zur Wasserretention quer zur Fließrichtung F vorgesehen sind. Es ist darauf hinzuweisen, daß es auch möglich ist, entweder nur die an der Oberfläche des Sedimentkörpers 3 vorgesehenen mittleren Mikrodämme oder aber nur die seitlichen Mikrodämme vorzusehen.
Die seitlichen Mikrodämme 28 befinden sich, wie sich insbesondere aus Fig. 2 ergibt, oberhalb des Speicherkörpers 3 an einer geneigten Geländelage. Die Fig. 1 verdeutlicht, daß in Fließrichtung F eine Mehrzahl hintereinander angeordneter seitlicher und auch mittiger Mikrodämme 28 vorgesehen sind. Jeder der Mikrodämme kann eine Länge von größer 10 m, insbesondere zwischen 10 und 50 m aufweisen. Aufgrund der seitlichen Mikrodämme 28 und der Gefällage ergeben sich jeweils eine Mehrzahl von Wasserstellen 29. Letztlich bilden die Mikrodämme 28 bzw. die Wasserstellen 29 auch Sedimentfallen, durch die die Verschlammung und Sedimentation im Gerinne 2 durch seitlich zulaufendes Niederschlagswasser eingeschränkt wird.
Die einzelnen Mikrodämme 28 haben eine sichelartige Ausbildung, wobei die Ausrichtung der mittigen Mikrodämme 28 so ist, daß diese mit ihrer Längsrichtung quer zur Fließrichtung F angeordnet sind, während die seitlichen Mikrodämme 28, was ihre Längsausrichtung angeht, in Fließrichtung F ausgerichtet sind.
Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 erfolgt derart, daß zunächst Untersuchungen zur Hydrogeologie, Geologie, Sedimentstruktur, Kör- nung, zum geografischen Höhenmodell, zu klimatischen Parametern wie Niederschlagsmenge, Niederschlagsverteilung, Abflußmengen und zu sonstigen orogra- fischen Grundparameter durchgeführt werden. Sind das Gelände insgesamt und auch der Sedimentkörper 3 geeignet, wird an einer ausgewählten Stelle des Ge- rinnes 2 quer zur Fließrichtung F ein querlaufender Aushub erstellt, und zwar bis in die Basisabdichtung 4 hinein. Der Aushub erstreckt sich über die gesamte Breite des Gerinnes 2 und an beiden Seiten geringfügig darüber hinaus. Anschließend wird ein Betonsockel als Fundament 15 in oder auf die Basisabdichtung 4 gegossen. In das Fundament 15 wird vorliegend auch der untere Längs- rand 8 mit dem Verankerungsmittel 10 des Sperrkörpers 7 eingesetzt. Anschließend werden die Schachtröhren 21 der Pumpenschächte 20 und das Filterrohr 24 der Beobachtungsbrunnen 23 gesetzt. In die jeweiligen Schachtröhren bzw. Filterrohre 21, 24 hineinführende Drainageleitungen 22, 25 werden anschließend verlegt. Nach Fixierung des oberen Längsrandes 9 des Sperrkörpers 7 bzw. von dessen Verankerungsmitteln 1 1 wird der verbleibende Freiraum wieder verfüllt, und zwar insbesondere mit sortiertem Material aus Grobsand und/oder Feinkies. Bei der Verfüllung ist darauf zu achten, daß oberhalb des oberen Längsrandes 9 des Sperrkörpers 7 die Schutzabschirmung 12 eingelegt wird. Im übrigen werden an vorgegebenen Stellen im Sedimentkörper 3 Entlüftungsrohre 26 in den Sedi- mentkörper 3 eingebracht.
Haben die Untersuchungen des Speicherkörpers 2 im übrigen ergeben, daß eine starke Verdunstung des im Speicherkörper 3 befindlichen Speicherwassers auftritt, wird auf die Bereiche, in denen die Verdunstungsproblematik besonders stark auftritt, bedarfsweise sogar auf die gesamte Oberseite des Sperrkörpers 3, eine Kapillarsperrschichtung aus geeigneten Materialien aufgebracht. Die Korngröße der Sperrschicht muß dabei deutlich gröber sein als diejenige des Sedimentkörpers 3.
Neben dem Speicherkörper 3 werden dann beidseitig des Gerinnes 2 die hintereinander angeordneten seitlichen Mikrodämme 28 erstellt. Gleiches gilt für die mittigen Mikrodämme 28. Hierbei handelt es sich letztlich lediglich um sichelförmige Materialaufschiebungen in Richtung auf den Speicherkörper 3 zu, was die seitlichen Mikrodämme 28 angeht, bzw. quer zur Fließrichtung F, was die mittigen Mirkodämme 28 angeht. Im Falle eines starken Niederschlages tritt das auf den Sedimentkörper 3 auftreffende Wasser zum Teil in den Sedimentkörper 3 ein, zum Teil läuft es als Oberflächenabfluß ab. Spätestens nach der vollständigen Auffüllung des Sedimentkörpers 3 ergibt sich ein umfangreicher Oberflächenabfluß. Dieser Zustand mit abfließendem Oberflächenwasser ist in Fig. 3 dargestellt. Der neben dem Gerinne 2 niedergehende Niederschlag wird in den Wasserstellen 29 der seitlichen Mikrodämme 28 aufgefangen. Nach Beendigung des Niederschlages und Ablauf des oberflächlich ablaufenden Wasser läuft das im oberen Bereich des Sedimentkörpers 3 befindliche Wasser über den oberen Längsrand 9 des Sperrkörpers 7 in den sich an die Vorrichtung 1 anschließenden Bereich des Gerinnes. Dieser Zustand ist in Fig. 4 dargestellt. Gleichzeitig wird der Sedimentkörper 3 noch aus den Wasserstellen 29 gespeist. Das in den Wasserstellen 29 befindliche Wasser ist einerseits der Verdunstung und andererseits der Versickerung in den Sedimentkörper 3 ausgesetzt. In Fig. 5 ist der Zustand dargestellt, in dem der Wasser- stand im Speicherkörper 3 so weit abgesunken ist, daß kein Wasser mehr über den ungesperrten oberen Bereich 6 mehr an dem Sperrwerk vorbeigelangt. Dementsprechend ist in dem dem Sperrwerk 5 nachfolgenden Bereich des Gerinnes 2 nur noch ein geringer Wasseranteil vorhanden.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Gerinne
3 Sedimentkörper
4 Basisabdichtung
5 Sperrwerk
6 oberer Bereich
7 Sperrkörper
8 unterer Längsrand
9 oberer Längsrand
10 Verankerungsmittel
11 Verankerungsmittel
12 Schutzabschirmung
13 Pumpe
14 Pumpe
15 Fundament
16 Solarantrieb
17 Steigrohr
18 Leitung
19 Entnahmestelle
20 Pumpenschacht
21 Schachtröhre
22 Drainageleitung
23 Beobachtungsbrunnen
24 Filterrohr
25 Drainageleitung
26 Entlüftungsrohr
27 Linse
28 Mikrodamm
29 Wasserstelle
30 Bodenmaterial
F Fließrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Speicherung von Wasser im Sedimentköφer (3) natürlicher Gerinne (2) mit periodisch führendem Abfluß, mit einer unterhalb des Se- dimentkörpers (3) vorhandenen natürlichen Basisabdichtung (4), wobei zur Begrenzung des Sedimentkörpers (3) in Fließrichtung (F) des Wassers ein Sperr- werk (5) zur Wasserretention vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrwerk (5) lediglich innerhalb des Sedimentkörpers (3) vorgesehen ist, ohne daß das Sperrwerk (5) über den Sedimentköφer (3) übersteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Sperr- werk von der Basisabdichtung (4) lediglich über einen Teilbereich der Mächtigkeit des Sedimentkörpers (3) erstreckt, so daß der obere Bereich (6) des Sedimentkörpers (3) ungesperrt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Sperrwerk (5) von der Basisabdichtung (4) über bis zu 90% der Mächtigkeit des
Sedimentköφers (3) erstreckt und daß, vorzugsweise, der obere ungesperrte Bereich (6) des Sedimentkörpers (3) eine Schichtdicke von wenigstens 50 cm, vorzugsweise von etwa 1 m hat.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrwerk (5) zumindest im wesentlichen vertikal und zumindest im wesentlichen quer zur Fließrichtung (F) im Gerinne (2) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Sperrwerk (5) als Foliensperrwerk mit einem wenigstens eine
Kunststoffolie aufweisenden Sperrköφer (7) ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolie mehrlagig ausgebildet ist und daß, vorzugswei- se, wenigstens zwei wasserdichte Folienschichten und eine dazwischen angeordnete Pufferschicht vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolie vorzugsweise auf ihren beiden Außenseiten wenigstens eine Gewebebeschichtung aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Längsrand (8) und/oder am oberen Längsrand (9) des Sperrkörpers (7) Verankerungsmittel (10, 11) zur Bodenverankerung, insbesondere ein Rohr oder ein Spannseil, vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des oberen Längsrandes (9) des Sperrkörpers (7) eine Schutzabschirmung (12) im Speicherkörper (3) vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Sperrwerk (5) einen Stahlbleche aufweisenden Sperrkörper (7) aufweist und/oder als Beton- oder Erdbauwerk ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Fließrichtung (F) vor dem Sperrwerk (5) am unteren Ende des Sperrkörpers (7) wenigstens eine Pumpe (13, 14) zur Wasserförderung vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpe (13, 14) zur Energieversorgung wenigstens ein Solar- zellenmodul (16) zugeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Pumpenschacht (20) mit Schachtröhre (21) für wenigstens eine Pumpe (13, 14) vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schachtröhre (21) wasserdurchlässig, insbesondere perforiert ist und/oder daß wenigstens eine Drainageleitung (22) aus dem Sedimentkörper (3) in den Pumpenschacht (20) hineingeführt ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenschacht (20) dem Sperrwerk (5) unmittelbar benachbart ist, und daß, vorzugsweise, der lichte Abstand des Sperrwerks (5) zum Pumpenschacht (20) kleiner 5 m und insbesondere kleiner 3 m ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Bereich des Sedimentkörpers (3) um den Pumpenschacht (20) herum und/oder zwischen dem Pumpenschacht (20) und dem Sperrkörper (7) aus sortiertem Schüttmaterial mit einer durchschnittlichen Korngröße zwischen 0,4 mm und 10 mm, insbesondere aus Grobsand mit einer durchschnittlichen Körnung zwischen 0,63 mm und 2 mm und/oder aus Feinkies mit einer durchschnitt- liehen Körnung zwischen 2,0 mm und 6,3 mm aufgebaut ist.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Fließrichtung (F) unmittelbar hinter dem Sperrwerk (5) wenigstens ein zumindest bis in den unteren Bereich des Speicherkörpers (3) reichen- der Beobachtungsbrunnen (23) vorgesehen ist.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Beobachtungsbrunnen (23) ein wasserdurchlässiges, insbesondere perforiertes Filterrohr (24) aufweist und/oder daß wenigstens eine Drainage- leitung (25) aus dem Bereich des oberhalb der Basisabdichtung (4) befindlichen Materials in den Beobachtungsbrunnen (23) hineingeführt ist.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Sedimentkörper (3) eine Mehrzahl von Entlüftungsrohren (26) vorgesehen sind, die über die Oberfläche des Sedimentkörpers (3) überstehen.
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Beobachtungsbrunnen (23) und/oder das Entlüftungsrohr (26) zwischen 0,5 m und 3m über benachbarte Bereiche des Sedimentkörpers (3) überstehen und insbesondere eine solche überstehende Länge aufweisen, die größer ist als die durchschnittliche Hochwasserhöhe des Gerinnes (2).
21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sedimentkörper (3) zumindest bereichsweise eine auf die na- türlichen Gerinnesedimente aufgebrachte Kapillarsperrschichtung aufweist, deren Material eine gröbere Textur als das Material des Sedimentkörpers (3) im Oberflächenbereich aufweist.
22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Material des Sedimentkörpers (3) insbesondere im Bereich des Pumpenschachtes (20) und/oder der Kapillarsperrschichtung nicht-schadstoff- belastetes Haldenmaterial aus dem Bergbau vorgesehen ist.
23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich im oberen Bereich des Sedimentkörpers (3) und/oder seitlich benachbart des Sedimentkörpers (3) am Boden, insbesondere bei in Rich- tung auf den Sedimentkörper (3) geneigter Geländelage, und/oder an der Oberfläche des Sedimentkörpers (3) Mikrodämme (28) zur Wasserretention vorgesehen sind.
24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, daß in Fließrichtung (F) eine Mehrzahl hintereinander angeordneter
Mikrodämme (28) vorgesehen sind.
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