Original paper

Horizontalfilterrohre zur Grundwasseranreicherung Grundlagen und Durchführung

[Horizontal Filter Pipes for Groundwater Recharge Fundamentals and Implementation]

Nemecek, Ernst P.

Kurzfassung

In Österreich werden die Industrien bereits, wo immer möglich, vom Grundwasser weg auf die Gewinnung von Uferfiltrat abgedrängt. Muß in Zukunft aufbereitetes Oberflächenwasser für Trinkzwecke verwendet werden, so soll es am oberen Rand von Grundwasserschutzgebieten versickert werden, wobei der Versickerung gegenüber der Versenkung der Vorzug gegeben wird und hier wieder der ungesättigten Strömung, da diese die Sickerzeit verlängert. Auf die Theorie der Durchsickerung in der ungesättigten Zone wird näher eingegangen; anschließend werden die Vorgänge bei Versickerung im ungesättigten Bereich unterhalb des "Sickerbeckens mit Atmungsschichte" und unterhalb von Horizontalfilterrohren besprochen und dabei aufgezeigt, daß bei Einbringung über Vertikalfilterbrunnen eine ungesättigte Strömung kaum möglich ist. Die grundwasserhydraulischen Verhältnisse bei Schluckbrunnen (Versenkung über Vertikalfilterbrunnen und über Horizontalfilterbrunnen unterhalb des Grundwasserspiegels) in Gebieten mit vernachlässigbar geringer Grundwasserströmung werden jenen mit ausgeprägter Grundwasserströmung gegenübergestellt. Die Ausströmung aus Horizontalfilterrohren im Zuge einer Grundwasseranreicherung in stärker geneigten Grundwasserströmen wird zunächst am Beispiel der Wiener U-Bahn dargelegt. Der von diesem Baukörper durchschnittene Grundwasserstrom erzwang eine Weiterleitung des Grundwassers von der Stauseite zur Abströmseite. Ein räumliches Sandmodell ermöglichte die Beobachtung der Ausströmung aus den Horizontalfilterrohren. Im Anschluß daran wurden unter Einsatz eines elektronischen Rechners die Randbedingungen variiert und über einen Plotter die Potentiallinien in charakteristischen Ebenen bestimmt. Von besonderer Bedeutung war die Ausformung des Grundwasserspiegels im Anreicherungsbereich der Horizontalfilterrohre. Eine Reihe von allgemeingültigen Erkenntnissen konnte bereits gewonnen werden, die auch für die Grundwasseranreicherung über Horizontalfilterbrunnen Gültigkeit haben. Die Ausströmung aus zentrisch angeordneten Horizontalfilterrohren wird derzeit mit Hilfe Finiter Elemente studiert und gleichzeitig versucht, sowohl für die Gewinnung von Grundwasser mit Hilfe von Horizontalfilterbrunnen als auch für die Grundwasseranreicherung Berechnungsregeln zu erarbeiten.

Abstract

To an ever increasing extent, industries in Austria are forced to abandon the use of groundwater and to take refuge to the catchment of bank-filtered water. If in the future treated surface water is to be used for drinking purposes, it should be allowed to infiltrate along the upper edge of groundwater protective areas, whereby preference should be given to infiltration rather than injection, and here again to unsaturated flow as this provides extended seepage time. The theory of seepage in unsaturated zones is dealt with in more detail; then the phenomena of seepage in an unsaturated area below the "seepage basin with aeration layer" and below horizontal filter pipes are discussed with reference to the fact that unsaturated flows are hardly feasible in case of injection via vertical filter wells. The groundwater hydraulics of injection wells (injection via vertical filter wells and via horizontal filter wells below the groundwater table) in areas with negligible groundwater flow is compared with those exhibiting very distinctive groundwater flow. The discharge from horizontal filter pipes during groundwater recharge in groundwater streams with steeper gradients is first demonstrated by the example of the Vienna subway. As the groundwater stream was intersected by this structure, it became necessary to re-direct the groundwater from the impounding side to the effluent side. A three-dimensional sand model made it possible to observe the discharge from the horizontal filter pipes. Subsequently, the marginal conditions were varied by way of Computer and the potential lines in characteristics planes determined via a plotter. The shape of the ground-water table in the recharge area of the horizontal filter pipes was of particular importance. A number of universally valid findings, which are applicable to ground-water recharge via horizontal filter wells as well, was obtained. At present, the discharge from horizontal filter pipes in radial configuration is studied employing the finite clement method, at the same time attempting to develop calculation formulae both for the catchment of groundwater by means of horizontal filter wells an for groundwater recharge.

Keywords

Artificial groundwater rechargeinfiltrationnon-saturated zonegravel filter (horizontal)hydrodynamicsmodelfinite element Vienna BasinLower Austria