Grundlagen

Erläuterung zu den hydraulischen Verhältnissen an Grundwassermessstellen in Bezug auf das GFV-Messsystem

Porengrundwasserleiter

Jede Grundwassermessstelle stellt eine Anomalie im Strömungsfeld eines Aquifers da. Durch den vom Sediment abweichenden Strömungswiderstand von Filterkies, Filterrohr und frei durchströmbaren Filterrohr-Innenraum erfolgt eine Ablenkung der Strömungslinien (vgl. Abbildung1).

Untersuchungen zum Nachweis und der Berechnung der Ablenkung von Strömungslinien an Brunnen sind Gegenstand zahlreicher Publikationen (z.B.: BERGMANN 1970, 1971; DROST & HOEHN 1989, KLOTZ 1971; LORCH 1976; MOSER & RAUERT 1980) Es besteht eine berechenbare Gesetzmäßigkeit, nach der die Ablenkung der Stromlinien auf der horizontalen Ebene von den hydraulischen Widerständen und Radien des Bohrlochausbaus abhängt. Diese Gesetzmäßigkeit wird durch den Faktor alpha ausdrückt, der das Verhältnis zwischen Filterrohrinnenradius und Einzugsbreite des den Brunnen anströmen-
den Grundwassers beschreibt. Tabellenwerke berechneter alpha-Werte und Berechnung der Durchlässigkeiten handelsüblicher Brunnenfilterrohre wurden von KLOTZ (1978, 1990) erstellt.

Die Stromlinienablenkung spiegelt sich im Durchströmungsbild des Brun-
nenraumes wider. Generell herrscht bei der Grundwasserdurchströmung des Filterrohres laminares Strömen vor, so dass sich Strömungslinien ausbilden. Die gesetzmäßig symmetrische Ausbildung der Durchströmung bedingt eine den Brunnen mittig durchlaufende Strömungslinie (vgl. Abb.2). Ihre Aus-
richtung entspricht der Strömungsrichtung des Grundwassers in der Brun-
nenumgebung.

Ermittlung der Filtergeschwindigkeit vf

BERGMANN (1970) konnte experimentell und rechnerisch nachweisen, dass die Strömungsgeschwindigkeit vH entlang der den Brunnen mittig durch-
laufenden Strömungslinie über den alpha-Faktor direkt proportional zu der Filtergeschwindigkeit vf ist:

Unter idealen Bedingungen kann die Filtergeschwindigkeit vf somit aus der ermittelten Strömungsgeschwindigkeit vH und dem alpha-Wert ermittelt werden. Der alpha-Faktor betrifft lediglich die Durchströmungsgeschwindigkeit, nicht jedoch die Strömungsrichtung. Die Strömungsgeschwindigkeitsgrösse vH liegt nur in einem Teilbereich des Brunneninnenraums vor (Abbildung 3).

Abbildung 3: Schematische Darstellung des alpha-Wertes, des Gültigkeitsbereiches vH sowie des Messbereichs.

Die Strömungsgeschwindigkeit vH kann durch folgende Faktoren beeinflusst werden:
- Inhomogenitäten im Korngerüst in der Brunnenumgebung bzw. in der Filterkiesschüttung
- die Stellung der Filterrohröffnungen zur Strömung
- Bauteile der Messsonde
- starke Verschmutzung der Filterschlitze.

Modellversuche an 4-Zoll Filterrohren DIN 4925 haben gezeigt, dass die Position der Schlitze und Stege zur Strömung bei Strömungsgeschwindigkeiten vH< 0,001m/s keine Auswirkung auf die Strömungsrichtung haben.

Bauteile der Sonde, wie die Verbindungsstreben in der Messzelle, weisen eine geringfügige Beeinflussung der Strömung vH auf, die jedoch in Anhängigkeit ihrer Stellung zum Anstrom rechnerisch ermittelt werden können. (SCHÖTTLER 1997).

Das GFV-Messsystem überprüft Filterrohrabschnitte, so dass Bereiche mit verschmutzen Filterschlitzen für Messungen gemieden werden können oder dies bei der Bewertung der Messdaten berücksichtigt werden kann..




	Abbildung 1: Verzerrung der Grundwasserströmungslinien in der Umgebung einer mit Filterkies und Filterrohr ausgebauten Bohrung. Strömungsrichtung von links nach rechts. (Quelle: KLOTZ 1971)






	Abbildung 2: horizontale Durchströmung eines Bohrbrunnens im Filtervollrohr und im Filterhalbrohr. Die in der Filterrohrmitte durchziehende Strömungslinie entspricht der angelegten Strömungsrichtung, hier von links nach rechts (Quelle: BERGMANN 1970).

Literatur

BERGMANN, H. (1970): Über die Grundwasserbewegung im Filterrohr.- Diss. tech. Hochschule Graz 1968 - GSF_Bericht R 24: 211S.; GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GmbH, München.

DROST, W. & HOEHN, E. (1989): Macrodispersivity in Granular Aquifers Determined with Single-well Techniques Using 82Br as a Tracer.-., Radiochimica Acta, 47; S. 13-20, 4 Abb; Verlag R.Oldenbourg; München.

- (1971): Hydromechanische Fragen zur Interpretation von Tracermessungen.- GSF-Bericht R 36: 29S., 13Abb.; GSF- Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GmbH, München.

KLOTZ, D. (1971): Untersuchung von Grundwasserströmungen durch Modellversuche im Maßstab 1:1.- Geologia Bavarica 64: 75-119, 33 Abb., 7 Tab.; München.

. (1978): alpha-Werte ausgebauter Bohrungen.- GSF- Bericht R 176: 119S., 12Abb., 100Tab.; GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GmbH, München.

. (1990): Berechnete Durchlässigkeiten handelsüblicher Brunnenfilterrohre und Kunststoff-Kiesbelagfilter (Stand 1990).- GSF-Bericht R 35/90: 55 S., 21 Abb., 14 Tab.; GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GmbH, München.

LORCH, S. (1976): Sonde zur Messung der Geschwindigkeit und Richtung der Grund wasserströmung in einem Bohrloch.- Geol. Jb. E6; 7.Abb., S.67 - 79; Hannover.

MOSER, H., & RAUERT, W. (1980): Isotopenmethoden in der Hydrologie.- in: Matthess, G. (Hrsg.) : Lehrbuch der Hydrogeologie, 8: 397S., 227 Abb., 32Tab.; Berlin.

SCHÖTTLER, M. (1997): Meßbarkeit der Grundwasserbewegung durch Visualisierung der Strömung in Bohrbrunnen.- Diss. Univ. Köln; 119 S.; Shaker Verlag, Aachen.

Normen

DIN 4925: Filter- und Vollwandrohre aus weichmacherfreiem Polyvinylchlorid (PVC-U) für Bohrbrunnen mit Querschlitzung und Gewinde; Deutsches Institut für Normung e.V. (Hrsg.); Berlin.


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