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Grundwasserfassungen

[337] Grundwasserfassungen (vgl. auch Grundwasser). – Zu unterscheiden sind hier die horizontalen Fassungsanlagen (Sickerrohre, Sickergalerien, Stollen) und die vertikalen Fassungsanlagen (Brunnen), (vgl. Brunnensysteme, S. 105, und den Abschnitt B. dieses Art.: Fassungen durch Brunnenreihen). Der Bau einer Grundwasserfassung setzt Gewißheit über stets genügende Menge des Grundwassers voraus (vgl. Hydrologische Vorarbeiten).

Alle Fassungen legt man senkrecht zur Strömungsrichtung des Grundwassers an (Ausnahmen s. [2], I. Bd., § 91, 2) und wählt hierfür Stellen, wo die Grundwasserhorizontalen die geringste gegenseitige Entfernung haben, d.h. wo das Grundwassergefälle groß ist. Die Ursache darf aber nicht geringe Durchlässigkeit des Bodenmaterials, sondern nur Einengung des Durchflußquerprofils sein. Hierzu genügt jedoch die Hebung der undurchlässigen Sohle allein nicht, da sie, wenn allein vorhanden, nur ein Abflußhindernis für das Grundwasser darstellt. Bei kesselartigem Zusammenströmen der Grundwasserkurven legt man die Fassung an die engste Einschnürung der Kurven in der Sohle des Kessels, dort wird sich die größte Grundwassermenge findet.

Hygienische Rücksichten. Man wählt für die Fassung eine Stelle, wohin unreines Wasser nicht dringen kann. Besondere Sorgfalt ist erforderlich bezüglich benachbarter Ortschaften und ihrer möglichen Ausdehnung gegen die Fassungsanlage hin, ebenso bezüglich gewerblicher Anlagen. Besonders bei Flüssen, offenen Abflußgräben und Seen ist große Vorsicht geboten, sonst kann das Grundwasser nachträglich durch Ausbildung größerer Wasseradern in dem zwischen offenem Gewässer und Fassung liegenden Boden an Qualität bis zur Unbrauchbarkeit verlieren. Der Ueberschwemmung ausgesetzte Gelände sind stets mit großer Vorsicht zu benutzen. Man kann sie nur bei genügender Tiefe des Grundwassers überhaupt verwenden und muß dann noch sichere Vorkehrungen treffen, damit das Ueberschwemmungswasser nicht unfiltriert, insbesondere neben den Brunnen, in die Tiefe sinken kann. Am bellen steht man von solchen Geländen ganz ab.

Fassungen sind an solche Stellen zu legen, die reichliche Erweiterung der Anlagen erlauben.

Ueber künstlichen Wasserhaushalt siehe unter Nr. 6 dieses Artikels.

A. Horizontale Fassungen sind am Platz, wo der Grundwasserträger wenig mächtig ist und nicht tief liegt oder wo er von undurchlässigen Einlagerungen durchsetzt wird, das Grundwasser also vorzugsweise in einzelnen »Adern« fließt. Auch in klüftigem Gebirge sind sie angebracht, dabei ist es aber wichtig, zu untersuchen, in welcher Weise man Reserven im Grundwasserträger erhalten kann (Anlagen von Brüssel, Lüttich und Wiesbaden). Weiteres in [2].[337]

1. Offene Gräben. Die Eigenschaften der offenen Gräben lassen sich am besten im Vergleich mit Drainagen beurteilen. Dies geschieht in folgenden Punkten: a) Offene Kanäle sind böswilligen und zufälligen Verunreinigungen leichter ausgesetzt. Es siedelt sich in ihnen eine Flora und Fauna an. Im Gegensatz hierzu sind die Unterhaltungskosten der Drainagen fall Null. Dazu kommt, daß in Drainagen Eisbildung unmöglich ist und daß das Wasser die Stadtrohrnetze mit einer Temperatur erreicht, welche Einfrieren einzelner Leitungen nicht befürchten macht.

b) Der Eintrittswiderstand ist bei offenen Gräben geringer als bei Brunnen und engen Drainagen, also die Grundwassersenkung geringer, auch sind die Gefällsverluste kleiner. Lange Rohrleitungen gelangen daher in größere Tiefen als offene Gräben.

c) Geschlitzte Rohrleitungen wachsen im Innern bisweilen an, auch soll sich das Umhüllungsmaterial leichter verstopfen.

d) Mit Drainagen im weitesten Sinn kann man an Stellen noch Wasser raffen, wo eine offene Wasserfassung unmöglich oder zu teuer sein würde.

2. Nicht betretbare Anlagen. Hier kommen in Betracht:

a) Sicherungen aus Steinbeugungen oder weite Rohre mit Kiesfüllungen.

b) Sammel- oder Drainsrohre, in geraden Linien verlegt, an etwaigen Knicken und sonst. alle 50–80 m mit Revisionsschächten versehen.

3. Betretbare Anlagen haben die Form schlupfbarer Sammelkanäle oder begehbarer Stollen oder Galerien. Letztere sollen ein lichtes Profil von mindestens 1,7 auf 0,7 m und ein einseitiges Bankett haben und müssen oft mit Sandsperren versehen sein. Die Kosten des Vortriebs von Stollen und der Herstellung tiefer Einschnitte sind stets sehr bedeutend. Größere Anlagen dieser Art finden sich in Baden-Baden, München, Brüssel, Lüttich und Wiesbaden [2].

B. Fassungen durch Brunnenreihen. Alles Nähere über die Wahl der Brunnenart findet sich im Artikel Brunnensysteme dieses Bands. Der Durchmesser der Brunnen ergibt sich aus den Hydrologischen Vorarbeiten (s. diesen Artikel) bezw. der zu entnehmenden Wassermenge, der Brunnenentfernung, ihrer Absenkung, ihrer Wassertiefe während der Absenkung und der Feinheit des Grundwasserträgers. Die Brunnen werden, wenn möglich, bis auf die undurchlässige Sohle hinabgeführt und erhalten, wenn dies nicht geht, tunlichst offenen Boden.

Man wird in den wenigsten Fällen die Brunnen so weit auseinanderstellen, daß ihre Einwirkungsgebiete sich rechnungsmäßig nur berühren, sondern wird lieber etwas mehr Brunnen bauen und den einzelnen Brunnen dafür etwas weniger beanspruchen; auf diese Weise nähert sich die Brunnenreihe ihrer Wirkung nach einigermaßen der Horizontalfassung.

Die tatsächlichen Brunnenentfernungen bewegen sich innerhalb der sehr weiten Grenzen von etwa 4–250 m. Für Rohrbrunnen kommen viel näher beisammenliegende äußerste Werte in Betracht, nämlich bei Durchmessern von rund 100 mm etwa 5–10 m, bei Durchmessern von 500–1000 mm etwa 40–100 m.

Mit der Absenkung der Brunnen und der Saugspannung in den Sammelleitungen wird man nicht gern über 4–5 m hinausgehen, doch kommen selbst 7 m vereinzelt vor. Bezüglich des Einflusses offener Gewässer auf die zulässigen Absenkungen vgl. [2] Bd. I, § 91 Nr. 9. Weiter verlangen Beachtung die Widerstände, welche der Brunnenmantel dem Eintritt des Wassers in den Brunnen entgegensetzt. Sie sollten nicht über 30–40 cm hinausgehen.

Die Sammelleitungen wirken als Sang- oder Heberleitungen, wobei man in der Regel Wassergeschwindigkeiten von 0,6–0,9 m annimmt. Die Dimensionen sind aber oft mit Rücksicht auf spätere Erweiterungen zu wählen, namentlich an der dem Pumpwerk abgewandten Seite der Sammelleitung. Einzelne Ingenieure bevorzugen in allen Fällen die Verwendung von Heberleitungen statt Saugleitungen, was sich sachlich nicht begründen läßt. In vielen Fällen, namentlich bei kleineren Anlagen, werden die Kosten des Sammelbrunnens zu teuer, als daß Heberleitungen verwendet werden könnten.

Heberleitungen werden mit Recht angewandt bei großen Anlagen mit mehreren Pumpen und mehreren Sammelleitungen, namentlich von verschiedenen Durchmessern. Heberleitungen mit Sammelbrunnen lassen eine weit bequemere Erweiterung der Anlagen zu als Saugleitungen, insbesondere wenn man in die Sammelbrunnen von vornherein Eintrittsrohre für spätere Sammel- und Saugleitungen mit einbaut.

Ueber die Dimensionierung von Sammelleitungen vgl. [2] Bd. I, § 91 Nr. 10, über Sammelbrunnen bei Heberleitungen ebenda Nr. 11.

C. Grundwasserfassungen mit künstlichem Wasserhaushalt werden wegen der gesteigerten Ansprüche bezüglich der Wassermengen immer häufiger. Es handelt sich um nachstehende Fälle.

I. Beeinflussung der Grundwasserstände ohne Einsenkung von Wasser. Sie kann erfolgen durch regulierbare Entnahmevorrichtungen oder durch Erzeugung eines Grundwasserstaus mit Verwendung von Entnahmevorrichtungen.

II. Beeinflussung der Grundwasserstände unter Einsenkung von Wasser.

1. Vermehrung der Grundwassermenge. Als neueste Methode nennen wir das »Verfahren zur Aufspeicherung von Wasser in Flußstrecken mit Grundwasserbecken« von K. Vogt (D.R.P. Nr. 219603) [2]. Das Verfahren beruht nach einer Veröffentlichung des Patentinhabers (»Weiße Kohle« 1910, S. 166) darauf, in Flußstrecken mit Grundwasserbecken diese unterirdischen Wasserspeicher zu Zeiten des Niederwasserstandes mittels Stollen oder ähnlicher Entnahmevorrichtungen derart zu entleeren, daß neue Hochwassermengen von ihnen aufgenommen und nach Bedarf zu wirtschaftlicher Ausnutzung abgeleitet werden können.

Der Erfinder hatte sein Verfahren ursprünglich hauptsächlich zur Anreicherung des Niederwassers der Flüsse bestimmt. Es ist aber kein Zweifel, daß das Verfahren auch bei der künstlichen Grundwassererzeugung für Wasserversorgungszwecke eine bedeutende Rolle spielen kann.[338] Ein Versuch im großen ist unsers Wissens bis jetzt mit dem Verfahren noch nicht gemacht worden, jedoch hat das Kgl. Bayerische Wasserversorgungsbureau Laboratoriumsversuche mit einem Modell ausgeführt.

2. Verbesserung des Grundwassers. Hier ist zu erwähnen der Vorschlag von Grzimek [3]. Er will das im Untergrund befindliche Wasser von vornherein vor Verschlechterung bewahren, indem er mit Hilfe bekannter Einrichtungen den Grundwasserspiegel dauernd künstlich so hoch fixiert erhält, daß die schädliche Stoffe enthaltenden Schichten ständig vom Wasser bedeckt bleiben. Dadurch wird die Luft verhindert, zu diesen Schichten hinzuzutreten und durch Oxydationen Veränderungen jener Stoffe zu bewirken.

3. Verbesserung des Wassers und Vermehrung des Grundwassers. Diese für die Wasserversorgungstechnik wichtigsten Verfahren haben heute bereits eine weitgehende Ausbildung erfahren in der Erzeugung natürlich filtrierten Oberflächen(Fluß-)wassers, in den Rieselwiesen, den Anreicherungsbecken und den sogenannten Infiltrationsbrunnen. Dabei haben namentlich die beiden ersten, ältesten Verfahren in ihrer praktischen Anwendung dargetan, welchen Klippen man ausweichen muß, um dauernd oder wenigstens auf absehbare Zeit eine genügende Wassermenge von verlangter Güte erwarten zu dürfen.

Es ist ohne weiteres einleuchtend, daß alle irgendwie gearteten Filteranlagen, deren Filtermaterial nicht ausgewechselt und gereinigt werden kann, eine fortschreitende Verschlämmung und Abnahme ihrer Wirkung aufweisen müssen. Man kann diesen Vorgang durch geringe Beanspruchung der Anlage sehr verlangsamen; ganz aufheben kann man ihn nicht. – In diesen Worten ist das Urteil enthalten über alle Verfahren, welche auf engem Raum große Mengen von Oberflächenwasser ohne vorhergehende Reinigung durch Einleitung in den Untergrund zu verbessern trachten. Hierzu gehören die meisten Grundwasserfassungen in unmittelbarer Nähe von Oberflächengewässern (natürlich filtriertes Oberflächenwasser oder nach Reichle »Uferfiltration« genannt) und die Mehrzahl der ausgeführten Rieselwiesen. Diese beiden Verfahren sollten deshalb, wenn möglich, nicht oder nur unter weitgehenden Vorsichtsmaßregeln angewandt werden.

a) Natürlich filtriertes Oberflächenwasser. Oberflächenwasser kann in den Untergrund nur eintreten, wenn Gefälle entweder natürlich vorhanden ist oder – durch Absenken in der Fassung – künstlich erzeugt wird. Die Wirkung derartiger Anlagen wird nicht lange befriedigen, wenn nicht die Wände des offenen Gewässers von Zeit zu Zeit abgespült und der auf ihnen liegende Sand durch Aufwühlen gereinigt wird. Bei Flüssen wird dies oft – nicht immer – durch die von Zeit zu Zeit eintretenden höheren Wasserstände bewirkt, während an Seeufern selbst die Wellen nicht immer die Verschlickung des Grundes am Ufer verhindern können. Seebecken verhalten sich also im allgemeinen ungünstiger als Flußbetten, bei welchen ein stetiges Umwälzen der Geschiebe von Vorteil ist. Mit zunehmender Entfernung der Fassung vom offenen Gewässer nimmt die gewinnbare Wassermenge rasch ab, die Wasserqualität aber zu.

Muß man aus irgendwelchen Gründen nahe an einen Fluß herangehen, so kann man diesen hygienischen Nachteil durch Absaugen aus großer Tiefe, also durch Benutzung einer mächtigen filtrierenden Schicht zu umgehen suchen. Die Charlottenburger Wasserwerke am Wannsee haben Brunnen, die unmittelbar am Ufer liegen, aber in 25 m Tiefe abgesaugt werden.

Die bedenklichsten Störungen solcher Anlagen können bewirkt werden durch Hochwasser, Wasserklemme und Eisgang. Auch ist zu berücksichtigen, daß manche Flüsse ihr Bett stark vertiefen.

Die Vorarbeiten für Anlagen natürlich filtrierten Oberflächenwassers umfassen folgende Punkte: 1. Durchgangsgeschwindigkeit des Wassers vom offenen Gewässer bis zur Fassung; 2. Zahl und Beschaffenheit der Keime bei verschiedenen Wasserständen; 3. Temperatur des Wassers; 4. Chemische Beschaffenheit des Wassers; 5. Ergiebigkeit der Anlage; 6. Etwaige Veränderungen des Wassers und Bodens.

Werke mit natürlich filtriertem Oberflächenwasser waren namentlich früher außerordentlich zahlreich. Zu nennen sind u.a. die Städte Barmen, Bonn, Dresden, Düsseldorf. Besondere Schwierigkeiten ergaben sich in Magdeburg, Dresden und Wien.

b) Verbesserung von Wasser durch Verrieselung. Hierher gehören die früher viel verwendeten Rieselwiesen. Die Methode erfordert mildes Klima, vorgereinigtes Wasser, engporigen reinen, aber durchlässigen Boden, intermittierende, nicht zu starke Beaufschlagung der Flächen.

c) Anreicherungsgräben mit Sandschicht auf der Sohle. Sie wurden schon vor vierzig Jahren in Chemnitz ausgeführt, 1889 von Richert in Gotenburg und neuerdings im größten Umfang an der Ruhr. Die jetzt an der Ruhr je doppelt angelegten Anreicherungsgräben haben 300–400 m Länge, 2,25 m Tiefe und 20 m Sohlenbreite. Auf der Sohle liegt eine 50 cm starke Sandschicht, welche nach der Verschlämmung erneuert werden kann. Die Wasserentnahme erfolgt durch Sammelleitungen von 800 mm lichter Weite. Allerdings ist die Wassergeschwindigkeit im Untergrund dieser Anlagen nicht sehr klein, die an der Ruhr getroffene Anordnung leistet aber das dort überhaupt Mögliche. – Bei vorstehenden Anlagen tritt das Oberflächenwasser nach dem Versinken sofort in unmittelbare Verbindung mit dem natürlichen Grundwasser. Nicht der Fall ist dies bei dem

d) Frankfurter System der Grundwassererzeugung [4], [5], [6]. Die Versuche begannen unter der Leitung von Scheelhaase im Jahre 1908. Das Neue des Verfahrens besteht darin, daß das Wasser dem Untergrund durch eine Sicherung in solcher Höhe über dem Grundwasserstand einverleibt wird, daß es beim Absinken zuerst (13–14 m) mächtige wasserfreie Schichten durchlaufen muß. Dabei kommt es in innige Berührung mit der Grundluft, und es wird genügende Beseitigung auch der organischen Stoffe möglich. Ein Teil der Anlage steht dauernd in Reserve und regeneriert sich durch die eindringende atmosphärische Luft.[339]

Schon 1911 konnte Scheelhaase die Ergebnisse seiner für die Entwicklung der Grundwasserversorgung bedeutsamen Versuche in folgenden Worten zusammenfassen:

1. Durch die Infiltration wird das Wasser bakteriologisch bereits auf 20 m Entfernung von der Versicherungsstelle (nach 45 Tagen) dem Grundwasser gleich.

2. Die Temperatur des Infiltrats wurde in einer Entfernung von 75 m (nach 140 Tagen) als der des übrigen Grundwassers praktisch gleich.

3. Der Geruch und Geschmack des Infiltrats war bis 100 m (nach 190 Tagen) so gut wie geschwunden.

4. Die Färbung konnte wohl bei 130 m (nach 250 Tagen) noch wahrgenommen werden, ist jedoch selbst bei 100 m (nach 190 Tagen) nur noch ganz unbedeutend und gibt zu Beanstandungen keinen Anlaß mehr.

5. Die Verluste, die durch die Infiltration entstehen, konnten nach dreijähriger Betriebszeit noch nicht genügend sicher ermittelt werden. Doch sind Anhaltspunkte dahin vorhanden, daß diese nicht sehr erheblich sind.

Schon 100–300 m von der Versicherungsstelle, eine Strecke, die das durch Filtration vorgereinigte Infiltrat in 190–250 Tagen durchfließt, ist das Mainwasser zu einem dem Grundwasser gleichwertigen Versorgungswasser umgestaltet.«

Die Grundwasseranreicherungsverfahren sind eines der wichtigsten Mittel, den immer mehr steigenden Wasserverbrauch unsrer Städte zu befriedigen.

Literatur: [1] Frühling, Wasserversorgung der Städte, Leipzig 1904. – [2] Weyrauch, Wasserversorgung der Städte, Leipzig 1914, Bd. I. – [3] Zeitschr. für die ges. Wasserwirtschaft 1913, Nr. 1 u. 2. – [4] Journ. s. Gasbel. u. Wasservers. 1911, S. 665. – [5] Geolog. Rundschau, III. – [6] Verhandl. des I. Kongresses für Städtewesen, Düsseldorf 1912.

R. Weyrauch.