Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die DSI-Technik ist eine Technologie zur Infiltration in Grundwasserleiter und zur Grundwasserabsenkung. Im Gegensatz zu herk\u00f6mmlichen Techniken wird das Wasser dabei in eine DSI-Schicht infiltriert und wird nicht zutage gef\u00f6rdert und abgeleitet. Aus der Sicht des Umweltschutzes ergeben sich dadurch in verschiedenen Anwendungsgebieten erhebliche Vorteile. Die DSI-Schicht wird in einem DSI-Versuch bestimmt. Bis heute sind die Bedingungen, die bei Versuchsdurchf\u00fchrung zu dem DSI-Ph\u00e4nomen f\u00fchren, nicht bekannt und erforscht. Die Zust\u00e4nde in unmittelbarer N\u00e4he des DSI-Punkts sollen messtechnisch erfasst und in einem mathematischen Modell abgebildet werden. Die Bedingungen des Ph\u00e4nomens DSI sollen in Parameterstudien untersucht und mit Simulationsmodellen verifiziert werden. Grundwasserabsenkungen sind dort erforderlich, wo Bauk\u00f6rper in den Grundwasserbereich eingebaut werden oder vorhandene Bauk\u00f6rper gesch\u00fctzt werden m\u00fcssen. Ein weiteres Anwendungsfeld sind Ta-gebaue, bei denen zur Trockenlegung und -haltung mit konventioneller Technologie in der Regel erhebliche Wassermengen gef\u00f6rdert und reinfiltriert werden m\u00fcssen. Auch in Zehrungsgebieten ist Infiltration eine sinnvolle Ma\u00dfnahme zur Verbesserung des Grundwasserdargebots. In allen diesen Anwendungsbereichen ist der den Wasserhaushalt schonende Einsatz der DSI-Technik im Dienst des Umweltschutzes sinnvoll.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden\u0095\tEntwicklung einer Bohrtechnik und Bohrdatenerfassung zur Erkennung und Nutzung des DSI Ph\u00e4-nomens
\n\u0095\tErstellung eines konzeptionellen Modells und Umsetzung in ein numerisches Modell
\n\u0095\tStandortunabh\u00e4ngige numerische Parameterstudien zum Betrieb von DSI-Anlagen
\n\u0095\tAufbau einer Pilotanlage zur Untersuchung des Praxiseinsatzes
\n\u0095\tDurchf\u00fchrung von Versuchen am Test-Standort und an der Pilotanlage zur Datengewinnung
\n\u0095\tAuswertung der Versuchsdaten von Test-Standort und Pilotanlage und Modellierung
\n\u0095\tDurchf\u00fchrung von DSI-Punkt Versuchen an verschiedenen Standorten
\n\u0095\tUntersuchungen zur grundlegenden Physik des DSI-Ph\u00e4nomens
\n\u0095\tAufbau eines numerischen Modells zum DSI-Punkt
\n\u0095\tErg\u00e4nzende Messungen zum DSI-Punkt
\n\u0095\tErstellung einer vergleichenden LCA-Analyse
\n\u0095\tVergleichende \u00d6kobilanz mit Einbeziehung des Wasserhaushalts und \u0082water footprint\u0092<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
In Pl\u00f6tzin (Brandenburg) wurde ein Feldstandort f\u00fcr Versuche eingerichtet. Es wurden umfangreiche Tests mit DSI-Einheiten durchgef\u00fchrt. Alle durchgef\u00fchrten Feldversuche wurden durch Modellierungsar-beiten begleitet und ausgewertet.
\nZum Test des praktischen Einsatzes von DSI wurde in Korschenbroich (Niederrhein) mit Unterst\u00fctzung des regionalen Umweltamts Rhein-Kreis Neuss sowie des Erftverbands eine Pilotanlage errichtet. Die Entw\u00e4sserungsanlage mit mehreren DSI-Einheiten kann als Musteranlage f\u00fcr andere von Grundwasser-anstieg gef\u00e4hrdete Objekte angesehen werden kann.
\nIn Phase 1 wurde mit einem modifizierten FE-Verfahren ein geeigneter Modellansatz zur Beschreibung von installierten DSI-Einheiten gefunden. Damit wurden in Phase 2 umfangreiche Parameterstudien durchgef\u00fchrt. Die Modellrechungen zum Vergleich der DSI-Technik mit dem konventionellen Abpumpen ergaben, dass f\u00fcr die gleiche Absenkung im direkten Brunnenumfeld eine erh\u00f6hte Pumpleistung erfor-derlich ist. Die H\u00f6he h\u00e4ngt von den hydrogeologischen Bedingungen am Standort und der Dimensionie-rung der DSI-Einheit ab. Bei identischer Entnahmetiefe und F\u00f6rderrate ist an Standorten mit geringer Durchl\u00e4ssigkeit die Absenkung des klassischen Entnahmebrunnens tiefer und weitreichender. Die Aqui-fer-Anisotropie hat keinen Einfluss auf die maximale Tiefe der Absenkung. Wohl aber verbreitert sich mit erh\u00f6hter Anisotropie der Absenktrichter. Eine Erh\u00f6hung der Pumprate bewirkt eine gr\u00f6\u00dfere Absenkung, was durch Modellrechnungen quantifiziert werden kann. Die Absenkung des Grundwasserspiegels f\u00e4llt bei Tieferlegung des Infiltrationshorizonts h\u00f6her aus, wodurch es m\u00f6glich ist, die Leistungsf\u00e4higkeit der DSI-Einheit im Vergleich zur konventionellen Technologie zu erh\u00f6hen, sofern die geologischen Bedin-gungen gegeben sind.
\nDie Modellrechnungen zeigen dar\u00fcber hinaus, dass bei der DSI Technik der Absenktrichter steiler ist als bei konventioneller Technik. Da die Absenkung im Umfeld der Ma\u00dfnahme bei DSI-Einsatz geringer ab-f\u00e4llt, ist DSI bzgl. der Umweltvertr\u00e4glichkeit als positiv zu beurteilen. Eine Modellstudie zeigt, dass bei geeigneter Auslegung der Anlage sich die gr\u00f6\u00dfere Steilheit der Absenktrichter im Nahfeld kaum negativ auswirkt.
\nDie bisherigen Auswertungen der spezifischen Daten w\u00e4hrend des Bohrvorgangs zeigen, dass schon re-lativ gering-m\u00e4chtige Schichten mit moderat erh\u00f6hter Durchl\u00e4ssigkeit f\u00fcr das Auftreten des DSI-Effekts ausreichen, was auch die Ergebnisse der Modellierungsarbeiten bet\u00e4tigen.
\nIn Phase 2 wurden erste Modellierungen zu den hydraulischen Verh\u00e4ltnissen im Bohrloch erprobt, mit dem turbulente Str\u00f6mungen im unmittelbaren Umfeld der D\u00fcse nachgebildet werden k\u00f6nnen. Auf der Grundlage einer vergleichenden Studie zu D\u00fcsenform und -geometrie wurde ein CFD Modell erstellt.
\nEine quantitative LCA-Analyse kommt, basierend auf der Auslegung der Pilotanlage, zu dem Ergebnis, dass DSI bzgl. der \u00d6kobilanz Vorteile gegen\u00fcber den konventionellen Techniken hat. Es ist zu erwarten, dass diese Vorteile noch weit gr\u00f6\u00dfer w\u00e4ren, wenn Wasserhaushaltsaspekte als Umwelt-Kriterium be-r\u00fccksichtigt werden.
\nNicht abschlie\u00dfend beantwortet ist bisher die Frage nach den relevanten Prozessen am DSI-Punkt. Da-her sollen diesbez\u00fcgliche Feldmessungen, vor allem am Test-Standort, intensiviert werden, um mittels erweiterter Modellierung R\u00fcckschl\u00fcsse auf die zugrundeliegende Physik ziehen zu k\u00f6nnen. <\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Holzbecher E., Jin Y., Ebneth S., Borehole pump & inject: an environmentally sound new method for groundwater lowering, International Journal of Environmental Protection (IJEP), Vol. 1, No. 4, 2011.
\nJin Y., Holzbecher E., Sauter M., Ebneth S., Groundwater sustainability through a novel dewatering tech-nology, AGU Fall Meeting, San Francisco (USA), 2012.
\nJin Y., Holzbecher E., Ebneth S., Investigating the impacts of hydrogeological parameters on DSI effi-ciency through numerical simulation, COMSOL Conference, Rotterdam (Niederlande), 2013.
\nJin Y., Holzbecher E., Sauter M., A novel modeling approach using arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE) method for the flow simulation in unconfined aquifer, Computer & Geosciences, Vol. 62, 88-94p, 2014.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
DSI ist ein innovatives Verfahren, f\u00fcr das auch internationale Fachkreise aufgrund der Umwelt-Relevanz ein gro\u00dfes zuk\u00fcnftiges Potential sehen. Feldversuche, die Begleitung einer Pilotanlage, und Modellie-rungsarbeiten haben Bedingungen des DSI-Betriebs aufgezeigt. Weiterhin ungekl\u00e4rt sind die relevanten Prozesse in der Bohrphase zur Identifikation des optimalen Infiltrationshorizonts.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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