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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung - IWS

Forschung: Versuchseinrichtung zur Grundwasser- und Altlastensanierung (VEGAS)

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Herstellung von vier Funktions- / Ausstellungsmodellen für das Informationszentrum „Erlebniswelt Grundwasser“ des Zweckverbandes Landeswasserversorgung im Wasserwerk Langenau
Projektleiter:Dr.-Ing. Hans-Peter Koschitzky, AD
Wissenschaftliche Mitarbeiter:Dipl.-Ing.(FH) Thomas Haslwimmer
Dipl.-Ing.(FH) Oliver Trötschler
Projektdauer:15.8.2002 - 11.2.2003
Finanzierung:Zweckverband Landeswasserversorgung

Zusammenfassung:

Für das Informationszentrum der LW in Langenau wurden vier Funktionsmodelle konzipiert, hergestellt und in Langenau in Betrieb genommen. Die Modelle veranschaulichen folgende Themen:

(1) Darcy – Gesetz:
Das Modell veranschaulicht das Gesetz des französischen Wasserbauingenieurs Henry Darcy, der mit ähnlichen Versuchen feststellte, daß die durch eine bestimmte Fläche (F) hindurchfließende Wassermenge (Q) dem Druckhöhenunterschied (h) und dem Durchlässigkeitsbeiwert (kf) direkt proportional und umgekehrt proportional der Fließlänge (l) ist.
Das Modell besteht aus einem rechteckigen Glas-/Edelstahlgefäß, 4 horizontal angeordneten Glaszylinder, wovon 3 mit unterschiedlichem Bodenmaterial gefüllt werden, ein Zylinder bleibt leer. Auf Knopfdruck des Zuschauers wird eine konstante Strömung durch die 4 Glaszylindern eingestellt. Aufgrund der unterschiedlichen Druckverluste in den vier Zylindern stellen sich in den vier vertikalen Sammelbehältern (Glas) verschieden hohe Wasserstände ein. Die Höhendifferenz zwischen dem Wasserspiegel im Vorlagebehälter und den vier Sammelbehältern macht die unterschiedlichen Druckverluste der verschiedenen Bodenmaterialien sichtbar. Nach einer einstellbaren Betriebszeit schaltet die Pumpe automatisch ab. Dann kann das Modell erneut vom Betrachter gestartet werden.

(2) Grundwasserleiter:
Das Modell dient zur Visualisierung der Strömungswiderstände in verschieden durchlässigen Untergrundarten.
Das Modell besteht aus 3 rechteckigen Edelstahl- / Glassäulen, die mit unterschiedlichem Bodenmaterial befüllt werden (Grobsand, Feinkies, Bohrkern aus dem Karst) um die unterschiedlichen Fliesszeiten (Strömungsgeschwindigkeiten) in den verschiedenen Bodenmaterialien zu demonstrieren. Nach Knopfdruck des Betrachters strömt Wasser mit einer definierten Durchflussmenge in alle drei Säulen ein. Während im Karst, bedingt durch den geringen Strömungswiderstand, das zugegebene Wasservolumen sehr schnell durchströmt, kann beim Grob- und Feinsand eine zeitliche Verzögerung beobachtet werden, die auf den größeren Strömungswiderstand des entsprechenden Materials zurückzuführen ist.

(3) Heberleitung:
Das Modell visualisiert eine Grundwasserentnahme unter Verwendung einer Heberleitung.
Aus einer Brunnengalerie wird, mit Hilfe der durchgehenden Heberleitung, Grundwasser in einen tiefer gelegenen Sammelschacht gefördert. Nachdem die Heberleitung einmal mit einem Verdichter angesaugt wurde wird ohne weiteren Energieaufwand aus allen angeschlossenen Brunnen das Wasser in den Sammelschacht gefördert. Im Modell wird ein natürlicher Aquifer mit einer Brunnengalerie aus 3 Förderbrunnen sowie einem Sammelschacht dargestellt. Mit Hilfe einer Kreislaufpumpe und eines Überlaufbehälters wird im Modellaquifer ein konstanter Wasserspiegel eingestellt. Eine zweite Hilfspumpe saugt kurzzeitig aus den drei Brunnen Wasser in den Förderschacht. Nachdem die Hilfspumpe über ein Zeitrelais abschaltet, wird aus den drei Brunnen, in Folge der entstandenen Heberwirkung weiterhin Wasser in den Sammelschacht gefördert.

(4) Flusswasserentnahme / Grundwasserinfiltration:
Das Modell dient zur Visualisierung der Flußwasserinfiltration und stellt eine natürliche Flusslandschaft in einem Aquifer mit einem Infiltrations- und einem Entnahmebrunnen dar.
Das in einem Fließgewässer entnommen Wasser wird mittels einem Infiltrationsbrunnen in den Aquifer eingeleitet und einige hundert Meter entfernt durch einen Entnahmebrunnen gefördert. Durch die Fließstrecke im Aquifer wird das entnommene Flußwasser gereinigt und kann zur Trinkwasserversorgung leicht aufbereitet werden. Im Modell wird der Wasserstand im Flussbett durch eine Kreislaufpumpe und einen Überlaufbehälter auf einem konstanten Niveau gehalten. Durch eine Saugpumpe wird aus dem Flussbett Wasser in den Infiltrationsbrunnen gefördert. Eine zweite Pumpe fördert das infiltrierte Wasser aus dem Entnahmebrunnen zurück ins Flussbett. Zwischen dem Infiltrations- und Entnahmebrunnen stellt sich ein Grundwasserspiegel ein, der die Grundwasserströmung veranschaulicht.

Nähere Informationen zur Ausstellung „Erlebniswelt Grundwasser“ im Wasserwerk Langenau finden Sie unter
http://www.lw-online.de/unter_erleb.html .