Die Sanierung der Fassung 1 der Landeswasserversorgung nach

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LW-Schriftenreihe 2015
Beitrag 2
Die Sanierung der Fassung 1 der Landeswasserversorgung nach 100 Jahren Betrieb
Dipl.-Ing. Rainer Scheck
Kurzfassung
Die Fassung 1 ist die ergiebigste und wichtigste Grundwasserfassung der Landeswasserversorgung. Nach fast 100 Jahren Förderbetrieb mussten die Brunnen und die Heberleitung
der Fassung 1 im Donauried vollständig erneuert werden. Auf der Grundlage mehrjähriger,
umfangreicher Voruntersuchungen wurden in den Jahren 2011 bis 2013 in 3 Bauabschnitten insgesamt 43 Vertikalbrunnen im verrohrten Greiferbohrverfahren saniert. Die alten,
mit Stahlfiltern ausgebauten Brunnen wurden überbohrt, die Ausbaumaterialien entfernt
und die Bohrungen mit neuen Edelstahl-Wickeldrahtfiltern und einer einfachen Quarzkiesschüttung ausgebaut. Um eine gleichmäßigere Bewirtschaftung der Brunnen im Normalbetrieb und eine Sicherung der Wassergewinnung in wasserwirtschaftlich ungünstigen Zeiten
zu gewährleisten, wurden die beiden ebenfalls fast 100 Jahre alten Heberleitungen aus
Grauguss ausgebaut und durch drei neue, größer dimensionierte Stahlleitungen ersetzt.
Summary
Catchment 1 is the most productive and important groundwater catchment of the Landeswasserversorgung (LW). After nearly 100 years of supply operation, the wells and the siphon system from catchment 1 had to be completely renewed in the Donauried area. On
the basis of several years of extensive investigations, a total of 43 vertical wells were restored using the grab drilling process in 3 construction phases from 2011 to 2013. The old
wells constructed with steel filters were overdrilled, the construction materials were removed, and the holes were fitted with new stainless steel wire-wrapped filters and a simple
quartz gravel fill. To guarantee more even control of the wells in normal operation and to
ensure water collection at times that are unfavourable for water management, both of the
grey cast iron siphon systems, which were likewise almost 100 years old, were removed
and replaced with new, larger steel pipes.
1 Die Geschichte und Bedeutung der Fassung 1
Ende des 19. Jahrhunderts war abzusehen, dass sich die rasant entwickelnden Städte
und Gemeinden im Mittleren Neckarraum in kürzester Zeit nicht mehr aus ihren eigenen,
ortsnahen Wasservorkommen versorgen konnten. Die Bevölkerungsentwicklung, die Zunahme des Viehbesatzes und vor allem die gewerbliche und industrielle Entwicklung hatten die
Wasserversorgung vielerorts an ihre Grenzen gebracht. Aufgrund der immer wieder auftretenden Wasserknappheit in heißen und trockenen Sommermonaten musste baldmöglichst
eine Lösung gefunden werden, um die Wasserversorgung dieser wasserarmen Region langfristig sicher zu stellen. Im Jahr 1909 empfahl Dr. Oskar Groß, der Erste Staatstechniker für
das Wasserversorgungswesen, der Staatsregierung von Württemberg in seinem „Beitrag zur
Lösung der Wasserversorgungsfrage der Stadt Stuttgart“ die Nutzung des Grundwassers
des Langenauer Donaurieds. Dieser Vorschlag fand sehr schnell die Zustimmung der
Regierung, so dass er bereits 1910 mit umfangreichen hydrologischen und hydrogeologischen
Untersuchungen sowie der Aufstellung eines Bauentwurfs begann. Auf der Grundlage seiner Untersuchungen und Planungen wurde dann am 8. Juli 1912 die Gründungsurkunde
der Landeswasserversorgung von König Wilhelm II. unterzeichnet. [1]
Bild 1:
Brunnenbau im Jahr 1912
Bereits vier Wochen nach der Vertragsunterzeichnung wurde mit dem Bau der 49 Brunnen der Fassung 1 bei Niederstotzingen begonnen. Die Bohrungen wurden gleichzeitig von
mehreren Bohrtrupps mit einem Bohrdurchmesser von 1,0 m niedergebracht. Die verzinkten, schmiedeeisernen Filterrohre mit einem Durchmesser von 0,5 m wurden vor Ort zusammengefügt, genietet und mit einer zweifachen Kiesschüttung in die Bohrungen eingebaut. Die Brunnen der Fassung 1 waren bereits Mitte 1913 fertig und erstreckten sich in
Nord-Süd-Richtung über eine Länge von über 2,4 km von Niederstotzingen bis an die bayerische Landesgrenze. Die zwischen 8 m und 17 m tiefen Brunnen wurden über eine nördliche
und südliche Heberleitung an das neue Förderwerk Niederstotzingen angeschlossen und ermöglichten eine Grundwasserförderung von 500 L/s aus dem quartären Kiesgrundwasser-
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leiter des Donaurieds. Bereits im August 1916, also knapp ein Jahr vor der offiziellen Inbetriebnahme, wurde mit der Förderung in Niederstotzingen begonnen und die ersten
Verbandsmitglieder erhielten ihr Trinkwasser aus den Brunnen der Fassung 1 im Donauried.
Bis Ende der 1950er Jahre wurde das Grundwasser der Fassung 1 mit den Hauptförderpumpen über die beiden Heberleitungen direkt aus den Brunnen gesaugt. Erst im Jahr 1959
wurde das Vorpumpwerk Fassung 1 mit einem neuen Vorlagebehälter für die Hauptförderpumpen in Betrieb genommen, in den auch das Grundwasser aus den Fassungen 4 und 6
eingespeist wurde.
Bild 2:
Längsschnitt durch die Fassung 1
An den Brunnen der Fassung 1 wurden in den fast hundert Betriebsjahren, außer dem
Austausch von Armaturen und Saugrohren sowie der einmaligen Entsandung im Jahr 1950,
keine Instandhaltungs- oder der Regenerierungsmaßnahmen durchgeführt. Von 1917 bis
2011 waren die Brunnen der Fassung 1 fast ununterbrochen in Betrieb und in diesen
95 Jahren wurden insgesamt über 780.000.000 m³ Grundwasser aus den Brunnen der Fassung 1 gefördert. In den Jahren 2008 und 2009 wurden an den Grundwasserfassungen im
Donauried umfangreiche Leistungstests durchgeführt. Im Rahmen dieser Untersuchungen
konnten aus der Fassung 1 über einen Zeitraum von jeweils einer Woche zwischen 750 und
800 L/s gefördert werden. Die Fassung 1 ist daher nach wie vor die ergiebigste und wichtigste Grundwasserfassung der Landeswasserversorgung.
2 Zustandserhebung und Pilotstudie
Im Rahmen der routinemäßig durchgeführten Zustandskontrollen der Fassungsanlagen
wurden 1999 erstmals Kamerabefahrungen an ausgewählten Brunnen durchgeführt. Hierbei wurden teils starke Inkrustationen in den Brunnen der Fassung 1 festgestellt, die eine
Beurteilung des Zustands der Brunnenrohre, vor allem hinsichtlich Korrosionsschäden, sehr
erschwerten. Im Jahr 2005 wurde daraufhin an zwei Brunnen eine Hochdruckreinigung mit
dem Ziel durchgeführt, die Inkrustationen möglichst zu beseitigen. Bereits bei der Hochdruckreinigung des ersten Brunnens führte schon ein relativ niedriger Druck von ca. 150 bar
dazu, dass die Ablagerungen abplatzten und Filterkies durch freigelegte Löcher im Filterrohr in den Brunnen eintrat. Erst nachdem die Löcher durch den groben Kies des anstehenden Gesteins verschlossen wurden, konnte der Filterkies aus dem Brunnen abgesaugt werden. Bei der anschließend durchgeführten Kamerabefahrung zeigte sich das ganze Ausmaß
der Korrosionsschäden an den Filterrohren.
Aufgrund dieser Untersuchungsergebnisse und unter Berücksichtigung der Bedeutung
der Fassung 1 für die Wassergewinnung der LW stand außer Frage, dass baldmöglichst eine
Sanierung oder Erneuerung der Brunnen der Fassung 1 durchgeführt werden musste. Zunächst wurde ein Ingenieurbüro mit der Erarbeitung einer Pilotstudie über die Möglichkeiten
der Ertüchtigung der Fassung 1 beauftragt. [2] Neben der Abschätzung des aktuellen Risiko-
Bild 3:
Lageplan der Fassung 1
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potenzials zur Standfestigkeit der Brunnen sollten alle sinnvollen Alternativen für eine Erneuerung der Fassung 1 aufgezeigt werden. Als denkbare Alternativen wurden eine Einschubverrohrung, ein Überbohren und ein Neuausbau der vorhandenen Brunnen, sowie
der vollständige oder teilweise Ersatz des Hebersystems durch eigenbewirtschaftete Horizontal- oder Vertikalfilterbrunnen betrachtet. Die Untersuchungen ergaben, dass die Überbohrung und der Neuausbau der vorhandenen Brunnen und die Fortführung der Wassergewinnung im Hebersystem die betriebswirtschaftlich sinnvollste Variante darstellt. Diese Art der
Sanierung ermöglichte außerdem eine sukzessive Erneuerung der Fassung im laufenden
Betrieb.
3 Grundlagenermittlung zur Sanierung der Fassung 1
Bild 4:
Brunnenfilter vor der Reinigung
Bild 5:
Brunnenfilter nach der Hochdruckreinigung
Die vorhandenen Kenntnisse zur Vorbereitung der Sanierung basierten vor allem auf den
alten Schichtenverzeichnissen aus der Herstellungsphase der Brunnen in den Jahren 1912
und 1913 und aus einem Fassungspumpversuch mit brunnenbezogenen Förderraten aus
dem Jahr 1930. Darüber hinaus konnte auf die vollständig vorhandenen Betriebsdaten und
einen neueren Pumpversuch zurückgegriffen werden, deren Daten jedoch nur Rückschlüsse
auf das Gesamthebersystem ermöglichten. Aktuellere Daten und Informationen über die Einzelbrunnen der Fassung 1 lagen nur wenige vor. Für die detaillierte technische Planung der
Sanierungsmaßnahme und unter Berücksichtigung der Vorgaben des DVGW-Arbeitsblattes
W 135 [3] mussten weitere Basisdaten ermittelt werden.
Zunächst wurden an sechs, über die gesamte Fassungsreihe verteilten Untersuchungsstandorten neue Erkundungsbohrungen zur Ermittlung der geologischen und hydrogeologischen Verhältnisse in unmittelbarer Nähe zu den Brunnen niedergebracht und zu Grundwassermessstellen ausgebaut. Zur Gewinnung von möglichst ungestörten Bodenproben zur
Bestimmung der schichtenspezifischen kf -Werte und der Feinkornanteile wurden Kernbohrungen nach dem Rammkernbohrverfahren mit innenliegenden PVC-Inlinern durchgeführt.
Anhand der Siebanalysen war eine detaillierte Ansprache und Unterscheidung der Schichtglieder in der quartären Schichtenfolge möglich. Die Ergebnisse spiegeln das sehr heterogene Ablagerungsmilieu der Schotter bei wechselnden Fließgeschwindigkeiten in den verzweigten Schmelzwasserflüssen zum Zeitpunkt der Eiszeit wider. Es zeigte sich, dass ein
teilweise sehr grobes und sehr gut wasserdurchlässiges Sediment vorliegt, das jedoch Unterschiede in den kf -Werten von bis zu 2 Zehnerpotenzen aufweisen kann.
Bild 6:
Geöffnete Inliner mit ausgewählten Bohrkernen der Messstelle 01321
In den Brunnen der ausgewählten Untersuchungsstandorte wurden außerdem mehrstündige Stufenpumpversuche mit Förderraten zwischen 20 L/s und 60 L/s durchgeführt. Die
daraus berechneten kf -Werte repräsentieren die hydraulischen Untergrundeigenschaften des
Umfeldes der Brunnen. Die Variation der ermittelten Werte ist ähnlich hoch wie bei den
Siebanalysedaten.
An den neuen Grundwassermessstellen und den benachbarten Brunnen wurden außerdem geophysikalische Bohrlochmessungen durchgeführt. Neben der Kamerabefahrung lieferten vor allem die Flowmetermessungen und das Tracer-Fluid-Logging wichtige Ergänzungen zu den Ergebnissen der Siebanalysen und der Pumpversuche.
Die standörtlichen Arbeiten zur Vorbereitung der Sanierung wurden durch eine Diplom-
23
arbeit an der Universität Stuttgart, Institut für Wasserbau, wissenschaftlich begleitet. [4] Die
durchgeführten Arbeiten und Untersuchungsergebnisse wurden im Bericht des Ingenieurbüros zusammengefasst und hinsichtlich der weiteren Sanierung bewertet. [5]
Im Rahmen der Diplomarbeit wurden darüber hinaus hydraulische Berechnungen für
die Heberleitung der Fassung 1 durchgeführt. Obwohl die Berechnungsergebnisse nicht
durch reale Messwerte verifiziert werden konnten, wurde deutlich, dass der Betrieb der Heberleitung aufgrund der teils hohen Rohrreibungsverluste das steuernde Element für die
Brunnenergiebigkeit ist und deshalb in die Betrachtung einbezogen werden muss. Daraufhin wurden umfangreiche Fassungspumpversuche im Heberbetrieb durchgeführt. Zur Verifizierung der berechneten Einzelbrunnenentnahmen wurden in ausgewählten Brunnen
während der Pumpversuche Durchflussmessungen mit sogenannten Thermoanemometern
nach dem kalorimetrischen Messverfahren durchgeführt, die eine genauere Abschätzung
der Entnahmeverteilung innerhalb der Fassungsreihe ermöglichten. Die Untersuchungen
bestätigten, dass eine gleichmäßigere Aktivierung der Brunnen und eine Sicherung der
Wassergewinnung in wasserwirtschaftlich ungünstigen Zeiten nur durch eine Aufteilung
der Brunnen des Südhebers in zwei unabhängig bewirtschaftungsfähge Heberleitungen erreichbar ist.
Als letzter Schritt zur Grundlagenermittlung wurde der nördlichste Brunnen der Fassung 1,
der aufgrund seiner Nähe zur Bahnlinie aus Vorsorgegründen seit vielen Jahren nicht mehr
in Betrieb war, schrittweise rückgebaut und zu einer Grundwassermessstelle umgerüstet.
Durch den Rückbau konnte eine Vielzahl offener Detailfragen zum Brunnenausbau und
zum Schachtbauwerk beantwortet werden.
Bild 7:
Geophysikalische Untersuchungen an
einem Brunnen der Fassung 1
Zur Überprüfung der erarbeiteten Brunnenausbaukonzeption sowie zur technischen
und wirtschaftlichen Optimierung der auszuführenden Maßnahmen am Gesamtsystem
wurde dann im Jahr 2010 ein Bohrunternehmen mit der Sanierung von drei Referenzbrunnen
beauftragt. Die Erkenntnisse aus den sehr umfangreichen und intensiven Voruntersuchungen
und die Erfahrungen aus der Sanierung der drei Referenzbrunnen bildeten die Basis für die
Sanierung der Fassung 1.
Förderrrate L/s
35
Grundwasserstand müNN
447.5
30
447.0
20.07.2009 GW-Stand bei Gesamtförderung = 0 L/s
25
446.5
20
446.0
27.07.2009 GW-Stand bei Gesamtförderung = 630 L/s
15
445.5
10
445.0
5
444.5
0
444.0
1846
1845
1844
1843
1842
1841
1840
1839
1838
1837
1836
1835
1834
1833
1832
1831
1830
1829
1828
1827
1826
1825
1824
1823
1822
1821
1820
1819
1818
1817
1816
1815
1814
1813
1812
1811
1810
Brunnen mit Durchflussmessung
Förderrate der Einzelbrunnen am 27.07.2009
4 Sanierung der Fassung 1
Die gewählte Sanierungsvariante mit dem Überbohren der vorhandenen Brunnen, der
Beibehaltung des Heberbetriebs und dem Bau neuer Heberleitungen ermöglichte eine
schrittweise Sanierung im laufenden Betrieb. Dies hatte den großen Vorteil, dass die Einschränkung der Wassergewinnung aus Fassung 1 während der Bauzeit minimiert und die
Sanierung über drei Jahre mit weitgehend unabhängigen Bauabschnitten durchgeführt
werden konnte.
Bild 8:
Entnahmeverteilung an der Heberleitung
Süd bei einer Gesamtentnahme von 630 L/s
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2011 – Bauabschnitt 1: Sanierung von 17 Brunnen (Brunnen 01827 bis 01846) im südli chen
Bereich; Rückbau der Brunnen 01842 und 01844, Bau der neuen
Heberleitung Süd mit den Anschlussleitungen der Brunnen 01827
bis 01846 und provisorischer Anschluss der neuen Heberleitung
Süd an die bestehende Heberleitung. Inbetriebnahme der insgesamt 18 neuen Brunnen der Heberleitung Süd im Dezember 2011.
2012 – Bauabschnitt 2: Sanierung von 15 Brunnen (Brunnen 01811 bis 01826) im
mittleren Bereich; Bau der neuen Heberleitung Mitte mit den Anschlussleitungen der Brunnen 01810 bis 01826 bis ins VPW Niederstotzingen; Fortführung der neuen Heberleitung „Süd“ als parallel
verlaufende Heberleitung bis ins VPW Niederstotzingen. Inbetriebnahme der insgesamt 17 neuen Brunnen der Heberleitung Mitte
im Dezember 2012.
2013 – Bauabschnitt 3: Sanierung von 8 Brunnen (Brunnen 01802 bis 01809) im nördlichen Bereich, Bau der neuen Heberleitung Nord mit allen Anschlussleitungen der Brunnen 01802 bis 01809 bis ins VPW Niederstotzingen; Inbetriebnahme der 8 neuen Brunnen der Heberleitung Nord im November 2013.
Als Präqualifikationsverfahren für die Brunnenbauarbeiten wurde zunächst ein öffentlicher Teilnahmewettbewerb initiiert und die Arbeiten anschließend beschränkt ausgeschrieben. Auf dieser Grundlage konnten die Brunnenbauarbeiten für die 3 Bauabschnitte vergeben werden. Die Tiefbau- und Rohrlegearbeiten sowie die Lieferung der Stahlrohre wurden
öffentlich ausgeschrieben.
4.1 Brunnensanierung
Auf der Grundlage der umfangreichen Voruntersuchungen wurde das Verfahren zur Räumung der Altbrunnen und zum Neuausbau festgelegt und letztlich für alle Bauabschnitte
umgesetzt. Da die Brunnenschächte einen sehr guten Zustand aufwiesen, sollten diese
weitgehend erhalten bleiben und die Sanierungsarbeiten sich nur auf die Bergung und den
Austausch der unterhalb der Sohle der Brunnenschächte befindlichen Bauteile beziehen.
Hierzu wurden die Schachtoberteile abgetrennt und die Schachtsohle aufgebohrt. Da sich
an der Schachtaußenwand schadstoffbelastetes Abdichtungsmaterial befand, musste um
die Schächte aufgegraben und das alte Material entfernt werden. Dieses Verfahren erwies
sich im ersten Bauabschnitt als recht zeitaufwändig und teuer, so dass im 2. und 3. Bauabschnitt auf den Erhalt der Schächte verzichtet wurde und statt dessen die alten Schächte
vollständig abgebrochen und durch neue Betonfertigteile ersetzt wurden.
Bild 9:
Abbruch der alten Brunnenschächte
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Bild 10:
Bergung der alten Brunnenrohre
mit dem Greifer
Zur Erfolgskontrolle der Brunnensanierung und zur Ermittlung der Ergiebigkeit der Einzelbrunnen wurden an allen Brunnen vor Beginn und nach Abschluss der Sanierung Stufenpumpversuche mit einer maximalen Förderleistung von bis zu 60 L/s durchgeführt. Die Pumpversuche wurden messtechnisch genauestens dokumentiert und durch ein chemisch- physikalisches Untersuchungsprogramm begleitet.
Bild 11:
Ausgebautes Filterrohr mit starker Korrosion
Die Überbohrung der alten Brunnen bis zur festgelegten Endteufe wurde im verrohrten
Greiferbohrverfahren mit Bohrrohren DN 1000 durchgeführt. Um die Belastung des Bohrlochs beim Ziehen der alten Brunnenrohre soweit möglich zu minimieren, wurden vorab
mit einem mechanisch-pneumatischen Schneidgerät mehrere horizontale Rohrschnitte ausgeführt. Dies ermöglichte ein schrittweises Herausgreifern und Herausziehen der alten
Brunnen- und Peilrohre sowie der Ringraumverfüllung aus Kies.
Für den Neuausbau der Brunnenbohrung wurden Vollwand-, Wickeldrahtfilter- und
Sumpfrohre aus V4A-Edelstahl in der Nennweite DN 500 gewählt. Der Brunnenringraum im
Bereich der Filterstrecke wurde aufgrund der vorliegenden Sieblinien der Erkundungsbohrungen und der alten Bohrprofile mit einer einfachen Kiesschüttung der Körnung 5,6 – 8,0 mm
ausgebaut. Lediglich in einigen wenigen Brunnen wurden Bereiche mit Quarzkies der feineren Körnung 3,12 – 5,6 mm ausgebaut. Im Brunnen 01822 wurden anstatt Quarzkies polierte Glaskugeln mit einem Durchmesser von 9,5 mm als Filtermaterial eingebaut. Der Einsatz von Glaskugeln als Filtermaterial hat aufgrund ihrer vollkommenen Kugelform, ihrer
definierten Lagerung und ihrer sehr glatten Oberfläche viele Vorteile. Die im Vergleich zu
Quarzkies sehr teuren Glaskugeln wurden lediglich an einem Brunnen eingesetzt, um hier
langfristig Erfahrungen mit diesem erst seit wenigen Jahren eingesetzten Filtermaterial zu
sammeln.
Im dritten Bauabschnitt musste beim Brunnenbau und vor allem auch bei den Tiefbauund Rohrlegearbeiten mit erhöhten Sicherheitsvorkehrungen aufgrund mehrerer kreuzender Freileitungen gearbeitet werden. Die extrem tiefe Lage einer 110 kV-Freileitung machte
es außerdem notwendig, die Standorte der nördlichsten drei Brunnen jeweils um 20 m zu
verlegen, da eine Sanierung selbst bei abgeschalteter Freileitung nicht durchführbar war.
Darüber hinaus mussten vor allem während der Tiefbau- und Rohrlegearbeiten verschiedene Freileitungen und Energiekabel immer wieder für mehrere Tage abgeschaltet werden.
Bild 12:
Einbau der neuen Edelstahlfilter
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Ein besonderes Augenmerk wurde auf die Entsandung der Brunnen gelegt. Die Entsandung ist nach Abschluss der Ausbauarbeiten die wichtigste Maßnahme, um die Ergiebigkeit der Brunnen zu erhöhen und um die Restsandgehalte im geförderten Brunnenwasser
zu minimieren. Um den Porenraum des Grundwasserleiters im Nahbereich der Brunnen
durch Entfernung der Feinteile zu vergrößern, wurde ein dreistufiges Verfahren gemäß dem
DVGW-Arbeitsblatt W 119 eingesetzt. [6] Zunächst wurden die Filterstrecken der Brunnen
mit einem Ventilkolben gekolbt bis keine Setzung des Filterkieses mehr messbar war. Anschließend wurde eine Intensivreinigung und Entsandung mit einer Wasserhochdruckanlage nach dem Druckwellenimpulsverfahren mit rotierenden Düsen durchgeführt. Dieses Verfahren hatte den Vorteil, dass auch Filterbereiche erreicht wurden, die oberhalb des
aktuellen Brunnenwasserspiegels lagen. Als dritte Stufe wurde dann eine Intensiventsandung mittels abgepackerter Unterwassermotorpumpen gewählt. Um hierbei eine möglichst
große Wirkung zu erzielen wurde ein Manschettenabstand von lediglich 80 cm und eine
maximale Förderleistung der Pumpe von 60 L/s gewählt.
Bild 13:
Brunnenbau im Nahbereich der
110 kV – Freileitung
Im Rahmen der Ausbau- und Abnahmekontrolle wurden wiederum Kamerabefahrungen
und geophysikalische Untersuchungen sowie ein chemisch-physikalisches und mikrobiologisches Untersuchungsprogramm durchgeführt. Die Ergebnisse der mikrobiologischen Untersuchungen belegen hierbei, dass sich die hohen Anforderungen der LW-Hygienevorschriften
nicht nur im Rohrleitungsbau sondern auch beim Brunnenbau ausgezahlt haben, da lediglich zwei von 43 Brunnen aufgrund erhöhter Keimbelastungen vor der Inbetriebnahme desinfiziert werden mussten.
Die Untersuchungsergebnisse der durchgeführten Leistungstests mit leistungsfähigen
Unterwasserpumpen vor und nach der Sanierung wurden in Q-s-Darstellung dokumentiert.
Hierbei zeigt sich einerseits der Erfolg der Brunnensanierung durch die Erhöhung der
Brunnenergiebigkeit und andererseits belegen die Ergebnisse die teils großen Unterschiede
bei der Ergiebigkeit selbst bei benachbarten Brunnen.
Die Fertigstellung der Brunnenschächte, d.h. der Einbau der Brunnenköpfe und Armaturen, das Betonieren der Schachtsohle und das Setzen des Schachtkopfes, wurden im Rahmen der Rohrlege- und Tiefbauarbeiten durchgeführt.
Aufgrund der umfangreichen und intensiven Voruntersuchungen und des Baus der Referenzenbrunnen sowie der daraus resultierenden Detailplanung konnte die Brunnensanie-
Bild 14:
Hochdruckreinigung und Entsandung mit
dem Druckwellenimpulsverfahren
0
5
10
15
0.0
0.2
0.4
0.6
Leistungstest
0.8
1.0
1.2
Bild 16:
Q-s-Verhalten vor und nach der Sanierung an ausgewählten Brunnen
1818 vor Sanierung
1818 nach Sanierung
1819 vor Sanierung
1819 nach Sanierung
1820 vor Sanierung
1820 nach Sanierung
1824 vor Sanierung
1824 nach Sanierung
1829 vor Sanierung
1829 nach Sanierung
1837 vor Sanierung
1837 nach Sanierung
1.4
Absenkung in m
20
Förderrate in L/s
25
30
35
40
45
50
55
60
27
rung termingerecht und deutlich unter den ursprünglichen Wirtschaftsplanansätzen realisiert
werden. Die Kosten für die Brunnenbauarbeiten zur Sanierung von 43 Brunnen, einschließlich der Voruntersuchungen, der externen Ingenieurberatung, der Brunnenschächte und Armaturen, sowie des Rückbaus von drei Brunnen lagen insgesamt bei 1,91 Mio. Euro ohne
Berücksichtigung der verrechneten Eigenleistungen.
4.2 Bau der Heberleitungen
Auf der Grundlage der Voruntersuchungen wurde entschieden, alle Heberleitungen zu
erneuern und die bisherige Heberleitung Süd in zwei unabhängig bewirtschaftungsfähige
Heberleitungen aufzuteilen. Um die Reibungsverluste in allen Leitungen zu minimieren, wurden die Stahlleitungen mit Zementmörtelauskleidung möglichst groß dimensioniert, soweit
dies unter wirtschaftlichen Aspekten noch sinnvoll war.
Für den späteren Betrieb einer Heberleitung ist es von größter Bedeutung, dass die Leitung über die gesamte Länge vom letzten Brunnen bis zum Saugwindkessel gleichmäßig
ansteigt, damit sich ausgasende Luft am Rohrscheitel sammelt und mit der Strömung zum
Saugwindkessel abtransportiert werden kann. Damit dies gewährleistet werden kann, muss
beim Bau der Leitung die Höhenlage mit größtmöglicher Sorgfalt eingestellt werden. Aufgrund der örtlichen Randbedingungen stand beispielsweise für die 1809 m lange Heberleitung Süd nur eine Höhendifferenz von 0,72 m entsprechend einem Gefälle von lediglich
0,4 ‰ zur Verfügung. Um dieses sehr geringe Gefälle über die gesamte Leitungslänge sicherzustellen, wurden die Heberleitungen auf insgesamt über 300 höhenjustierbare Rohrfundamente gestellt. Die Rohrauflager wurden, in Abhängigkeit der Bodenüberdeckung,
im Abstand zwischen 8 m und 10 m auf Bodenplatten aus Mineralbeton errichtet. Über
Gewindebolzen konnte dann die Höhenlage der aufgelegten Leitung millimetergenau justiert werden. Vor der Verfüllung des Rohrgrabens wurden die Gewindebolzen einbetoniert.
Bild 15:
Kamerabefahrung eines neuen Edelstahl-Wickeldrahtfilters mit Kiesschüttung
Über Anschlussleitungen mit DN 200 wurden im ersten Bauabschnitt 18 Brunnen an die
neue Heberleitung Süd angeschlossen. Die Heberleitung wurde in drei Abschnitte mit den
Dimensionen DN 400 (197 m, drei Brunnen), DN 500 (348 m, sechs Brunnen) und DN 600
(409 m, neun Brunnen) unterteilt. Die neue Heberleitung Süd wurde zunächst provisorisch
an die alte Heberleitung angeschlossen, damit die 18 Brunnen des ersten Bauabschnittes
sofort in Betrieb genommen werden konnte. Erst im zweiten Bauabschnitt wurde die Leitung dann mit der Dimension DN 700 (855 m) parallel zur neuen Heberleitung Mitte bis an
das Vorpumpwerk der Fassung 1 verlängert.
Bild 17:
Rohrfundamente zur Höhenjustierung der
Heberleitung
Bild 18:
Schweißarbeiten an der neuen
Heberleitung Süd
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Zu Beginn des zweiten Bauabschnitts wurden zunächst die alten Anschlussleitungen
der Brunnen des Bereichs Mitte von der Heberleitung abgetrennt und die Anschlüsse verschlossen. Dies ermöglichte den Weiterbetrieb der bereits sanierten Brunnen der Heberleitung Süd während der Brunnenbauarbeiten im Bereich Mitte. An die neue Heberleitung
Mitte wurden insgesamt 17 Brunnen angeschlossen. Da der Bereich zukünftig den größten
Anteil an der Förderung haben wird, wurde die Heberleitung Mitte nur in zwei Bereiche
unterteilt. Die südlichen acht Brunnen wurden an eine Leitung mit DN 600 (401 m) und die
nördlichen neun Brunnen an eine Leitung mit DN 700 (430 m) angeschlossen.
Bild 19:
Bau der parallelen Heberleitungen
Mitte und Süd im 2. Bauabschnitt
Im dritten Bauabschnitt wurden die acht nördlich des Vorpumpwerks der Fassung 1 gelegenen neuen Brunnen an die 389 m lange Heberleitung Nord (DN 500) angeschlossen.
Die drei Leitungen wurden direkt vor dem Vorpumpwerk zusammengeführt und über die
bestehende Leitung DN 800 an den Saugwindkessel angeschlossen.
In drei neuen Schächten wurden Magnetisch-Induktive-Durchflussmesser und Absperrarmaturen in die Heberleitungen eingebaut, so dass zukünftig nicht nur die Gesamtfördermenge, sondern auch die Fördermenge der drei Bereiche getrennt erfasst werden kann.
Auch im Bereich der Tiefbau- und Rohrlegearbeiten konnte der angesetzte Kostenrahmen eingehalten werden. Die Gesamtkosten für rund 3070 m Heberleitungen, über 400 m
Anschlussleitungen, drei neue Schächte und einschließlich aller Rohre und Armaturen beliefen sich auf rund 1,36 Mio. Euro ohne Berücksichtigung der verrechneten Eigenleistungen.
4.3 Umbauarbeiten im Vorpumpwerk Fassung 1
Nachdem die Sanierung der Brunnen und der Heberleitungen abgeschlossen war, wurden ab Oktober 2014 noch Umbauarbeiten im Vorpumpwerk der Fassung 1 vorgenommen.
Die beiden bisher vorhandenen Pumpen aus dem Jahr 1982 haben eine Förderleistung von
800 L/s bzw. 900 L/s und waren ursprünglich für die gemeinsame Förderung des Grundwassers aus der Fassung 1 und der Fassung 6 ausgelegt. Seit jedoch der Zwischenbehälter für
das Wasser der Fassung 6 aufgegeben wurde und die Fassung 6 mit eigenen Pumpen zum
Wasserwerk Langenau fördert, waren die Pumpen in der Fassung 1 zu groß und mussten
bisher in einem sehr unwirtschaftlichen Teillastbetrieb betrieben werden. Um diesen Missstand zu beseitigen und die neue Förderaufgabe mit dem Förderziel „Neue Grundwasserfilteranlage“ zu erreichen, wurde entschieden, eine der alten Pumpen abzubauen und durch
zwei kleinere, an den prognostizierten künftigen Förderbetrieb optimal angepasste Pumpen
zu ersetzen.
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Der Umbau fand überwiegend im laufenden Betrieb der Fassung 1 statt. Die alte Pumpe wurde demontiert und das Fundament und der Estrich abgebrochen. Unter den recht
beengten Platzverhältnissen wurden zwei neue Pumpen mit einer Nennförderleistung von
jeweils 315 L/s bei einer Nennförderhöhe von 46,5 m errichtet. Die beiden Pumpen können
auch im Parallelbetrieb gefahren werden und sind aufgrund der installierten Motorenleistung im Bedarfsfall in der Lage, über 900 L/s ins Wasserwerk Langenau zu fördern. Nach
Fertigstellung und Anschluss der neuen Energieversorgung und der Mess- und Steuerungstechnik konnten die Pumpen im März 2015 in Betrieb genommen werden. Die Kosten für
diesen dritten Abschnitt der Erneuerung der Fassung 1 beliefen sich auf rund 0,76 Mio. Euro.
5 Zusammenfassung
Die Fassung 1 im Donauried musste nach fast 100 Jahren Betrieb vollständig erneuert
werden. Nach mehrjährigen, umfangreichen Voruntersuchungen wurden in den Jahren
2011 bis 2013 in drei Bauabschnitten insgesamt 43 Vertikalbrunnen im verrohrten Greiferbohrverfahren saniert. Die alten, mit Stahlfiltern ausgestatteten Brunnen wurden überbohrt, die Ausbaumaterialien entfernt und die Bohrungen mit neuen Edelstahl-Wickeldrahtfiltern und einer einfachen Quarzkiesschüttung ausgebaut. Die Brunnenschächte und
alle Armaturen und Einbauten wurden erneuert.
Um eine gleichmäßigere Aktivierung der Brunnen im Normalbetrieb und eine Sicherung
der Wassergewinnung in wasserwirtschaftlich ungünstigen Zeiten zu gewährleisten, wurden die alten, ebenfalls fast 100 Jahre alten Heberleitungen aus Grauguss ausgebaut und
durch neue, größer dimensionierte Stahlleitungen ersetzt. Die bisherige Heberleitung Süd
wurde dabei in zwei neue Heberleitungen, die Heberleitungen Mitte und Süd, aufgeteilt.
Im November 2013 konnte die Fassung 1 mit 43 neuen Brunnen und den drei Heberleitungen in Betrieb genommen werden. Im Herbst 2014 wurde dann im Vorpumpwerk der Fassung 1 eine der beiden alten Förderpumpen abgebaut und durch zwei kleinere, energieeffiziente Pumpen ersetzt, die im März 2015 in Betrieb genommen werden konnten.
Durch die vollständige Erneuerung der Fassung 1 mit Gesamtkosten von rund 4,0 Mio.
Euro konnte die Wassergewinnung aus der ergiebigsten Grundwasserfassung der Landeswasserversorgung für die nächsten Generationen gesichert werden.
Literatur
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
Landeswasserversorgung: 100 Jahre Trinkwasser für Baden-Württemberg
1912 – 2012, Stuttgart 2012
Bieske und Partner - Beratende Ingenieure GmbH: Pilotstudie zur Ertüchtigung der
Fassung 1 im Donauried bei Niederstotzingen des Zweckverbandes Landeswasserversorgung Stuttgart, Dezember 2007
DVGW: Technische Regel – Arbeitsblatt W 135, Sanierung und Rückbau von Bohrungen, Grundwassermessstellen und Brunnen, Bonn, November 1998
Betz, T.: Untersuchungen zur Sanierung einer Brunnengalerie mit Heberleitung
am Beispiel der Fassung 1 des Zweckverbands Landeswasserversorgung. Diplomarbeit am Institut für Wasserbau der Universität Stuttgart, Dezember 2008
Bieske und Partner - Beratende Ingenieure GmbH: Zusammenfassung der Ergebnisse der Sanierungsuntersuchungen an der Heberfassung 1 im Donauried bei
Niederstotzingen, Dezember 2008 / Januar 2009
DVGW: Technische Regel – Arbeitsblatt W 119, Entwickeln von Brunnen
durch Entsanden – Anforderungen, Verfahren, Restsandgehalte, Bonn,
Dezember 2002
Bild 20:
Die Pumpen im Vorpumpwerk der
Fassung 1

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