Wasserwirtschaft 07-08 / 2009
- Der geodätische Beitrag zur Karsthöhlenbewirtschaftung
- Einsatz von Druckrohrleitungen aus Holz bei Wasserkraftanlagen
- Datenübertragung ohne Grenzen
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| Steuer- und Regelungskonzept für den modularen Betrieb der unterirdischen Wasserförderanlage Bribin Dipl.-Ing. Hartmut Walcher, Dipl.-Ing. Manfred Lösche, Dr.-Ing. Peter Oberle Zur Sicherstellung der Wasserversorgung in einem Karstgebiet auf Java wurde im Rahmen eines deutsch-indonesischen Verbundvorhabens eine unterirdische Wasserförderanlage realisiert. Um die nachhaltige Funktionstüchtigkeit der wasserkraftbetriebenen Pumpsysteme zu gewährleisten, werden besondere Anforderungen auch an die elektrotechnische Ausstattung sowie das Steuerungs- und Regelungskonzept gestellt. Gemeinsam mit der Universität Karlsruhe entwickelte die Firma Walcher das SPS-gestützte System für den automatisierten Anlagenbetrieb unter Tage. |
| Geowissenschaftliche Bewertung von Karsthöhlen für die Wasserbewirtschaftung in Gunung Sewu Prof. Dr. Thomas Neumann, Dr. Zsolt Berner, Prof. Dr. Doris Stüben, Syaeful Bahri, Dr. Makky Jaya Ein großes Problem bei der Nutzung von Karsthöhlen für die Wasserbewirtschaftung sind mögliche Wasserwegsamkeiten im Gesteinsverbund. Dabei können relativ einfache Röhrensysteme im Untergrund ausgebildet werden, die eine Wasserspeicherung ins besondere in einem bestimmten Abschnitt der Höhle zulassen, oder auch komplex vernetzte Höhlensysteme, bei denen eine Wasserhaltung kaum möglich erscheint. Untersuchungen über Wasser-Gestein-Wechselwirkungen sind daher notwendig, um im Vorfeld die Eignung von Karsthöhlen für die Wasserbewirtschaftung zu bewerten. |
| Angepasste Wasserfördertechnologie unter Einsatz von Pumpen im Turbinenbetrieb Dr.-Ing. Peter Oberle, Dr.-Ing. Muhammad Ikhwan, Prof. Dr.-Ing. Franz Nestmann, Dr.-Ing. Jochen Fritz, Dr.-Ing. Thillainatarajan Ravisundar Kreiselpumpen können im inversen Betrieb zur Wasserkraftpotenzialnutzung als kostengünstige Alternative zu Turbinen eingesetzt werden. Neben den geringeren Investitionskosten zeichnen sie sich durch Robustheit und einen geringen Betriebs- und Wartungsaufwand aus. Der effiziente Einsatz hängt aufgrund der fehlenden Regulierbarkeit mittels einer Leiteinrichtung von der zielgerichteten Auswahl des Pumpentyps sowie der Einhaltung des optimalen hydraulischen Betriebsbereiches ab. Durch Implementierung mehrerer paralleler Module sowie über gezielte Modifikation der Maschinen kann eine Steigerung des Spitzenwirkungsgrades auch für ein stark schwankendes Abflussdargebot gewährleistet werden. In Zusammenarbeit der Universität Karlsruhe (TH) und der KSB AG wurden Fördermodule entwickelt, bei denen rückwärtslaufende Kreiselpumpen mechanisch mit mehrstufigen Gliederpumpen gekoppelt sind. Diese werden pilothaft zur energieautarken Förderung von Trinkwasser aus einer Karsthöhle in Indonesien eingesetzt. |
| Der geodätische Beitrag zur Karsthöhlenbewirtschaftung Dipl.-Ing. Marco Benner, Prof. Dr.-Ing. Dr. e. h. Günter Schmitt, Dipl.-Ing. Martin Vetter Im Rahmen BMBF-geförderter Verbundaktivitäten der Universität Karlsruhe (TH) zur Bewirtschaftung unterirdischer Karstfließgewässer auf Java mussten geometrische Grundlagen durch geodätische Arbeiten geschaffen werden. Dazu zählen 3-D-Höhlenvermessungen zur Planung, die Bohrstellen- und Bauachsabsteckungen, die Festlegung eines GPS-Referenzsystems, die Einmessung des Wasserverteilungsnetzes und technischer Einrichtungen, der Aufbau und die Verwaltung eines Geoinformationssystems (GIS) sowie Spezialvermessungen (Staumauerüberwachung, Steuerung einer Vertikalbohrmaschine). Die Randbedingungen in der Zielregion stellten hierbei eine besondere Herausforderung dar und erforderten den Einsatz innovativer Methoden. |
| Einsatz von Pumpen als Turbinen (PAT) im Fallleitungsbetrieb des Zweck-
verbands Landeswasserversorgung Dipl.-Ing. Günther Störzer Der Zweckverband Landeswasserversorgung (LW) betreibt seit dem Jahr 1922 in seinem Fallleitungssystem Turbinen zur Gewinnung von elektrischer Energie. Seit 1984 werden für diesen Zweck vermehrt kostengünstige rückwärts durchströmte Serienpumpen und -motoren eingesetzt. Als Folge der aktuellen starken Energiepreissteigerung im Einkauf und der gleichzeitigen Reduzierung des Verkaufserlöses bei Stromgewinnungsanlagen in Trinkwasserfernleitungen nimmt die LW immer mehr Abstand von großen Francisturbinen sowie Einspeisungen ins öffentliche Stromnetz und geht über zu kostengünstigen kleinen PAT deren erzeugte Energie, wo möglich, zur Reduzierung des Eigenbedarfes herangezogen wird. |
| Wassermangel – ein globales Problem in Karstlandschaften Prof. Dr. Dr. h. c. Karl-Heinz Pfeffer Die geoökologische Ausstattungen der Karstlandschaften bewirken oberflächlich abflusslose Gebirgslandschaften mit stark schüttenden Quellen an deren Rand. Die Karstquellen werden schon seit der Eisenzeit genutzt, während in den Gebirgslandschaften Wassermangel herrscht. Die Nutzung der Karstlandschaft und der innerhalb dieser gelegenen Becken (Poljen) sowie nutzungsbedingte Landschaftsschäden werden an Beispielen dargestellt. Des Weiteren werden die heutigen Möglichkeiten der Wertsteigerung von Karstlandschaften mittels Meliorationen und Wasserfernleitungen aufgezeigt. |
| Geotechnische Aspekte beim Bau einer unterirdischen Staumauer in verkarsteten Riffkalken Dipl.-Ing. Thomas Mutschler, Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Theodoros Triantafyllidis Die Gründung einer unterirdischen Staumauer, die Teil einer kleinen Wasserkraftanlage zur Förderung von Trinkwasser aus einem Karstfließgewässer in Mitteljava, Indonesien, ist, stellt geotechnisch eine höchst anspruchsvolle Aufgabe dar. Die erarbeiteten Lösungen müssen den im Projektgebiet verfügbaren bautechnischen Möglichkeiten angepasst sein. Neben der Standsicherheit ist die Gebrauchstauglichkeit des Bauwerkes in allen Betriebszuständen sicher zu stellen. Der Beitrag beschreibt die Erkundung, die Planung, die bautechnische Umsetzung und den Verlauf des ersten Einstaus der Anlage aus geotechnischer Sicht. |
| Anwendung hydraulischer Simulationsmodelle zur Analyse und Planung
von Wasserverteilungssystemen Dr.-Ing. Philipp Klingel, Dipl.-Ing. Axel Knobloch, Prof. Dr.-Ing. Franz Nestmann Hydraulische Modelle von Trinkwasserverteilungssystemen werden vermehrt für die Planung und Analyse sowie für den Betrieb von Verteilungssystemen eingesetzt. Nach wie vor im Vordergrund steht dabei die Simulation des hydraulischen Verhaltens eines vorgegebenen Netzes. Dabei werden Drücke und Durchflüsse sowie Fließgeschwindigkeiten im System bei vorgegebenem Leitungsnetz mit Armaturen, Wassereinspeisungen und Wasserentnahmen ermittelt. |
| Einsatz von Druckrohrleitungen aus Holz bei Wasserkraftanlagen Univ.-Prof. Dr.-Ing. Hans Joachim Blaß, Dipl.-Ing. Dietrich Töws, Dr.-Ing. Peter Fellmoser Druckrohrleitungen aus Holz wurden im 19. Jahrhundert überwiegend in Nordamerika als Zuleitung für Wasserkraftanlagen eingesetzt. Nach einem deutlichen Rückgang Mitte des 20. Jahrhunderts erhielt der Einsatz von Druckrohrleitungen aus Holz durch die zunehmende Bedeutung regenerativer Ressourcen in den letzten Jahren neue Impulse. Im Hinblick auf die Nutzung unterirdischer Wasserressourcen auf der indonesischen Insel Java wurde im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Verbundprojektes der Einsatz von Druckrohrleitungen aus Holz als Zuleitung für Wasserkraftanlagen untersucht. |
| Nutzung von Karstwasservorkommen für die Trinkwasserversorgung –
Gefährdungspotenziale und Schutz Prof. Dr. Heinz Hötzl Karstgrundwasserleiter bilden in vielen Ländern der Erde eine wichtige Basis für die Trinkwasserversorgung. Durch das spezifische hydrogeologische Abflussverhalten ergeben sich Besonderheiten, die sowohl bei der Fassung als auch beim Schutz von Karstwässern zu beachten sind. Aufgrund der Infiltrationsbedingungen und der weitlumigen unterirdischen Wasserwege ergibt sich eine besonders hohe Vulnerabilität des Karstsystems gegen eindringende Schadstoffe. Dies erfordert besondere Schutzmaßnahmen. Basis hierfür bildet die Risikobewertung über die Vulnerabilität der geologischen Abfolge und die Verteilung der Gefahrenpotenziale, deren Sicherung über ein angepasstes Grundwassermanagement wahrgenommen wird. |
| Datenübertragung ohne Grenzen Sascha Isinger, Wolfgang Schönberger Lösungen der Firma sbs-system.de, Augsburg, machen dezentral erfasste Messwerte und Informationen aus weitläufigen Arealen überall im Internet und über Smartphones verfügbar. Als Hardware mit dabei: Das drahtlose Übertragungssystem eWON von Wachendorff. |
| Ringkolbenventile als Regelarmaturen in der Wasserversorgung Peter Oppinger Die im Rahmen des deutsch-indonesischen Verbundprojektes der Universität Karlsruhe (TH) gebaute Wasserkraftanlage staut ein Volumen von rund 300 000 m3 auf, und das in einer Höhle 100 m tief unter der Erde. Der darin angestaute Wasserdruck von rund 15 m treibt Pumpenturbinen an, die über ein Getriebe mit Förderpumpen gekoppelt sind. Sie drücken einen Teil des Wassers 220 m hoch in einen Speicher an der Erdoberfläche, um die ca. 80 000 Menschen der Region mit Wasser zu versorgen . Die Regelung der angestauten Wassermenge erfolgt über ein VAG-RIKO®-Ringkolbenventil (Bild 1). |
| Holzverarbeitende Industrie stellt besondere Anforderungen an die Wasserqualität Dipl.-Ing. Reiner Baumann Etwa 60 km südöstlich von Berlin liegt die Stadt Baruth / Mark. Am nordöstlichen Stadtrand befindet sich das Industriegebiet „Bernhardsmüh“. Es ist etwa 171 ha groß. Auf über 95 % der ausgewiesenen Industrieflächen haben sich Unternehmen der holzverarbeitenden Industrie und der Getränkeherstellung niedergelassen. Alle benötigen Wasser für Produktion, Beregnung der Außenlagerflächen und Reinigungsarbeiten. Die Anforderungen bezüglich Qualität und Quantität sind sehr hoch. Das vorhandene Wasserwerk der Stadt konnte den Bedarf nicht mehr abdecken. Daher entschloss man sich zum Bau eines neuen Wasserwerks mit eigenen Brunnen, um langfristig eine Versorgungssicherheit der Gewerbeflächen sicherzustellen. Als wirtschaftlich optimaler Standort bot sich ein stadteigenes Grundstück in unmittelbarer Nähe zum Industriegebiet an. |
| Bewirtschaftung unterirdischer Fließgewässer in Karstgebieten – Pilotstudie auf Java, Indonesien Prof. Dr.-Ing. Franz Nestmann, Dr.-Ing. Peter Oberle, Dr.-Ing. Muhammad Ikhwan, Dipl.-Geogr. Tobias Lux, Prof. Dr. Ulrich Scholz Der Beitrag gibt einen Überblick über ein BMBF-gefördertes Vorhaben zum Bau einer unterirdischen Wasserförderanlage in einem Karstgebiet auf Java. Ende 2008 konnte nach mehrjähriger Bauzeit trotz gravierender Rückschläge durch Erdbeben und Hochwasser der Probeeinstau und erste Tests eines wasserkraftbetriebenen Fördermoduls erfolgreich durchgeführt werden. Die Pilotanlage soll zukünftig die Wasserversorgung von 80 000 Menschen sicherstellen und als Initial für die Multiplikation ähnlicher Vorhaben weltweit dienen. An der deutsch-indonesischen Kooperation waren insgesamt sieben Institute der Universitäten Karlsruhe und Gießen sowie mehrere Industriepartner beteiligt. Deren jeweiligen fachspezifischen Beiträge sind in dieser Ausgabe der WasserWirtschaft dargelegt. |
| Schachtbautechnik zur Realisierung eines Zugangsschachtes in eine Karsthöhle Dipl.-Ing. Lutz zur Linde, Dipl.-Ing. Peter Schmäh Die „Vertical-Shaft-Boring-Mashine“ VSM 2500 ist von der Herrenknecht AG konstruiert und gebaut worden, um den Zugangsschacht zum unterirdischen Höhlenkraftwerk mit 2,5 m Durchmesser und 100 m Tiefe im Kalkstein zu bohren [1]. Aus logistischen und konstruktionstechnischen Gründen entstand das innovative Maschinensystem, in welchem alle Anforderungen optimal aufeinander abgestimmt wurden. |
| Konzeption und Herstellung eines unterirdischen Betonsperrwerks zur Trinkwassergewinnung auf Java Dipl.-Ing. Edgar Bohner, Dipl.-Ing. Martin Fenchel, Prof. Dr.-Ing. Harald S. Müller Der vorliegende Beitrag beschreibt die Konzeption und den Bau eines Betonsperrwerks in einem Höhlenfluss im Karst zur Realisierung einer unterirdischen Wasserförderanlage auf Java. Um die Übertragbarkeit auf weitere Projekte sicherzustellen, sollten nur örtlich verfügbare Baustoffe und Technologien zur Anwendung kommen. Durch die außergewöhnlichen Randbedingungen der unterirdischen Baustelle wurden die technischen Möglichkeiten zusätzlich eingeschränkt. Trotz aller Schwierigkeiten und Rückschläge durch Überflutung und Erdbeben konnte die Anlage im Sommer 2008 in den Testbetrieb gehen. |
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