MODELLBERECHNUNGEN ZUR BEGRENZUNG DES GRUNDWASSERANSTIEGS
Zur Begrenzung des Grundwasseranstiegs wird eine Brunnengalerie am ostwärtigen Rand des Wohngebietes "Im Teich" errichtet. Durch die räumliche Nähe zur zu schützenden Ortslage wird eine maximierte Wirkung erzielt. Vier Vertikalbrunnen werden parallel zur Bundesautobahn A 67 (Lärmschutzwall) abgeteuft. Um die Infiltrationswirkung des Schwarzbaches, die die Grundwasserstände im Projektgebiet erhöht, abzuschwächen, werden flankierend entlang der Leitungstrasse zwischen Lärmschutzwall und Schwarzbach zusätzlich zwei Vertikalbrunnen niedergebracht.
Zur Verbesserung der räumlichen Wirkung der Maßnahmen zur Begrenzung des Grundwasseranstiegs wird der Wasserstand in Graben A und damit dessen lnfiltrationswirkung durch Abpumpen abgemindert. Hierdurch wird der Grabenzustrom aus dem Teichwald gekappt und die Infiltrationswirkung des Grabens A auf Höhe des Wohngebiets Im Teich unterbunden, Damit wird Graben A entsprechend seiner angedachten Funktion als Entwässerungsgraben wieder wirksam.
Es ist vorgesehen, die Sohle des Grabens A ab dem Durchlass unter der Bundesautobahn A 67 auf einer Länge von rund 170 m auszugleichen und ein Gegengefälle einzurichten. Am westlichen Ende des Ausbauabschnitts wird das derzeitige Sohlniveau von ca. 86,8 m üNN beibehalten und die Sohle bis zu ihrer Endtiefe von 86,3 m üNN (derzeit ca. 86,5 m üNN) am östlichen Ende beim Fassungsbauwerk zunehmend geringfügig eingetieft. Die Modellberechnungen zeigen, dass im Wohngebiet "Im Teich" die Grundwasserstände durch einen längeren Ausbau das Grabens A nicht signifikant weiter abgesenkt werden können. Ein längerer Ausbau führt im wesentlichen dazu, dass exfiltriertes Grundwasser über den Waldwiesengraben dem Graben A zuströmt und die Grundwasserstände auf dem erreichten Niveau fixiert, nicht jedoch weiter abgesenkt werden.
Das aus den Begrenzungsbrunnen und Graben A entnommene Wasser wird In einer gemeinsamen Druckleitung in den Schwarzbach abgeleitet.
Um die Zuflüsse aus dem Grabensystem östlich der Bundesautobahn A 67 und damit die zu pumpende Wassermenge zu begrenzen, wird die Sohle, des Grabens A östlich der Bundesautobahn A 67 auf einer Höhe, von ca. 87,3 m üNN durch SohIschwellen stabilisiert.
Zur Begrenzung des Grundwasseranstiegs, wird die Brunnengalerie ab einem bestimmten Grundwasserstand betrieben. Bis zu diesem Niveau bleiben Grundwasser und Oberflächengewässer durch die Wasserhaltungsmaßnahmen unbeeinflusst.
Die Modellberechnungen zeigen, dass zur Sicherstellung eines effektiven Wasserstandes In der Brunnengalerie von 88,5 m üNN im Bemessungsfall (Grundwasserstände April 2001) eine Entnahme von rund 28 m³/h aus jedem Begrenzungsbrunnen unter ungünstigen Bedingungen (z.B. Niederschlagsperiode) erforderlich ist. Die maximale Gesamtentnahme aus den Begrenzungsbrunnen beträgt demnach 150 m³/h. Nach den Grundwassermodellberechnungen liegt der ab zuleitende Zustrom aus Graben A (Zufluss aus dem Teichwald und Dränabfluss aus dem Ausbauabschnitt mit 150 m³/h in der gleichen Größenordnung.
Die geplante Brunnengalerie in Kombination mit den Entnahmen aus dem Graben A wird effizient den östlichen Grundwasserzustrom aus dem Teichwald erfassen. Die mittlere Absenkung im Wohngebiet "Im Teich" liegt bei über 0,5 m bezogen auf den Zustand April 2001. Dadurch werden die Hochstände des Grundwassers auf einem Niveau stabilisiert, wie sie zuvor im Herbst 1998 herrschten, Hierdurch wird ein Großteil der betroffenen Gebäude im Wohngebet "Im Teich" vor Vernässung geschützt. Die Modellberechnungen zeigen auch, dass durch eine Vergrößerung der Absenktiefe die Anzahl der vor Vornässung geschützten Gebäude nur geringfügig zunimmt, die abzuleitenden Grundwassermengen jedoch deutlich ansteigen. Weiterhin ist zu beachten, dass in Folge der Infiltration aus dem Schwarzbach die Grundwasserstände in Bachnähe auf höherem Niveau stabilisiert werden. Sowohl sehr tief ausgehobene Keller als auch vernässte Gebäude in Schwarzbachnähe können nur durch konkrete Maßnahmen am Objekt, z.B. durch Ringdränagen, sinnvoll geschützt werden.
Die gewässerkundlichen Jahreszahlen für den Schwarzbach am Pegel Nauheim weisen einen mittleren Abfluss, von 0,71 m³/s und einen mittleren Hochwasserabfluss von 1,84 m³/s im Winterhalbjahr aus. Der höchste beobachtete Höchstwasserabfluss lag bei 5,00 m³/s. Die in den Schwarzbach aus den Maßnahmen zur Begrenzung des Grundwasseranstiegs abzuleitenden Wassermengen betragen maximal 0,08 m3/h bzw. 83 l/s). Sie haben damit keine signifikanten Auswirkungen auf die Wasserstände im Schwarzbach.
TECHNISCHE EINRICHTUNGEN
Begrenzungsbrunnen.
Für die Begrenzung des werden insgesamt sechs
Begrenzungsbrunnen (Brunnen mit Unterwasserpumpen) am ostwärtigen Rand
das Wohngebietes "Im Teich" eingerichtet. Die Standorte der
Begrenzungsbrunnen wurden unter Berücksichtigung der vorgegebenen
Zwangspunkte (Grundstücksgrenzen, Verlauf der Ver- und
Entsorgungsleitungen) in den Grundwassermodellberechnungen optimiert.
Die Begrenzungsbrunnen werden aufgrund der großen Mächtigkeit des
Grundwasserleiters als unvollkommene Brunnen ausgebildet. Da der
Zustrom auf die Begrenzungsbrunnen relativ gleichmäßig verteilt ist,
ist der Ausbau für alle sechs Begrenzungsbrunnen weitgehend identisch.
Aufgrund der Geländeverhältnisse (größere Flurabstände) ist lediglich
die Vollrohrlänge der Begrenzungsbrunnen 1 bis 4 entlang des
Lärmschutzwalles (Bundesautobahn A 67) 2,0 m länger. Die
Begrenzungsbrunnen 1 bis 4 weisen jeweils folgende Kenndaten auf:
Bohrdurchmesser
620
mm
Bohrtiefe 14,0
m
Ausbaudurchmesser 260
mm
Länge
Vollwandrohr 9,0
m
Länge
Filterrohr 5,0
m
Die Begrenzungsbrunnen 5 und 6 weisen jeweils folgende Kenndaten auf:
Bohrdurchmesser 620
mm
Bohrtiefe 12,0
m
Ausbaudurchmesser 250
mm
Länge
Vollwandrohr 7,0
m
Länge
FiIterrohr 5,0
m
Die sechs Brunnenbohrungen werden im Trockenbohrverfahren im Durchmesser von ca. 620 mm auf eine Tiefe von ca. 14,0 m bzw. ca. 12,0 m unter OK-Gelände niedergebracht. Abhängig von den angetroffenen Schichten werden die Kornverteilungen der Filterkiese für optimale Ausbauten zu Begrenzungsbrunnen ermittelt. Der oberflächennahe Wasserzutritt wird durch den Einsatz von ca. 1,5 m langen Sperrrohren (Durchmesser ca. 400 mm) verhindert.
Im Anschluss an die Bohr- und Ausbauarbeiten werden die Begrenzungsbrunnen klargespült und intensiv entsandet. Kurzpumpversuche in verschiedenen, Leistungsstufen bis maximal 40 m³/h über ca. 72 h je Begrenzungsbrunnen mit Wiederanstiegsmessungen werden Rückschlüsse über die Leistungsfähigkeit der Begrenzungsbrunnen ergeben. Das geförderte Grundwasser wird entweder in Graben A abgeleitet und damit wieder versickert oder in de Schwarzbach abgeleitet.
Einlaufbauwerk am Schwarzbach.
Das entnommene Grund- und Grabenwasser wird über die Brunnenleitungen und die Transportleitung zu der Einleitestelle am Schwarzbach geleitet. Die Einleitestelle wird gegen Sohl- und Böschungserosion gesichert. Hierzu werden die Sohle und die Uferböschungen auf einer Länge von ca. 6 m mit Wasserbausteinen ausgekleidet.
Sohlschwellen am Graben A.
Um die Dränwirkung des Grabensystems östlich
der Bundesautobahn A 67 und damit die zu pumpende Wassermenge zu
verringern, wird die Sohle des Grabens A östlich der Bundesautobahn A
67auf einer Höhe von ca. 87,3 m üNN durch zwei Sohlschwellen um 0,3 m
leicht erhöht. Für einen naturnahen Ausbau der Sohlschwellen werden
Rundhölzer im Abstand
vor ca. 1,0 m bis auf eine Höhe von 0,3 m in die Sohle geschlagen. Der
Kern der Sohlschwellen wird für eine gewisse Dichtwirkung mit Sand
befüllt. Zur Vermeidung von Erosion wird der Sandkern mit Kiesen
abgedeckt. Ebenso wird zur Erosionsvermeidung die Sohle im Unterstrom
der Sohlschwellen mit Kies gesichert.
ÜBERWACHUNG UND BETRIEB.
Die technischen Einrichtungen für Begrenzung
des Grundwasseranstiegs setzen sich aus einer Brunnengalerie mit sechs
Einzelbrunnen und einem Entnahmebauwerk zur Begrenzung des
Wasserstandes im Graben A zusammen. Sie werden sukzessive in Betrieb
genommen, wenn an der Messstelle GWM 4 im Wohngebiet "Im Teich" ein
Grundwasserstand von 86,7 m üNN erreicht bzw. überschritten Wird.
Zuerst sind die Begrenzungsbrunnen 1 und 4 in Betrieb zu nehmen. Nach
den Grundwassermodellberechungen ist davon auszugehen, dass im Bereich
der Messstelle GWM 4 während des Betriebs der technischen Einrichtungen
zur Begrenzung des Grundwasseranstiegs die höchsten Grundwasserstände
im Wohngebiet "Im Teich" erreicht werden. Wird während des Betriebs an
der Messstelle GWM 4 ein Grundwasserstand von 86,8 m üNN überschritten,
werden zusätzlich die Begrenzungsbrunnen 2 und 6 betrieben. Wird ein
Wasserstand von 86,9 m üNN an der Messstelle GWM 4 abermals erreicht,
sind die Begrenzungsbrunnen 3 und 5 zusätzlich zuzuschalten. Um die
Infiltration aus Graben A bei sehr hohen Grundwasserständen zu
begrenzen und die räumliche Wirkung der Abpumpmaßnahme zu verbessem,
wird die Entnanme aus Graben A in Betrieb genommen, wenn ein
Grabenwasserstand von 87,3 m üNN im Entnahmebauwerk am
Graben A aberschritten wird. Die Entnahme aus Graben A wird
abgeschaltet, wenn ein Wasserstand von 87,1 m üNN unterschritten wird.
Die Zeitpunkte der sukzessiven Außerbetriebnahme der Begrenzungsbrunnen
werden ebenfalls anhand der Grundwasserstände an der Messstelle GWM 4
abgeleitet. Wegen der Wechselwirkungen der Grundwasserstände mit den an
das Wohngebiet "Im Teich" angrenzenden Oberflächengewässer Schwarzbach
und Graben A ist es nicht möglich, über eine Messstelle außerhalb
dieses Bereichs die Außerbetriebnahme zu steuern.
Die Begrenzungsbrunnen werden in umgekehrter Reihenfolge wie bei der Inbetriebnahme abgeschaltet. Wird ein Grundwasserstand von 86,65 m üNN an der Messstelle GWM 4 unterschritten, werden zuerst Begrenzungsbrunnen 3 und 5 außer Betrieb genommen. Es ist davon auszugehen, dass nach den Grundwassermodellberechnungen mit dem Abschalten zweier Begrenzungsbrunnen an der Messstelle GWM 4 die Grundwasserstande um rund 2 bis 3 Dezimeter ansteigen werden. Wird dann ein Grundwasserstand von 86,6 m üNN an der Messstelle 4 unterschritten, sind die Begrenzungsbrunnen 2 und 6 außer Betrieb zu nehmen. Die Anlage ist komplett abzuschalten, wenn die Grundwasserstände an der Messstelle 4 dann 86,55 m üNN unterschreiten.
Für das Monotoring der Maßnahme zur Begrenzung des Grundwasseranstiegs auf die Grundwasserstände im Teichwald ostwärts des Wohngebietes und der Autobahn wird dort die Grundwassermessstelle "Blechschneise" eingerichtet. Die Messstelle ist vor der Inbetriebnahme der technischen Einrichtungen zur Begrenzung des Grundwasseranstiegs abzulesen und der Grundwasserstand zu dokumentieren. Während des Betriebs sind die Grundwasserstände entsprechend des Beobachtungsrhythmusses der technischen Einrichtungen in 14-tägigen Intervallen zu erfassen und zu dokumentieren.
BAUKOSTEN
Für drei Gewerke haben sich folgende
Gesamtkosten ergeben: 412.778 Euro, im einzelnen:
Gewerk 1: Brunnen- und Rohrleitungsbau 275.869 Euro,
Gewerk 2: Technische Ausrüstung 98.225 Euro,
Gewerk 3: Landschaftsbau 11.278 Euro.
Das Ingenieurhonorar ist mit 27.406 Euro beziffert.
DAUER DER ARBEITEN: April bis November 2003.
Brandt * Gerdes * Sitzmann Umweltplanung GmbH, Darmstadt
