Nau, Christian Klaus (2017)
Konzeptionelle Untersuchung des Brunnenbetriebs von Vertikalfilterbrunnen zur Ermittlung der Brunnenalterung.
Technische Universität Darmstadt
Diplom- oder Magisterarbeit, Bibliographie

Kurzbeschreibung (Abstract)

Die Gewinnung von Trinkwasser aus Grundwasserspeichern stellt in Deutschland die wohl wichtigste Nutzung von Brunnen dar. Aber auch in anderen Bereichen kommen Brunnen zum Einsatz: Mineralwasserbrunnen, Lebensmittelindustrie, sonstige industrielle Nutzung von Brauchwasser sowie landwirtschaftliche Nutzung und Geothermie. Brunnen stellen also in vielen – meist lebenswichtigen – Bereichen für den Menschen ein unverzichtbares Gut dar. Umso wichtiger ist es, diese Wasserförderungsanlagen mit geeigneten Maßnahmen zu schützen. Wie eigentlich alle technischen Anlagen unterliegen auch Brunnen einem Verschleiß. Man spricht in diesem Fall von einer Brunnenalterung. Die Überwachung dieser Wertschöpfungsanlagen obliegt den Brunnenbetreibern. Aufgrund des Unikatcharakters von Brunnen ist der Betrieb selbiger, ein sehr komplexes Thema. Standortabhängige, hydrogeologische, chemische und betriebsweisenabhängige Randbedingungen beeinflussen das Alterungsverhalten eines jeden Brunnens. Die hiesige Arbeit beschäftigt sich mit der konzeptionellen Untersuchung des Brunnenbetriebs zur Ermittlung von Brunnenalterung. Der Fokus wird dabei auf Vertikalfilterbrunnen gelegt. Um einen möglichst detaillierten Einblick in die Thematik Brunnenalterung zu erhalten wurde eine Literaturrecherche und umfangreiche Experteninterviews durchgeführt. Fragestellungen welche die Einflüsse, Ursachen und Auswirkungen von Alterung der Brunnen betreffen werden erörtert und zusätzlich mögliche Methodiken zur Erkennung und Vorhersage von Alterungsprozessen diskutiert. Eine bekannte Methode um den Alterungsfortschritt eines Brunnens zu beurteilen ist die Betrachtung der spezifischen Ergiebigkeit, welche sich mit Hilfe der Durchführung eines Pumpversuchs berechnen lässt. Da ein solcher Versuch zwangsläufig mit der Unterbrechung des Brunnenbetriebs verbunden ist, werden diese je nach Betreiber nur selten durchgeführt, sodass Brunnenalterungen zu spät erkannt werden, was sich negativ auf die Regenerierfähigkeit auswirkt und schließlich auch unnötige Kosten verursacht. Es besteht daher das dringende Interesse den Fortschritt einer Alterung im Brunnen auch während des regulären Brunnenbetriebs erkennen zu können, ohne gesonderte Untersuchungen veranlassen zu müssen. Hierfür wurde zunächst analysiert, welche Betriebsdaten für ein möglichst weitreichendes Brunnen- Monitoring benötigt werden. In diesem Zusammenhang wurde sich auch mit den Fragen beschäftigt inwiefern diese Daten mittels fest im Brunnen verbauter Sensoren kontinuierlich erfasst werden können und inwieweit diese Technik bei den unterschiedlichen Brunnenbetreibern bereits zum Einsatz kommt. Die langjährigen Erfahrungen der Interviewpartner ermöglichten hierzu einen tiefen Einblick in die Welt des Brunnenbetriebs, Brunnenmonitorings und des Brunnenservices. Die Ergebnisse der Interviews werden in der Arbeit aufgegriffen und erörtert. Des Weiteren werden Methodiken für die Vorhersage von Alterungsprozessen diskutiert. Zunächst erfolgt eine Gegenüberstellung der technischen Möglichkeiten zur Umsetzung eines Softwaresystems unter dem Einsatz von Ontologien, maschinellen Lernverfahren oder regelbasierten Expertensystemen. Im Anschluss werden die Vorhersagemodelle, welche aus der Literaturrecherche und den Experteninterviews zusammengetragen worden sind, aufgezeigt. Darauf aufbauend wird ein Konzept für ein Softwaresystem, zur automatisierten Auswertung von Brunnenbetriebsdaten, mit dem Ziel der Erkennung von Brunnenalterung, entwickelt und vorgestellt. Das erstelle Konzept für ein Brunnen-Monitoring-System zeigt die Möglichkeiten einer Softwareimplementierung zur automatisierten Erkennung von Brunnenalterung auf. Das Konzept beinhaltet eine Auswahl der geeignetsten Methodiken der Alterungserkennung für die Umsetzung in einem regelbasierten Expertensystem: Virtuelle Pumpversuche, Pumpen-Anlaufphasen, Spezifische Stromaufnahmen und Widerstände in der Kiesschüttung. Außerdem wird der Entwurf eines Warnsystems vorgestellt. Nicht zuletzt beinhaltet das Konzept einen Empfehlungskatalog für die praktische Umsetzung der Brunnenausrüstung bei der Planung von Neubaubrunnen oder Nachrüstung von Bestandsbauwerken, welche ein weitreichendes Monitoring erst möglich machen. Das ausgearbeitete Konzept zeigt das große Potential, welches in der automatisierten Überwachung des Brunnenbetriebs zur Erkennung von Brunnenalterung liegt. Gerade weil viele Arbeitskräfte, die mit der Betreuung von Brunnen beauftragt sind, fachfremd sind, könnte ein für die Überwachung eingesetztes Software-Werkzeug eine enorme Verbesserung des Brunnenbetriebs hinsichtlich einer rechtzeitigen Erkennung von Regenerierbedürfnissen bedeuten. Wichtig ist hierbei zu erwähnen, dass ein solches regelbasiertes Expertensystem durch die komplizierten Randbedingungen des Brunnenbetriebs, stets durch einen Fachmann konfiguriert werden sollte, da allgemeingültige Regeln nur sehr begrenzt eingesetzt werden können.

Frage zum Eintrag

Redaktionelle Details anzeigen