Näherungsmodell für den Transport von Pathogenen in der Uferfiltration
Ein komplexes numerischen Transportmodell wurde entwickelt für den Transport von Pathogenen bei der Uferfiltration. Für die Verwendung in der Praxis wurde das Modell vereinfacht und mittels moderner mathematischer Methoden in ein Näherungsmodell überführt, welches schnelle Berechnungen ermöglicht. Dadurch sollen Anwender, wie Wasserwerksbetreiber mit Uferfiltration, in der Lage sein, eine Abschätzung der Reinigungsleistung ihrer Uferfiltrationstrecke durchzuführen ohne komplexe Modellierungen selbst durchführen zu müssen oder zusätzliche Software installieren zu müssen. Die Abschätzung wird durchgeführt für den Transport von Bakterien und Viren (basierend auf Somatischen Coliphagen).
Nach Vornahme der Konfiguration (siehe unten) berechnet das Näherungsmodell (Surrogate Modell) die Reinigungsleistung der Uferfiltration als pathogenes Reduktionspotenzial. Dieses Reduktionspotenzial wird für eine Flussverschmutzung geringen, mittleren, hohen und extremen Belastungsgrades (Abbildung 40) über ein Ampelsystem (grün / gelb / rot) bewertet
Modellkonfiguration
Zur Schätzung der Reinigungsleistung müssen einige standortspezifische Parameter eingetragen werden. Im Ergebnis wird dann die Reinigungsleistung der Uferfiltration mit einer Flussverschmutzung verschiedenen Grades verglichen.Weitere Informationen zu den zu konfigurierenden Parametern, weitere Hilfestellungen sowie Informationen zur Bewertung und Einordnung der Ergebnisse erhalten Sie unten (siehe “Weitere Informationen / Hilfetexte”) sowie im Menü “Grundlagen der Modellierung”.
Grün:
Die geschätzte Reinigungsleistung der Uferfiltration ist ausreichend hoch. Die Konzentration der Krankheitserreger wird auf dem Weg vom Oberflächengewässer zum Fluss auf ein gutes Niveau reduziert, für Bakterien <1/100mL und für Viren (Coliphagen) < 0.01/100mL. D.h. unterhalb der üblichen Nachweißgrenzen bei Wasserprobenahmen und -analysen.
Gelb:
Die geschätzte Reinigungsleistung der Uferfiltration ist zwar ausreichend hoch, jedoch nur knapp. Die Konzentration der Krankheitserreger wird auf dem Weg vom Oberflächengewässer zum Brunnen auf ein sicheres Niveau reduziert. Jedoch ist die niedrigste Schätzung für die Reinigungsleistung weniger als eine Größenordnung höher als die mindestbenötigte Reinigungsleistung um ein gutes Niveau zu erreichen.
Rot:
Die geschätzte Reinigungsleistung der Uferfiltration ist nicht hoch genug. Die Konzentration der Krankheitserreger wird nicht ausreichend reduziert. Die niedrigste Schätzung für die Reinigungsleistung befindet sich unterhalb der mindestbenötigten Reinigungsleistung für ein gutes Niveau.
Weitere Informationen zur Konfiguration / Hilfetexte
Entfernung des Brunnens vom Fluss [m]:
Der horizontale Abstand des Brunnens vom Fluss.
Erlaubter Wertebereich [0, 200]
Fließgeschwindigkeit (Darcy-Geschwindigkeit) [m/d]:
Die Grundwasserfließgeschwindigkeit aus dem Darcy-Gesetz (Darcy-Geschwindigkeit = hydraulische Durchlässigkeit * hydraulischer Gradient
q = k * i = k * – (dh/dt)
Falls die Abstandsgeschwindigkeit (beispielsweise aus Tracerversuchen) bekannt ist, kann die Darcy Geschwindigkeit bestimmt werden durch:
q = vAbstand * Porosität
Falls nur die Pumpraten bekannt sind kann folgende Abschätzung vorgenommen werden:
q = (Qpump * rUF) / (b * M)
q – Darcy-Geschwindigkeit
Qpump – Förderrate eines Einzelnen Förderbrunnens [m³/Tag]
rUF – Anteil Uferfiltrat am geförderten Wasser (Wert im Intervall [0,1])
b – Breite des Einzugsgebietes eines Förderbrunnens [m], siehe Abbildung
M – durchströmte Aquifermächtigkeit [m].
Zu beachten, diese Abschätzung kann die Fließgeschwindigkeit stark unterschätzen, falls das Einzugsgebiet des Brunnens deutlich kleiner ist, bspw. bei Hochwasser oder starken Regenereignissen.
Erlaubter Wertebereich [2, 10]
Porosität Grundwasserleiter (Aquifer) [-]
Porenanteil des Aquifers, für Sande und Kiese oft im Bereich [0.1, 0.3] je nach Verdichtungs- und Mischungsgrad.
Erlaubter Wertebereich [0.1, 0.4]
Porosität Kolmationsschicht [-]
Erlaubter Wertebereich [0.1, 0.4]
Dispersivität (Dispersionslänge) [m]
Repräsentiert die Inhomogenität des Grundwasserströmungsfeldes auf Grund der Inhomogenität der Strömung auf der Porenskala aber auch auf Grund der Heterogenität des Aquifermaterials. Sie ist im Allgemeinen schlecht voraussagbar ohne Experimente, und darüber hinaus skalenabhängig. Für Anwendungen der Uferfiltration liegt sie wahrscheinlich im Bereich [0.5 m, 5 m], niedriger bei kurzem Abstand des Brunnens vom Ufer, höher bei höherem Abstand des Brunnens vom Ufer.
Erlaubter Wertebereich [1, 20]
Median der Korngröße im Grundwasserleiter (mittlerer Korndurchmesser des Aquifers) [m]
d50 der Korngrößenverteilung des Aquifermaterials.
Erlaubter Wertebereich [0.00002, 0.04]
Median der Korngröße in der Kolmationsschicht (effektvier Korndurchmesser der Kolmationsschicht) [m]
d50 der Korngrößenverteilung der Kolmationsschicht am Übergang Fluss-Grundwasser, ist in der Regel jedoch unbekannt. Bei einer Uferfiltrationsanlage kann jedoch eine gewissen Kolmation angenommen werden, deshalb Standardannahme von [0.00001, 0.0001] m.
Erlaubter Wertebereich [0.00001, 0.002]
Erklärung/Hinweis/Achtung:
Das Ergebnis ist grundsätzlich nur eine Schätzung und soll als Orientierungshilfe dienen. Es kann keine Wasseranalyse oder vollumfängliche Modellierung ersetzen.