Im folgenden wird generell für "Anlagen zur Ermittlung hydrologischer Werte des Grundwassers" der Begriff der Grundwassermessstelle (GWMS) benutzt. Wird eine GWMS für die Grundwasserförderung z.B. bei Grundwassersanierungsmaßnahmen eingesetzt, wird der Begriff des Brunnens verwandt. GWMS und Brunnen können in diesem Fall als Synonyme gebraucht werden.
Allgemeines
Die Messstellen sollten sich an den örtlich vorgegebenen geologischen Gegebenheiten orientieren.
Der Ausbau sollte so erfolgen, dass die nachfolgend auszuführenden Messungen und Tests zur Ermittlung des Grundwasserstandes und der Vor-Ort-Parameter, einwandfreie Durchführung hydraulischer Versuche sowie die fachgerechte Grundwasserprobenahme ermöglichen.
Generell sollte der gesamte wassererfüllte Bereich des oberflächennächsten Grundwasserstockwerks einschließlich der Berücksichtigung des Grundwasserhöchststandes durch die Verfilterung der Messstelle erschließen.
Falls sich das obere Grundwasserstockwerk durch wenige durchlässige Einschaltungen, z.B. in Form von Tonlinsen hydraulisch differenzieren lässt, ist diesem lithologischen Aufbau des Sedimentkörpers durch entsprechend orientierte Vollrohrstrecken mit Tonabdichtungen Rechnung zu tragen.
Nur in vollverfilterten GWMS können Mischwasserproben entnommen werden, die repräsentativ für die gesamte Grundwassermächtigkeit im Bereich der GWMS sind.
Durch diesen Ausbau wird sichergestellt, dass die gewonnenen Grundwasserproben in ihrer Beschaffenheit untereinander vergleichbar sind und in Unkenntnis eines eventuellen tiefenspezifischen Transports von Schadstoffen einen möglichst sicheren Nachweis der Verunreinigung ermöglichen.
In besonderen Fällen kann zur Kostenminimierung bei mächtigen Grundwasserleitern die Filterstrecke auf ca. 30 m (Porengrundwasserleiter) bzw. auf ca. 60 m (Kluftgrundwasserleiter) begrenzt bleiben. Die Möglichkeit einer Beeinträchtigung tieferer Bereiche des Grundwassers durch Phasenkörper oder Dichteströmungen ist zu berücksichtigen.
Befindet sich in den obersten 30 m der grundwassererfüllten Mächtigkeit eine Schichtgrenze zwischen einem Porengrundwasserleiter und einem Kluftgrundwasserleiter sollten die Messstellen zunächst nur im überlagernden Porengrundwasserleiter verfiltert sein. Erst wenn hier gegenüber dem Umfeld einer Verdachtsfläche erhöhte Stoffkonzentrationen im Grundwasser nachgewiesen werden, sollten alle weiteren Messstellen auch im Kluftgrundwasserleiter verfiltert werden. Sofern aus dem unterschiedlich lithologischen Aufbau der beiden Grundwasserleiter ein differenziertes Ausbreitungsverhalten resultiert, muss natürlich auch die Lage der Messstellen im jeweiligen Grundwasserleiter diesem Ausbreitungsverhalten gerecht werden.
Hydraulische Entwicklung von Brunnen und Grundwassermeßstellen
Im Anschluss an die Bohr- und Ausbauarbeiten zur Errichtung der Grundwassermessstelle sollte ein direkt nachfolgendes Reinigen (Entsanden) durchgeführt werden, um eine einwandfreie Funktion der Messstelle sicherzustellen. Diese sogenannte hydraulische Entwicklung und der nachfolgende Pumpversuch werden unmittelbar nacheinander und oft mit denselben Geräten ausgeführt; es handelt sich jedoch um zwei voneinander getrennte Arbeitsgänge mit unterschiedlichen Zielen.
Während die Entsandung die Messstelle reinigen soll und somit zur Herstellung einer einwandfreien hydraulischen Funktion der Messstelle dient, wird durch den Pumpversuch die Brunnencharakteristik, Leistung und Fördervermögen der Messstelle bestimmt. Vor allem bei Sanierungsbrunnen ist die Kenntnis der hieraus gewonnenen Daten von entscheidender Bedeutung für die Auslegung der Sanierungsanlage.
In Abhängigkeit von der Ergiebigkeit des Grundwasserleiters und von dem angewandten Verfahren kann das Reinigen mehrere Stunden in Anspruch nehmen. Je nach gewählter Reinigungsmethode ist ein entsprechendes detailliertes Protokoll anzufertigen, um Veränderungen im Laufe der Lebensdauer der Grundwassermessstelle beurteilen zu können. Die hydraulischen Entwicklungsmaßnahmen können die Herstellungskosten einer Messstelle wesentlich beeinflussen.
Die hydraulische Entwicklung der Messstelle hat die Aufgabe:
- den Restsandgehalt im Wasser zu beseitigen (DVWK Merkblatt W 119),
- den Filterraum zu reinigen, Feinpartikel aus dem Filter zu entfernen,
- ggf. eingetragene Verunreinigungen zu entfernen,
- ggf. Spülungszusätze aus der Bohrung zu beseitigen und die Bohrlochwand zu reinigen,
- den Porenraum im unmittelbar an die Verkiesung anschließenden Gebirge zu entwickeln und Fein- bzw. Feinstkornanteile zu entfernen,
um eine Beschädigung der Gebirgsformation durch Auskolkung während des Bohrvorgangs zu beheben und die natürlichen hydraulischen Gegebenheiten wiederherzustellen, die physikalische Aquifercharakteristik in der Umgebung des Bohrlochs und die Anstromverhältnisse zu verbessern.
Die Leistungen des Entsandens, Entschlammens und Klarpumpens werden in DVGW Merkblatt W 117 behandelt.
Folgende Methoden werden in der Praxis angewandt:
- Klarpumpen,
- Entsanden mittels Kolben,
- Intensiventsanden (Schocken) mittels Pumpen oder Luft.
Das Klarpumpen stellt die wohl am häufigsten verwandte und kostengünstigste Methode der Entsandung von neuen Grundwassermessstellen dar, obwohl es sich hierbei nicht im eigentlichen Sinne um eine hydraulische Entwicklung handelt. Der Pumpvorgang mit höherer Entnahmeleistung wird so lange durchgeführt bis das geförderte Wasser den gestellten Anforderungen entspricht (DVGW-Merkblatt W117 und W119). Hierbei wird eine Sandförderung vorweggenommen, wobei es nicht zu einer Reinigung des Porenraumes, sondern nur zu einer geringen Reinigungsleistung der Verkiesung kommt. Dies ist darin begründet, dass es zu einer Wasseranströmung nur in Richtung senkrecht zu der Verfilterung kommt. Damit wird die Verkiesung nur in dieser einen Richtung entwickelt, so dass als Ergebnis eine Stabilisierung des Ringraumes nur partiell erreicht wird und eine Brückenbildung im Ringraum nicht in jedem Fall behoben wird.
In nur noch geringem Maße kommen Entsandungskolben zum Einsatz, bei denen eine intensive Reinigung durch Auf- und Abwärtsbewegungen eines Kolbens im Voll- oder Filterrohr erreicht wird. Abwechselnd wird Wasser durch die Filterschlitze in den Ringraum und das anstehende Gestein gepresst und angesaugt. Durch diese intermittierende Wasserbewegungen werden vorhandene Kiesbrücken aufgebrochen und zerstört.
In den meisten Fällen kommen Unterwasserpumpen zur Entsandung von Grundwassermessstellen zum Einsatz. Durch sogenanntes Schocken, d. h. intermittierendes Abpumpen mit Wechsel von Stillstand und Betrieb der Pumpe, kann das Entsanden zeitlich verkürzt und verstärkt werden. Die Intensiventsandung (nach DVGW-Merkblatt W 117) wird verstanden als abschnittsweises und intermittierendes Entsanden von unten nach oben mit hoher Förderleistung mit Pumpen zwischen Packern bzw. Manschetten, um hohe Wasserzutrittsgeschwindigkeiten zu erreichen.
Besonders hohe Reinigungsleistungen werden durch Brunnenentwicklung mittels Einblasen von Pressluft erreicht. Hierbei wird Pressluft in die GWMS gepresst, so dass die Pressluft beim Aufsteigen Wasser mit sich reißt und ein Pumpeneffekt ausgeübt wird. Die verschiedenen Verfahrensvarianten beruhen darauf, dass durch wiederholte Umkehrung des Wasserzutritts aus dem Gestein in die GWMS oder durch Verdrängen von Wasser aus der GWMS in das Gestein eine turbulente Strömung innerhalb der Gesteinsformation bzw. innerhalb der Verkiesung erzeugt wird, die ein intensives Reinigen und gleichzeitiges Stabilisieren der Kiespackung erzielt. Die Entwicklung erfolgt wie beim Intensiventsanden von unten nach oben. Während des Entwicklungsvorgangs jeder einzelnen Stufe sollte ein Protokoll geführt werden, in dem festgehalten wird, wie viel Zeit bei jedem Pumpvorgang benötigt wird, bis das geförderte Wasser sich zu klären beginnt. Die Aufzeichnungen erlauben Rückschlüsse auf den Fortschritt der Entwicklung in den behandelten Abschnitten.
