Wir unterscheiden bei den Grundwasserfassungen die senkrechten (vertikalen) Fassungen, die Grundwasserleiter in beliebiger Tiefe unter Tage nutzen, und die waagrechten (horizontalen) Fassungen, die flach liegende Grundwasservorkommen erschließen, sowie die Quellfassungen, Quellwasser ist auf natürlichem Wege an der Erdoberfläche austretendes Grundwasser.

Zu den senkrechten Fassungen gehören der Schachtbrunnen - als älteste Bauform überhaupt - und der Bohrbrunnen. Zu den waagrechten Fassungen sind die ebenfalls schon seit langem gebräuchlichen Sickerrohrleitungen und die Fassungsstollen sowie der neuere Horizontalfilterbrunnen zu zählen.

Schachtbrunnen

Der aus dem Wasserloch der Vorzeit entstandene Schachtbrunnen (Bild 1) wird, wie der Name sagt, im Erdboden ausgeschachtet. Der die Wandungen des Brunnenkessels (der Schachtbrunnen wurde früher auch Kesselbrunnen genannt) bildende Schachtkörper aus Mauerwerk, Beton, Stahlbeton oder fertigen Betonschachtringen wird meistens abgesenkt (Senkbrunnen); er taucht in den Grundwasserleiter fast immer nur wenige Meter ein (unvollkommener Brunnen). Der Wassereintritt erfolgt vielfach nur durch die Sohle, besser durch den unteren durchlässig ausgeführten Teil der Schachtwandung; gelegentlich wird die Sohle betoniert, und das Wasser tritt nur durch die dafür ausgebildete Wandung in den Brunnen.

Bild 1: Schachtbrunnen

Der Schachtbrunnen erschließt das Wasser der in geringer Tiefe liegenden wasserführenden Schichten. Bei größerem Durchmesser dient er zugleich als Sammler der gewonnenen Wassermenge und als Speicher.

Schon in früherer Zeit kannte man verhältnismäßig tiefe Schachtbrunnen; wesentlich größere Tiefen wurden auch in neuerer Zeit kaum erreicht. Der Durchmesser beträgt bei kleinen Einzelbrunnen etwa 1,0 m bis 1,50 m. Werden Speicherraum oder größere Eintrittsflächen der Schachtwandung gefordert, sind auch Durchmesser bis zu 6,0 oder 8,0 m möglich und angewandt worden.

Im Verhältnis zum Bohrbrunnen weist der Schachtbrunnen geringere Liefermengen auf und ist heute nur noch selten bei Einzelversorgungen in Gebrauch. Hygienisch bedenklich ist die leichte Zugänglichkeit des Schachtbrunnens infolge des großen Durchmessers und seiner Nähe zur Geländeoberfläche.

Aus diesen Gründen ist seine Bedeutung zurückgegangen. Als Grundwasserfassung für öffentliche Wasserwerke wird er seit langem nicht mehr gebaut.

Der "Sammelbrunnen" größerer Wasserwerke hat mit dem Schachtbrunnen nur die äußere Form und die Art der Abteufung gemeinsam. Seine Wandungen und seine Sohle sind undurchlässig. Er stellt keine Wasserfassung, sondern lediglich Ausgleichs-, Vorrats- oder Zwischenbehälter und Entnahmeschacht für die Pumpen dar und sollte daher besser Sammelschacht genannt werden.

Bohrbrunnen Im Gegensatz zum Schachtbrunnen wird der Bohrbrunnen (Bild 2), früher auch Rohrbrunnen* genannt, durch eine Bohrung hergestellt. Dabei finden verschiedene Bohrverfahren Anwendung, meist als Drehbohren (z. B. das Saugbohren oder das Lufthebebohren). Nach Durchteufen eines Grundwasserleiters von ausreichender Höhe(=Mächtigkeit) und Wasserführung wird in die Bohrung ein Filterrohr mit Sumpfrohr eingebaut, mit Filterkies umgeben und mit einem bis zu Tage reichenden Vollwandrohr (Brunnenrohr) versehen. Die Tiefe des Bohrbrunnens richtet sich nach Tiefenlage des Grundwasserleiters. Der Brunnen soll dabei nach Möglichkeit die ganze Mächtigkeit des Grundwasserleiters erschließen. Die Durchmesser des Bohrbrunnens können außerordentlich unterschiedlich sein. Wird der Brunnen im standfesten Gestein (Festgestein) niedergebracht, werden Bohrdurchmesser von z.B. 500 bis 600 mm und Filterrohrdurchmesser von z. B. 200 bis 400 mm vorgesehen. * Der Fachnormenausschuß Brunnenbau im Deutschen Normenausschuß hat in seiner Sitzung vom 6. März 1943 festgelegt, daß anstelle der Bezeichnung "Rohrbrunnen" in Zukunft die Bezeichnung " Bohrbrunnen " tritt. Ganz allgemein soll die Art der Abteufung im Namen des Brunnens Ausdruck finden. Man sagt demgemäß auch "Schachtbrunnen" für ausgeschachtete Brunnen (bisher vielfach Kesselbrunnen) und "Rammbrunnen", d. h. eingerammte Brunnen (bisher vielfach Abessinierbrunnen genannt). In den jüngeren Formationen des Lockergesteins, in denen Kiese und Sande mit ihren oft großen Ergiebigkeiten erschlossen werden, sind bei mittleren Tiefen - von 100 bis 300 m - Bohrdurchmesser von 1000, 1300, 1600 mm und mehr durchaus üblich und dementsprechend Filterrohrdurchmesser von ca. 600 bis 1000 mm. Die genannten Durchmesser beziehen sich auf Versorgungsbrunnen mit großen Leistungen. Für geringeren Bedarf werden Bohrbrunnen in kleineren Abmessungen hergestellt. Der Bohrbrunnen erschließt - im Gegensatz zum Schachtbrunnen - in jedem Fall das Wasser eines Grundwasserstromes, wie er in einiger Tiefe und entsprechender Ausdehnung im Untergrund fließt. Wird die wasserführende Schicht soweit möglich in ihrer ganzen Mächtigkeit durchteuft, d.h. bis zur wassertragenden undurchlässigen Sohle (Grundwasserstauer), ist der Bohrbrunnen als vollkommener Brunnen anzusprechen. Das erschlossene Wasser ist Tiefenwasser von hygienisch einwandfreier Beschaffenheit. Da sich Bohrbrunnen im Gegensatz zu Schachtbrunnen an der Erdoberfläche stets so ausbilden lassen, daß Verunreinigungen irgendwelchen Art nicht ins Brunneninnere gelangen können, ist der sachgemäß erstellte Bohrbrunnen das Vorbild einer Grundwasserfassung, bei der sich alle hygienischen Forderungen erfüllen lassen. Diese Tatsache in Verbindung mit der technisch einwandfreien Ausführung vor allem als Kiesschüttungsbrunnen hat den Bohrbrunnen zum Versorgungsbrunnen aller Grundwasserwerke werden lassen. Er wird dabei in Mehrbrunnenanlagen (Brunnenreihen) nicht nur zur Gewinnung echten (landseitigen) Grundwassers verwendet, sondern auch zur Erschließung uferfiltrierter Wassermengen an den Ufern von Flußläufen. Er wird ferner bei geeigneten, ausreichend aufnahmefähigen Grundwasserleitern zur Erzeugung künstlichen Grundwassers, d.h.zur Grundwasseranreicherung, benutzt und dann als Versickerungs- oder Infiltrationsbrunnen bezeichnet. Daneben hat der Bohrbrunnen im Bauwesen als Entwässerungsbrunnen bei Grundwasserabsenkungen eine große Bedeutung erlangt. Als Sonderform des Bohrbrunnens kann der Rammbrunnen bezeichnet werden, der indes nur bei kleineren Einzelversorgungen, z. B. bei Landgrundstücken und auf Weiden, Verwendung findet.

Bild 2: Bohrbrunnen

Sickerrohrleitungen

Zur Erschließung sehr flach liegender, nur gering mächtiger, aber genügend ausgedehnter wasserführender Schichten dienen die horizontalen Sickerrohrleitungen (Bild 3), die sich ursprünglich aus offenen Sickergräben entwickelt haben.

Die aus Steinzeug, Beton, aus korrosionsgeschütztem Stahl oder aus Kunststoff bestehenden Sickerrohre werden in Gräben mit schwachem Gefälle nach einem Sammelschacht hin verlegt und mit zu den Filterrohrschlitzen passendem Filterkies umgeben. Aus hydrologischen Gründen werden meist Brunnenfilterrohre verwendet, die auf dem ganzen Rohrumfang durchlässig ausgebildet sind. Der untere halbe Umfang, der hierbei wie der obere mit Schlitzen oder Löchern

versehen ist, verursacht allerdings gegenüber dem abfließenden Wasser im Rohr eine größere Reibung, die durch stärkeres Gefälle ausgeglichen werden kann. Die Gräben werden nach ihrer Auffüllung durch eine Tonlage gegen Verunreinigung von der Oberfläche her geschützt. Außer dem Sammelschacht werden bei langen Sickerrohrleitungen im Abstand von ca. 50-80 m und an den End- und Knickpunkten Zwischenschächte zur Beobachtung der Wasserstände, zur Probenentnahme und zum Reinigen angelegt.

Für Einzelversorgungen sind Sickerrohre von 200-400 mm Durchmesser, für Großversorgungen von 500-800 mm Durchmesser gebräuchlich. Die Sickerrohre werden in mindestens 4-5 m Tiefe dort angeordnet, wo die wasserführende Sohle am tiefsten liegt.

Die Wasserlieferung ist von den örtlichen geohydrologischen Verhältnissen abhängig; sie kann erheblichen Schwankungen unterliegen und in Trockenzeiten sehr zurückgehen.

Bedenken in hygienischer Hinsicht sind nicht von der Hand zu weisen. Auch wenn die landwirtschaftliche Düngung verboten ist, muß die Sickerrohrleitung allein wegen des geringen Flurabstandes - als Grundwasserfassung hygienisch immer als gefährdet, zumindest aber als anfällig angesehen werden, sofern sie nicht in voller Längenstrecke von ausreichend mächtigen, schwer wasserdurchlässigen Deckschichten überlagert wird.

Ein Vergleich mit dem Bohrbrunnen im Hinblick auf die Liefermenge ist wegen der stark unterschiedlichen Gegebenheiten kaum möglich. Bei Berücksichtigung hygienischer Gesichtspunkte wird dieser Vergleich aufgrund der nicht zu übersehenden Anfälligkeit der Sickerrohrleitung zugunsten des Bohrbrunnens ausfallen.

Neben Sickerrohrleitungen verschiedener Durchmesser wurden früher im Festgestein auch größere, oft begehbare Sickerstollen gebaut, die aus wirtschaftlichen Gründen heute kaum noch in Betracht kommen.

Horizontalfilterbrunnen

Horizontalfilterbrunnen sind Wassergewinnungsanlagen, die ihr Wasser mit mehreren von einem Schacht sternförmig nach allen Seiten ausgehenden, horizontal gelagerten Fassungssträngen (Filterrohrsträngen) dem Grundwasserleiter entnehmen. Unter dem hydrostatischen Druck des Grundwasserleiters tritt das Wasser durch die Filterrohre in den Sammelschacht ein und wird diesem meist durch Unterwassermotorpumpen entnommen.

Der lichte Schachtdurchmesser beträgt etwa 3 bis 6 m. Die Schachttiefe richtet sich nach der Tiefenlage der wasserführenden Schichten; sie ist nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten bisher mit 10 bis 70 m ausgeführt worden. Die Fassungsrohre sind Horizontalfilterrohre mit Lichtweiten von 150-300 mm (selten auch größer) und Einzelstranglängen von 40 bis ca. 60 m.

Entsprechend den Anlagekosten und der Förderleistung eines Horizontalfilterbrunnens wird sich eine wirtschaftliche Beurteilung immer auf den Vergleich mit einer Brunnenreihe oder einer Mehrbrunnenanlage stützen, niemals auf die Gegenüberstellung mit einem einzelnen vertikalen Bohrbrunnen.

Wo die allgemeinen wirtschaftlichen und hydrogeologischen Voraussetzungen für den Bau von Horizontalfilterbrunnen gegeben sind, zeichnen sich für diesen folgende Vorteile ab:

Im Gegensatz zu einer Brunnenreihe vertikaler Bohrbrunnen ist die ganze Wasserfassung des Horizontalfilterbrunnens in einer großen betrieblichen Einheit zusammengefaßt (bisher erzielte Leistungen von Horizontalfilterbrunnen liegen zwischen 400 und 3000 m3 /h). Grundwassergewinnung und Rohwasserförderung befinden sich an einem einzigen Ort. Betriebsführung, Wartung, Kontrolle und Unterhaltung der Anlage werden vereinfacht und dadurch Einsparungen erreicht. Bei richtiger fördertechnischer Ausbildung wird die Betriebssicherheit verstärkt und eine leichtere hygienische Überwachung ermöglicht.

Das Gelände für die Wassergewinnungsanlage kann im allgemeinen kleiner angenommen werden als bei einer Brunnenreihe. Auch die notwendige Schutzzone dürfte bei geeigneten Deckschichten im Untergrund leichter auszuweisen sein. Es ist demgemäß mit Kosteneinsparungen beim Geländeerwerb zu rechnen.

Unter gewissen Verhältnissen werden die Baukosten für die gesamte Gewinnungsanlage einschließlich der Rohwasserförderung geringer anzusetzen sein als die entsprechenden Kosten für eine Brunnenreihe.

Wenn die Voraussetzungen gegeben sind, werden vor allem bei einer Uferfiltration die sich bietenden Möglichkeiten der Wassergewinnung durch einen Horizontalfilterbrunnen besser genutzt als durch eine Brunnenreihe.

Den hier angeführten Vorzügen stehen als Nachteile gegenüber:

Die Zusammenfassung der Anlage zu einer einzigen geschlossenen Einheit kann unter Umständen bei Betriebsstörungen der Anlaß zu einer vorübergehenden Stillegung der gesamten Wasserversorgung sein, wenn entsprechende Reserven nicht vorhanden sind.

Die Absenkung des Wasserspiegels im Schacht des Horizontalfilterbrunnens kann gegebenenfalls größer sein als die Absenkung der einzelnen Wasserspiegel in einer Brunnenreihe, so daß von vornherein erhöhte Förderkosten entstehen können.

Die waagrechten Fassungsstränge des Horizontalfilterbrunnens können unter Umständen die sich im Untergrund bietenden Möglichkeiten der Grundwassergewinnung nicht voll nutzen, nämlich dann nicht, wenn die ganze Mächtigkeit der wasserführenden Schichten durch eingelagerte Tonbänder in eine Mehrzahl einzelner, hydraulisch voneinander getrennter Grundwasserleiter aufgegliedert ist. Hier bietet der Vertikalbrunnen Vorteile, der in der Lage ist, mehrere voneinander getrennte übereinanderliegende horizontale Grundwasserleiter zu erfassen.

Quellfassungen

Nach längerer, oft mehrjähriger Beobachtung der Quellschüttung, der Beschaffenheit und Qualität des Quellwassers und nach Feststellung anderer Gegebenheiten des Einzugsgebietes (Niedrigwasserabfluß) soll die Quelle möglichst an der Austrittsstelle aus frischem Gestein, geschützt gegen Verunreinigungen, gefaßt werden. Dabei ist ein Anstauen der Quelle zu vermeiden, da sich das Wasser in diesem Fall andere Austrittswege suchen kann; ein Tieferlegen des Quellwasserspiegels sollte ebenfalls vermieden werden, um ein Leerlaufen der Quelle auszuschließen.

Die Quellkammer soll die Quellwassertemperatur von der Außentemperatur unabhängig machen und bei gutem Luftwechsel einen Schutz gegen Frost und Hitze gewährleisten. Der Durchmesser des Entnahmerohres ist nach dem größten Wasserbedarf mit v = 0, 1 m/s festzulegen. Die mit Seiher versehene Einlaufstelle der Quellkammer sollte 0,70 bis 1,0 m über der Sammelbehältersohle liegen; ein Überlauf soll ein schädliches Anstauen verhindern. Die Quellkammer muß mit einem Leerlauf und einer wirksamen Entlüftung zur sicheren Abführung unatembarer Luft, der Quellengase mit einem hohen CO2-Anteil, ausgestattet sein.

Quellen sind im allgemeinen unsichere Wasserspender, oft in hygienischer Hinsicht anfällig und gefährdet. Zu den guten Quellen sind solche zu rechnen, deren größte Schüttung das Fünffache der geringsten Schüttung nicht übersteigt.

Die Höhenlage einer Quelle, verbunden mit geringer Entfernung zum Verbrauchsort, beeinflußt die Kosten günstig.

Bei dem gestiegenen Wasserverbrauch und den höheren hygienischen Anforderungen an unser Trinkwasser hat die Quellfassung an Bedeutung eingebüßt. Für die öffentliche Wasserversorgung wird sie nur in Ausnahmefällen in Frage kommen und lange und gründliche Voruntersuchungen erfordern.

(aus BIESKE; Bohrbrunnen; Oldenburg Verlag)