Brunnenbau Grundlagen

„Brunnen“ ist die Bezeichnung für eine große Zahl wasserspendender Objekte. Oft bezeichnet man die zutage tretenden Quellen als „Brunnen“. Unter den Namen Brunnen fallen auch die monumentalen Anlagen wie Zierbrunnen, Springbrunnen und Wasserkünste.

Brunnen im technischen Sinne (auch gewöhnliche Brunnen genannt) sind im Wesentlichen in das Gebirge, z.B. Felsen  oder Lockergestein  gebohrte und i.d.R. mit Rohren ausgekleidete Brunnen.

 

Der Brunnenbau ist eine der wichtigsten Säulen zur Sicherstellung des Zugangs zur Ressource Wasser. Wie im Text „Grundlagen zum Wasserwissen“ dargestellt, wird in vielen Ländern – auch in Deutschland - die überwiegende Menge an Rohwasser aus Brunnen gewonnen.

Abb. 1 Prinzipskizze zur Trinkwasserproduktion in Deutschland

1) Grundwasserleiter
2) Brunnenbauwerk
3) Trinkwasseraufbereitung
4) Aktivkohlefilter
5) Wasserspeicher
6) Netz der Wasserversorgung

Ein Brunnenbau in dem heute üblichen Umfang ist ohne den notwendigen Filterkies (z.B. AQUAGRAN®) nicht möglich.

 

Die Verhältnisse, unter denen Brunnen gebaut werden müssen, sind naturgegeben sehr unterschiedlich. Wichtiger Parameter ist neben dem grundsätzlichen Vorhandensein geeigneter Grundwasserleiter auch die genaue Kenntnis des Untergrundes. So ist im Norden von Deutschland tendenziell eher mit Sandboden zu rechnen, während im Süden oft Bohrungen in Festgestein durchgeführt werden müssen (Locker- bzw. Festgesteinsbohrungen). Die Fördermenge sowie die Anzahl der Brunnen je Fläche spielt ebenfalls eine Rolle.

 

So vielfältig wie die Aufgabenstellung sind auch die Lösungen. Dieser Text soll eine grundsätzliche Übersicht zum Brunnenbau liefern.

Grundsätze zum Gelände

Im Folgenden sollen die grundsätzlichen Verhältnisse betrachtet werden. Die Abb. 2 stellt einen Schnitt durch eine fiktive Oberfläche dar. Grundsätzlich sind alle geologischen Formationen so oder so ähnlich aufgebaut, wobei es in der Praxis oft sehr viel komplizierter ist, da es mehrere Grundwasserleiter in unterschiedlichen Höhen gibt und die Verwerfungen selten so einfach sind wie im Prinzip dargestellt.

Abb. 2 Prinzipskizze zu Grundwasseraufbau

Unter nahezu jedem Gelände auf der Erde befindet sich Grundwasser. Der – entscheidende – Unterschied ist die Tiefe, in der die grundwasserführende Schicht liegt. So wurden z.B. in Afrika direkt unter der Sahara Wasserreserven in riesigem Ausmaß mit hervorragender Qualität gefunden. Diese Vorkommen liegen jedoch in > 1.000 m Tiefe, so dass es technisch extrem aufwendig (aber nicht unmöglich!!!) ist, sie nutzbar zu machen.

 

Das in der Regel durch Niederschläge kommende Wasser durchläuft die oben liegende Deckschicht und sammelt sich im wasserführenden Grundwasserleiter. Die Grundwasserleiter bestehen oft aus Sand oder Kies. In allen Formationen gibt es Einschlüsse, die Wasser kaum oder auch gar nicht leiten. Diese können z.B. aus Lehm, Ton oder Mergel bestehen, aber auch Felsformationen sind möglich.

 

Die Qualität des Grundwassers ist in der Regel umso besser, je tiefer es gefunden wird. Das erklärt sich unter anderem durch die längere „natürliche“ Filterstrecke die es durchlaufen hat. Natürlich spielen auch die Einträge auf der Oberfläche eine große Rolle (z.B. landwirtschaftliche Düngung).

 

Je nach Geländeformation hat das Grundwasser eine Fließrichtung. Die Fließrichtungen und Fließgeschwindigkeiten hängen von der Qualität des Grundwasserleiters und den geologischen Gegebenheiten ab. Zusätzlich ist die zur Verfügung stehende Menge an Grundwasser ausschlaggebend. Alle Parameter zusammen haben Einfluss darauf, wie groß ein Brunnen überhaupt dimensioniert werden kann (bzw. wie viele Brunnen in einem Gebiet sein dürfen, oder  - im Falle einer gewollten Grundwasserabsenkung - sein müssen).

 

Unter bestimmten Umständen kommt es dazu, dass der Grundwasserleiter so große Höhenunterschiede hat, dass das Grundwasser bei Bohrungen von selbst austritt. Passiert dieses natürlich, so nennt man das in der Regel eine Quelle. Im Brunnenbau werden diese Brunnen als ARTESISCHE Brunnen bezeichnet (siehe Abb. 3 Prinzip Artesischer Brunnen)

Abb. 3 Artesischer Brunnen

Einteilung von Brunnen

Technische Brunnenanlagen lassen sich in gewöhnliche Brunnen  und artesische Brunnen (siehe Abb. 3) unterteilen. In der Regel spricht man auch von Tiefbrunnen. In diesem Text werden die oberflächennahen sogenannten Schürfbrunnen (z.B. gemauerte Schachtbrunnen) nicht behandelt, da diese für die Trinkwasserversorgung in Europa aufgrund der hygienischen Bedenken keine Rolle spielen.

 

Tiefbrunnen werden in der Regel durch Anlegen eines Bohrloches erstellt. Oft werden die Anwendungen wie folgt eingestuft:

 

  • Grundwassermessstellen (Überwachung der Beschaffenheit / Grundwasserstände)
  • Wasserversorgungsbrunnen (öffentliche Wasserversorger / Industrie)
  • Beregnungsbrunnen (Landwirtschaft)
  • Feuerlöschbrunnen
  • Gartenbrunnen
  • Förder- und Schluckbrunnen (z.B. Geothermie, Grundwasserabsenkung)

 

Im Folgenden sollen die Grundlagen des Brunnenbaus beleuchtet werden.

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