BE1031679B1

BE1031679B1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Wasserrückflussmenge bei Durchführung einer hydrogeologischen Erkundungsbohrung im direkten Spülbohrverfahren

Info

Publication number: BE1031679B1
Application number: BE20245388A
Authority: BE
Inventors: Henrik Koers; Jan Richter; Helena Demel
Original assignee: Hoelscher Wasserbau Gmbh
Priority date: 2023-07-03
Filing date: 2024-06-24
Publication date: 2025-07-17
Also published as: NL2038104B1; BE1031679A1; NL2038104A; DE102023117555B4; DE102023117555A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) und ein Verfahren zur Bestimmung der Wasserrückflussmenge bei Durchführung einer hydrogeologischen Erkundungsbohrung im direkten Spülbohrverfahren. Die Vorrichtung (10) umfasst ein Messbecken (12) zur Aufnahme eines bei der Erkundungsbohrung anfallenden Rückflussstroms, wobei das Messbecken (12) zumindest eine einlaufseitige Kammer (14) und eine auslaufseitige Kammer (15) umfasst, wobei ein Zulauf (18) für das Messbecken (12) in die einlaufseitige Kammer (14) mündet und ein Ablauf (20) aus dem Messbecken (12) in der auslaufseitigen Kammer (15) vorgesehen ist, so dass Wasser das Messbecken (12) vom Zulauf (18) in Richtung des Ablaufs (20) durchströmen kann. Weiterhin umfasst die Vorrichtung (10) eine Wehrwand (21) mit einer Überlaufeinrichtung (22), die – in der Strömungsrichtung des Wassers gesehen – stromaufwärts der auslaufseitigen Kammer (15) und angrenzend hierzu vorgesehen ist, und zumindest eine erste Messsonde (24), die – in vertikaler Richtung gesehen – unterhalb der tiefsten Stelle (T) der Überlaufeinrichtung (22) der Wehrwand (21) angeordnet ist, so dass mittels der ersten Messsonde (24) in dem Messbecken (12) – in der Strömungsrichtung des Wassers gesehen – stromaufwärts der Wehrwand (21) ein Oberwasserstand (ho) messtechnisch bestimmbar ist.

Description

1 BE2024/5388

Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Wasserrückflussmenge bei Durchführung einer hydrogeologischen Erkundungsbohrung im direkten Spülbohrverfahren

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Wasserrückfluss- menge bei Durchführung einer hydrogeologischen Erkundungsbohrung im direkten Spülbohrverfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, und ein entsprechendes Verfahren, das mit einer solchen Vorrichtung durchgeführt werden kann.

Nach dem Stand der Technik sind Düsensauginfiltrationsbrunnen bekannt, die in unterschiedlichen Arten von Grundwasserleitern eingesetzt werden können. Das

Hauptprinzip der Düsensauginfiltration beruht darauf, hydraulisch anisotrope

Bodenverhältnisse auszunutzen. Hierbei werden Bodenschichten bzw. Teile der

Bodenschichtung, die eine höhere hydraulische Leistungsfähigkeit bzw. eine höhere Durchlässigkeit aufweisen als angrenzende Teilschichten, aktiv gesucht, um in solchen Bodenschichten größere Wassermengen infiltrieren zu können.

Die gesuchten Schichten werden als Düsensauginfiltrationslevel bezeichnet.

Voraussetzung für das Auftreten dieser Level ist das Vorhandensein von

Inhomogenitäten im Grundwasserleiter, die diesen in Teilschichten mit variierender Durchlässigkeit unterteilen. Die Durchlässigkeit von Düsen- sauginfiltrationslevels ist oftmals höher als die der umgebenden Teilschichten, die eine geringere hydraulische Leistungsfähigkeit aufweisen.

Prinzipiell funktioniert die Düsensauginfiltration am besten, wenn die Boden- schichtung heterogen ist und signifikante Unterschiede in der hydraulischen

Aufnahmefähigkeit aufweist. Zur Bemessung eines Düsensauginfiltrations- brunnens muss ein hydraulisches Profil der Bodenschichtung abgeleitet werden, beispielsweise indirekt über bereits vorhandene hydrogeologische Informationen oder aber direkt mithilfe von Testbohrungen bzw. den darin ausgebauten

Testbrunnen. Je nach Homogenität der Schichtung besitzt dies dann für einen

Einzelbrunnen oder eine Mehrbrunnenanlage Gültigkeit.

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Die Dimensionierung der Lage und Länge der Filterstrecke bei Düsensaug- infiltrationsbrunnen erfolgt in der Regel im Rahmen einer Erkundungsbohrung.

Am geplanten Einsatzort der Düsensauginfiltration wird eingangs eine hydro- geologische Erkundungsbohrung im direkten Spülbohrverfahren abgeteuft, bei der die relevanten Bohrparameter tiefenabhängig digital erfasst werden. Für die

Erkundungsbohrung wird direkt nach der Bohrung der Brunnenausbau auf

Grundlage der gewonnenen Daten festgelegt und der Brunnen dementsprechend installiert. Im Anschluss wird mit dem fertigen Testbrunnen ein

Stufeninfiltrationsversuch gefahren, um die möglichen und optimalen Infiltra- tionsmengen und -parameter festzulegen. Je nach Projektgröße und erwarteten

Inhomogenitäten in der Schichtung werden ein oder mehrere Testbrunnen abgeteuft. Bei sehr inhomogener Schichtung wird jeder Brunnen eines Projektes unter den beschriebenen Testbedingungen abgeteuft und ausgebaut, um jeweils den Brunnenausbau an die hydrogeologischen Begebenheiten anzupassen.

Die gesuchten Düsensauginfiltrationsievels werden während der Bohrarbeiten, die im direkten Spülbohrverfahren durchgeführt werden, mittels entsprechender

Bohrmesstechnik erfasst. Während des Bohrvorgangs, der im Zuge einer Erkun- dungsbohrung durchgeführt wird, werden folgende Bohrparameter bestimmt und aufgezeichnet: - verwendete Spülwassermenge (Spülwasser), - Rückflussmenge aus der Bohrung (Rückfluss), - Spüldruck beim Bohren (Spüldruck), - aktuelle Bohrtiefe, und - Grundwasserreaktionen in benachbarten Messstellen.

Neben diesen direkt bestimmten Parametern lassen sich folgende weitere

Analyseparameter aus den Daten bestimmen: - Infiltrierte Spülwassermenge (Infiltration), und - Infiltrationsrate als Quotient aus Infiltration und Spülwassermenge.

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Dabei ergibt sich die infiltrierte Spülwassermenge aus der Differenz zwischen der

Spülwassermenge und dem Rückfluss. Mithilfe der Infiltrationsmenge bzw. der - rate können direkte Rückschlüsse über die hydraulische Leistungsfähigkeit sowie die relative Durchlässigkeit der angetroffenen Bodenschichten aufgezeigt werden. Zusätzlich zu den Infiltrationsparametern gibt der Spüldruck Aufschluss über die hydraulische Leistungsfähigkeit. Eine relative Abnahme des Spüldrucks bei Spülbohrarbeiten weist auf eine höhere Durchlässigkeit hin.

Herkömmlich ist es bekannt, dass bei der Vornahme von Spülbohrungen zur

Herstellung von Düsensauginfiltrationsbrunnen eine Überwachung und Auf- zeichnung der vorstehend genannten Parameter in einem Spülbecken erfolgt, das auf Grund seiner Funktion auch als Messbecken bezeichnet wird. Fließ- technisch wird bei der Abteufung der Bohrung ein zirkulierender Spülkreislauf zwischen dem Bohrgerät und diesem Messbecken hergestellt. Bei einem solchen

Messbecken handelt es sich um einen zumeist großvolumigen Behälter, in den ein Rückflussstrom eingeleitet wird, der bei einer Spül- bzw. Erkundungsbohrung anfällt. Das Spülbohrgerät wird dabei hauptsächlich aus dem Messbecken mit

Spülwasser versorgt. Bei starkem Wasserverlust bzw. starker Infiltration während der Bohrung kann zusätzlich Frischwasser in den Kreislauf gegeben werden, welches über einen Durchflussmesser aufgezeichnet wird. Die Spülwasser- menge, die in das Bohrloch über das Bohrgestänge geleitet wird, wird in den

Leitungen des Bohrgerätes messtechnisch über einen Durchflussmesser zusam- men mit dem Spüldruck digital erfasst.

Beim Einsatz des vorstehend genannten Messbeckens besteht eine Besonder- heit darin, dass das aus dem Bohrloch zurückflieBende Spülwasser nicht direkt am Zulauf zum Messbecken messtechnisch bestimmt werden kann, nämlich weil im Rückfluss Bohrgutpartikel und Luftbeimengungen enthalten sind. Die Rück- flussmenge läuft innerhalb des Messbeckens über ein Messwehr, an dem über die aus dem Rückfluss resultierenden Wasserstände im Messbecken die Rück- flussmenge bestimmt werden kann. Aus der Differenz der in das Bohrloch geleiteten Spülwassermenge und der Rückflussmenge in das Messbecken wird dann die gesuchte Infiltrationsmenge ermittelt.

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Die Wasserstandmessung in dem Spülbecken wird dazu genutzt, mittels eines

Dreieckswehrs im Spülbecken den Rückfluss aus dem Bohrloch zu ermitteln. Die

Daten werden dabei vom Spülbohrgerät automatisch aufgezeichnet, gespeichert und dienen neben der Berechnung des Rückflusses der Spülung dazu, die weiteren Bohrparameter, Verlustwassermenge (Infiltration) und die relative

Infiltrationsrate zu bestimmen.

In DE 10 2006 039 141 A1 ist offenbart, dass auf Grundlage von sondierenden

Untersuchungen bzw. bekannten Eigenschaften des Bodens die optimale Ein- tauchtiefe und Infiltrationsleistung eines Düsensauginfiltrationsbrunnens in

Abhängigkeit der ermittelten hydraulischen Leitfähigkeit des Untergrundes bestimmt werden können. Im Zuge dessen wurde von dem Erfinder der DE 10 2006 039 141 A1 von einem durchweg homogenen Boden ausgegangen, anhand dessen Kennwerte Aussagen über die hydraulische Leitfähigkeit des Bodens getätigt werden könnten. Diesbezüglich wird von der Anmelderin der hier vorlie- genden Patentanmeldung angemerkt, dass in der Praxis selten solche homo- genen Bodenverhältnisse angetroffen werden. Stattdessen liegen in der Regel inhomogene Schichtungen vor, wodurch die Anwendung des Ansatzes gemäß

DE 10 2006 039 141 A1 in der Praxis problematisch sein kann.

Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Bestimmung der

Wasserrückflussmenge, die bei Durchführung einer hydrogeologischen Erkun- dungsbohrung im direkten Spülbohrverfahren anfällt, mit Hilfe eines hierbei eingesetzten Messbeckens mit einfachen Mitteln zu optimieren, um hierdurch

Informationen bezüglich der hydraulischen Leistungsfähigkeit der Boden- schichten angrenzend an die hydrogeologische Erkundungsbohrung zu gewinnen.

Die obige Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1, und durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 15 bzw. Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

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Die vorliegende Erfindung sieht eine Vorrichtung vor, mittels der bei Durch- führung einer hydrogeologischen Erkundungsbohrung im direkten Spülbohr- verfahren eine hierbei anfallende Wasserrückflussmenge bestimmt werden kann.

Eine solche Vorrichtung umfasst ein Messbecken zur Aufnahme eines bei der

Erkundungsbohrung anfallenden Rückflussstroms, wobei das Messbecken zumindest eine einlaufseitige Kammer und eine auslaufseitige Kammer umfasst, wobei ein Zulauf für das Messbecken in die einlaufseitige Kammer mündet und ein Ablauf aus dem Messbecken in der auslaufseitigen Kammer vorgesehen ist, so dass Wasser das Messbecken vom Zulauf in Richtung des Ablaufs durchstrômen kann. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine

Wehrwand mit einer Überlaufeinrichtung, die — in der Strömungsrichtung des

Wassers gesehen — stromaufwärts der auslaufseitigen Kammer und angrenzend hierzu vorgesehen ist, und zumindest eine erste Messsonde, die — in vertikaler

Richtung gesehen — unterhalb der tiefsten Stelle der Überlaufeinrichtung der

Wehrwand angeordnet ist, so dass mittels der ersten Messsonde in dem

Messbecken — in der Strömungsrichtung des Wassers gesehen — stromaufwärts der Wehrwand ein Oberwasserstand messtechnisch bestimmbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine zweite

Messsonde, die in der auslaufseitigen Kammer des Messbeckens vorgesehen und — in vertikaler Richtung gesehen — unterhalb der tiefsten Stelle der Überlauf- einrichtung der Wehrwand angeordnet ist, so dass mittels der zweiten Mess- sonde — in der Strömungsrichtung des Wassers gesehen — stromabwärts der

Wehrwand ein Unterwasserstand messtechnisch bestimmbar ist, und durch eine

Rechnereinrichtung, die in Signalverbindung mit der ersten Messsonde und der zweiten Messsonde steht. Hierbei ist die Rechnereinrichtung programmtechnisch derart eingerichtet, dass bei einer Durchströmung des Messbeckens unter

Berücksichtigung zumindest des Oberwasserstands und ggf. des Unterwasser- stands eine Überflussmenge, die über die Überlaufeinrichtung der Wehrwand hinweg in die auslaufseitige Kammer strömt, rechentechnisch bestimmbar ist.

Der vorstehend genannten erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt die wesentliche

Erkenntnis zugrunde, dass es dank des Einsatzes der zweiten Messsonde, mittels der in der auslaufseitigen Kammer des Messbeckens ein Unterwasser- stand messtechnisch bestimmt werden kann, möglich ist, die Überflussmenge,

6 BE2024/5388 die über die Uberlaufeinrichtung der Wehrwand hinweg in die auslaufseitige

Kammer strömt, und somit die gesuchte Wasserrückflussmenge mit einer größeren Genauigkeit als im Vergleich zum Stand der Technik zu bestimmen.

Die zweite Messsonde steht in gleicher Weise wie die erste Messsonde in Signal- verbindung mit der Rechnereinrichtung, mittels der die Wasserstände in dem

Messbecken beiderseits der Uberlaufeinrichtung, d.h. der Oberwasserstand (stromaufwärts der Überlaufeinrichtung) und der Unterwasserstand (strom- abwärts der Uberlaufeinrichtung) vorzugsweise sekündlich erfasst werden kann.

Anhand einer solchen Messung dieser Wasserstände kann der Überfall am

Messwehr in Form der Uberlaufeinrichtung ermittelt werden, wobei dieser Uber- fall die Wasserrückflussmenge in das Messbecken zeitversetzt wiedergibt. Der

Zeitunterschied zwischen dem Einlauf in das Becken und dem Überfall an der

Uberlaufeinrichtung wird durch den Durchfluss des Messbeckens gebildet. Auf

Grundlage dieser ermittelten Wasserrückflussmenge kann unter Berück- sichtigung der ebenfalls bekannten Spülwassermenge, die bei Durchführung einer hydrogeologischen Erkundungsbohrung im direkten Spülbohrverfahren anfällt, dann die gesuchte Infiltrationsmenge genau bestimmt werden, die wie erläutert einen direkten Rückschluss über die hydraulische Leistungsfähigkeit sowie die relative Durchlässigkeit der angetroffenen Bodenschichten zulässt.

Die vorliegende Erfindung sieht ebenfalls ein Verfahren zur Bestimmung der

Wasserrückflussmenge bei Durchführung einer hydrogeologischen Erkundungs- bohrung im direkten Spülbohrverfahren vor, das mit einer wie soeben genannten erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt wird. Ein solches Verfahren umfasst die Schritte:

Bereitstellen eines Messbeckens mit zumindest einer einlauf- seitigen Kammer und einer auslaufseitigen Kammer, wobei ein Zulauf für das Messbecken in die einlaufseitige Kammer mündet und ein Ablauf aus dem Messbecken an der auslaufseitigen Kammer vorgesehen ist, so dass

Wasser das Messbecken vom Zulauf in Richtung des Ablaufs durchströmen kann, wobei — in der Strömungsrichtung des Wassers gesehen — stromaufwärts der auslaufseitigen Kammer und angrenzend hierzu eine

Überlaufeinrichtung in Form eines Dreieckswehrs vorgesehen ist,

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Einleiten eines bei der hydrogeologischen Erkundungsbohrung anfallenden Rückflussstroms in den Zulauf des Messbeckens,

Bestimmen eines Oberwasserstands in dem Messbecken — in der

Strömungsrichtung des Wassers gesehen — stromaufwärts des Dreiecks- wehrs, und

Berechnen einer Uberflussmenge, die bei einer Durchströmung des

Messbeckens bei einem vollkommenen Überfall über die Überlaufein- richtung in Form des Dreieckswehrs hinweg in die auslaufseitige Kammer strömt, mittels der Gleichung: 8 5 dw b

Qu(he) = 75 Uw VZ hoz tan (SE) + au ho’! mit:

Qu Überflussmenge, ho Oberwasserstand (= Pegelstand in dem Messbecken strom- aufwärts des Dreieckswehrs, nämlich relativ zur tiefsten Stelle der Überlaufeinrichtung), ay Öffnungswinkel des Dreieckswehrs, uw Überfallbeiwert, aw Korrekturfaktor für die Wehrformel im vollkommenen Überfall, bw Korrekturfaktor für die Wehrformel im vollkommenen Überfall, g Erdbeschleunigung, wobei sich der Korrekturfaktor (aw) für die Wehrformel im vollkommenen

Überfall bestimmt zu aw = 4,17 [1/(m*5 -s)], wobei sich der Korrekturfaktor (bw) für die Wehrformel im vollkommenen

Überfall bestimmt zu bw = 4,5, und wobei die Abmessungen des Messbeckens (12) folgende Werte aufweisen: - Länge = 2.000 mm,

8 BE2024/5388 - Breite = 988 mm, - Höhe = 1.000 mm, - W = vertikaler Abstand der tiefsten Stelle (T) der Überlaufeinrichtung (22) zum Bodenbereich (13) des Messbeckens (12) = 634 mm.

Das vorstehend genannte erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für den Fall, dass in dem Messbecken an dessen Überlaufeinrichtung in Form des Dreiecks- wehrs ein vollkommener Überfall vorliegt. Ein vollkommener Überfall wird in der

Literatur (vgl. hierzu Artikel von Detlef Aigner: „Überfälle“; Dresdner Wasser- bauliche Mitteilungen, Technische Universität Dresden, Institut für Wasserbau und technische Hydromechanik, Vol. 38, 2008) dahingehend erläutert, dass an einem Wehr ein Rückstau aus dem in der auslaufseitigen Kammer befindlichen

Unterwasser nicht vorliegt und insoweit dieser Überfall von dem Unterwasser nicht beeinflusst wird. Jedenfalls liegt diesem erfindungsgemäßen Verfahren die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass dessen Messgenauigkeit dank des

Korrekturterms ay’ how signifikant verbessert werden kann, insbesondere für den Fall von großen Oberwasserständen stromaufwärts der Überlaufeinrichtung in Form des Dreieckswehrs. Dies wird nachstehend noch im Detail erläutert.

Des Weiteren sieht die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Bestim- mung der Wasserrückflussmenge bei Durchführung einer hydrogeologischen

Erkundungsbohrung im direkten Spülbohrverfahren vor, das ebenfalls mit einer wie soeben genannten erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt wird und folgende Schritte umfasst:

Überlaufeinrichtung in Form eines Dreieckswehrs vorgesehen ist,

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Bestimmen eines Oberwasserstands in dem Messbecken — in der

Strömungsrichtung des Wassers gesehen — stromaufwärts des Dreiecks- wehrs,

Bestimmen eines Unterwasserstands in dem Messbecken- in der

Strömungsrichtung des Wassers gesehen — stromabwärts des Dreiecks- wehrs, und

Berechnen einer Überflussmenge, die bei einer Durchströmung des

Messbeckens bei einem unvollkommenen Überfall über die Überlauf- einrichtung in Form des Dreieckswehrs hinweg in die auslaufseitige

Kammer strömt, mittels der Gleichung:

QuCho, hu) = Qh) — Qu) * (1 — Cy (ho — rai) mit: 8 5 dy b

Qu (ho) = 75" Hav 29 ho? tan (C7) + ay hot” und 8 5 dw b

Cul) = TE Hw 29 hu? tan (SE) + aw ha’ wobei:

Qu Überflussmenge, ho Oberwasserstand (= Pegelstand in dem Messbecken strom- aufwärts des Dreieckswehrs, nämlich relativ zur tiefsten Stelle der Überlaufeinrichtung),, hu Unterwasserstand (= Pegelstand in dem Messbecken stromabwärts des Dreieckswehrs, nämlich relativ zur tiefsten

Stelle der Überlaufeinrichtung),, ay Öffnungswinkel des Dreieckswehrs, uw Überfallbeiwert, aw Korrekturfaktor für die Wehrformel im vollkommenen Überfall, bw Korrekturfaktor für die Wehrformel im vollkommenen Überfall,

10 BE2024/5388 cw Korrekturfaktor für die Wehrformel im unvollkommenen Uberfall, dw Korrekturfaktor für die Wehrformel im unvollkommenen Überfall, g Erdbeschleunigung, wobei sich der Korrekturfaktor (aw) für die Wehrformel im vollkommenen

Überfall bestimmt zu bw = 4,5, wobei sich der Korrekturfaktor (cw) für die Wehrformel im unvollkommenen

Überfall bestimmt zu cw = 0,73 [1/m°225 1, wobei sich der Korrekturfaktor (dw) für die Wehrformel im unvollkommenen

Überfall bestimmt zu dw = 0,225, und wobei die Abmessungen des Messbeckens (12) folgende Werte aufweisen: - Länge = 2.000 mm, - Breite = 988 mm, - Höhe = 1.000 mm, - W = vertikaler Abstand der tiefsten Stelle (T) der Überlaufeinrichtung (22) zum Bodenbereich (13) des Messbeckens (12) = 634 mm.

Das zuletzt genannte erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für den Fall, dass in dem Messbecken an dessen Überlaufeinrichtung in Form des Dreieckswehrs ein unvollkommener Überfall vorliegt. In der Literatur (vgl. Artikel von

D. Aigner, a.a.O.) wird dies als ein Fall erläutert, bei dem der Überfall an einem

Wehr von dem Unterwasser beeinflusst wird, weil es für die Wassermenge, die über das Wehr hinwegströmt, zu einem Rückstau durch das Unterwasser kommt, welches sich stromabwärts des Wehrs, d.h. vorliegend in der auslaufseitigen

Kammer stromabwärts des Dreieckswehrs befindet. Jedenfalls liegt dem zuletzt genannten erfindungsgemäßen Verfahren die wesentliche Erkenntnis zugrunde,

11 BE2024/5388 dass dessen Messgenauigkeit dank des Korrekturterms ay’ hw DZW. Aw ' nb signifikant verbessert werden kann, nämlich — wie erläutert — für den Fall, dass an dem Dreieckswehr ein unvollkommener Überfall gegeben ist.

Im Zuge einer Evaluierung der vorliegenden Erfindung konnte die Anmelderin feststellen, dass mit den beiden vorstehend genannten Verfahren, wie sie auch durch die Ansprüche 15 und 16 definiert sind, Berechnungsergebnisse für einen

Wehrüberfall erzielt werden, die im Vergleich zu dem tatsächlichen versuchs- technischen Ergebnis eine hinreichende Genauigkeit hatten. Insoweit eignen sich diese Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung für die Auswertung bzw.

Berechnung eines Wehrüberfalls bei der Abteufung von Düsensauginfiltrations- brunnen. Insbesondere werden bei einer Berücksichtigung der genannten

Korrekturfaktoren, die sich wie erläutert in Abhängigkeit von vorbestimmten

Abmessungen des Messbeckens bestimmen, sehr gute Übereinstimmungen des berechneten Wehrüberfalls im Vergleich zum tatsächlichen versuchstechnischen

Ergebnis erzielt, was nachfolgend noch unter Bezugnahme auf Fig. 8 erläutert wird.

Nachstehend sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung anhand einer schematisch vereinfachten Zeichnung im Detail beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht eines Messbeckens, das Teil einer erfin- dungsgemäßen Vorrichtung ist,

Fig. 2 eine Vorderansicht auf eine Wehrwand mit einer Überlaufeinrich- tung in Form eines Dreieckswehrs,

Fig. 3 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Messbecken von Fig. 1, das zur Vereinfachung teilweise freigeschnitten gezeigt ist,

Fig. 4 einen schematisch vereinfachten Aufbau zur Durchführung einer

Erkundungsbohrung, unter Verwendung einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung von Fig. 3,

Fig. 5 eine prinzipiell vereinfachte und freigeschnittene Seitenansicht des

Messbeckens von Fig. 1 bzw. von Fig. 4,

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Fig. 6 eine Perspektivansicht eines Messbeckens, das Teil einer erfin- dungsgemäßen Vorrichtung ist, gemäß einer modifizierten Aus- führungsform der Erfindung,

Fig. 7 eine prinzipiell vereinfachte und freigeschnittene Seitenansicht eines Teils des Messbeckens von Fig. 6, und

Fig. 8 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Werte für einen Wehr- überfall, der mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens berechnet worden ist, im Vergleich zu einer Versuchsauswertung.

Nachstehend sind unter Bezugnahme auf die Fig. 1-8 bevorzugte Ausführungs- formen einer Vorrichtung 10 und zugehöriger Verfahren gemäß der vorliegenden

Erfindung dargestellt und erläutert, mit denen eine Bestimmung der

Wasserrückflussmenge bei Durchführung einer hydrogeologischen Erkun- dungsbohrung im direkten Spülbohrverfahren möglich ist. Gleiche Merkmale in der Zeichnung sind jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen. An dieser

Stelle wird gesondert darauf hingewiesen, dass die Zeichnung lediglich verein- facht und insbesondere ohne Maßstab dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt eine Perspektivansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 mit einem Messbecken 12. Dieses Messbecken 12 dient zur Aufnahme eines Rück- flussstroms, der bei der Durchführung einer hydrogeologischen Erkundungs- bohrung im direkten Spülbohrverfahren anfällt.

Das Messbecken 12 umfasst zumindest eine einlaufseitige Kammer 14 und eine auslaufseitige Kammer 15. Hierbei mündet ein Zulauf 18 für das Messbecken 12 in die einlaufseitige Kammer 14, wobei ein Ablauf 20 aus dem Messbecken 12 in der auslaufseitigen Kammer 15 vorgesehen ist, so dass Wasser das Messbecken 12 vom Zulauf 18 in Richtung des Ablaufs 20 durchströmen kann.

In dem Messbecken 12 ist eine Wehrwand 21 mit einer Überlaufeinrichtung 22 angeordnet, die — in der Strömungsrichtung des Wassers gesehen — strom- aufwärts der auslaufseitigen Kammer 15 und angrenzend hierzu vorgesehen ist.

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Fig. 2 zeigt eine Frontansicht der vorstehend genannten Wehrwand 21. Hieraus ist ersichtlich, dass die Überlaufeinrichtung 22 in Form eines Dreieckswehrs ausgebildet ist, wobei der zugehörige Öffnungswinkel aw des Dreieckswehrs 90° beträgt.

Des Weiteren ist aus der Fig. 2 ersichtlich, dass die tiefste Stelle T der Über- laufeinrichtung 22 bzw. des Dreieckswehrs zu einem Bodenbereich 13 des

Messbeckens 12 um die Strecke w beabstandet ist. Anders ausgedrückt, ist in der Fig. 2 mit „w“ der vertikale Abstand der tiefsten Stelle T des Dreieckswehrs zum Bodenbereich 13 des Messbeckens 12 bezeichnet.

Die Breite des Messbeckens 12 ist in der Fig. 2 mit „B“ bezeichnet. In diesem

Zusammenhang versteht sich, dass die Wehrwand 21 die gleiche Breite B auf- weist wie das Messbecken 12, weil sich die Wehrwand 21 über die gesamte

Breite B des Messbeckens 12 erstreckt.

In dem Messbecken 12 ist zwischen der einlaufseitigen Kammer 14 und der auslaufseitigen Kammer 15 eine mittige Kammer 16 vorgesehen. Hierbei ist die mittige Kammer 16 von der einlaufseitigen Kammer 14 durch eine Tauchwand 28 getrennt. Diese Tauchwand 28 ist mit ihrem unteren Rand 29 beabstandet zum

Bodenbereich 13 des Messbeckens 12 und mit ihrem oberen Rand 30 — in vertikaler Richtung gesehen — zumindest so hoch oberhalb der tiefsten Stelle T der Überlaufeinrichtung 22 der Wehrwand 21 angeordnet, dass der zu erwartende Oberwasserstand diesen oberen Rand 30 der Tauchwand 28 nicht übersteigt. Wie aus der Perspektivansicht von Fig. 1 ersichtlich, ist hierbei die

Wehrwand 21 mit der Überlaufeinrichtung 22 zwischen der mittigen Kammer 16 und der auslaufseitigen Kammer 15 angeordnet.

Im Ergebnis umfasst somit das Messbecken 12 der erfindungsgemäßen

Vorrichtung 10 insgesamt drei Kammern, nämlich — vom Zulauf 18 des Mess- beckens 12 in Richtung von dessen Ablauf 20 gesehen — die einlaufseitige

Kammer 14, die mittige Kammer 16 und die auslaufseitige Kammer 15. Hierbei ist die Wehrwand 21 mit der Überlaufeinrichtung 22 in Form des Dreieckswehrs zwischen der mittigen Kammer 16 und der auslaufseitigen Kammer 15 angeord-

14 BE2024/5388 net, wobei die Tauchwand 28 zwischen der einlaufseitigen Kammer 14 und der mittigen Kammer 16 angebracht ist.

In gleicher Weise wie die Wehrwand 21 erstreckt sich die Tauchwand 28 über die gesamte Breite B des Messbeckens 12.

Wie vorstehend bereits erläutert, dient das Messbecken 12 zu dem Zweck, einen

Rückfluss von Wasser aufzunehmen, der bei Durchführung einer hydro- geologischen Erkundungsbohrung im direkten Spülbohrverfahren anfällt. Hierbei wird der Rückfluss aus dem Bohrloch 2 vom Spülbohrgerät 5 in die einlaufseitige

Kammer 14 des Messbeckens 12 eingebracht. In diesem Zusammenhang ist hervorzuheben, dass dieser Rückflussstrom Spülwasser vermengt mit

Bohrgutaustrag beinhaltet. Das ausgetragene Bohrgut soll sich weitestgehend in der einlaufseitigen Kammer 14 des Messbeckens 12 absetzen — dies ist in der

Fig. 3 mit „P“ symbolisiert, womit die Partikel des ausgetragenen Bohrgut, die sich auf dem Bodenbereich 13 des Messbeckens 12 abgesetzt haben, bezeichnet sind. Zu diesem Zweck muss sichergestellt sein, dass in der einlaufseitigen Kammer 14 genug Speicherkapazität für das Bohrgut der gesamten Bohrung vorhanden ist. Durch die Tauchwand 28 zwischen der einlaufseitigen Kammer 14 und der mittigen Kammer 16 soll verhindert werden, dass partikelbehaftetes Rückflusswasser diese beiden Kammern 14, 16 durch- strömt und die Wehrwand 21 mit der Überlaufeinrichtung 22, die sich zwischen der mittigen Kammer 16 und der auslaufseitigen Kammer 15 befindet, erreicht.

Die Verlängerung des Fließweges und der Bruch der Hauptstromrichtung mittels der Tauchwand 28 ermöglichen ein besseres Absetzen der mitgeförderten

Borhgutpartikel bereits innerhalb der einlaufseitigen Kammer 14.

In Folge des Einströmens des Wasser-Rückflusses in das Messbecken 12 stellt sich in der mittigen Kammer 16 ein bestimmter Wasserpegel ein. Für den Fall, dass dieser Wasserpegel sich oberhalb der tiefsten Stelle T (vgl. Fig. 2) der

Wehrwand 21 befinden sollte, wie es in der Fig. 2 durch ein kleines Dreieck schräg links oberhalb des Winkels aw symbolisiert ist, wird dies als Ober- wasserstand ho verstanden. Entsprechend ist in der Fig. 2 der vertikale Abstand,

15 BE2024/5388 den die Oberfläche des in der mittigen Kammer 16 befindlichen Wassers zur tiefsten Stelle T des Dreieckswehrs hat, mit ho bezeichnet.

Falls der Oberwasserstand ho in der mittigen Kammer 16 größer als Null ist, was gleichbedeutend damit ist, dass der Wasserpegel in der mittigen Kammer 16 sich oberhalb der tiefsten Stelle T des Dreieckswehrs befindet, so kommt es zu einem

Überströmen von Wasser hinein in die auslaufseitige Kammer 15, was strömungstechnisch auch als „Überfall“ bezeichnet wird.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 wird ergänzend darauf hingewiesen, dass hierin auch die Überfallbreite b des Dreieckswehrs 22 symbolisiert ist. Für den Fall eines Dreieckswehrs, dessen Öffnungswinkel aw 90° beträgt, entspricht die

Überlaufbreite b dem doppelten Wert der Überfallhöhe ho, d.h. b = 2ho.

An dieser Stelle wird gesondert darauf hingewiesen, dass die Tauchwand 28, die zwischen der einlaufseitigen Kammer 14 und der mittigen Kammer 16 angeordnet ist, und die Wehrwand 21, die zwischen der mittigen Kammer 16 und der auslaufseitigen Kammer 15 angeordnet ist, voneinander mindestens um eine

Strecke s (vgl. Fig. 5) beabstandet sind, die einem in der mittigen Kammer 16 maximal zu erwartenden Oberwasserstand ho entspricht. Ein solcher Mindest- abstand der Tauchwand 28 von der Wehrwand 21 ist deshalb von Bedeutung, um dadurch stets ein ausreichend großes Nachströmen von Rückfluss-Wasser hinein in die mittige Kammer 16 und damit einen gleichmäßigen Überfall von

Wasser über das Dreieckswehr 22 hinein in die auslaufseitige Kammer 15 zu gewährleisten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 ist in der Fig. 3 ebenfalls in einer

Perspektivansicht gezeigt, mit daran angeschlossenen Leitungen und Peripherie-

Geräten. Fig. 4 zeigt eine Perspektivansicht für einen schematisch vereinfachten

Aufbau zur Durchführung einer Erkundungsbohrung, unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 von Fig. 3. Zu diesem Aufbau im Einzelnen folgende Erläuterungen:

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An den Zulauf 18 des Messbeckens 12 ist eine Verbindungsleitung 6 ange- schlossen, die zu einem Standrohr 3 führt, das in ein Bohrloch 2 der hydro- geologischen Erkundungsbohrung eingebracht ist. In das Standrohr 3 ist in bekannter Weise ein Spülgestänge 4 eingebracht. An den Ablauf 20 des Mess- beckens 12 ist eine Versorgungsleitung 7 angeschlossen, die zu einem Spül- bohrgerät 5 führt.

Zum Einrichten des Aufbaus der Erkundungsbohrung 1 von Fig. 4 folgende

Erläuterungen:

Zunächst wird das Spülbohrgerät 5 und anschließend ein Bohrgestänge, bestehend aus dem Standrohr 3 und dem Spülgestänge 4, am vorgesehenen

Bohrpunkt platziert. Dieses wird über die Verbindungsleitung 6 mit dem

Messbecken 12 verbunden, um den Rückfluss des Spülwassers in die einlaufseitige Kammer 14 am Zulauf 18 des Messbeckens 12 zu gewährleisten.

Dabei ist zu beachten, dass der Zulauf 18 des Messbeckens 12 tiefer liegt als die niedrigste Position der angeschlossenen Verbindungsleitung 6 am Spülbohrgerät 5. Dadurch wird ein konstanter Zufluss des Spülwassers aus dem Bohrloch in das Messbecken 12 gewährleistet.

An den Ablauf 20 des Messbeckens 12 ist eine Versorgungsleitung 7 ange- schlossen, die zu dem Spülbohrgerät 5 zurückgeführt ist.

In das Messbecken 12, vorzugsweise in dessen auslaufseitige Kammer 15, ist eine Frischwasserzulaufleitung 42 hineingeführt, durch die eine Zuleitung von

Frischwasser in das Messbecken 12 bzw. in den Spülkreislauf zwischen

Messbecken 12 und Spülbohrgerät möglich ist. Dadurch kann sowohl der notwendige Wasserstand im Messbecken 12 sichergestellt werden als auch für die Bohrung benötigtes Spülwasser zum Spülbohrgerät 5 gelangen.

Fließtechnisch wird bei der Abteufung der Erkundungsbohrung 1 ein zirkulierender Spülkreislauf zwischen dem Spülbohrgerät 5 und dem

Messbecken 12 hergestellt. Das Spülbohrgerät 5 wird dabei hauptsächlich aus dem Messbecken 12 mit Spülwasser versorgt. Bei starkem Wasserverlust bzw.

17 BE2024/5388 starker Infiltration während der Bohrung kann zusätzlich Frischwasser durch die

Frischwasserzulaufleitung 42 in den Kreislauf gegeben werden, welches über einen Durchflussmesser 43 (vgl. Fig. 4) aufgezeichnet wird. Die Spülwasser- menge, die in das Bohrloch 2 der Erkundungsbohrung 1 über das Bohrgestänge geleitet wird, wird in den Leitungen des Spülbohrgeräts 5 messtechnisch über einen weiteren Durchflussmesser 44 (vgl. Fig. 4) zusammen mit dem Spüldruck digital erfasst.

Eine Messung von Wasserständen in den besagten drei Kammer 14, 15 und 16 des Messbeckens 12 erfolgt mithilfe von Messrohren 23 (vgl. Fig. 1), in denen

Drucksonden, im Sinne der vorliegenden Erfindung auch als Messsonden bezeichnet, positioniert sind. Im Einzelnen umfasst die erfindungsgemäße

Vorrichtung 10 zumindest eine erste Messsonde 24, die — in vertikaler Richtung gesehen — unterhalb der tiefsten Stelle T der Überlaufeinrichtung 22 der Wehr- wand 21 angeordnet ist. Somit ist es möglich, dass mittels der ersten Messsonde 24 in dem Messbecken 12 — in der Strömungsrichtung des Wassers gesehen — stromaufwärts der Wehrwand 21 ein Oberwasserstand ho messtechnisch bestimmt werden kann.

Die erste Messsonde 24 ist, ausweislich der Darstellung von Fig. 4, zweck- mäRigerweise in der mittigen Kammer 16 des Messbeckens 12 angeordnet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 umfasst auch eine zweite Messsonde 25, die in der auslaufseitigen Kammer 15 des Messbeckens 12 vorgesehen und — in vertikaler Richtung gesehen — unterhalb der tiefsten Stelle T der Überlauf- einrichtung 22 der Wehrwand 21 angeordnet ist. Somit ist es möglich, dass mit der zweiten Messsonde 25 — in der Strömungsrichtung des Wassers gesehen — stromabwärts der Wehrwand 21 ein Unterwasserstand hu messtechnisch bestimmt werden kann.

Die vorstehend genannte erste Messsonde 24 und die zweite Messsonde 25 bilden für die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 eine Grundausstattung in Bezug auf deren Messtechnik. Dies bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass das Messbecken 12 der Vorrichtung 10 stets mit einer solchen ersten Messsonde

18 BE2024/5388 24 und einer zweiten Messsonde 25 ausgestattet ist, wobei diese beiden

Messsonden 24, 25 — wie vorstehend bereits erläutert — jeweils auf entgegen- gesetzten Seiten der Überlaufeinrichtung 22 angeordnet sind.

Optional kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 auch mit weiteren Mess- sonden ausgestattet sein, um damit die Messgenauigkeit zur Bestimmung eines

Überfalls an der Überlaufeinrichtung 22 zu verbessern. Im Einzelnen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 auch eine dritte Messsonde 32 umfassen, die in der mittigen Kammer 16 angeordnet ist. Hierbei sind die erste Messsonde 24 und die dritte Messsonde 32 — in vertikaler Richtung gesehen — jeweils unterhalb der tiefsten Stelle T der Überlaufeinrichtung 22 angeordnet und haben zu dieser tiefsten Stelle T der Überlaufeinrichtung 22 jeweils einen unterschiedlichen

Abstand. Eine solche dritte Messsonde 32 kann dazu eingesetzt werden, mögliche Dichteunterschiede der Spülflüssigkeit, die durch den Zulauf 18 in das

Messbecken 12 hineingeströmt ist, ermitteln und bestimmen zu können. Aus diesem Grund ist die dritte Messsonde 32 im Vergleich zu ersten und zweiten

Messsonde 24, 25 in einer anderen Höhenlage in dem Messbecken 12 eingebaut. Die genaue Funktionsweise dieser dritten Messsonde 32 ist nachstehend noch im Detail erläutert.

Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 auch eine vierte

Messsonde 34 umfassen, die in der einlaufseitigen Kammer 14 angeordnet ist.

Mittels dieser vierten Messsonde kann ein Pegel- bzw. Oberwasserstand ho innerhalb der einlaufseitigen Kammer 14 messtechnisch bestimmt werden.

Zweckmäßigerweise ist die vierte Messsonde 34 — in vertikaler Richtung gesehen — unterhalb der tiefsten Stelle T der Überlaufeinrichtung 22 der Wehrwand 21 angeordnet, und befindet sich im Vergleich zur ersten und zweiten Messsonde 24, 25 vorzugsweise in der gleichen Höhenlage, d.h. in einem gleichen vertikalen

Abstand zur tiefsten Stelle T des Dreieckswehrs 22. Eine solche Positionierung der vierten Messsonde 34 auf gleicher Höhe wie die erste Messsonde 24 und die zweite Messsonde 25 ist auch in der Fig. 5 veranschaulicht, die eine prinzipiell vereinfachte und freigeschnittene Seitenansicht des Messbeckens von Fig. 4 zeigt.

19 BE2024/5388

Zur vierten Messsonde 34 wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass diese als Kontrolle für die erste Messsonde 24 dient sowie als Indikator, ob der

Durchfluss von der einlaufseitigen Kammer 14 in die mittige Kammer 16 unter- halb der Tauchwand 28 gewährleistet ist. Hierzu werden die Messwerte h4 der vierten Messsonde 34 in geeigneter Weise berücksichtigt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 umfasst auch eine Rechnereinrichtung 26 (vgl. Fig. 3, Fig. 4), die über einen Schaltschrank 8 in Signalverbindung mit den besagten Messsonden 24, 25, 32, und 34 und weiteren Komponenten steht, beispielsweise den beiden Durchflussmessern 43, 44. Jedenfalls ist diese

Rechnereinrichtung 26 programmtechnisch derart eingerichtet, dass bei einer

Durchströmung des Messbeckens 12 unter Berücksichtigung zumindest der

Signale der ersten Messsonde 24 und der zweiten Messsonde 25 und des hiermit angezeigten Oberwasserstands ho und ggf. des Unterwasserstands hu eine

Überflussmenge Qu, die über die Überlaufeinrichtung 22 der Wehrwand 21 hinweg in die auslaufseitige Kammer 15 strömt, rechentechnisch bestimmt werden kann. Somit können mithilfe von zumindest der ersten Messsonde 24 und der zweiten Messsonde 25, und ggf. auch unter Verwendung der dritten

Messsonde 32 und der vierten Messsonde 34, die Wasserstände innerhalb des

Messbeckens 12 mit hoher Genauigkeit erfasst werden, beispielsweise mit einer

Messung pro Sekunde. Anhand dieser Wasserstände kann dann der Überfall an der Überlaufeinrichtung 22 in Form des Dreieckswehrs ermittelt werden, wobei dieser Überfall den Rückfluss von Wasser in das Spül- bzw. Messbecken 12 zeitversetzt wiedergibt. Der Zeitunterschied zwischen dem Einlauf in das Becken und dem Überfall an dem Dreieckswehrs wird durch den Durchfluss des Beckens gebildet.

Im Hinblick auf ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung der Wasser- rückflussmenge bei Durchführung einer hydrogeologischen Erkundungsbohrung 1 im direkten Spülbohrverfahren wird an dieser Stelle gesondert darauf hinge- wiesen, dass es nicht möglich ist, das aus dem Bohrloch zurückfließende Spül- wasser direkt am Zulauf 18 zum Messbecken 12 messtechnisch zu bestimmten, weil im Rückfluss Bohrgutpartikel und Luftbeimengungen enthalten sind.

Stattdessen strömt die Rückflussmenge innerhalb des Messbeckens 12 über das

20 BE2024/5388

Dreieckswehr 22 der Wehrwand 21, an dem über die aus dem Rückfluss resultierenden Wasserstände im Messbecken 12 dann die Rückflussmenge bestimmt werden kann. Aus der Differenz der in das Bohrloch geleiteten Spül- wassermenge und der Rückflussmenge in das Messbecken 12 wird die

Infiltratonsmenge ermittelt. Insoweit stellt die Berechnung der Rückfluss- messung im Messbecken 12 für ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ein wesentliches Merkmal dar. Diesbezüglich muss eine hohe Genauigkeit erreicht werden, um korrekte Aussagen über die Infiltrationskapazität der jeweiligen Schichten im Zuge der Durchführung einer hydrogeologischen

Erkundungsbohrung zu generieren.

Im Allgemeinen ist der Rückfluss definiert als die Wassermenge, die dem Mess- becken 12 an dessen Zulauf 18 übergeben wird. Der Rückfluss kann an dieser

Stelle jedoch nicht direkt messtechnisch bestimmt werden, da im Rückfluss

Bohrgutpartikel und Luftbeimengungen enthalten sind. Die Bohrgutpartikel müssen sich während der Durchströmung insbesondere der einlaufseitigen

Kammer 14 des Messbeckens 12 absetzen. An der Wehrwand 21 zwischen der mittigen Kammer 16 und der auslaufseitigen Kammer 15 ist die Überlauf- einrichtung 22 in Form des Dreieckswehrs platziert, mit welchem der Wehr- überfall über die Wasserstände in den Kammern 14, 15 vor und hinter der

Wehrwand 21 bestimmt wird. Der Überfall entspricht dabei nicht genau dem

Rückfluss, der zeitgleich in dem Messbecken 12 ankommt. Durch den Durchfluss des Beckenteils vor der Wehrwand 21 ist ein Puffer vorhanden. Je kleiner dieser

Puffer ist, desto genauer kann der Rückfluss mit dem Überfall gemessen werden.

Das Vorgehen zur rechnerischen Ermittlung des Überfalls am Dreieckswehr 22 auf Basis der Wasserstandmessungen mit zumindest der ersten und zweiten

Messsonde 24, 25 innerhalb des Messbeckens 12 stellt ein zentrales Merkmal zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung dar und funktioniert nun wie folgt:

Zunächst sind hierzu zumindest die beiden Messsonden 24, 25 vor und hinter (d.h. stromaufwärts und stromabwärts) der Wehrwand 21 in Ruhespiegellage zu erfassen, und -falls vorhanden — auch die beiden weiteren Messsonden 32, 34.

21 BE2024/5388

Praktisch werden dazu die erste Messsonde 24 in der mittigen Kammer 16 vor, d.h. stromaufwärts der Wehrwand 21, welche den Oberwasserstand ho misst, und die hinter, d.h. stromabwärts der Wehrwand 21 befindliche zweite Mess- sonde 25 in der auslaufseitigen Kammer 15 für den Unterwasserstand hu heran- gezogen. Die vierte Messsonde 34 in der einlaufseitigen Kammer 14 dient wie bereits erläutert als Kontrolle für die erste Messsonde 24 sowie als ein Indikator dafür, ob der Durchfluss von der einlaufseitigen Kammer 14 hinein in die mittige

Kammer 16 unterhalb der Tauchwand 28 gewährleitet ist.

Um ggf. Dichteunterschiede der Spülflüssigkeit zu ermitteln und determinieren zu können, wird die dritte Messsonde 32 in einer anderen Höhenlage als die anderen drei Messsonden 24, 25, 34 eingebaut (vgl. Fig. 5). Der Abstand ist eingangs definiert und ändert sich messtechnisch mit der Spülungsdichte. Es kann eine Korrektur der Messwerte der drei Messonden 24, 25, 34 vorgenommen werden, wenn eine Dichteänderung der Spülung erfasst wird, da diese

Messonden als Drucksonden nur indirekt den Wasserstand innerhalb der einzelnen Kammern des Messbeckens 12 messen können.

Sobald eine genügend große Wassermenge in das Messbecken 12 eingeströmt ist und sich dabei innerhalb der mittigen Kammer 16 ein Oberwasserstand eingestellt hat, der oberhalb der tiefsten Stelle T des Dreieckswehrs 22 liegt, kann eine Situation entstehen, bei der sich an dem Dreieckswehr 22 ein sog. „vollkommener Überfall“ einstellt, der vorstehend unter Bezugnahme auf den

Artikel von D. Aigner (a.a.0.) bereits erläutert worden ist. Hierbei kann dann die

Überflussmenge Qu, die bei einer Durchströmung des Messbeckens 12 bei einem vollkommenen Überfall über die Überlaufeinrichtung 22 in Form des

Dreieckswehrs hinweg in die auslaufseitige Kammer 15 strömt, berechnet werden mittels der Gleichung:

QuCho) = 3 Uy 29 . ho? ‘tan (©) + Aw” ho bw 15 2 mit:

22 BE2024/5388

Qu Überflussmenge, ho Oberwasserstand (= Pegelstand in der mittigen Kammer des

Messbeckens relativ zur tiefsten Stelle der Überlaufeinrich- tung), ay Öffnungswinkel des Dreieckswehrs, uw Überfallbeiwert, aw Korrekturfaktor für die Wehrformel im vollkommenen Überfall, bw Korrekturfaktor für die Wehrformel im vollkommenen Überfall, g Erdbeschleunigung.

Für den Fall, dass sich an dem Dreieckswehr 22 der Wehrwand 21 ein unvoll- kommener Überfall einstellen sollte, bei dem, wie vorstehend unter Bezugnahme auf den Artikel von D. Aigner (a.a.0.) bereits erläutert, sich auch der in der auslaufseitigen Kammer 15 befindliche Unterwasserstand hu oberhalb der tiefsten Stelle T des Dreieckswehrs 22 liegt und sich damit auf den Überfall an dem Dreieckswehr 22 auswirkt, kann die Überflussmenge Qu, die bei einer

Durchströmung des Messbeckens 12 bei einem unvollkommenen Überfall über die Úberlaufeinrichtung in Form des Dreieckswehrs (22) hinweg in die auslaufseitige Kammer (15) strömt, berechnet werden mittels der Gleichung:

Que, hu) = Que) == Qu) 1- Cy (ho == hu) tw) mit:

Ouh.) =. JZ hoz tan (=) +a np bw

U\'to 15 Lw 9 0 2 W oO und _ 8 5 dy bw

Qulhy) = TE Uw 29 hu? tan (57) + ay hy wobei:

Qu Überflussmenge,

23 BE2024/5388 ho Oberwasserstand (= Pegelstand in der mittigen Kammer 16 des

Messbeckens 12 relativ zur tiefsten Stelle T der Überlauf- einrichtung 22), hu Unterwasserstand (= Pegelstand in der auslaufseitigen

Kammer 15 des Messbeckens 12 relativ zur tiefsten Stelle T der

Überlaufeinrichtung 22), ay Öffnungswinkel des Dreieckswehrs, uw Überfallbeiwert, aw Korrekturfaktor für die Wehrformel im vollkommenen Überfall, bw Korrekturfaktor für die Wehrformel im vollkommenen Überfall, cw Korrekturfaktor für die Wehrformel im unvollkommenen Überfall, dw Korrekturfaktor für die Wehrformel im unvollkommenen Überfall, g Erdbeschleunigung.

Es versteht sich, dass bei dem zuletzt genannten Verfahren, mit dem die

Úberflussmenge Qu bei Vorliegen eines unvollkommenen Überfalls berechnet wird, dann auch die Messwerte h2 der zweiten Messsonde 25 in der Gleichung sowie den Termen für den Uberfallbeiwert uw berücksichtigt werden, um damit den Einfluss des Unterwasserstands hu zu erfassen. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass der Unterwasserstand hu in direkter Weise durch den Messwert h2 der zweiten Messsonde 25 angezeigt wird.

Wie eingangs bereits erläutert, bestimmen sich die genannten Korrekturfaktoren in Abhängigkeit von vorbestimmten Abmessungen des Messbeckens. Für den

Fall eines Messbeckens mit folgenden Abmessungen: - Länge = 2.000 mm - Breite = 988 mm - Höhe = 1.000 mm - w (= vertikaler Abstand der tiefsten Stelle T der Überlaufeinrichtung 22 zum Bodenbereich 13 des Messbeckens 12) = 634 mm konnten für die vorliegende Erfindung versuchstechnisch folgende Werte für die

Korrekturfaktoren ermittelt werden:

24 BE2024/5388 aw = 4,17 [1/(m*> -s)] bw =4,5 cw =0,73[1/m9225] dw =0,225

Im Hinblick auf die vorstehend genannten Gleichungen wird weiter darauf hingewiesen, dass der Überfallbeiwert uw dabei als Produkt verschiedener

Einflüsse abgebildet wird und sich bestimmt durch die Gleichung:

Hy — Ho ' M1‘ Hz" H3 Ha Hs" Ko mit:

Mo Basiswert des Uberfallquerschnitts,

Ut Einfluss der Zulaufgeschwindigkeit, pa Einfluss der Einschnürung, ps Einfluss der Strahlform, u4 Unterwassereinfluss (des unvollkommenen Úberfalls),

Us Einfluss des schrägen Anstroms, pe Pfeilereinfluss.

Mit der vorliegenden Erfindung kommt eine Wehrwand 21 zum Einsatz, deren

Uberlaufeinrichtung 22 wie vorstehend bereits erläutert in Form eines scharf- kantigen Dreieckswehrs ausgebildet ist, dessen Offnungswinkel aw 90° beträgt.

Damit sind für das betrachtete scharfkantige Dreieckswehr sind allein die

Beiwerte Ho, pi und us von Bedeutung. Einschnürungsverluste u2 haben ausschließlich bei breitkronigen Úberfällen eine Bedeutung. Hier wird dieser

Beiwert zu 1,0 gesetzt. Der Beiwert jus repräsentiert einen unvollkommenen

Überfall, der beim betrachteten Fall bei einem Anstieg des Unterwassers relevant wird. Für den unvollkommenen Überfall wurden verschiedene Ansätze aus der

Literatur angesetzt. Kein Ansatz konnte für das verwendete Messwehr eine hinreichende Genauigkeit erzielen. Daher wird der Beiwert jus für die weiteren

Betrachtungen zu 1,0 gesetzt. Die Beiwerte us und us werden ebenfalls zu 1,0

25 BE2024/5388 gesetzt, da für das betrachtete Wehr kein schräger Anstrom und kein Pfeiler vorliegen.

Der Basiswert des Überfalls jo entspricht dem empirisch ermittelten Wert 0,537 (vgl. Artikel von D. Aigner, a.a.0.) Als Basis für die Parameter zur Bestimmung der Beiwerte j1 und us sind die grundlegenden Abmessungsparameter der betrachteten Wehrwand 21 in der Fig. 2 dargestellt, wobei zur Vermeidung von

Wiederholungen auf die Erläuterungen zur Fig. 2 verwiesen wird.

Für den Fall eines vollkommenen Überfalls kann der Beiwert der Zulauf- geschwindigkeit u1 mit folgender Gleichung berechnet werden: br NAN? =[1+06021:(>) (—— m=(1+0021: (3) GS) wobei sich der Einfluss der Strahlform (us) berechnet mit der Gleichung: = 1,125 — 0,1 ( Po

Ha = A Aho +W mit: b Überfallbreite des Dreieckswehrs 22,

B Breite des Messbeckens 12, w Vertikaler Abstand der tiefsten Stelle T des Dreieckswehrs 22 zum Bodenbereich 13 des Messbeckens 12, und ho Oberwasserstand (bzw. Uberfallhôhe: Pegelstand in der mittigen

Kammer 16 des Messbeckens 12 relativ zur tiefsten Stelle T des

Dreieckswehrs 22).

26 BE2024/5388

Für den Fall eines unvollkommenen Überfalls kann der Beiwert der Zulauf- geschwindigkeit u1 mit folgender Gleichung berechnet werden: bh A”

Ha (ho) = (1 + 0021 (3) (7) ) bh NN? aa) = (1 roo (3) (7) ) wobei sich der Einfluss der Strahlform (us) berechnet mit der Gleichung: (h,) = 1,125 — 0,1 ( ho )

H3 oJ TT +4; , ho +w (h,) = 1,125 — 0,1 ( Au )

H3 us TT bs , hy +w mit: b Überfallbreite des Dreieckswehrs 22,

B Breite des Messbeckens 12, w Vertikaler Abstand der tiefsten Stelle T des Dreieckswehrs 22 zum Bodenbereich 13 des Messbeckens 12, ho Oberwasserstand (bzw. Überfallhöhe: Pegelstand in der mittigen

Kammer 16 des Messbeckens 12 relativ zur tiefsten Stelle T des

Dreieckswehrs 22), und hu Unterwasserstand (Pegelstand in der auslaufseitigen Kammer 15 des Messbeckens 12 relativ zur tiefsten Stelle T des

Dreieckswehrs 22).

Nachfolgend wird dargelegt, dass es mit den vorstehend genannten Gleichun- gen, mit denen nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung im Falle

27 BE2024/5388 eines vollkommenen oder unvollkommenen Uberfalls an der Uberlaufeinrichtung 22 die Wasserrückflussmenge bei Durchführung einer hydrogeologischen

Erkundungsbohrung im direkten Spülbohrverfahren bestimmt wird, tatsächlich möglich ist, die gesuchte Überflussmenge Qu mit hoher Genauigkeit zu berechnen, nämlich dank des Korrekturterms ay how (im Falle eines voll- kommenen Überfalls, bei dem nur der Oberwasserstand ho in die Berechnung eingeht) bzw. dank der Korrekturterme ay : hw und ay nb (im Falle eines unvollkommenen Überfalls, bei dem sowohl der Oberwasserstand ho als auch der

Unterwasserstand hu in die Berechnung eingehen). In einer Parametervariation der Faktoren aw und bw wurde die größte Übereinstimmung mit dem versuchstechnisch bestimmten Ergebnis für den vollkommenen Überfall ermittelt.

Dabei stellte sich für den multiplikativen Faktor aw ein Wert von 4,17 und für den exponentiellen Faktor bw ein Wert von 4,5 als beste Kombination heraus. Der

Faktor aw besitzt dabei die Einheit 1/(m1,5:s). Die Berechnung des Wehrüberfalls

Qu erfolgt generell in der Einheit m*/s. Für die nachfolgenden Auswertungen und die Praxis wird Qu mit dem Umrechnungsfaktor 3600 s/h in die Einheit m°/h umgerechnet. Die Auswertungen der vorstehend genannten Gleichungen gemäß eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung sind in der Fig. 8 der

Versuchsauswertung gegenübergestellt.

In der Fig. 8 sind die Ergebnisse der Versuchsauswertung des Wehrüberfalls in

Abhängigkeit vom Oberwasserstand mit der schwarz gestrichelten Linie dargestellt. Der herkömmlich berechnete Wehrüberfall (vgl. hierzu Artikel von D.

Aigner, a.a.0.) an dem Dreieckswehr 22 ist in der Fig. 8 mit einer strich- punktierten Linie dargestellt, und hat im Bereich bis 0,14 m des Oberwasser- standes eine gute Übereinstimmung mit der Kurve der Versuchsauswertung. Im weiteren Verlauf bis zum praktischen Maximum bei 0,185 m stellen sich

Differenzen zur Versuchsauswertung ein. Die Kurve des korrigierten berechneten

Wehrüberfalls, der mit der vorstehend erläuterten Gleichung gemäß der vorliegenden Erfindung rechnerisch ermittelt worden ist, ist in der Fig. 8 mit einer gepunkteten Linie dargestellt. Diesbezüglich ist hervorzuheben, dass diese

Kurve des korrigierten berechneten Wehrüberfalls den gesamten Verlauf der

Versuchsauswertung gut abbildet. Die Differenzen liegen unterhalb von 1,0 m*/h,

28 BE2024/5388 wobei diese Abweichungen im Bereich der Messgenauigkeiten der verwendeten

Messsonden liegen und somit tolerierbar sind. Jedenfalls wird anhand des

Diagramms von Fig. 8 deutlich, dass es im Zuge der Bestimmung der

Wasserrückflussmenge mit einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung möglich ist, insbesondere bei relativ großen Werten für den Oberwasserstand (> 0,14 m) eine hinreichend genaue Berechnung der gesuchten Überflussmenge

Qu zu erreichen, nämlich dank der besagten Korrekturterme.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass für den in der mittigen Kammer 16 vorherrschenden Oberwasserstand ho eine Korrekturrechnung durchgeführt wird. Dies empfiehlt sich im Falle von möglichen Dichteunterschieden des Wassers, welches ausgehend von der mittigen Kammer 16 über das Dreieckswehr 22 hinweg in die auslaufseitige

Kammer 15 strömt, wobei diese möglichen Dichteunterschiede durch eine

Beladung des Wassers mit Bohrgutpartikeln hervorgerufen werden können, falls diese Partikel in der einlaufseitigen Kammer 14 sich nicht bereits am Boden- bereich 13 des Messbeckens 12 abgesetzt haben.

Für die vorstehend genannte Korrekturrechnung in Bezug auf den Oberwasser- stand ho in der mittigen Kammer 16 ist von Bedeutung, dass hierbei zusätzlich zu den Signalen der ersten Messsonde 24 auch die Signale der ebenfalls in der mittigen Kammer 16 positionierten dritten Messsonde 32 berücksichtigt werden.

Wie vorstehend an anderer Stelle bereits erläutert, ist in diesem Zusammenhang von Bedeutung, dass diese dritte Messsonde 32 — in vertikaler Richtung gesehen — einen unterschiedlichen Abstand zur tiefsten Stelle T des Dreieckswehrs 22 hat als die erste Messsonde 24. Zweckmäßigerweise kann hierbei vorgesehen sein, dass die dritte Messsonde 32 — in vertikaler Richtung gesehen — unterhalb der ersten Messsonde 24 angeordnet ist, und somit einen größeren Abstand zur tiefsten Stelle T des Dreieckswehrs 22 hat als die erste Messsonde 24. Jedenfalls lässt sich auf Grundlage dieser Bedingungen die besagte Korrekturrechnung in

Bezug auf den Oberwasserstand ho in der mittigen Kammer 16 durch folgende

Gleichung durchführen, um damit den tatsächlichen Oberwasserstand ho in der mittigen Kammer 16 zu bestimmen:

29 BE2024/5388 fo = tz PE pe h3 mit: ho Tatsächlicher bzw. realer Oberwasserstand in der mittigen

Kammer 16 des Messbeckens 12 (= Pegelstand in der mittigen Kammer 16 des Messbeckens 12 relativ zur tiefsten

Stelle T der Überlaufeinrichtung 22),

M Messwert der ersten Messsonde 24 in Bezug auf einen

Wasserstand in der mittigen Kammer 16 des Messbeckens 12, h3 Messwert der dritten Messsonde 32 in Bezug auf einen

Wasserstand in der mittigen Kammer 16 des Messbeckens 12, tt Vertikaler Abstand der ersten Messsonde 24 zur tiefsten

Stelle T der Überlaufeinrichtung 22, und ts Vertikaler Abstand der dritten Messsonde 32 zur tiefsten

Stelle T der Úberlaufeinrichtung 22.

Die vorstehend genannte Bedingung, wonach die dritte Messsonde 32 einen größeren vertikalen Abstand zur tiefsten Stelle T der Überlaufeinrichtung bzw. des Dreieckswehrs 22 hat als die erste Messsonde 24, entspricht hierbei der

Beziehung: ts >t.

Analog zur soeben genannten Korrekturrechnung in Bezug auf den Oberwasser- stand ho in der mittigen Kammer 16 kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen sein, eine solche Korrekturrechnung für den

Unterwasserstand hu in der auslaufseitigen Kammer 15 durchzuführen, um somit einen tatsächlichen Wert für diesen Unterwasserstand hu zu bestimmen. Dies empfiehlt sich im Falle von möglichen Dichteunterschieden des Wassers, welches über das Dreieckswehr 22 hinweg in die auslaufseitige Kammer 15 strömt. Jedenfalls kann dann eine solche Korrekturrechnung mit folgender

30 BE2024/5388

Gleichung erfolgen, um damit den tatsächlichen Unterwasserstand hu in der auslaufseitigen Kammer 15 zu bestimmen: h, = (tz + h2)(t + ho) _ 6

H+m mit: hu Tatsächlicher bzw. realer Unterwasserstand in der auslauf- seitigen Kammer 15 des Messbeckens 12 (= Pegelstand in der auslaufseitigen Kammer 15 des Messbeckens 12 relativ zur tiefsten Stelle T des Dreieckswehrs 22), ho Tatsächlicher bzw. realer Oberwasserstand in dem Mess- becken 12 stromaufwärts des Dreieckswehrs 22 (=

Pegelstand relativ zur tiefsten Stelle T des Dreieckswehrs 22),

M Messwert der ersten Messsonde 24 in Bezug auf einen

Wasserstand in der mittigen Kammer 16 des Messbeckens 12, ha Messwert der zweiten Messsonde 25 in Bezug auf einen

Wasserstand in der auslaufseitigen Kammer 15 des Mess- beckens 12, tt Vertikaler Abstand der ersten Messsonde 24 zur tiefsten

Stelle T des Dreieckswehrs 22, und tt Vertikaler Abstand der zweiten Messsonde 25 zur tiefsten

Stelle T des Dreieckswehrs 22.

In Bezug auf die vorstehend genannte Korrekturrechnung in Bezug auf den

Oberwasserstand ho in der mittigen Kammer 16, und/oder in Bezug auf den

Unterwasserstand hu in der auslaufseitigen Kammer 15, wird ergänzend darauf hingewiesen, dass sich die Durchführung einer solchen Korrekturrechnung sowohl für den Fall eines vollkommenen Überfalls als auch für den Fall eines unvollkommenen Überfalls anbietet. Weiterhin versteht sich, dass die Rechner- einrichtung 26 programmtechnisch geeignet dazu eingerichtet sein kann, um

31 BE2024/5388 solche Korrekturrechnungen mit den hierzu genannten Gleichungen durch- zuführen.

Des Weiteren ist im Zusammenhang mit den vorstehend genannten Korrektur- rechnungen hervorzuheben, dass die Messwerte der Messsonden in Bezug auf die tiefste Stelle T des Dreieckswehrs 22 unter Normaldichte des Wassers kalibriert werden. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter der Normal- dichte des Wassers jene verstanden, die für den Fall vorliegt, dass in dem

Wasser keine Schwebstoffe bzw. nicht abgesetzte Bohrgutpartikel oder der- gleichen enthalten sind. Anders ausgedrückt, ist für diesen Fall, bei dem die

Messsonden unter Berücksichtigung der Normaldichte des Wassers kalibriert werden, das Wasser frei von Schwebstoffen bzw. nicht abgesetzten Bohrgut- partikeln.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in der einlaufseitigen Kammer 14 und in der mittigen Kammer 16 des

Messbeckens 12 jeweils ebene Einhängeplatten 36 eingebracht sind. Diese

Einhängeplatten 36 sind in der Perspektivansicht des Messbeckens 12 von Fig. 6 zu erkennen, und ebenfalls in der Fig. 7 dargestellt, die eine prinzipiell verein- fachte und freigeschnittene Seitenansicht eines Teils des Messbeckens 12 von

Fig. 6 zeigt.

In Bezug auf die soeben genannten Einhängeplatten 36 ist hervorzuheben, dass diese jeweils mit ihrer Flächenerstreckung an eine freie Oberfläche der einlaufseitigen Kammer 14 bzw. der mittigen Kammer 16 angepasst sind und jeweils eine vertikale Erstreckung aufweisen. Hierbei sind diese Einhängeplatten 36 derart innerhalb einer zugeordneten Kammer 14, 16 angeordnet, dass ein unterer Randbereich 37 der Einhängeplatten 36 sich jeweils unterhalb einer tiefsten Stelle T der Überlaufeinrichtung 22 der Wehrwand 21 befindet und ein oberer Randbereich 38 der Einhängeplatten 36 (vgl. Fig. 7) sich jeweils oberhalb eines maximal zu erwartenden Oberwasserstandes ho, max befindet.

32 BE2024/5388

Zweckmäßigerweise weist die Einhängeplatte 36, die sich innerhalb der einlaufseitigen Kammer 14 befindet, angrenzend zu dem Zulauf 18 des

Messbeckens 12 eine Aussparung 40 auf.

In gleicher Weise ist es für die Einhängeplatte 36, die sich innerhalb der mittigen

Kammer 16 befindet, zu empfehlen, dass sie angrenzend zur Wehrwand 21 mit der Überlaufeinrichtung 22 eine Aussparung 41 aufweist. Zweckmäßigerweise ist hierbei — in Bezug auf eine Mitte des Messbeckens 12 gesehen — ein Rand- bereich der Aussparung 41 von der Wehrwand 21 mit der Überlaufeinrichtung 22 um eine Strecke beabstandet, die zumindest einem in der mittigen Kammer 16 maximal zu erwartenden Oberwasserstand (ho, max) entspricht. Hierdurch ist ein gleichmäßiger Überfall an dem Dreieckswehr 22 gewährleistet, weil es dank der besagten Aussparung 41 und des genannten Mindestabstands gegenüber der

Wehrwand 21 zu einem Nachströmen von einer ausreichenden Menge an

Wasser in die mittige Kammer 16 in einen Bereich stromaufwärts des

Dreieckswehrs kommt.

Der technologische Hintergrund in Bezug auf die vorstehend genannten

Einhängeplatten 36 versteht sich wie folgt:

Mit dem Durchfluss durch die ersten beiden Messbeckenkammern (d.h. durch die einlaufseitige Kammer 14 und die mittige Kammer 16) entsteht eine Verzö- gerung zwischen dem Überfall am Dreieckswehr 22 und dem Rückfluss.

Versuchstechnisch konnte für die vorliegende Erfindung herausgefunden werden, dass bei einer normalen Breite des Messbeckens von z.B. 1,0 m bei einem Rückfluss von 30 m3/h die Angleichung des Überfalls nach über 60 s erreicht wird. Bei geringeren Rückflussmengen von 6 m°/h stellt sich der

Ausgleich erst nach knapp 180 s ein. Daraus kann abgeleitet werden, dass eine höhere Rückflussrate aus dem Bohrloch schneller messtechnisch am Überfall erfasst wird. Die Reaktionszeit ist jedoch zu lang, um die realen Verhältnisse am

Überfall abzubilden. Bei einer theoretischen Beckenbreite von 0,2 m verbessern sich die Reaktionszeiten auf ungefähr 13 s bei 30 m*/h und 35 s bei 6 m°/h.

33 BE2024/5388

Somit ist es sinnvoll, das Puffervolumen der ersten beiden Kammern (vorliegend also der einlaufseitigen Kammer 14 und der mittigen Kammer 16) so klein wie möglich zu halten, um eine schnelle Reaktion von Rückfluss zu Überfall zu garantieren. Jedoch widerspricht eine Verringerung des Volumens der beiden

Kammern 14, 16 dem notwendigen Volumen zur ausreichenden Bohrgut- aufnahme. Die Lösung aus beiden Anforderungen ergibt sich dadurch, dass das

Puffervolumen oberhalb der Wehrspitze verringert wird und das Aufnahme- volumen unterhalb der Wehrspitze erhalten bleibt. Dies kann mit einer flächigen

Abdeckung der Oberfläche des Wassers verwirklicht werden, das in dem

Messbecken 12 stromaufwärts der Wehrwand 21 aufgenommen ist, und wird im

Rahmen der vorliegenden Erfindung mit den vorstehend genannten Einhänge- platten 36 erreicht. Hier würden sich die Rückflüsse direkter durch das vermin- derte Volumen am Überfall abbilden. Dieser Effekt kann als Flaschenhalseffekt bezeichnet werden, welcher praktisch durch Einhänge- oder fixierte Schwimm- platten erzielt werden kann. Ein Schema einer möglichen Positionierung dieser

Einhängeplatten 36 ist in der Fig. 6 dargestellt.

Für eine schnelle Reaktion zwischen Rückfluss und Überfall ist es wichtig, so viel wie möglich der Fläche der beiden Kammern 14, 16 zu bedecken. Der

Einlaufbereich und der Wehrbereich sollten jedoch freigehalten werden, um einerseits das im Rückfluss enthaltende Bohrgut nicht aufzuhalten und andererseits einen ungestörten Überfall zu gewährleisten. Zu diesem Zweck sind die Einhängeplatten 36 wie erläutert mit den Aussparungen 40, 41 (vgl. Fig. 6) ausgebildet.

Schließlich wird auf eine weitere mögliche vorteilhafte Weiterbildung der

Erfindung hingewiesen, bei der — in der Strömungsrichtung des Wassers gesehen — stromaufwärts der einlaufseitigen Kammer 14 des Messbeckens 12 zumindest ein Filter 19 vorgesehen ist, mit dem Bohrgut aus dem in das Mess- becken 12 eingeleiteten Rückflussstrom entfernt werden kann. Mit einem solchen

Filter 19 wird somit erreicht, dass Bohrgutpartikel gar nicht erst in das Innere des

Messbeckens 12 hineingelangen und sich somit dort auch nicht am

Bodenbereich 13 absetzen können. In Fig. 5 ist ein solcher Filter 19 schematisch stark vereinfacht symbolisiert.

34 BE2024/5388

In Bezug auf den besagten Filter 19 ist es zweckmäßig, dass er in einfacher

Weise ausgetauscht werden kann, z.B. für den Fall, dass der Filter „voll“ ist in

Folge einer Aufnahme von einer großen Menge an Bohrgutpartikeln, und/oder in

Falle eines möglichen Defekts.

Weiterhin darf in Bezug auf den besagten Filter 19 darauf hingewiesen werden, dass er beispielsweise am Ende des Zulaufs 18 angeordnet sein kann, so wie es in der Fig. 5 schematisch angedeutet ist. Ergänzend oder alternativ hierzu ist es möglich, dass dieser Filter 19, oder ggf. weitere solcher Filter 19, auch bereits in der Verbindungsleitung 6 vorgesehen sind, mit welcher das Messbecken 12 an das Standrohr 3 der Erkundungsbohrung 1 angeschlossen ist.

35 BE2024/5388

Bezugszeichenliste 1 hydrogeologische Erkundungsbohrung 2 Bohrloch 3 Standrohr 4 Spülgestänge 5 Spülbohrgerät 6 Verbindungsleitung (vom Standrohr zum Messbecken 12) 7 Versorgungsleitung (vom Messbecken 12 zum Spülbohrgerät 5) 8 Schaltschrank 10 Vorrichtung 12 Messbecken 13 Bodenbereich (des Messbeckens) 14 einlaufseitige Kammer 15 auslaufseitige Kammer 16 mittige Kammer 18 Zulauf 19 Filter 20 Ablauf 21 Wehrwand 22 Überlaufeinrichtung (z.B. in Form eines Dreieckswehrs) 23 Messrohre 24 erste Messsonde 25 zweite Messsonde 26 Rechnereinrichtung 28 Tauchwand 29 unterer Rand (der Tauchwand) 30 oberer Rand (der Tauchwand) 32 dritte Messsonde 34 vierte Messsonde 36 Einhängeplatte(n) 37 unterer Randbereich (einer Einhängeplatte)

36 BE2024/5388 38 oberer Randbereich (einer Einhängeplatte) 40 Aussparung (einer Einhängeplatte, die innerhalb der einlaufseitigen

Kammer 14 anordenbar ist) 41 Aussparung (einer Einhängeplatte, die innerhalb der mittigen Kammer 16 anordenbar ist) 42 Frischwasserzulaufleitung 43 Durchflussmesser 44 Durchflussmesser aw Öffnungswinkel der Überlaufeinrichtung 22 in Form eines Dreieckswehrs b Uberfallbreite des Dreieckswehrs 22

B Breite des Messbeckens 12

Qu — UÜberflussmenge

No Tatsächlicher bzw. realer Oberwasserstand in der mittigen Kammer des

Messbeckens (= Pegelstand in der mittigen Kammer des Messbeckens relativ zur tiefsten Stelle der Überlaufeinrichtung) hu Tatsächlicher bzw. realer Unterwasserstand in der auslaufseitigen

Kammer des Messbeckens (= Pegelstand in der auslaufseitigen Kammer des Messbeckens relativ zur tiefsten Stelle der Überlaufeinrichtung) nm Messwert der ersten Messsonde in Bezug auf einen Wasserstand in der mittigen Kammer des Messbeckens h2 Messwert der zweiten Messsonde in Bezug auf einen Wasserstand in der auslaufseitigen Kammer des Messbeckens hs Messwert der dritten Messsonde in Bezug auf einen Wasserstand in der mittigen Kammer des Messbeckens ha Messwert der vierten Messsonde in Bezug auf einen Wasserstand in der einlaufseitigen Kammer des Messbeckens

Ss Strecke (zwischen der Wehrwand 22 der Tauchwand 28) ti Vertikaler Abstand der ersten Messsonde zur tiefsten Stelle der Überlauf- einrichtung t3 Vertikaler Abstand der dritten Messsonde zur tiefsten Stelle der Überlauf- einrichtung

T tiefste Stelle (der Uberlaufeinrichtung 22)

W Vertikaler Abstand der tiefsten Stelle des Dreieckswehrs zum Boden- bereich des Messbeckens.

Claims

37 BE2024/5388 Patentansprüche

1. Vorrichtung (10) zur Bestimmung der Wasserrückflussmenge bei Durch- führung einer hydrogeologischen Erkundungsbohrung (1) im direkten Spülbohrverfahren, umfassend ein Messbecken (12) zur Aufnahme eines bei der Erkundungsbohrung anfallenden Rückflussstroms, wobei das Messbecken (12) zumindest eine einlaufseitige Kammer (14) und eine auslaufseitige Kammer (15) umfasst, wobei ein Zulauf (18) für das Messbecken (12) in die einlaufseitige Kammer (14) mündet und ein Ablauf (20) aus dem Messbecken (12) in der auslaufseitigen Kammer (15) vorgesehen ist, so dass Wasser das Messbecken (12) vom Zulauf (18) in Richtung des Ablaufs (20) durch- strömen kann, eine Wehrwand (21) mit einer Úberlaufeinrichtung (22), die — in der Strömungsrichtung des Wassers gesehen — stromaufwärts der auslauf- seitigen Kammer (15) und angrenzend hierzu vorgesehen ist, und zumindest eine erste Messsonde (24), die — in vertikaler Richtung gesehen — unterhalb der tiefsten Stelle (T) der Überlaufeinrichtung (22) der Wehrwand (21) angeordnet ist, so dass mittels der ersten Messsonde (24) in dem Messbecken (12)- in der Strômungsrichtung des Wassers gesehen — stromaufwärts der Wehrwand (21) ein Oberwasserstand (ho) messtechnisch bestimmbar ist, gekennzeichnet durch eine zweite Messsonde (25), die in der auslaufseitigen Kammer (15) des Messbeckens (12) vorgesehen und — in vertikaler Richtung gesehen — unterhalb der tiefsten Stelle (T) der Überlaufeinrichtung (22) der Wehrwand (21) angeordnet ist, so dass mittels der zweiten Messsonde (25) — in der Strömungsrichtung des Wassers gesehen — stromabwärts der Wehrwand (21) ein Unterwasserstand (hu) messtechnisch bestimmbar ist, und eine Rechnereinrichtung (26), die in Signalverbindung mit der ersten Messsonde (24) und der zweiten Messsonde (25) steht, wobei die Rechnereinrichtung (26) programmtechnisch derart eingerichtet ist, dass

38 BE2024/5388 bei einer Durchströmung des Messbeckens (12) unter Berücksichtigung zumindest des Oberwasserstands (ho) und ggf. des Unterwasserstands (hu) eine Überflussmenge (Qu), die über die Überlaufeinrichtung (22) der Wehrwand (21) hinweg in die auslaufseitige Kammer (15) strômt, rechen- technisch bestimmbar ist.

2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Messbecken (12) zwischen der einlaufseitigen Kammer (14) und der aus- laufseitigen Kammer (15) eine mittige Kammer (16) vorgesehen ist, wobei die mittige Kammer (16) von der einlaufseitigen Kammer (14) durch eine Tauchwand (28) getrennt ist, die mit ihrem unteren Rand (29) beabstandet zum Bodenbereich (13) des Messbeckens (12) und mit ihrem oberen Rand (30) — in vertikaler Richtung gesehen — zumindest oberhalb der tiefsten Stelle (T) der Überlaufeinrichtung (22) der Wehrwand (21) angeordnet ist, und wobei zwischen der mittigen Kammer (16) und der auslaufseitigen Kammer (15) die Wehrwand (21) mit der Überlaufeinrichtung (22) angeordnet ist.

3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen der einlaufseitigen Kammer (14) und der mittigen Kammer (16) angeordnete Tauchwand (28) und die zwischen der mittigen Kammer (16) und der auslaufseitigen Kammer (15) angeordnete Wehrwand (21) mit der Uberlaufeinrichtung (22) voneinander mindestens um eine Strecke (s) beabstandet sind, die einem in der mittigen Kammer (16) maximal zu erwartenden Oberwasserstand (ho) entspricht.

4. Vorrichtung (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messsonde (24) in der mittigen Kammer (16) angeordnet ist.

5. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass in der mittigen Kammer (16) eine dritte Messsonde (32) angeordnet ist, wobei die erste Messsonde (24) und die dritte Messsonde (32) — in vertikaler Richtung gesehen — jeweils unterhalb der tiefsten Stelle (T) der Úberlaufeinrichtung (22) angeordnet sind und zu dieser tiefsten

39 BE2024/5388 Stelle (T) der Uberlaufeinrichtung (22) jeweils einen unterschiedlichen Abstand haben.

6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Rechnereinrichtung (26) im Falle von möglichen Dichteunterschieden des Wassers, welches über die Überlaufeinrichtung (22) hinweg in die auslaufseitige Kammer (15) strömt, ein tatsächlicher Oberwasserstand (ho) durch folgende Gleichung bestimmbar ist: ho = t, “= A hz mit: ho Tatsächlicher bzw. realer Oberwasserstand in der mittigen Kammer (16) des Messbeckens (12) (= Pegelstand in der mittigen Kammer (16) des Messbeckens (12) relativ zur tiefsten Stelle (T) der Uberlaufeinrichtung (22)), M Messwert der ersten Messsonde (24) in Bezug auf einen Wasserstand in der mittigen Kammer (16)des Messbeckens (12), h3 Messwert der dritten Messsonde (32) in Bezug auf einen Wasserstand in der mittigen Kammer (16) des Messbeckens (12), tt Vertikaler Abstand der ersten Messsonde (24) zur tiefsten Stelle (T) der Uberlaufeinrichtung (22), und ts Vertikaler Abstand der dritten Messsonde (32) zur tiefsten Stelle (T) der Uberlaufeinrichtung (22).

7. Vorrichtung (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Rechnereinrichtung (26) im Falle von möglichen Dichteunter- schieden des Wassers, welches über die Úberlaufeinrichtung (22) hinweg in die auslaufseitige Kammer (15) strömt, ein tatsächlicher Unterwasser- stand (hu) durch folgende Gleichung bestimmbar ist:

40 BE2024/5388 h, = (tz +h2)(t + ho) _ t, ti +h mit: hu Tatsächlicher bzw. realer Unterwasserstand in der aus- laufseitigen Kammer (15) des Messbeckens (12)(= Pegelstand in der auslaufseitigen Kammer (15) des Messbeckens (12) relativ zur tiefsten Stelle (T) der Uberlaufeinrichtung (22)), ho Tatsächlicher bzw. realer Oberwasserstand in der mittigen Kammer (16) des Messbeckens (12) (= Pegelstand in der mittigen Kammer (16) des Messbeckens (12) relativ zur tiefsten Stelle (T) der Uberlaufeinrichtung (22)), M Messwert der ersten Messsonde (24) in Bezug auf einen Wasserstand in der mittigen Kammer (16) des Messbeckens (12), ha Messwert der zweiten Messsonde (25) in Bezug auf einen Wasserstand in der auslaufseitigen Kammer (15) des Mess- beckens (12), tt Vertikaler Abstand der ersten Messsonde (24) zur tiefsten Stelle (T) der Uberlaufeinrichtung (22), und tt Vertikaler Abstand der zweiten Messsonde (25) zur tiefsten Stelle (T) der Uberlaufeinrichtung (22).

8. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der einlaufseitigen Kammer (14) eine vierte Messsonde (34) angeordnet ist, mit der ein Pegel- bzw. Oberwasserstand (ho) innerhalb der einlaufseitigen Kammer (14) messtechnisch bestimmbar ist, vorzugsweise, dass die vierte Messsonde (34) — in vertikaler Richtung gesehen — unterhalb der tiefsten Stelle (T) der Überlaufeinrichtung (22) der Wehrwand (21) angeordnet ist.

41 BE2024/5388

9. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekenn- zeichnet, dass in der einlaufseitigen Kammer (14) und in der mittigen Kammer (16) des Messbeckens (12) jeweils ebene Einhängeplatten (36) eingebracht sind, die jeweils mit ihrer Flächenerstreckung an eine freie Oberfläche der einlaufseitigen Kammer (14) bzw. der mittigen Kammer (16) angepasst sind und jeweils eine vertikale Erstreckung aufweisen, wobei die Einhängeplatten (36) derart innerhalb einer zugeordneten Kammer (14; 16) angeordnet sind, dass ein unterer Randbereich (37) der Einhängeplatten (36) sich jeweils unterhalb der tiefsten Stelle (T) der Überlaufeinrichtung (22) der Wehrwand (21) befindet und ein oberer Randbereich (38) der Einhängeplatten (36) sich jeweils oberhalb eines maximal zu erwartenden Oberwasserstandes (ho, max) befindet.

10. Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhängeplatte (36), die sich innerhalb der einlaufseitigen Kammer (14) befindet, angrenzend zu dem Zulauf (18) des Messbeckens (12) eine Aussparung (40) aufweist.

11. Vorrichtung (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhängeplatte (36), die sich innerhalb der mittigen Kammer (16) befin- det, angrenzend zur Wehrwand (21) mit der Überlaufeinrichtung (22) eine Aussparung (41) aufweist, vorzugsweise, dass — in Bezug auf eine Mitte des Messbeckens (12) gesehen — ein Randbereich der Aussparung (41) von der Wehrwand (21) mit der Überlaufeinrichtung (22) um eine Strecke beabstandet ist, die zumindest einem in der mittigen Kammer (16) maximal zu erwartenden Oberwasserstand (ho, max) entspricht.

12. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlaufeinrichtung (22) in Form eines Drei- eckswehrs und scharfkantig ausgebildet ist.

13. Vorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel (aw) des Dreieckswehrs 90° beträgt.

42 BE2024/5388

14. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass — in der Strömungsrichtung des Wassers gesehen — stromaufwärts der einlaufseitigen Kammer (14) des Messbeckens (12) zumindest ein Filter (19) vorgesehen ist, mit dem Bohrgut aus dem in das Messbecken (12) eingeleiteten Rückflussstrom entfernbar ist, vorzugs- weise, dass der Filter (19) austauschbar ist.

15. Verfahren zur Bestimmung der Wasserrückflussmenge bei Durchführung einer hydrogeologischen Erkundungsbohrung (1) im direkten Spülbohr- verfahren, das mit einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 durchgeführt wird, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Messbeckens (12) mit zumindest einer einlaufseitigen Kammer (14) und einer auslaufseitigen Kammer (15), wobei ein Zulauf (18) für das Messbecken (12) in die einlaufseitige Kammer (14) mündet und ein Ablauf (20) aus dem Messbecken (12) an der auslaufseitigen Kammer (15) vorgesehen ist, so dass Wasser das Messbecken (12) vom Zulauf (18) in Richtung des Ablaufs (20) durchströmen kann, wobei — in der Strömungsrichtung des Wassers gesehen — stromaufwärts der auslaufseitigen Kammer (15) und angrenzend hierzu eine Überlauf- einrichtung in Form eines Dreieckswehrs (22) vorgesehen ist, Einleiten eines bei der hydrogeologischen Erkundungsbohrung (1) anfallenden Rückflussstroms in den Zulauf (18) des Messbeckens (12), Bestimmen eines Oberwasserstands (ho) in dem Messbecken (12) — in der Strômungsrichtung des Wassers gesehen — stromaufwärts des Dreieckswehrs (22), und Berechnen einer Überflussmenge (Qu), die bei einer Durchströmung des Messbeckens (12) bei einem vollkommenen Überfall über die Überlauf- einrichtung (22) in Form des Dreieckswehrs hinweg in die auslaufseitige Kammer (15) strömt, mittels der Gleichung: 8 5 dy b Qu (ho) = 75" Hav 29 ho? tan (C7) + ay hot” mit:

43 BE2024/5388 Qu Uberflussmenge, ho Oberwasserstand (= Pegelstand in dem Messbecken (12) stromaufwärts des Dreieckswehrs (22), nämlich relativ zur tiefsten Stelle (T) der Uberlaufeinrichtung (22)), dy Öffnungswinkel des Dreieckswenrs (22), uw Überfallbeiwert, aw Korrekturfaktor für die Wehrformel im vollkommenen Überfall, bw Korrekturfaktor für die Wehrformel im vollkommenen Überfall, g Erdbeschleunigung, wobei sich der Korrekturfaktor (aw) für die Wehrformel im vollkommenen Überfall bestimmt zu aw = 4,17 [1/(m*5 -s)], wobei sich der Korrekturfaktor (bw) für die Wehrformel im vollkommenen Überfall bestimmt zu bw = 4,5, und wobei die Abmessungen des Messbeckens (12) folgende Werte aufweisen: - Länge = 2.000 mm, - Breite = 988 mm, - Höhe = 1.000 mm, - W = vertikaler Abstand der tiefsten Stelle (T) der Überlaufeinrichtung (22) zum Bodenbereich (13) des Messbeckens (12) = 634 mm.

16. Verfahren zur Bestimmung der Wasserrückflussmenge bei Durchführung einer hydrogeologischen Erkundungsbohrung (1) im direkten Spülbohr- verfahren, das mit einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 durchgeführt wird, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Messbeckens (12) mit zumindest einer einlaufseitigen Kammer (14) und einer auslaufseitigen Kammer (15), wobei ein Zulauf (18) für das Messbecken (12) in die einlaufseitige Kammer (14) mündet und ein Ablauf (20) aus dem Messbecken (12) an der auslaufseitigen Kammer (15)

44 BE2024/5388 vorgesehen ist, so dass Wasser das Messbecken (12) vom Zulauf (18) in Richtung des Ablaufs (20) durchströmen kann, wobei — in der Strömungs- richtung des Wassers gesehen — stromaufwärts der auslaufseitigen Kammer (15) und angrenzend hierzu eine Überlaufeinrichtung (22) in Form eines Dreieckswehrs vorgesehen ist,

Einleiten eines bei der hydrogeologischen Erkundungsbohrung (1) anfal- lenden Rückflussstroms in den Zulauf (18) des Messbeckens (12),

Bestimmen eines Oberwasserstands (ho) in dem Messbecken (12) — in der Strömungsrichtung des Wassers gesehen — stromaufwärts des Drei-

eckswehrs (22),

Bestimmen eines Unterwasserstands (hu) in dem Messbecken (12) — in der Strömungsrichtung des Wassers gesehen — stromabwärts des Drei- eckswehrs (22), und

Berechnen einer Überflussmenge (Qu), die bei einer Durchströmung des

Messbeckens (12) bei einem unvollkommenen Überfall über die Überlauf- einrichtung in Form des Dreieckswehrs (22) hinweg in die auslaufseitige Kammer (15) strömt, mittels der Gleichung: QuCho, hu) = Qulho) — Qu (hu) (1 — Cw (ho — hu)*W)

mit: 8 5 dw b Qu(he) = 75 Uw VZ hoz tan (SE) + au ho’! und Ooh) = 2 ZG hz tan (CE) + ah” wobei: Qu Überflussmenge, ho Oberwasserstand (= Pegelstand in dem Messbecken (12) stromaufwärts des Dreieckswehrs (22), nämlich relativ zur tiefsten Stelle (T) der Überlaufeinrichtung (22)),

45 BE2024/5388 hu Unterwasserstand (= Pegelstand in dem Messbecken (12) stromabwärts des Dreieckswehrs (22), nämlich relativ zur tiefsten Stelle (T) der Überlaufeinrichtung (22)), ay Öffnungswinkel des Dreieckswehrs (22), uw Überfallbeiwert, aw Korrekturfaktor für die Wehrformel im vollkommenen Überfall, bw Korrekturfaktor für die Wehrformel im vollkommenen Überfall, cw Korrekturfaktor für die Wehrformel im unvollkommenen Überfall, dw Korrekturfaktor für die Wehrformel im unvollkommenen Überfall, g Erdbeschleunigung, wobei sich der Korrekturfaktor (aw) für die Wehrformel im vollkommenen Überfall bestimmt zu aw = 4,17 [1/(m*5 -s)], wobei sich der Korrekturfaktor (bw) für die Wehrformel im vollkommenen Überfall bestimmt zu bw = 4,5, wobei sich der Korrekturfaktor (cw) für die Wehrformel im unvollkommenen Überfall bestimmt zu cw = 0,73 [1/m®%225], wobei sich der Korrekturfaktor (dw) für die Wehrformel im unvollkommenen Überfall bestimmt zu dw = 0,225, und wobei die Abmessungen des Messbeckens (12) folgende Werte aufweisen: - Länge = 2.000 mm, - Breite = 988 mm, - Höhe = 1.000 mm, - W = vertikaler Abstand der tiefsten Stelle (T) der Überlaufeinrichtung (22) zum Bodenbereich (13) des Messbeckens (12) = 634 mm.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Überfallbeiwert (uw) bestimmt durch die Gleichung:

46 BE2024/5388 Uw — Ho‘ Hi Ha ‘ H3 Ha Hs He mit: Mo Basiswert des Uberfallquerschnitts, Ut Einfluss der Zulaufgeschwindigkeit, pa Einfluss der Einschnürung, ps Einfluss der Strahlform, u4 Unterwassereinfluss (des unvollkommenen Úberfalls), Us Einfluss des schrägen Anstroms, pe Pfeilereinfluss.

18. Verfahren nach Anspruch 17, soweit rückbezogen auf Anspruch 15 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der Einfluss der Zulaufgeschwindigkeit (H1) berechnet mit der Gleichung: Na NAN? u = (1 +0,021: (3) | 5) ) und dass sich der Einfluss der Strahlform (us) berechnet mit der Gleichung: Ua = 1125 — 0,1 (—-) h +W mit: b Überfallbreite des Dreieckswehrs (22), B Breite des Messbeckens (12), w Vertikaler Abstand der tiefsten Stelle (T) des Dreieckswehrs (22) zum Bodenbereich (13) des Messbeckens (12), und ho Oberwasserstand (bzw. Überfallhöhe: Pegelstand in der mittigen Kammer (16) des Messbeckens (12) relativ zur tiefsten Stelle (T) des Dreieckswehrs (22)).

47 BE2024/5388

19. Verfahren nach Anspruch 18, soweit rückbezogen auf Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Einfluss der Zulaufgeschwindigkeit (H1) berechnet mit der Gleichung: 2 7h, NA Ui (ho) = (1 +0,021: (5) ; (=) ) B? / hy NA ui (hy) = : +0,021: (5) | F5) ) und dass sich der Einfluss der Strahlform (us) berechnet mit der Gleichung: ho us(he) = 1,125 — 0,1 - 5) hy ua(h,) = 1,125 — 0,1 - 5) mit: b Uberfallbreite des Dreieckswehrs (22), B Breite des Messbeckens (12), w Vertikaler Abstand der tiefsten Stelle (T) des Dreieckswehrs (22) zum Bodenbereich (13) des Messbeckens (12), ho Oberwasserstand (bzw. Uberfallhôhe: Pegelstand in der mittigen Kammer (16) des Messbeckens (12) relativ zur tiefsten Stelle (T) des Dreieckswehrs (12)), und hu Unterwasserstand (Pegelstand in der auslaufseitigen Kammer (15) des Messbeckens (12) relativ zur tiefsten Stelle (T) des Dreieckswehrs (22)).

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass — in der Strômungsrichtung des Wassers gesehen — stromaufwärts des Dreieckswehrs (22) eine erste Messsonde (24) angeordnet ist, mit der

48 BE2024/5388 in dem Messbecken (12) der Oberwasserstand (ho) messtechnisch bestimmt wird, vorzugsweise, dass die erste Messsonde (24) — in vertikaler Richtung gesehen — unterhalb der tiefsten Stelle (T) des Dreieckswehrs (22) angeordnet ist.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in der auslaufseitigen Kammer (15) des Messbeckens (12) und somit — in der Strömungsrichtung des Wassers gesehen — stromabwärts des Dreieckswehrs (22) eine zweite Messsonde (25) angeordnet ist, mit der in der auslaufseitigen Kammer (15) des Messbeckens (12) der Unterwasserstand (nu) messtechnisch bestimmt wird, vorzugsweise, dass die zweite Messsonde (25) — in vertikaler Richtung gesehen — unterhalb der tiefsten Stelle (T) des Dreieckswehrs (22) angeordnet ist.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass — in der Strömungsrichtung des Wassers gesehen — stromaufwärts des Dreieckswehrs (22) eine dritte Messsonde (32) angeordnet ist, wobei die erste Messsonde (24) und die dritte Messsonde (32) — in vertikaler Richtung gesehen — jeweils unterhalb der tiefsten Stelle (T) des Dreiecks- wehrs (22) angeordnet sind und zu dieser tiefsten Stelle (T) des Dreiecks- wehrs (22) jeweils einen unterschiedlichen Abstand haben, wobei im Falle von möglichen Dichteunterschieden des Wassers, welches über das Dreieckswehr (22) hinweg in die auslaufseitige Kammer (15) strömt, ein tatsächlicher Oberwasserstand (ho) durch folgende Gleichung bestimmt wird:

h. = th cu th; ° t-ts+h — hs mit: ho Tatsächlicher bzw. realer Oberwasserstand in dem Mess- becken (12) stromaufwärts des Dreieckswehrs (22) (= Pegel- stand relativ zur tiefsten Stelle (T) des Dreieckswehrs (22)),

49 BE2024/5388 M Messwert der ersten Messsonde (24) in Bezug auf einen Wasserstand in dem Messbecken (12) stromaufwärts des Dreieckswehrs (22), hs Messwert der dritten Messsonde (32) in Bezug auf einen Wasserstand in dem Messbecken (12) stromaufwärts des Dreieckswehrs (22), tt Vertikaler Abstand der ersten Messsonde (24) zur tiefsten Stelle (T) des Dreieckswehrs (22), und ts Vertikaler Abstand der dritten Messsonde (32) zur tiefsten Stelle (T) des Dreieckswehrs (22).

23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle von möglichen Dichteunterschieden des Wassers, welches über das Dreieckswehr (22) hinweg in die auslaufseitige Kammer (15) strömt, ein tatsächlicher Unterwasserstand (hu) durch folgende Gleichung bestimmbar wird: h, = (tz + h2)(t1 + ho) _ t t, + h, mit: hu Tatsächlicher bzw. realer Unterwasserstand in der auslauf- seitigen Kammer (15) des Messbeckens (12) (= Pegelstand in der auslaufseitigen Kammer (15) des Messbeckens (12) relativ zur tiefsten Stelle (T) des Dreieckswehrs (22)), ho Tatsächlicher bzw. realer Oberwasserstand in dem Mess- becken (12) stromaufwärts des Dreieckswehrs (22) (= Pegel- stand relativ zur tiefsten Stelle (T) des Dreieckswehrs ), M Messwert der ersten Messsonde (24) in Bezug auf einen Wasserstand in der mittigen Kammer (16) des Messbeckens (12), ha Messwert der zweiten Messsonde (25) in Bezug auf einen Wasserstand in der auslaufseitigen Kammer (15) des Mess- beckens (12),

0 BE2024/5388 tt Vertikaler Abstand der ersten Messsonde (24) zur tiefsten Stelle (T) des Dreieckswehrs (22), und tt Vertikaler Abstand der zweiten Messsonde (25) zur tiefsten Stelle (T) des Dreieckswehrs (22).