تخزين المياه من خلال التسرب إلى الأرض

بمساعدة جسور فرانكفورت ، يمكن جمع ما يصل إلى 2 مليون متر مكعب من المياه. وبما أن سعات التخزين القريبة من السطح تستنفد بسرعة نسبية، فإن الهدف من المشروع هو تسريب هذه المياه إلى كتلة المياه الجوفية. وبهذه الطريقة ، يمكن جمع كميات كبيرة من المياه من هطول الأمطار أو من الخنادق ، وتسربها بطريقة مستهدفة وإزالتها مرة أخرى إذا لزم الأمر. تم تنفيذ نمذجة المياه الجوفية الحالية للمناطق القريبة من المدينة واقتصرت على 600,000 متر مكعب من المياه الضرورية. ومن خلال إضافة المزيد من مناطق التسرب البعيدة، والتي يتم الوصول إليها بواسطة أذرع الجسر، وفقا للتقديرات الأولية، فإن 2 مليون متر مكعب من المياه المجمعة يمكن أن تتسرب أو تخزن أيضا.

المحتوى: 600 ألف متر مكعب من المياه يمكن تخزينها في كتلة المياه الجوفية القريبة من المدينة

في ظل ظروف معينة ، يمكن لهذه الكميات الهائلة أن تتسرب إلى المياه الجوفية القريبة من المدينة وتثري كتلة المياه الجوفية لدرجة أنه يمكن سحب المياه منها مرة أخرى.

في ما يلي، يتم شرح معايير جودة التربة التي يجب استيفاؤها للسماح لها بالتسرب إلى المياه الجوفية.

تم اختيار مناطق التسرب المحتملة القريبة من المدينة لجسور فرانكفورت. مع الأخذ في الاعتبار مستوى المياه الجوفية الحالي ، تم استخدام نموذج المياه الجوفية لمحاكاة عدد السنتيمترات التي يرتفع فيها مستوى المياه الجوفية بمعدلات تسرب معينة.

تعتبر المعالجة الخاصة الشاملة للمياه شرطًا أساسيًا لتخصيب المياه الجوفية. يخضع توقيت الاستخراج ومكانه أيضًا لتنظيم صارم من قبل السلطات المسؤولة.

بمساعدة الجسور ، يمكن جمع أكثر من مليوني متر مكعب من المياه حيث يمثل تخزين هذه الكميات تحديا كبيرا

من أجل الحصول على كمية كافية من المياه للري ، يمكن استخدام العديد من مصادر المياه: يمكن تجميع مياه الأمطار ، ويمكن ضخ المياه الجوفية من الخنادق ويمكن أخذ المياه من الماين إذا كان بها الكثير من المياه. من الناحية النظرية ، هذا يعني أنه يمكن جمع أكثر من 600000 إلى 800000 متر مكعب من المياه اللازمة للري على مدار العام. ولكن متى بالضبط سيتم استخدامه؟ كم من الوقت يجب حفظه؟
تم تصميم سعة التخزين المخطط لها كجزء من جسور فرانكفورت لتكون قادرة على ري جميع المناطق الخضراء من أبريل إلى سبتمبر. وقد أخذ في الاعتبار بالفعل أن مواسم الزراعة في ألمانيا قد تم تمديدها لمدة أسبوعين مقدما وأسبوعين مؤخرا في السنوات الأخيرة.
لذلك تبدأ النباتات في الظهور في وقت مبكر من الربيع وتكون أوراقها أطول في الخريف. ومن المرجح أن يستمر في هذا الاتجاه.
لذلك، في نهاية مارس، يجب توفير ما يكفي من المياه بحيث يتم حماية المناطق والأشجار الخضراء المناخية الحضرية القيمة من فترات الجفاف الطويلة المحتملة: مهمة شاقة.

بالنسبة لمثل هذه الكميات من مياه الري، فإن التخزين في المسطح الجوفي أكثر استدامة من إنشاء خزانات مياه اصطناعية ضخمة

من حيث المبدأ ، هناك عدة أنواع من التخزين ممكنة: على سبيل المثال ، المباني الجوفية الكبيرة (على غرار 11 حوضا للاحتفاظ بمياه الأمطار في فرانكفورت) التي يتم فيها تجميع المياه ؛ أو المياه السطحية مثل البحيرات بالقرب من المدينة. يمكن أيضا أخد في حوض المرفأ على نهر الماين في الاعتبار.

لكن كل هذه المخزونات تتطلب قدرًا كبيرًا من البناء. بسبب نقص المساحة، ليس من السهل أيضًا توفير خزانات مياه كبيرة في فرانكفورت. ومع ذلك، هناك خزان كبير موجود مسبقًا يقع مباشرة تحت الأرض: المياه الجوفية.

المبدأ بسيط: المياه تتسرب إلى المياه الجوفية. وفيما يتعلق بنوعية المياه التي يتم تصريفها، يجب الاهتمام بالحظر القانوني للتدهور، أي: يجب ألا تتدهور نوعية المياه بسبب التسرب إلى المياه الجوفية.

إذا تم استيفاء جميع المتطلبات ، يمكن إثراء "كتلة المياه الجوفية" بالتسرب ، ويمكن سحب المياه من الآبار القريبة إذا لزم الأمر دون انخفاض مستوى المياه الجوفية - وهو مبدأ تخزين يُسمح به فقط في ألمانيا إذا كان من الممكن التأكد من أن منسوب المياه الجوفية غير معرض للخطر.

هذه هي الطريقة التي يتم بها الحصول على مياه الشرب لفرانكفورت في هيسيان ريد Ried Hessian ، وبالمثل يمكن بناء حفر التسرب وأعمدة التسرب بالقرب من مدينة فرانكفورت ، على سبيل المثال في حدائق المدينة.

يتم إثراء كتلة المياه الجوفية عن طريق تسرب مياه الري

من الأفضل التسلل حيث لا تزال طبقة غير مشبعة موجودة في التربة فوق مستوى المياه الجوفية الحالي. يملأ التسلل تدريجياً المساحات الحرة (المسام) بين الأرض الفردية والأجزاء الصخرية في الطبقة غير المشبعة. يرتفع مستوى المياه الجوفية وبمجرد أن تصبح الطبقة مشبعة تمامًا، لا يمكنها امتصاص المزيد من المياه. إذا كنت ستتسرب أكثر، فستكون التربة قريبًا تحت الماء.

تحدد حالة التربة إمكانية التسلل

لذلك فإن العامل الحاسم لملاءمة منطقة ما لتخزين المياه الجوفية هو سمك "طبقة التربة القابلة للنفاذ فوق المياه الجوفية، يتحدث الخبراء عن" سمك "المنطقة غير المشبعة. هذا يختلف داخل منطقة فرانكفورت الحضرية: في أوبيراد Oberrad، المنطقة غير المشبعة متناثرة إلى حد ما ؛ المياه الجوفية أكثر كثافة تحت السطح. من ناحية أخرى، في اشيرنسهايم Eschersheim، المنطقة أكثر سمكًا والمياه الجوفية أعمق.
كما أن ظروف التربة مختلفة تمامًا داخل فرانكفورت: في جنوب المدينة، تكون التربة رملية، وفي الشمال متعرجة إلى حد ما. وبالتالي، فإن المياه المتسربة تحتاج إلى أطوال مختلفة حتى تصل إلى المياه الجوفية.

يجب ألا تكون التربة ملوثة بالمواقع الملوثة

خلاف ذلك، ستصل هذه إلى المياه الجوفية من خلال عمليات التسلل. هذا يعني أن بعض المناطق التي كانت في السابق مناطق صناعية مثل ريدافالدRiederwald لم تعد تعتبر مناطق تسلل محتملة، على الرغم من أنها تبدو نظيفة تمامًا.

المنطقة بحاجة إلى مساحة لمعالجة المياه

قد تتسرب المياه بعيدًا فقط إذا لم تكن جودتها أدنى من نوعية المياه الجوفية الأساسية. ولكن حتى عندما تتم إزالته من أقرب الآبار، فقد يتعين تجديده قبل إعادته إلى خط الحلقة.

يجب أن تكون التربة قابلة للنفاذ الماء عبرها

تقليديا، يحدث تسرب المياه في غابة المدينة في جنوب فرانكفورت، حيث التربة تسمح بتسرب المياه. من ناحية أخرى، شمال الماين، تصادف بسرعة طبقة الطين، التي تقع في أجزاء كبيرة تحت فرانكفورت وتجعل التسرب صعبًا.

يجب أن تكون التربة قابلة للتخزين بما فيه الكفاية

يجب أن تكون الطبقة غير المشبعة في التربة قوية بما يكفي لامتصاص المياه الجوفية الكافية دون التسبب في ارتفاع مستوى المياه الجوفية بطريقة تتعرض فيها المباني أو الأشجار الموجودة للخطر.

هناك في الأساس نوعان مختلفان للتسلل: الخندق أو العمود

بالنسبة للتسلل الحضري، لا تغمر المياه أي حدائق أو مروج داخل المدينة، ولكن يتم إنشاء مصانع تسلل خاصة: من ناحية، يمكنك بناء خنادق تسلل. من ناحية أخرى، هناك إمكانية لبناء ممرات تسلل أعمق.

اعتمادًا على الموقع، يمكنك الاختيار: إذا كان لديك مساحة كافية، فإنك تختار حفر التسرب، في حين أن أعمدة التسلل الأعمق عادةً تكون أكثر ملاءمة في مساحة محصورة.

Hessenwasser GmbH & Co. KG/Regierungspräsidium Darmstadt

إذا تم التسلل عبر خنادق مغطاة إلى خزان المياه الجوفية، فإن هذه الخنادق تعمل من الخارج مثل ممرات المشي العادية

تتيح خنادق التسلل توجيه كميات كبيرة من المياه ببطء إلى الأرض بأقل متطلبات مساحة ممكنة. لهذا الغرض ، يتم حفرها بعمق عدة أمتار ثم تملأ بالحصى. يتم إدخال الماء ويملأ التجاويف بين الحصى. أثناء الوقوف في الحفرة ، يخترق الأرض تدريجيا.
من أجل منع الناس من الدوس على الحصى وأيضا لمنع التلوث ، يتم تغطية خنادق التسلل. وبالتالي ، فإنها تصبح غير مرئية تقريبا ويمكن أن تكون بمثابة مسارات للمشي.
بينما يتجول سكان فرانكفورت على طول المتنزهات في المساحات الخضراء ويستمتعون باليوم ، تمتلئ خزانات المياه الجوفية في مدينتهم تدريجيا تحت أقدامهم.

يجب توضيح المخاطر والقضايا المتعلقة بتسرب المياه إلى المياه الجوفية خلال مرحلة التخطيط الأولي لجسور فرانكفورت ودراستها من قبل السلطات

قبل حدوث التسرب إلى المياه الجوفية ، يجب توضيح المتطلبات الأساسية:

أين يمكن أن يحدث التسرب في منطقة فرانكفورت الحضرية أو بالقرب من المدينة؟ ما هي جودة التربة وتكوينها هناك؟

ما هي درجة العلاج المطلوبة؟ تنقية مياه الشرب بجودة أو أقل؟

في أي مسافة محلية من مصدر التسرب يمكن استخراج المياه؟

في أي مسافة زمنية من مصدر التسلل يمكن استخراج الماء؟

خبراء في هذا الموضوع

Untere Wasser- und Bodenschutzbehörde Frankfurt - Universität Heidelberg Institut für Geowissenschaften - Forschungsgruppe Hydrogeochemie und Hydrogeologie - Technische Universität Darmstadt Institut für Hydrogeologie - Hessenwasser nachhaltige Wasserversorgung - Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie

مع مراعاة ظروف التربة المحلية واستخدام نموذج مبسط للمياه الجوفية، تم تحديد المناطق في فرانكفورت حيث يمكن أن تتسرب المياه بعيدًا دون تردد

في نموذج المياه الجوفية الحالي ، تم تحديد مواقع التسرب المحتملة لكميات كبيرة من المياه: تعتبر الجيولوجيا وحالة المياه الجوفية لمنطقة ما حاسمة لآثار التسرب هناك. لا يمكن أن تتسرب كميات كبيرة من المياه إلى منطقة ما إلا إذا لم يكن مستوى طبقات المياه الجوفية المتأثرة هناك مرتفعا جدا وبالتالي لا يرتفع إلا إلى حد معين. خلاف ذلك ، هناك خطر من أن يتسبب ارتفاع مستوى المياه الجوفية بشكل مفرط في تلف العناصر الهيكلية أو النباتات.

في الخطوة الأولى، تم اختيار مناطق مناسبة من جميع مناطق التسلل المحتملة واستبعدت المناطق غير المناسبة

يمكن العثور على الحدائق المحتملة والمناطق الخضراء التي يمكن اختراقها تحت مسارات المشي في جميع أنحاء المدينة. لكن ليست جميعها مناسبة لتسلل كميات كبيرة من المياه.

بارامترات الاختيار

معلومات عن تحميل التربة
تخفيف مساحة المشروع (موجزات الارتفاعات)
الظروف الجيولوجية (الطين والرمل والصخور وما إلى ذلك)، أي نفاذية المياه وسعة تخزين التربة
مستوى المياه الجوفية الحالي وما يقابله من زيادة في التسلل - لا يمكن تحديده إلا بنموذج المياه الجوفية

(1) المواقع الملوثة في المنطقة النموذجية

استبعاد استخدام المواقع الملوثة المحددة كمناطق تسرب، لأن ذلك من شأنه أن يضعف نوعية المياه الجوفية.

(2) يوضح نموذج التضاريس الرقمية ملف الارتفاع في منطقة الدراسة

يعطي نموذج التضاريس الرقمية لمنطقة الدراسة مع المسار الكامل للجسر والماين انطباعًا عن تضاريس المدينة ويعمل كأساس للبيانات لإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد للمياه الجوفية. تظهر مناطق التسلل باللون الأخضر النيون.

(3) يشير السمك الرباعي (في هيكل النموذج) إلى نفاذية المياه وسعة تخزين التربة

يصف ما يسمى ب "السُمك الرباعي" مدى سماكة الطبقة الموجودة في الأرض القادرة على الاحتفاظ بالمياه الجوفية. بكل بساطة: كلما انخفض السمك الرباعي عند موقع ما ، كلما كانت طبقة المياه الجوفية "أرق".

(4) مستويات المياه الجوفية الحالية هي بارامترات هامة لنموذج المياه الجوفية

في نموذج المياه الجوفية ثنائية الأبعاد، يمكن قراءة مستويات المياه الجوفية الحالية بشكل متباين للغاية. أساس مهم لمحاكاة تسرب المياه الإضافية.

الحالة الأولية لتغذية المياه الجوفية في المنطقة النموذجية

تعرف تغذية المياه الجوفية بأنها "وصول المياه المتسربة إلى المياه الجوفية" (DIN 4049-3). يمكن أن ترتبط إعادة تغذية المياه الجوفية المنخفضة أو السلبية بالكثير من التبخر ، في حين تشير معدلات إعادة تغذية المياه الجوفية المرتفعة إلى زيادة تغذية المياه الجوفية. تعتمد مناطق التسلل المناسبة قبل كل شيء على بنية باطن الأرض المعنية وشكل التضاريس.

تساهم مناطق التسرب لعالم جسر فرانكفورت في تغذية المياه الجوفية

في نموذج المياه الجوفية ، تتدفق تكوينات المياه الجوفية الحالية جنبًا إلى جنب مع التكوين الجديد من مناطق التسلل. المناطق المناسبة بشكل خاص للتسرب هي: نيدا بارك Niddapark وأجزاء من انلاكرينغز Anlagenrings و ريبستوك بارك Rebstockpark و هاينريش كرافت بارك Heinrich-Kraft-Park وغابة المدينة.

تم استخدام نموذج الهيكل الهيدروجيولوجي للتحليل - المبسط إلى حد كبير - لديناميات المياه الجوفية

باستخدام نقاط الحفر - المتاحة للجمهور - لنموذج التضاريس الرقمية، تم استيفاء نموذج هيدروجيولوجي هيدروجيني مكانيًا (ثلاثي الأبعاد). وهو يمثل التكوينات الهيدروستراتيغرافية الرئيسية للمستوى الثالث والرابع.

ويبين الشكل أيضا الشبكة المتكتمة للعناصر المحدودة عند الانتقالات التي يتم فيها حل المعادلات التفاضلية لتدفق المياه الجوفية. في آبار الاستخراج المعروفة، تكون الشبكة النموذجية أكثر تحفظًا من أجل تمثيل ديناميكيات المياه الجوفية محليًا بمزيد من التفصيل.

يوضح نموذج المياه الجوفية ثلاثية الأبعاد مستويات المياه الجوفية المحسوبة الحالية (الخطوط الكنتورية لمستويات المياه الجوفية) في طبقة المياه الجوفية الرباعية القريبة من السطح

يُظهر نموذج المياه الجوفية الزيادات في مستويات المياه الجوفية بعد تسرب 600000 متر مكعب إضافية من المياه سنويًا

بسبب التسرب الإضافي ، من المتوقع حدوث زيادة كبيرة في مستويات المياه الجوفية من 25 إلى 50 سم فقط. وهذا يعني أن ما يصل إلى 600000 متر مكعب من المياه يمكن أن تتسرب بالقرب من المدينة دون التأثير على المباني أو النباتات القائمة. إذا تم توسيع مساحة النموذج ، يمكن تخزين ما يصل إلى مليوني متر مكعب من المياه في المنطقة المجاورة مباشرة لفرانكفورت من خلال التسرب.

خبراء في هذا الموضوع

Universität Leipzig Institut für Infrastruktur und Ressourcenmanagement - Professur für Wassermanagement und Klimaanpassung - Universität Leipzig Institut für Infrastruktur und Ressourcenmanagement - Professur für Wassermanagement und Klimaanpassung - Universität für Bodenkultur Wien Institut für Ingenieurbiologie und Landschaftsbau AG Nature-based Solutions - Universität Potsdam - Institut für Umweltwissenschaften und Geographie - AG Wasser- und Stofftransport in Landschaften - Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Sektion Geowissenschaften - AG Geohydromodellierung

نموذج التوازن السنوي للتسرب والري

يوضح الشكل أدناه مثالاً للدورة السنوية للتسلل والري في عام مثالي بناءً على متطلبات الري البالغة 600000 متر مكعب / أ. يتم الري على مدى 6 أشهر في الصيف ويزداد حجمه مع درجة الحرارة. يحدث التسرب على مدار السنة وقد تم تقديره هنا بشكل متناسب من هطول الأمطار الشهري المحدد على مدى سنوات عديدة. الرصيد الإجمالي هو صفر.

التسلل والإزالة على مدار الفصول

إذا تم رسم قيم الارتشاح والري بشكل تراكمي على مدار العام ، فيمكن تحديد الحد الأقصى للخزان المطلوب ، في هذه الحالة حجم المياه الجوفية ، من أكبر فرق بين المنحنيين خلال فترة معينة. في هذا المثال (كمية الري 600,000 متر مكعب) ، يبلغ الحد الأقصى في أغسطس وسبتمبر حوالي 150,000 متر مكعب. بالنسبة لكمية الري التي تبلغ 1,000,000 متر مكعب / أ ، يكون خزان التخزين المطلوب حوالي 250,000 متر مكعب. من هذا يمكن أن نستنتج أنه حتى مع وجود مستوى عال جدا من الأمان ، لسنوات قصوى ، فإن سعة تخزين المياه الجوفية البالغة 600000 متر مكعب كافية لاحتياجات الري للجسور والحدائق.

التحدي: تحديد نقاط أخذ العينات وأوقات السحب فيما يتعلق بموقع التسلل ووقته

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام النموذج لحساب سرعة تدفق وتدفق المياه الجوفية. وبهذه الطريقة ، لا يتم تحديد أفضل مواقع التسلل فحسب ، بل يتم أيضا تحديد أفضل نقاط استخراج المياه الجوفية.

من الناحية المثالية ، يجب أن تسحب بسرعة كمية المياه التي تسربت منها سابقا - على سبيل المثال ، في يوليو ، المياه التي تسربت في فبراير.

قبل التسرب إلى المياه الجوفية ، قد يتعين معالجة المياه من الحلقة الرئيسية مرة أخرى. يجب أن يتم ذلك في حاويات التنظيف (ربما باستخدام مرشحات الكربون المنشط).

الخلاصة: في منطقة المدينة الداخلية ، يمكن تخزين ما لا يقل عن 600000 متر مكعب من خلال التسرب

تم استخدام أول نموذج للمياه الجوفية الخام لتقدير جدوى تخزين كميات كبيرة من المياه عن طريق التسرب في منطقة فرانكفورت الحضرية. أظهر النموذج أنه يمكن بسهولة اختراق ما لا يقل عن 000 600 متر مكعب في مناطق تسلل مختارة على طول جسور فرانكفورت دون ارتفاع مستوى المياه الجوفية بأكثر من 25 سم إلى 50 سم. ويكفي صهريج التخزين هذا لتلبية احتياجات الري.

بمجرد أن تزداد الحاجة إلى الري بسبب التغيرات المناخية أو خلق المزيد من المساحات الخضراء، يمكن تحديد مناطق تسلل أخرى بالقرب من المدينة.

تحضير المدينة للتحديات

خط الجسر الدائري

حصاد "مياه الأمطار بدلاً من تصريفها في القناة

يجب استخدام المياه الجوفية من حفر الحفر

مدينة المستقبل لا تهدر المياه

فتح وسط المدينة

إحياء المساحات الخضراء الحضرية

حاضرة المستقبل الأخضر