Managed Aquifer Recharge (MAR) can be conducted via wells or by spreading the water on a surface (e.g, during basin infiltration). While the former has the advantage of minimal area demand and the possibility of dual-use for groundwater abstraction, the latter usually has smaller construction costs and offers additional treatment to the water during infiltration via the vadose zone. Vadose Zone Wells (VZWs) combine many of these advantages, but as their hydraulics are more complex, infiltration rates and the degradation processes in the subsurface are more difficult to determine. Furthermore, they are prone to clogging and redevelopment has not been documented in the literature. Therefor, low-quality waters - with high content of suspended solids or dissolved contaminants/nutrients - are rarely infiltrated via VZWs. In this study, I will (1) evaluate the hydraulic advantage, VZWs can have over other vadose zone infiltration systems in a synthetical modeling study, (2) assess the spatial variability of key parameters for aerobic degradation below a VZW in a small-scale experiment, (3) determine the relationship between clogging dynamics and a well’s diameter and setup (gravel pack) in an experimental study and (4) demonstrate that the backflush of a VZW is possible - in contrast to the literature’s suggestions. All in all, VZWs appear to offer potential even for low-quality waters, and a further investigation for economical operation seems worthwhile. / Managed Aquifer Recharge' ('MAR' = 'Künstliche Grundwasseranreicherung') kann mit Brunnen oder über flächenhafte Versickerung erfolgen (z.B. durch Infiltrationsbecken). Während Brunnen wenig Platz benötigen und neben der Infiltration auch für die Grundwasserentnahme genutzt werden können, sind Becken meist günstiger in Errichtung und Erhaltung und die Versickerung durch die ungesättigte Zone kann die Wasserqualität erheblich verbessern. 'Vadose Zone Wells' ('VZWs' ≈ 'Ungesättigte Schluckbrunnen') verbinden einige dieser Vorteile, allerdings sind Infiltrations- und Abbauprozess aufgrund der ungleich komplizierteren Hydraulik schwer vorherzusagen. Darüber hinaus sind sie anfällig für Kolmation/Clogging und über ihre Regenerierung ist nach jetzigem Stande nichts bekannt. Im Allgemeinen werden deshalb Wässer mit niedriger Qualität - hohe Trübung und/oder Schad- und Nährstoffgehalte - selten durch VZWs versickert. In dieser Studie, werde ich (1) in einer synthetischen Modellstudie die hydraulichen Vorteile aufzeigen, die VZWs gegenüber anderen Versickerungsformen haben, (2) die räumlichen Unterschiede von Schlüsselparametern für den aeroben Abbau unter einem VZW in einem Laborexperiment untersuchen, (3) die Verbindung zwischen Kolmationsdynamik sowie Brunnendurchmesser und -aufbau (insb. der Kiesschüttung) herausarbeiten und (4) demonstrieren, dass eine Rückspülung von VZWs möglich ist - anders als es die Literatur nahelegt. Insgesamt, bieten VZWs ein hohes Potential - auch für Wasser niedriger Qualität, die allerdings noch durch weitere Untersuchungen bzgl. Kosten/Nutzen und Nachhaltigkeit bestätigt werden müssen.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:90859 |
| Date | 15 April 2024 |
| Creators | Kalwa, Fritz Florian |
| Contributors | Liedl, Rudolf, Hartmann, Andreas, Schüth, Christoph, Grischek, Thomas, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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