Transferierung von Sediment in Gewässern

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen Sedimenttransfer in Gewässern als auch ein Verfahren für eine Transferierung von Sediment in Gewässern.

Die Morphologie von Fließgewässern und Staugewässern wird von dem Wasser, aber auch von Schwebstoffen und Sedimenten beeinflusst. Schwebstoffe und Sedimente finden sich im Wasser praktisch aller Flüsse und stehender Gewässer. Im Mittellauf unverbauter Fließge wässer stehen Sedimentations- und Erosionsprozesse meistens im Gleichgewicht. In diesem Zustand ändert sich das Gewässerbett nur geringfügig. Wird ein Gewässer jedoch aufgestaut oder erweitert, z. B. durch künstliche Hafenanlagen oder Speicherbecken oder Stauseen zur Trinkwassergewinnung und/oder Energieerzeugung, ändert sich örtlich der Fließquerschnitt und die Strömungsgeschwindigkeit insbesondere des Gewässers unterhalb derartiger ge stauter Gewässer, im sogenannten Unterwasser. In der Folge setzt sich am Gewässerboden des gestauten Gewässers vermehrt Sediment ab. Sediment umfasst abgesetzte Schwebteil- chen, Sande, Bodenmaterial, aber auch organisches Material von Pflanzen und schließlich auch Kiesel u. ä. Besonders auffällig ist eine Sedimentation in Staubecken von Wasserkraft werken, wie z. B. Pumpspeicherkraftwerken, bei denen zwischen den einzelnen Betriebsvor gängen, nämlich dem Pumpbetrieb und dem Turbinenbetrieb, Wasser in relativer Ruhe ver harrt. Das in diesen Fällen abgelagerte Sediment im Staubecken wird anders als in naturbe lassenen Fließgewässern nicht mehr im langjährigen Verlauf erodiert, sondern nimmt im Laufe der Zeit am Gewässerboden an Menge zu und vermindert dadurch die nutzbare Tiefe und letztendlich das nutzbare Volumen zur Energiegewinnung bzw. Energiespeicherung.

Übliche aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Sedimenttransferierung, mit de nen an einem Gewässerboden abgesetztes Sediment entfernt wird, um eine Funktionsfähig keit des insbesondere gestauten Gewässers wieder zur Verfügung zu stellen, beschränken sich im Wesentlichen auf eine manuelle Entnahme, die jedoch aufwendig und kostenintensiv ist. Dabei kann auch beispielsweise eine manuelle Baggerung mittels Hopperbagger, bei der aufgenommenes Sediment in den Laderaum eines Baggerschiffs verbracht und an einen an- deren Ort im Gewässer oder zur weiteren Verwendung an Land transportiert wird, durchge führt werden, was aber ebenfalls sehr aufwendig und kostenintensiv ist. Die WO

2008/122377 Al schlägt ein Verfahren zur Sedimentverfrachtung aus Staugewässern vor, welches energetisch effizient ist und mit dem es möglich ist, eine weitgehende Annäherung an ein natürliches, ungestautes Gewässersystem insbesondere in einem Unterwasser des gestauten Gewässers zu erzielen. Hierzu werden in einem Sedimentbereich eines Staube ckens Sedimentablagerungen aufgenommen und in einen Erosionsbereich in der Nähe eines oder mehrerer Abflussorgane eines Staubeckens verfrachtet, wodurch die Sedimente durch die von der Strömung verursachten Erosionsprozesse des ablaufenden Wassers in fließende Gewässer abtransportiert werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein im Vergleich zum Stand der Technik verbes sertes Verfahren für eine Transferierung von Sediment in Gewässern und eine hierfür geeig nete Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche geeignet ist, für eine Vielzahl von Sedi menttransferierungen eingesetzt werden zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung für einen Sedimenttransfer in Gewässern umfasst min destens eine Saugleitung, mindestens ein Aufnahmemittel zur Aufnahme von Sediment und mindestens eine Druckleitung zur Transferierung des aufgenommenen Sedimentes. Dabei ist nachfolgend dem mindestens einen Aufnahmemittel mindestens eine Pumpvorrichtung und mindestens eine Messvorrichtung zur Bestimmung einer Sedimentkonzentration des aufge nommenen Sedimentes angeordnet, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin ei ne Regeleinheit umfasst, die eine erste Schnittstelle zur Einspeisung von Sollwerten und eine zweite Schnittstelle für die mindestens eine Messvorrichtung umfasst und eine Sediment konzentration in der mindestens einen Saugleitung und/oder in der mindestens einen Druck leitung bestimmt und in Abhängigkeit von dieser Sedimentkonzentration eine Leistung der Pumpvorrichtung einstellbar ist. Ergänzend kann dabei auch eine Leistung des Aufnahmemit- tels eingestellt werden, wodurch beispielsweise eine Änderung der Drehzahl und/oder eines Wasserdrucks erfolgt. Vorteilhafterweise sind das mindestens eine Aufnahmemittel und die mindestens eine Pumpvorrichtung räumlich von einander getrennt angeordnet, insbesonde re getrennt durch die mindestens eine Saugleitung. Die Saugleitung ist zwischen Aufnahme mittel und der Saugseite der Pumpvorrichtung ausgebildet beziehungsweise angeordnet, und ist bevorzugt als ein Schlauch ausgebildet. Die Druckleitung ist hingegen nachfolgend der Pumpvorrichtung angeordnet auf einer Druckseite derselben. Die Druckleitung ist bevor zugt zumindest teilweise als Schlauch ausgebildet zur Transferierung des aufgenommenen Sedimentes, beispielsweise an Land, auf ein Schiff, ein Floß oder über eine Staumauer in ein Unterwasser. Aber auch eine Anordnung mit einem kombinierten Mittel aus Aufnahmemit tel und Pumpvorrichtung ist möglich. Eine solche kann dann auf den Grund eines Gewässers, aus dem Sediment entnommen und transferiert werden soll, angeordnet werden. Bevorzugt ist aber eine Anordnung der mindestens einen Pumpvorrichtung beabstandet von dem Auf nahmemittel, bevorzugt auf einer schwimmfähigen Vorrichtung, insbesondere einem Ponton oder Boot oder schwimmbarer Plattform, die weiter bevorzugt als eine Zentraleinrichtung dienen kann. Dabei können bei Vorsehung von zwei oder mehre Pumpvorrichtungen diese auf einer einzigen schwimmfähigen Vorrichtung, aber alternativ auch auf mehreren Vorrich tung, beispielsweise eine jede einzelne Pumpvorrichtung auf genau einer schwimmfähigen Vorrichtung, angeordnet sein. Bevorzugt ist das mindestens eine Aufnahmemittel auf einem Grund, in einen Grund eingreifend und/oder über einem Grund eines Gewässers angeord net. Bevorzugt ist das mindestens eine Aufnahmemittel wenig beabstandet, beispielsweise mit einem Abstand in einem Bereich von etwa 1 cm bis etwa 100 cm von einem Grund des Gewässers, angeordnet. Bei einer Anordnung des mindestens einen Aufnahmemittels auf dem Grund wird dieses insbesondere über den Grund geschleppt, insbesondere, wenn die ses als Spülkopf oder Fräse, letztere auch in Kombination mit einer oder mehreren Spüldü sen oder Saugdüsen, ausgebildet ist. Bevorzugt ist das eine Aufnahmemittel einer Pumpvor richtung zugeordnet, es können jedoch auch zwei oder mehr Aufnahmemittel einer

Pumpvorrichtung zugeordnet sein. Vorteilhaft an einer beabstandeten Anordnung von der mindestens einen Pumpvorrichtung und dem mindestens einen Aufnahmemittel ist, dass das mindestens eine Aufnahmemittel ohne eine weitere Sicherung aufgrund des geringeren Ge wichtes als bei einer Ausführung mit kombinierter Pumpvorrichtung über den Grund eines Gewässers mittels der mindestens einen Saugleitung geführt werden kann, ohne dass eine separate Steuerung hierfür notwendig ist. Eine Verfahrbarkeit der schwimmfähigen Vorrich tung ist zur Führung des mindestens einen Aufnahmemittels ausreichend. Über eine bekann te Länge der mindestens einen Saugleitung ist die Position des mindestens einen Aufnah memittels dabei eindeutig bestimmbar. Auch kann bei dieser bevorzugten beabstandeten Anordnung die mindestens eine Messvorrichtung hinter der mindestens einen Pumpvorrich tung angeordnet werden, so dass die Messung der Sedimentkonzentration mit hoher Genau igkeit erfolgen kann. Die mindestens eine Messvorrichtung ist bevorzugt auf der schwimm fähigen Vorrichtung nachfolgend der mindestens einen Pumpvorrichtung angeordnet, und weiter bevorzugt getrennt von dieser durch mindestens einen Kompensator, wie weiter un ten ausgeführt.

Das mindestens eine Aufnahmemittel dient insbesondere der Aufnahme von Sediment.

Durch die dem mindestens einen Aufnahmemittel nachgeordnete Anordnung der mindes tens einen Pumpvorrichtung, bevorzugt beabstandet wie vorstehend beschrieben, nimmt es Sediment durch Erzeugung eines Saugeffektes auf und transportiert dies in Richtung der mindestens einen Pumpvorrichtung. Das mindestens eine Aufnahmemittel hat des Weiteren bevorzugt die Funktion, Sediment von einem Gewässergrund zu lösen und/oder dieses auf zulockern. Eine solche Lösung und/oder Auflockerung von Sediment von einem Gewässer grund erfolgt bevorzugt durch hydraulischen oder mechanischen Krafteintrag. Das Aufnah memittel ist bevorzugt als Fräse, Saugdüse, Spüldüse und/oder Saugkopf ausgebildet. Be sonders bevorzugt ist es als eine Fräse ausgebildet, an der mindestens eine, bevorzugt zwei, weiter bevorzugt mehrere Saugdüsen oder Spüldüsen angeordnet sind. Die Fräse greift in das Sediment ein und lockert oder löst dieses vom Gewässergrund, und liegt dabei auf dem Gewässergrund bevorzugt auf. Die eine oder mehreren Spüldüsen oder Saugdüsen sind an der Fräse angeordnet, bevorzugt beabstandet vom Gewässergrund, insbesondere in einem Abstand von etwa 1 cm bis etwa 100cm.

Bevorzugt wird das mindestens eine Aufnahmemittel auf einem Gewässergrund positioniert. Bevorzugt ist es über mindestens eine Saugleitung mit der mindestens einen Pumpvorrich tung verbunden. Das Aufnahmemittel weist weiter bevorzugt eine Lockerungsfunktion für Sediment auf einem Gewässerboden auf. Hierzu ist es bevorzugt als Fräse mit mindestens einer Saugdüse und/oder Spüldüse ausgebildet, die über mindestens eine Saugleitung mit mindestens einer Pumpvorrichtung in Verbindung steht. Bei Ausübung auch einer Locke rungsfunktion ist weiter bevorzugt das mindestens eine Aufnahmemittel beabstandet von der mindestens einen Pumpvorrichtung angeordnet, insbesondere wie vorstehend und wei ter oben beschrieben, da eine Sedimentlockerung die Pumpenfunktion beeinträchtigen kann. Auch wäre eine Kombination aus Aufnahmemittel mit Sedimentlockerungsfunktion und Pumpvorrichtung zu schwer, um ohne zusätzliche Hilfsmittel sicher über einen Gewäs serboden bewegt zu werden. Bevorzugt wird das mindestens eine Aufnahmemittel über mindestens eine Saugleitung, und nur über mindestens eine Saugleitung, verbunden mit ei ner schwimmfähigen Vorrichtung am Gewässerboden geführt. Zusätzliche Steuerungsmittel etc. sind dann nicht notwendig und können weggelassen werden. Aufgrund ihres Gewichtes folgt das mindestens eine Aufnahmemittel der Oberfläche des Gewässergrundes und kann dort Sediment aufnehmen. Gegebenenfalls können dabei auch Ballastmittel an dem mindes tens einen Aufnahmemittel angeordnet sein, sollte dessen Eigengewicht für eine Führung auf der Gewässergrundoberfläche nicht ausreichend sein. Das Aufnahmemittel kann aber auch durch Hilfsmittel, beispielsweise mehr als ein Seil, mehr als eine Kette oder Kombinati onen hieraus, relativ zu der schwimmenden Vorrichtung oder den schwimmenden Vorrich tungen, unter Wasser in Position gehalten werden, wobei die Länge und Position der Hilfs mittel veränderlich sein kann.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es vorteilhafterweise möglich, eine gezielte Se dimenttransferierung aus einem Gewässer in ein anderes Gewässer, beispielsweise ein Un terwasser oder ein Fließgewässer oder aber an einen Lagerort außerhalb eines Gewässers an Land zur Aufbereitung des transferierten Sedimentes durch Aufbereitungsanlagen, zu errei chen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das mit dieser durchführbare erfindungsge mäße Verfahren kann damit sehr kosteneffizient eingesetzt bzw. durchgeführt werden. Ins besondere wird auch bei möglichen Fehlfunktionen des Aufnahmemittels, wodurch dann überwiegend nur Wasser oder Schwebstoffe anstatt Sediment aufgenommen, gefördert und transferiert wird, solches erkennbar und Gegenmaßnahmen sind, auch automatisiert, ein stellbar. Besonders bevorzugt arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung vollautomatisiert, so dass das auf dieser durchführbare erfindungsgemäße Verfahren kostengünstig aufgrund einer auch möglichen Fernwartung und Regelung durchführbar ist. Hierdurch werden insbe sondere durch die Einsparung von Arbeitsstunden erhebliche Kosteneinsparungen ermög licht. Schließlich ist es vorteilhafterweise mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, in einem Gewässer, in welches Sediment transferiert wird, die dortige Sedimentkonzentration naturnah einzustellen, so dass Probleme, bei spielsweise eine Kolmation eines gegebenenfalls vorhandenen Kieslückensystems, verhin derbar sind. In Voruntersuchungen kann hierzu eine transferierbare Sedimentkonzentration beispielsweise eines Unterwassers eines gestauten Gewässers oder eines Fließgewässers, in welches das Sediment transferiert wird, ermittelt werden und auf Grundlage eines hierdurch ermittelten Sollwertes, der insbesondere ein Grenzwert der transferierbaren Sedimentmen ge ist, über eine Einspeisung in die Regeleinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und in Abhängigkeit der mittels der mindestens einen Messvorrichtung eine Leistung der mindes tens einen Pumpvorrichtung und/oder des mindestens einen Aufnahmemittels derart einge stellt werden, dass eine für ein Unterwasser oder aber Fließgewässer naturnahe Sediment konzentration einstellbar ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Re geleinheit ein Positionierungssystem mit mindestens einem Positionsgebungsmittel, so dass über eine Schnittstelle eine örtliche Position dem Aufnahmemittel zur Verfügung stellbar ist. Hierdurch kann eine gezielte Führung des Aufnahmemittels auf einem Gewässerboden er zielt werden. Hierbei können auch weitere Vorgaben berücksichtigt werden, beispielsweise die Position einer Zentraleinheit in der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bevorzugt in Form einer schwimmfähigen Vorrichtung, bevorzugt mit mindestens einem Ponton, die die Re geleinheit, ggf. aber auch die mindestens eine Pumpvorrichtung und/oder die mindestens eine Messvorrichtung, umfasst. Des Weiteren kann ein Beckenpegel beispielsweise eines Staubeckens als auch die Länge der mindestens einen Saugleitung als auch eine Fahrtrich tung der erfindungsgemäßen Vorrichtung berücksichtigt werden, um eine örtliche Position dem Aufnahmemittel zur Verfügung zu stellen beziehungsweise die Position des Aufnah memittels zu bestimmen und darzustellen. Erfindungsgemäß ist über das Positionierungssys tem die Vorrichtung auf einem Gewässer verfahrbar ausgebildet. Die Verfahrung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung erfolgt vorteilhafterweise kontinuierlich. Die Verfahrung erfolgt in Hinblick auf das mindestens eine Aufnahmemittel als auch die mindestens eine Zentral einheit. Die Zentraleinheit mit dem mindestens einen Ponton kann dabei Antriebsmittel wie Motoren oder Propeller aufweisen, ist jedoch besonders bevorzugt über ein Seil-Winden- System verfahrbar ausgebildet. Über die Verbindung durch die mindestens eine Saugleitung mit dem mindestens einen Aufnahmemittel ist dann durch eine Verfahrung der Zentralein heit mit dem mindestens einen Ponton eine genaue örtliche Positionierung des Aufnah memittels gemäß den ermittelten Werten ermöglicht.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die mindestens eine Messvorrichtung in einer Förderrichtung des aufgenommenen Sedi mentes nach der mindestens einen Pumpvorrichtung angeordnet. Besonders bevorzugt hie ran ist, dass eine durch die mindestens eine Pumpvorrichtung erfolgte Verquirlung des Se- diment-Wasser-Gemisches Absetzprobleme bzw. eine Schichtung einer Wassersäule ver mieden werden, so dass die durch die mindestens eine Messvorrichtung erfolgte Messung allenfalls wenig fehlerbehaftete Werte in Hinblick auf die zu ermittelnde Sedimentkonzent ration zur Verfügung stellt. Die Messgenauigkeit der mindestens einen Messvorrichtung ist durch eine derartige Anordnung deutlich erhöht. Besonders bevorzugt erfolgt dabei die An ordnung der mindestens einen Messvorrichtung in einer Förderrichtung des aufgenomme nen und geförderten Sedimentes etwa 0,1 m bis etwa 10 m, bevorzugt etwa 0,3 m bis etwa 5 m, noch weiter bevorzugt 0,5 m bis etwa 2 m hinter der mindestens einen Pumpvorrichtung. Ist der Abstand zwischen der mindestens einen Pumpvorrichtung und der mindestens einen Messvorrichtung deutlich größer als 10 m, beispielsweise 20 m, sinkt die Genauigkeit der Messwerte für die Sedimentkonzentration aufgrund der dann abnehmenden Verquirlung oder Verwirbelung mit Setzungserscheinungen beziehungsweise Schichtungen von Sediment in der Saugleitung und/oder Druckleitung, bevorzugt in der Druckleitung oder zumindest nachgeordnet der mindestens einen Pumpvorrichtung. Bevorzugt ist die mindestens eine Messvorrichtung unmittelbar nachfolgend einem Kompensator, der Teil der Druckleitung ist, oder unmittelbar der mindestens einen Pumpvorrichtung nachfolgend angeordnet.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zwischen der mindestens einen Pumpvorrichtung und der mindestens einen Messvorrich- tung mindestens ein Kompensator zu einer Schwingungsdämpfung bzw. Schwingungsunter drückung angeordnet. Unter Schwingungen im Sinne der vorliegenden Erfindung werden dabei auch Vibrationen etc. verstanden, die insbesondere durch die mindestens eine Pumpvorrichtung, aber auch durch einen Seil-Winden-Antrieb bzw. Motoren oder Propeller zur Erzielung einer Verfahrbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung entstehen. Durch den Kompensator ist eine Unterdrückung oder Verringerung dieser Schwingungen ermöglicht, die das Messergebnis verfälschen würden, auch durch Beeinflussung einer Verwirbelung der Sedimente auf der Druckseite der Pumpvorrichtung vor der mindestens einen Messvorrich tung. Bevorzugt ist in der dem Kompensator nachgeordneten mindestens einen Messvor richtung einerseits eine hinreichende, aber andererseits auch keine zu hohe Verwirbelung der Sedimente gegeben, so dass eine Messung sinnvoll vorgenommen werden kann. Es ist auch zu berücksichtigen, dass Ablagerungen und Schichtungen im Kompensator selbst oder einem mit diesem verbundenen Schlauch vor der Messvorrichtung vermieden werden müs sen, da diese das Messergebniss verfälschen würden. Der Kompensator kann unmittelbar nachfolgend der Pumpvorrichtung angeordnet sein, aber auch beabstandet von dieser. In ei ner besonders bevorzugten Ausführungsform ist nachfolgend dem Kompensator in Förder richtung des aufgenommenen geförderten Sedimentes, bevorzugt unmittelbar nachfolgend, die mindestens eine Messvorrichtung angeordnet. Der Kompensator ist Teil der Drucklei tung, so dass durch diesen ein Druckleitungsabschnitt zwischen Pumpvorrichtung und Mess vorrichtung zur Verfügung gestellt wird. Nachfolgend der Messvorrichtung ist dann in För derrichtung des aufgenommenen und geförderten Sedimentes der weitere Teil der mindes tens einen Druckleitung angeordnet, der zu einer Sedimentabgabe führt. Der Kompensator weist bevorzugt eine Länge in einem Bereich von etwa 0,1 m bis etwa 10 m, bevorzugt etwa 0,1 m bis etwa 5 m, noch weiter bevorzugt 0,1 m bis etwa 2 m, auf, gemessen ab Verbindung zu der mindestens einen Pumpvorrichtung. Der Kompensator kann beispielsweise als Schlauch, Schlauchstück, Stopfbuchse und/oder Wellrohr ausgebildet sein.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Sollwerte ausgewählt aus einer Gruppe umfassend einen Soll-Räumbereich des zu trans ferierenden Sedimentes, Förderzeiten, Tiefenangaben des Gewässers und/oder Grenzwerte der zu transferierenden Sedimentkonzentration. Die Grenzwerte der zu transferierenden Sedimentkonzentration, die von einem Sedimentbedarf beispielsweise eines Unterwassers oder eines Fließgewässers, in welches die Sedimente transferiert werden, abhängt, sind re levant in Hinblick auf die Regelung und Einstellung einer Sedimentkonzentration in der Druckleitung und/oder Förderleitung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dann kann das Verfahren auch effizient und mit dem Ziel der Herstellung eines naturnahen Zustandes bei spielsweise in einem Unterwasser durchgeführt werden. Ein Soll-Räumbereich des zu trans ferierenden Sedimentes ist beispielsweise durch ein Staubecken und dessen Ausbildung des Beckenbodens als auch diejenigen Bereiche in einem solchen Staubecken vorgegeben, in welchem Sedimentablagerungen vorliegen. Üblicherweise liegt in einem solchen Staubecken ein Sedimentbereich und ein Erosionsbereich vor, wobei der Erosionsbereich vor Grundab lässen des Staubeckens vorhanden ist. Gerade jedoch bei Pumpspeicherwerken kann auch der Erosionsbereich ausgesprochen klein sein bzw. nahezu verschwinden, je nach Betriebs zustand des Pumpspeicherkraftwerkes. Förderzeiten als Sollwerte sind insbesondere rele vant, um eine automatisierte Verfahrung ohne dauerhafte Anwesenheit von Betriebsperso nal für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, denn die erfindungsge mäße Vorrichtung kann beispielsweise auch über eine Fernwartung betrieben werden. För derzeiten sind abhängig beispielsweise von dem Betrieb einer mit dem gestauten Gewässer zusammenhängenden Energieerzeugung, natürlichen Ereignissen wie Starkregenfällen oder Schneeschmelze und ähnlichem. Bevorzugt erfolgt eine bathymetrische Steuerung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung, es erfolgt also eine örtliche Steuerung des mindestens einen Aufnahmemittels anhand einer topographischen Gestalt des betreffenden Gewässerbodens, wobei diese Informationen als Sollwerte vorgegeben werden.

In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mindestens eine Probenentnahmestelle mit mindestens einem Probenhahn vorgesehen. Hierdurch kann eine Untersuchung der Wasserqualität des geförderten und zu transferierenden Sedimentes fest gestellt werden. Dabei kann die Probenentnahmestelle auch in einer Bypass-Leitung vorge sehen sein, um einen dauerhaften Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung sicherzustel len und gleichzeitig eine Probe des aufgenommenen und geförderten Sediment-Wasser- Gemisches zu entnehmen. Eine Probenentnahmestelle ist bevorzugt in Förderrichtung des aufgenommenen und zu transferierenden Sedimentes nachfolgend in der mindestens einen Messvorrichtung angeordnet.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren für eine Transferierung von Sedi ment in Gewässern, wobei über eine Vorrichtung, insbesondere eine solche wie vorstehend beschrieben, mit mindestens einer Saugleitung mit mindestens einem Aufnahmemittel Se diment aus dem Gewässer mittels einer Pumpvorrichtung aufgenommen und über mindes tens eine Druckleitung an einen anderen Ort transferiert wird, wobei über mindestens eine Messvorrichtung eine Sedimentkonzentration des aufgenommenen Sedimentes in der min destens einen Saugleitung und/oder in der mindestens einen Druckleitung in einer Förder richtung nach dem Aufnahmemittel bestimmt wird und über eine Regeleinheit mit Sollwer ten verglichen und in Abhängigkeit der derart ermittelten Werte eine Leistung der mindes tens einen Pumpvorrichtung und/oder des mindestens einen Aufnahmemittels geregelt wird. Weiter bevorzugt wird über ein Positionsgebungsmittel der Regeleinheit ein geogra phischer Ort der Vorrichtung erfasst und mit den Sollwerten verglichen und in Abhängigkeit der solchermaßen ermittelten Positionswerte eine Verfahrung der Vorrichtung auf dem Ge wässer vorgenommen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorteilhafterweise möglich, dass der Transfer des Sedimentes in mindestens ein Abflussorgan eines gestauten Gewässers, in die Nähe ei nes Abflussorgans eines gestauten Gewässers, über ein Sperrbauwerk eines gestauten Ge wässers oder um dieses herum in ein Unterwasser, in ein Fließgewässer und/oder an Land zur Lagerung an einem Lagerort erfolgen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ist damit sehr variabel an die hydromorphologischen, baulichen, geographischen und sonstigen Gege benheiten des betreffenden Gewässers anpassbar. Besonders bevorzugt wird der Sediment transfer automatisiert vorgenommen. Bevorzugt erfolgt eine bathymetrische Steuerung des mindestens einen Aufnahmemittels im erfindungsgemäßen Verfahren, es erfolgt also eine örtliche Steuerung des mindestens einen Aufnahmemittels anhand einer topographischen Gestalt des betreffenden Gewässerbodens, wobei diese Informationen als Sollwerte vorge geben werden. Hierdurch kann das Verfahren besonders effizient durchgeführt werden, ins- besondere kann einfach eine Arbeitsbereichsbeschränkung in einem Gewässer umgesetzt werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der in den folgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemä ßen Vorrichtung;

Fig. 2: eine schematische Darstellung eines gestauten Gewässers mit verschiedenen

Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 3: eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Fig. 4: eine schematische Darstellung der Ausgestaltung der Regeleinheit.

Zunächst sei vorausgeschickt, dass die Erfindung nicht auf die in den Figuren gezeigten Merkmalskombinationen beschränkt ist. Vielmehr sind die jeweils in der Beschreibung ein schließlich der Figurenbeschreibung offenbarten Merkmale mit denjenigen in den Figuren angegebenen Merkmalen kombinierbar. Insbesondere sind die Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, nur einige der Möglichkeiten, wie das erfindungsgemäße Verfahren umgesetzt werden kann. Auch sei darauf hingewiesen, dass ein Aufnahmemittel 16 oder aber eine Zentraleinheit 32 unterschiedlich ausgebildet sein können. Insbesondere kann auch nur eine Messung, Regelung und Steuerung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung bzw. eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens er folgen auf Grundlage der Bestimmungen der Sedimentkonzentration des geförderten Sedi ments. Ein Positionierungssystem 40 kann, muss aber nicht vorgesehen sein. Auch kann mindestens eine Messvorrichtung 20 und/oder mindestens eine Probenentnahmestelle 50 in mindestens einer Saugleitung 12, also vor einer Pumpvorrichtung 18, angeordnet sein. Auch kann die mindestens eine Saugleitung 12 äußerst kurz ausgebildet sein und auch nur aus ei nem Flansch oder einer sonstigen Befestigung mit mindestens einem Aufnahmemittel 16 be- stehen, wenn die Pumpvorrichtung unmittelbar nach dem Aufnahmemittel 16 angeordnet ist. Die mindestens eine Pumpvorrichtung 18 und das mindestens eine Aufnahmemittel 16 können mit der mindestens einen Saugleitung 12 auch als ein Bauteil ausgebildet sein. Auch können an einer Saugleitung 12 mehrere Aufnahmemittel 16 angeordnet sein. Es können auch mehrere Saugleitungen 12 und/oder mehrere Druckleitungen 14 vorgesehen sein. Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass die in den Patentansprüchen aufgenommenen Be zugszeichen in keiner Weise den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung beschränken sol len, sondern lediglich auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele verweisen.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrich tung 10 für einen bevorzugt automatisierten Sedimenttransfer in Gewässern 80. Ein Gewäs ser 80, das ein gestautes Gewässer wie ein Stausee mit einem Staudamm, aber auch ein na türlicher See, ein Hafenbecken oder ein Fließgewässer sein kann, wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist, weist einen Gewässerboden 82 und eine Gewässeroberfläche 84 auf. Auf dem Gewässerboden 82 hat sich eine Schicht Sediment 70 abgelagert. Die erfindungs gemäße Vorrichtung 10 besteht aus einer Zentraleinheit 32 mit einem Ponton 34, die ver fahrbar ausgebildet ist. Die Verfahrbarkeit wird über ein Positionierungssystem 40 in Verbin dung mit beispielhaft gezeigten Seilen 44.1 und 44.2, die über entsprechende Winden 46.1 und 46.2 betrieben werden, ermöglicht. Es sind jedoch auch andere Möglichkeiten der Her stellung einer Verfahrbarkeit denkbar, insbesondere können auch mehr als zwei Seile 44.1 und 44.2 und mehr als zwei Winden 46.1 und 46.2 vorgesehen sein. So kann beispielsweise am Ponton 34 auch ein Motor zur Herstellung einer Verfahrung vorgesehen sein, bevorzugt in Kombination mit mindestens einer Verankerung des Pontons 34 im Gewässer 80, oder ein Propellerantrieb. Mit einem Positionsgebungsmittel 42, das mit einer Regeleinheit 22 über eine Schnittstelle 43 (siehe Fig. 4) in Verbindung steht, wobei das Positionsgebungsmittel beispielsweise als GPS- oder sonstiger Satelliten-Empfänger ausgebildet sein kann, kann der geographische Ort der Zentraleinheit 32 beziehungsweise des Pontons 34 bestimmt und der Regeleinheit übermittelt werden. Die Zentraleinheit 32 mit dem Ponton 34 wird bevorzugt kontinuierlich verfahren, wobei dann auch das Aufnahmemittel 16 mitbewegt wird und auf dem Gewässerboden 82 Sediment 70 abträgt. Am Ponton 34 und damit der Zentraleinheit 32 ist eine Pumpvorrichtung 18 und nachfolgend dieser eine Messvorrichtung 20 angeordnet, zwischen denen in dem hier gezeigten Beispiel bevorzugt ein Kompensator 19 vorgesehen ist. Der Kompensator 19 kann, um eine Schwin- gungs- oder Vibrationsdämpfung oder -Unterdrückung zur Verfügung zu stellen, beispiels weise aus einem Gummischlauch bestehen, der bevorzugt eine Länge von mindestens etwa 0,1 Meter, bevorzugt mit einer Länge bis zu etwa 10 Meter aufweist. Die Länge des Kompen sators liegt bevorzugt zwischen etwa 0,1 Meter und 10 Meter, weiter bevorzugt zwischen 0,3 Meter und 5 Meter, und noch weiter bevorzugt zwischen 0,5 Meter und 3 Meter. Es ist bei der Länge des Kompensators, der auch eine andere Ausgestaltung als ein Gummi schlauch aufweisen und beispielsweise aus verschiedenen Kopplungselementen bestehen kann, im wesentlichen darauf zu achten, dass ein Kompromiss aus guter Handhabbarkeit bei der Installation der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der Funktion desselben, eine Schwingungs- bzw. Vibrationsunterdrückung oder -dämpfung zur Verfügung zu stellen, ge funden wird. Die mindestens eine Messvorrichtung 20 ist bevorzugt im Sinne der vorliegen den Erfindung nach der mindestens einen Pumpvorrichtung 18 angeordnet. Hierdurch wer den Messfehler vermieden, die sich durch Schichtungen im geförderten Sediment-Wasser- Gemisch oder Absetzproblem des Sediments 70 ergeben. Durch die mindestens eine Pumpvorrichtung 18 wird eine Verquirlung des Sediment-Wasser-Gemischs erzeugt, die eine Messung begünstigt. Bevorzugt ist daher die mindestens eine Messvorrichtung 20 etwa 0,3 Meter bis etwas 5 Meter hinter der mindestens einen Pumpvorrichtung angeordnet. Die mindestens eine Messvorrichtung 20 kann auch unter Wasser angeordnet sein.

Die mindestens eine Messvorrichtung 20 kann dabei beispielsweise als Coriolis-Messgerät oder Dichtemesser, als eine radiometrische Messungsvorrichtung oder als magnetisch induktiver Durchflussmesser ausgebildet sein und führt eine Masse-Durchflussmessung zur Bestimmung einer Sedimentkonzentration im aufgenommenen und geförderten Sediment 70, bevorzugt und wie in Fig. 1 gezeigt, in einer als Schlauch ausgebildeten Druckleitung 14, die zur Transferierung des Sediments 70 ausgebildet ist, durch. Die mindestens eine Druck leitung 14 ist im Sinne der vorliegenden Erfindung auf einer Druckseite der mindestens einen Pumpvorrichtung 16 angeordnet und stellt ein Fördermittel für das Sediment 70 dar. Die Pumpvorrichtung 18 ist über eine ebenfalls als Schlauch ausgebildeten Saugleitung 12, die auf einer Saugseite der Pumpvorrichtung 18 angeordnet ist, mit einem Aufnahmemittel 16, welches beispielsweise als Fräse, Saugdüse, Spüldüse und/oder Saugkopf ausgebildet sein kann, verbunden. Eine Drehzahl und/oder ein Wasserdruck des Aufnahmemittels 16 sind einstellbar. Diese Einstellung kann über die Regeleinheit 22, die der Zentraleinheit 32 zuge ordnet ist, eingestellt werden. Die Pumpvorrichtung 18 kann beispielsweise als Kreiselpum pe, Wasserstrahlpumpe, Air-Lift-Vorrichtung oder Drehkolbenpumpe ausgebildet sein. Bei Einsatz einer Air-Lift-Vorrichtung wird am Aufnahmemittel 16 Pressluft eingedüst. Der ent stehende Dichteunterschied zwischen dem in der Leitung entstehenden Wasser-Luft- Gemisch und dem umgebenden Wasser führt zu einer starken Strömung in der Leitung, ähn lich einer Wasserstrahlpumpe, nur eben mit Luft. Die Saugleitung 12 ist in diesem Fall der Bereich zwischen Aufnahmemittel 16 und der mindestens einen Eindüsungstelle für die Pressluft, die sich auch unmittelbar am Aufnahmemittel 16 befinden kann. Aufnahmemittel 16, Saugleitung 12 und Pumpvorrichtung 18 können bei einer Air-Lift-Vorrichtung als ein Bauteil ausgebildet sein.

In der Druckleitung 14 ist eine Probeentnahmestelle 50 mit einem Probenhahn 52 angeord net. Dort kann beispielsweise zur Kalibrierung der Vorrichtung 10, aber auch zur regelmäßi gen Überprüfung der geförderten Mischung aus Sediment und Wasser eine Probe genom men werden. Die Druckleitung 14 ist beispielhaft über einen Schwimmer 13 unterhalb der Wasseroberfläche 14 gehalten.

Über das Positionierungssystem 40 ist in einer Verfahrungsrichtung 36, dargestellt durch ei nen Pfeil, die Zentraleinheit 32 mit dem Ponton 34 und der Regeleinheit 22 verfahrbar. Da bei kann das Positionierungssystem 40 nicht nur das in Fig. 2 dargestellten Seil-Winden- System umfassen, sondern beispielsweise auch Propeller oder sonstige Verstelleinrichtun gen.

In einer Förderrichtung 15 wird die Mischung aus Sediment 70 und Wasser durch die Druck leitung 14 an einen anderen Ort verbracht. Die Fig. 2 und 3 zeigen verschiedene Verbrin gungsmöglichkeiten. Fig. 2 zeigt ein gestautes Gewässer 80 mit einem Zufluss 96 und einem Sperrbauwerk 88 in Form eines Staudammes mit zwei Ablassorganen 86.1 und 86.2, die zum Beispiel einem Grundablass einer Staumauer entsprechen. Es könnten aber auch andere Wasserabläufe eines Gewässers 80 verwendet sein. Es wird über eine Zentraleinheit 32.1 in einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die in Fig. 2 gezeigt ist, über die Druckleitung 14.1 zu einer Sedimentabgabe 60.1 in die Nähe des Ablassorgans 86.1 Sedi ment gefördert und transferiert, welches dann, wie aus der WO 2008/122377 Al bekannt, über das Ablassorgan in ein Unterwasser 90 gelangt. Dabei kann, wie in Fig. 2 dargestellt, vorgesehen sein, dass über einen Stollen 91 das Ablassorgan 86.1 mit einer Kraftwerksein heit 92, beispielsweise einer Turbine, verbunden ist, soweit das gestaute Gewässer 80 auch der Energieerzeugung dient. In einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah rens gemäß Fig. 2 wird über eine Zentraleinheit 32.2 und eine Druckleitung 14.2 unmittelbar in ein Ablassorgan 86.2, welches wiederum als Grundablass ausgebildet sein kann, über eine Sedimentabgabe 60.2 Sediment gefördert und transferiert, so dass dieses dann in das Un terwasser 90 gelangt. In einer dritten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ge mäß Fig. 2 wird über eine Zentraleinheit 32.3 und eine Druckleitung 14.3 aufgenommenes Sediment gefördert und transferiert zu einer Sedimentabgabe 60.3 unmittelbar in das Un terwasser 90 um das Sperrbauwerk 88 herum oder über dieses hinweg.

Fig. 3 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Gewässer 80 in Form eines Hafenbeckens, welches mit einem Fließgewässer 81 ver bunden ist. In einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird über eine Zentraleinheit 32.1 und eine Druckleitung 14.1 Sediment gefördert und transferiert zu einem Lagerort 94 zur weiteren Verarbeitung des Sediments oder dessen Lagerung. Der La gerort 94 befindet sich an Land. Dort können beispielsweise Aufbereitungsanlagen für das Sediment 70 vorgesehen sein, für die es wichtig ist, mit einer vorbestimmten Menge an Se diment 70 versorgt zu werden. In einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird über eine Zentraleinheit 32.2 und eine Druckleitung 14.2 zu einer Sedimen tabgabe 60.1 Sediment gefördert und transferiert und unmittelbar in das Fließgewässer 81 abgegeben. Selbiges erfolgt, jedoch von einem anderen Ort innerhalb des Hafenbeckens, in einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens über die Zentraleinheit 32.3 und die Druckleitung 14.3 zu einer Sedimentabgabe 60.2 in das Fließgewässer 81. Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine Transferierung von Sediment 70, bevorzugt eine automatische Transferierung, durch die Betriebskosten erheblich gesenkt werden können. Die Vorrichtung 10 umfasst die Zent raleinheit 32 mit dem Ponton 34. Schematisch dargestellt ist die Regeleinheit 22, die auf der Zentraleinheit 32 erhaltene bzw. gespeicherte Daten verarbeitet und hierüber das Aufnah memittel 16, die Pumpvorrichtung 18 und das Positionierungssystem 40 regelt bzw. steuert. Sollwerte 24, die aus einer hier nicht näher bezeichneten Quelle stammen, werden über eine Schnittstelle 25 einem Speicher 26 zugeführt. Die Sollwerte sind bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe umfassend einen Soll-Räumbereich des zu transferierenden Sediments 70, Förderzeiten, Tiefenangaben des Gewässers 80 und/oder Grenzwerte der transferierbaren Sedimentkonzentration. Der Speicher 26 muss aber nicht vorhanden sein, auch können onli ne über eine Datenfernübertragung die Sollwerte, insbesondere kontinuierlich übermittelt beziehungsweise von der Zentraleinheit 32 abgefragt werden, wobei eine temporäre Spei cherung vorgesehen sein kann. Ebenso werden über eine Schnittstelle 28 Messwerte, ermit telt durch die Messvorrichtung 20, der Zentraleinheit 32 zugeführt, wie dies auch der Fall ist betreffend das Positionsgebungsmittel 42 mit der zugeordneten Schnittstelle 43. Dabei kön nen zusätzlich auch aus der Sedimentabgabe 60 gewonnene Daten wie Trübungswerte eines Unterwassers über eine Rückmeldung 62 und eine Schnittstelle 63 erfasst und berücksichtigt werden. Die ermittelten Werte der Messvorrichtung 20, des Positionsgebungsmittels 42 und ggf. der über die Rückmeldung 62 erhaltenen Werte für das abgegebene Sediment, die bei spielsweise in Form von Trübungsmessungen vorliegen können, werden mit den in der Spei chereinheit 26 vorhandenen Sollwerten 24 verglichen und hieraus Anweisungen der Re geleinheit 22 zur Verfügung gestellt, die eine Leistung der Pumpvorrichtung 18, aber auch ggf. eine Drehzahl oder einen Wasserdruck des Aufnahmemittels 16 als auch eine Positionie rung der Vorrichtung 10, insbesondere des Pontons 34 der Zentraleinheit 32, über das Posi tionierungssystem 40 durchführt. In Abhängigkeit hiervon erfolgt die Förderung über die Saugleitung 12 und die Druckleitung 14 zur Sedimentabgabe 60. Der Sollwert 24 für den Grenzwert der transferierbaren Sedimentkonzentration hängt von dem Zustand des Gewäs sers ab, in das das Sediment 70 transferiert wird, beispielsweise ein Fließgewässer 81 oder ein Unterwasser 90, oder aber dem Lagerort 94 mit den dort angesiedelten Aufbereitungs anlagen für das Sediment 70. Insbesondere dieser Sollwert 24 ist relevant für die Regelung der Leistung der mindestens einen Pumpvorrichtung 18 und/oder des mindestens einen Aufnahmemittels 16 und/oder der örtlichen Position des mindestens einen Aufnahmemittels 16. Die Regeleinheit 22 kann über eine Schnittstelle 31 Werte an mindestens ein Anzeigemit tel 30, das aber nicht notwendigerweise vorhanden sein muss, weitergeben, so dass dort für einen Bediener der Vorrichtung 10 die entsprechenden Werte sichtbar gemacht werden. Auch können die entsprechenden Werte protokolliert und gespeichert werden in der Spei chervorrichtung 26. Aber auch sonstige Speicher und Anzeigemöglichkeiten sind denkbar.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 ist es vorteilhafterweise möglich, eine automatisierte Sedimentverfrachtung in Gewässern, insbe sondere gestauten Gewässern, aber auch Häfen und sonstigen Gewässern, vorzunehmen. Wesentlich ist dabei das Abstellen auf eine Sedimentkonzentration des geförderten Sedi mentes, bevorzugt auf der Druckseite der mindestens einen Pumpvorrichtung in der mindes tens einen Druckleitung 14, so dass ein Unterwasser oder aber sonstiges Gewässer, in wel- ches das Sediment verfrachtet beziehungsweise transferiert wird, ökologisch verträglich und gezielt mit dem geförderten und transferierten Sediment versorgt werden kann.