Rohrleitungsverlängerung vom Bohrlochkopf zu den Handpumpen

Anregung

Wo sauberes Wasser knapp ist und Süßwasservorkommen in den Dörfern oder in der näheren Umgebung nicht ohne Weiteres zugänglich sind, gibt es einige wenige Stellen (z. B. entlang von Bewässerungskanälen), an denen ganzjährig Süßwasser fließt und die sich in unmittelbarer Nähe befinden. Flache Bohrungen können neben oder unterhalb des Bewässerungskanals niedergebracht werden, um das Süßwasser zu nutzen, das vom Kanal in den Boden sickert.

Die Idee, oberirdisch verlegte Verlängerungsrohre an die Hauptleitung anzuschließen, die vom Bohrloch zu einer entfernt installierten Handpumpe führt, würde die Versorgung der betroffenen Gemeinde mit ausreichend sauberem Trinkwasser ermöglichen. Dies würde insbesondere für die Zielgruppe, vor allem für heranwachsende Mädchen, die bisher weite und gefährliche Wege zurücklegen mussten, um Trinkwasser aus den Kanälen zu holen, deutlich reduzieren. Bisher benötigten sie dafür täglich drei bis vier Stunden. 

Technologie

Der Wasserverbrauch in ländlichen Gebieten beschränkt sich oft auf den häuslichen Gebrauch, also Trinken, Kochen, Putzen, Waschen und Baden. Dieses System kann bis zu 140 oder mehr Personen mit ausreichendem und sicherem Trink- und Kochwasser versorgen. 

Die Handpumpentechnologie ist bekannt als erschwingliche, allgemein akzeptable, einfach zu bedienende und zu wartende, vergleichsweise kostengünstige und nachhaltige Option der Wasserversorgung. 

Die Bohrung wird an einer geeigneten Grundwasserleiterstelle niedergebracht. Das System arbeitet bei flachen Brunnen effektiver, aber die gewonnenen Erkenntnisse zeigen, dass das System stark von der hydraulischen Netzlinie (HGL) zwischen Pump- und Lieferort, der Förderleistung der lokalen Pumpen und der Rohrleitungslänge in unebenem oder flachem Gelände abhängt. 

Diese Technologie arbeitet mit Saughebepumpen und ist bis zu einer Grundwassertiefe von 7 m einsetzbar. Sie kann bei einer Grundwassertiefe von 3–4 m 0.3 Liter sauberes Wasser pro Sekunde fördern.

Dieses Konzept ist nur dann realisierbar, wenn in unmittelbarer Nähe der Zielorte der Dörfer ein geeigneter oberflächennaher Grundwasserleiter vorhanden ist; darüber hinaus hängt der Erfolg des Systems von folgenden Faktoren ab: 

• Erfolgreicher Bau eines Bohrlochs in geeigneter Grundwassertiefe und an einem sicheren Standort  
• Installation von Blindrohren, um einen mühelosen Grundwasserfluss zum Brunnen zu ermöglichen
• Verfügt über eine geeignete Kiespackung, die das Eindringen von Sedimenten und Sandpartikeln minimiert.
• Die Verbindung und Verlegung der Verlängerungsleitung (Zulaufleitung) sowie der Aushub des Grabens sollten auf möglichst kurzen, geraden Linien erfolgen.

Die vollständige Technologie besteht aus fünf Hauptkomponenten, wie zum Beispiel –

Die Bohrung wird in einer geeigneten Grundwassertiefe innerhalb einer erreichbaren Entfernung von 500 m bis 1,500 m zum Zielobjekt/den Begünstigten niedergebracht. Die Bohrung sollte mit einer geeigneten Kiesfüllung versehen werden.

Es wirkt wie ein Medium, das das Eindringen von Sedimenten und Sandpartikeln minimiert. 

Für das Bohren und den Bau von Qualitätsbrunnen werden Fachkräfte benötigt. Lokale Fachkräfte werden (sofern verfügbar) bevorzugt, da sie mit den örtlichen Gegebenheiten bestens vertraut sind.

Die Bohrlochvorrichtung ist mit PVC-Rohren ausgestattet, die hinein abgesenkt werden. Beispielsweise werden in Pakistan traditionell Handpumpen mit 1.5-Zoll-PVC-Rohren als Steigleitung und Filter verwendet. 

Ein Rückschlagventil sorgt normalerweise dafür, dass das Wasser nur in eine Richtung fließen kann und verhindert den Rückfluss in die entgegengesetzte Richtung. Es ist zwischen dem oberen Ende der Steigleitung und der Verlängerungsleitung installiert, um den Wasserdruck im System aufrechtzuerhalten.

Die Verlängerungsleitung wird zwischen Bohrlochrohr und Pumpenkopf platziert. Ein Ende der Verlängerungsleitung ist über ein Rückschlagventil mit dem Bohrlochkopf verbunden, das andere Ende ist angeschlossen.

Bis zum unteren Ende der Handpumpe wird ein 12 cm breiter und 12–24 cm tiefer Graben (je nach örtlichen Gegebenheiten) vom Brunnenrohr bis zum Pumpenkopf ausgehoben. Dort werden die Verlängerungsleitungen verlegt und mit Erde bedeckt. Diese Arbeiten können von ungelernter Arbeitskraft unter der Aufsicht eines Fachmanns durchgeführt werden.  

 Berechnungen mit der Darcy-Weisbach-Gleichung ergaben folgende mögliche Längen von Verlängerungsrohren (Bleileitungen) für Rohre mit 1.25" und 1.5" Durchmesser bei unterschiedlichen Grundwassertiefen, unter der Annahme einer Saugleistung von 7 m, einer Durchflussrate von 0.25 l/s und einer Wassertemperatur von 20 °C sowie der Annahme, dass kein Höhenunterschied zwischen den beiden Enden der horizontalen Rohrleitung besteht, wobei jedoch eine Höhe von 0.92 m (3 Fuß) für die Handpumpe berücksichtigt wird.

Die Reibungsverluste werden mithilfe der Hazen-Williams-Reibungsverlustgleichung berechnet.

GW-Niveau		Maximale Länge für 1.25-Zoll-Rohr		Maximale Länge für 1.5-Zoll-Rohr
m	Ft	m	ft	m	ft
1.83	6	410	1345	1070	3510
2.74	9	325	1066	830	2723
3.66	12	265	869	625	2051
4.57	15	180	591	415	1362
5.18	17	110	361	290	951

Der Saugkopf einer Handpumpe bewirkt, dass sich die Kolbenstange beim Herunterdrücken der Hand nach oben bewegt und dabei den Kolben samt Kolbenringen mitnimmt. Dadurch öffnet sich ein Rückschlagventil (oft auch Fußventil genannt) am Pumpenboden und saugt Wasser an. Beim Herunterfahren des Kolbens schließt der Druck das Rückschlagventil und hält das Wasser oberhalb des Kolbens zurück. Dieser Zyklus wiederholt sich, solange die Handpumpe in Betrieb ist.

Verlängerungsleitungen sind über ein 1–2 cm langes verzinktes Stahlrohr mit dem Saugkopf der Handpumpe verbunden. Der gesamte Pumpenkopf steht ebenerdig, nur etwa 3 cm der Handpumpe ragen aus dem Boden. In Pakistan und Bangladesch beispielsweise sind traditionelle Gusseisen-Pumpenköpfe weit verbreitet. 

Die Sanitärplattform besteht aus 4 m x 4 m oder 5 m x 6 m (rechteckig) bzw. 5–6 m Durchmesser (kreisförmig) aus Beton (CC) oder Stahlbeton (RCC). Ein Abwasserableitungssystem und eine Versickerungsanlage gewährleisten die Abwasserentsorgung.

Entwurfsüberlegungen 

Die wichtigsten Gestaltungsmerkmale, die bei diesem Konzept zu berücksichtigen sind, sind:

• Bei der Auswahl des Bohrlochstandorts und der zu erwartenden Fördermenge ist größte Sorgfalt geboten. 
• Die Installation einer Handpumpe an einem ungünstigen Standort oder bei geringer Förderleistung des Bohrlochs kann zu Problemen führen, die wiederum Probleme wie Sandeindringen und Versandung zur Folge haben können. 
• Die Qualitätskontrolle sowohl bei kommunalen Bauprojekten als auch bei privaten Bauunternehmen ist unerlässlich. 
• Der Pumpenkopf ist durch die Installation einer hygienischen Dichtung vor Verunreinigungen geschützt.
• Zusätzlich wird ein Rückschlagventil oben auf dem Brunnenrohrkopf angebracht, während beim herkömmlichen Konzept kein Rückschlagventil verwendet wird.
• Normalerweise müssen Pumpe und horizontale Rohrleitung vor der ersten Benutzung entlüftet werden, danach ist jedoch kein weiteres Entlüften mehr erforderlich, da die Rückschlagventile das Wasser in Pumpe und horizontaler Rohrleitung zurückhalten.
• Saugfähige Handpumpen können die Ansaugfähigkeit verlieren. Dies kann durch ein Leck in der Saug- oder Verlängerungsleitung verursacht werden. Die Lecks müssen gefunden und repariert werden, da die Pumpe sonst weiterhin die Ansaugfähigkeit verliert.
• Wenn die Handpumpe den Wasserstand in der Pumpenkammer nicht hält (ansaugt), kann das Rückschlagventil oder das untere Rückschlagventil defekt sein. 
• Die Verlegung der Verlängerungsleitung (Zulaufleitung) und der Aushub des Grabens erfolgen auf möglichst geraden Strecken.
• Bleileinen-Handpumpen versagen auch dann, wenn eine Absenkung des Grundwasserspiegels dazu führt, dass der dynamische Wasserstand unter die maximale Saugleistung der Pumpe fällt.
• In einigen Gebieten wird berichtet, dass Pumpen, die ursprünglich Frischwasser lieferten, im Laufe der Zeit versalzen sind. Dies hängt höchstwahrscheinlich mit einer Übernutzung der Frischwasserlinse zusammen (die durch Versickerung aus dem Bewässerungskanal entsteht).
• Die Gesamtinstallationskosten für das neue Konzept sind im Vergleich zum traditionellen Konzept wesentlich höher. 

Feldversuche

Die Technologie wurde Ende 2010 im Distrikt Thatta von Hyderabad, Sindh, Pakistan, vom Laar Humanitarian Development Programme (LHDP) eingeführt. Oxfam GB installierte dort zwischen November 2010 und Februar 2011 erfolgreich rund 220 Handpumpen. Die durchschnittliche Bohrtiefe dieser Pumpen liegt zwischen 12 und 15 Metern (40–50 Fuß), die Entfernung der Bohrlöcher zum Dorf zwischen 500 und 1,500 Metern. 

Im Jahr 2009 wurde in Bangladesch im Rahmen des Hilfsprogramms nach dem Zyklon Aila eine nahezu identische Technologie eingeführt. 

Zukünftige Initiativen

Obwohl diese Technologie erfolgreich Wasser aus einem 1,200 Fuß entfernten Bohrloch fördert, muss ihr optimales Leistungsvermögen noch erforscht werden.

Einige Organisationen, die am Bau dieser Systeme beteiligt sind, haben zusätzliche Rückschlagventile in der Mitte der horizontalen Rohrleitung eingeführt, wenn die Länge der Zuleitung 150 m (500 Fuß) überschreitet. Es gibt jedoch keine Beweise dafür, dass dadurch Betriebsprobleme vermieden werden.

Derzeit werden Brunnenrohre mit einem Durchmesser von 1.5 Zoll und Verlängerungsleitungen mit einem Durchmesser von 1.25 Zoll verwendet. Die optimale Größe für höhere Fördermengen oder mehrere Anschlüsse ist jedoch noch nicht ermittelt. Aktuell ist eine einzelne Verlängerungsleitung an den Brunnenkopf angeschlossen. Die Lösung für mehrere Anschlüsse von Verlängerungsleitungen und Handpumpen in verschiedenen Dörfern muss noch gefunden werden.

Layout

Weitere Informationen

PHE-Team, Humanitäre Abteilung, Oxfam GB, Oxford, Vereinigtes Königreich