Application Of Numerical Modelling For Conceptualizing Abstraction Rate Control In A Well Field Under Complex Boundary Conditions

This paper aims at presenting a concept for regulating water abstraction from a well field which ensures an efficient exploration of river filtrate while complying with defined minimum residence time of inflowing water. Being located on an island between a river and an attendant channel, the investigated well field consists of eight radial collector wells aligned parallel to the river flow direction. The water-level in the river is kept comparatively constant due to a downstream hydropower plant. In the channel, the water level is controlled by two weirs. Following a defined hydrograph with an amplitude of about one meter, the channel water level is on average four meters below the water level of the river. Therefore, the boundary conditions for the well field are subject to strong seasonal fluctuations. For legal reasons, water originating from the channel must remain in the underground for at least 60 days. To analyse on-site flow conditions, a three dimensional finite difference model was developed, calibrated and validated. The water balances of 23 observed steady state conditions with different abstractions from the wells and varying basic conditions were computed with the model. The computed inflow rates from the channel were analysed by comparing them with observed hydraulic heads and it was possible to show a high correlation with the ratio of certain hydraulic head gradients. A linear correlation (R² \u3e0.9) of the quantity and the flow time of inflowing water from the channel could be formulated by analysing the modelling results. By combining these findings, it was possible to develop a criterion for restricting the abstraction from each well according to a minimum water-flow time without the requirement of a parallel operated numerical model. The underlying parameters are computed from hydraulic head values enabling automatically real time control of a non-measurable value through measurable parameters

Quellmonitoring zur optimierten Quellwassernutzung

Im Rahmen eines Forschungsprojekts wurde bei einzelnen Quellfassungen eine kontinuierliche Überwachung zur Erfassung von Veränderungen der Trinkwassereigenschaften aufgrund hydrologischer Ereignisse durchgeführt. Die Quellfassungen wurden dabei mit einer kontinuierlichen Erfassung von Schüttung (in l/s mittels Messwehr und Wasserstand bzw. Wasserzähler), Wassertemperatur (in C), elektrischer Leitfähigkeit (S/cm), Trübung (FTU), spektralem Absorptionskoeffizient (SAK254) (Abs/m), gelöstem organischem Kohlenstoff (DOC mg/l) und Transmission (%) jeweils mittels 10-Minuten- bzw. Stundenwerten überwacht. Zusätzlich wurde zur Erfassung von unmittelbaren Niederschlagsereignissen im Fassungsgebiet eine Niederschlagsmessung (Zeit und Menge) eingesetzt und es wurden vergleichende Laboranalysen durchgeführt. Im Rahmen dieser Überwachung wurde zusätzlich die Anwendung der eingesetzten Messinstrumente an Extremstandorten (z. B. kein Stromanschluss) evaluiert. Für den Wasserversorger können durch die Anwendung einer über eine gewisse Zeit durchgeführten kontinuierlichen Quellüberwachung Vorteile für die Einschätzung besonderer Betriebssituationen durch Kenntnis der Beeinflussung und des Ausmaßes entstehen, um eine optimierte Quellnutzung aufzubauen. Sind die quellspezifischen Wirkungen auf Basis eines Quellmonitorings bekannt (Prozessverständnis), kann die Quellnutzung oft mit sehr einfachen Maßnahmen, wie kurzfristiges Ausleiten des nativen Wassers oder Einsatz einer zeitlich begrenzten Desinfektionsmaßnahme, optimiert werden. Durch die Anwendung von Messinstrumenten mit geringer Stromaufnahme und Akkusystemen konnte auch an Extremstandorten eine Überwachung über mehrere Monate durchgeführt werden. Aufbauend auf dem durchgeführten Quellmonitoring konnten Anforderungen an eine Messstation definiert werden.In the context of a research project, individual wells were continuously monitored to identify and measure changes in drinking-water quality in response to hydrological events. Specifically, the criteria flow rate (in l/s using a measuring weir and water level, or water flow meter), water temperature (in C), electrical conductivity (S/cm), turbidity (FTU), spectral absorption coefficient (SAC 254), dissolved organic carbon (DOC mg/l) and transmission (%) were continuously monitored at 10-minute or hourly intervals. In addition, the times and volumes of precipitation events were recorded, and comparative laboratory analyses were conducted. Lastly, the monitoring equipments suitability for use at extreme locations (e.g. those with no electrical power outlets) was evaluated. For water providers, continuous monitoring could help to assess special operating situations, providing insights into their scope of influence and helping promote optimized well use. Once well monitoring has been used to determine the well-specific effects, the usage of the well can often be optimized with the help of simple measures, e.g. temporarily diverting the native water or employing a short-term disinfectant. By using measuring equipment with low power requirements and rechargeable battery systems, it was also possible to conduct monitoring over several months at extreme locations. Further, the results of the well-monitoring efforts were used to define a set of criteria for monitoring stations.(VLID)214289

Ressourcenverfügbarkeit und Bedarfsplanung auf Basis geänderter Rahmenbedingungen

Die Herausforderung für die Zukunft ist es, unter gleichzeitiger Berücksichtigung der sozioökonomischen und demografischen Entwicklung und des Klimawandels, die nötigen Maßnahmen zur Erhaltung der Versorgungssicherheit vorausschauend zu planen und umzusetzen. Insbesondere betrifft das die in Zukunft benötigten Wasserressourcen. In Bezug auf die Sicherstellung der Wasserversorgung wirkt der Klimawandel auf verschiedenen Ebenen beeinflussend: Auf der Konsumentenseite steigt der Verbrauch in Trocken- und Hitzeperioden deutlich an, sodass zur Abdeckung des Spitzenwasserverbrauchs zusätzliche Ressourcen oder Anlagen nötig werden können. Auf der Ressourcenseite kann sich durch eine zunehmende Verschiebung der Niederschläge das Dargebot verändert darstellen (z. B. kann es durch Niederschlagsdefizite im Sommer und Herbst zu Wasserknappheit in Wintertourismusregionen im Westen Österreichs kommen). Durch konkurrierende Wasserentnahmen (z. B. Bewässerungsbedarf der Landwirtschaft in der trockener werdenden Vegetationsperiode) kann ein zusätzlicher Nutzungsdruck in quantitativer und qualitativer Hinsicht entstehen. Aufgrund der Langlebigkeit und langsamen Anpassung der Wasserinfrastruktur gilt es, ein breites Wissen über die möglichen Szenarien zur Überprüfung der Planungsansätze verfügbar zu haben. Eine regional integrierte Wasserversorgungsplanung soll daher insbesondere eine Ressourcennutzungsplanung mit Bestandsaufnahmen verfügbarer Ressourcen und Prognosen des zukünftigen Wasserbedarfs umfassen.The great challenge for the future consists in planning and implementing necessary measures to ensure reliability of supply, while at the same time taking into account socioeconomic, demographic and climate change. This is particularly relevant for the water resources that will be needed in the future. With regard to ensuring the future water supply, the impacts of climate change can be felt at various levels: Regarding consumers, water consumption will rise significantly in dry and hot periods. As a result, additional resources and/or facilities may be needed in order to cover peak demand periods. Regarding resources, shifts in precipitation could lead to changes in resource-yields (e.g. reduced rainfall in the summer and autumn could lead to water shortages in Western Austrias winter tourism regions). Competing water needs (e.g. the need for agricultural irrigation in increasingly dry periods) could result in additional (quantitative and qualitative) pressure on the waterresources. Given the longevity and slow adaptation of the water infrastructure, the goal is now to establish a broad range of information on potential scenarios for reviewing various planning approaches. As such, regionally integrated water-supply planning should above all encompass resource-use planning, including evaluation of available resources and projections of future water needs.(VLID)214134

Umgang mit Störfällen in der Steiermärkischen Wasserversorgung Ist-Stand Erhebung und Leitfadenerstellung

„Wie gut sind die steirischen Wasserversorger eigentlich auf gröbere Störungen, Not- oder Krisenfällen vorbereitet? Was wird benötigt, um eine durchgehend hohe Versorgungssicherheit zu gewährleisten?“ Mit diesen Fragen beschäftigte sich das Referat für Siedlungswasserwirtschaft des Amtes der Steiermärkischen Landesregierung gemeinsam mit dem Institut für Siedlungswasserbau der Universität für Bodenkultur Wien. Hintergrund dieser Initiative ist der Wasserversorgungsplan der Steiermark 2015, der unter anderem das Ziel hat, Versorgungsunterbrechungen sukzessive zu minimieren und Störfällen gezielter und systematischer als bisher vorzubeugen. Das zugehörige Projekt lief Ende 2015 bis Anfang 2017 und umfasste eine Befragung aller steirischen Wasserversorger sowie die Erstellung eines Leitfadens zur Umsetzung von Störfallvorsorgeplanung. In der mehrteiligen Befragung wurden der generelle Umsetzungsstand sowie der Unterstützungsbedarf und Ansatzpunkte zur Störfallvorsorgeplanung und zum Umgang mit Störfällen erhoben. Insgesamt wurden 22 Wasserverbände und 287 Gemeinden in einem ersten Teil und 573 Wassergenossenschaften sowie 420 Wassergemeinschaften in der Steiermark in einem zweiten Teil in der Steiermark befragt. Darauf aufbauend wurde ein Leitfaden verfasst, der die Wasserversorger dabei unterstützen soll, Störfälle in ihrem Betrieb zu verhindern, aber auch gut auf den Ernstfall vorbereitet zu sein. Bei der Befragung zeigte sich für die steirischen Wasserversorger folgendes Bild: Etwa 9 % der Gemeinden haben Stör-, Not- und Krisenmanagement bereits vorbildlich umgesetzt. Weitere ca. 11 % erfüllen durchaus ausreichend alle definierten Mindestanforderungen. Somit sind ca. 20% der steirischen Gemeinden in der Wasserversorgung auf einen möglichen Störfall sehr gut vorbereitet. Allerdings erfüllen 63 % der Gemeinden grundlegende Bestandteile für eine umfassende Umsetzung von Stör-, Not- und Krisenmanagement nicht. Bei den Wasserverbänden ist das Ergebnis mit ca. 41% insgesamt deutlich besser. So haben ca. 18 % Stör-, Not- und Krisenmanagement bereits vorbildlich und weitere ca. 23 % bereits ausreichend umgesetzt. Fast 28 % der Verbände erfüllen eine ausreichende Umsetzung bisher nicht. Bei den Verbänden zeigen sich also zwei Gruppen: diejenigen, die bereits eine sehr weitreichende Umsetzung vollzogen haben und solche, denen grundlegende Bestandteile fehlen. Dagegen dürften sich die kleineren Einheiten wie Wassergenossenschaften und Wassergemeinschaften mit diesem Thema noch nicht wirklich beschäftigt haben. Nur etwa 2 % der Wassergenossenschaften haben Stör-, Not- und Krisenmanagement bereits vorbildlich und 4 % ausreichend umgesetzt. Das sind gerade 6% der steirischen Wassergenossenschaften. Aber ganze 85 % erfüllen grundlegende Bestandteile für eine umfassende Umsetzung von Stör-, Not- und Krisenmanagement nicht. Bei den Wassergemeinschaften ist dieser Anteil mit 95% noch größer. Auf den Befragungsergebnissen aufbauend wurde ein Leitfaden entwickelt, der eine zielgerichtete und praxisorientierte Umsetzungshilfe für alle Wasserversorgungstypen und -größen in der Steiermark sein soll und die Wasserversorger entlang folgender Arbeitsbereiche an eine systematischen Umsetzung von Störfallvorsorgeplanung heranführt: Teambildung und Grundlagenaufbereitung aus dem Normalbetrieb, Störfallminimierung (Identifizierung, Elimination und Minimierung von Gefährdungen) durchführen, Störfallszenarien festlegen, Störfallabwicklung planen und Arbeitsanweisungen formulieren, Training der Störfallabwicklung, kontinuierliche Verbesserung sowie Dokumentation Abwicklung der Arbeitsanweisungen im Störfall (Notfall, Krise) Definition der Schnittstellen und Übergang zum Katastrophenmanagement planen. Der Leitfaden enthält neben kurzen thematischen Einführungen, Beispiele aus der Praxis und Arbeitsbehelfe sowie Literaturverweise.“How well-prepared are Styrian water providers for major supply incidents, emergencies and crises? Which further steps need to be taken to ensure continuous water supply safety?” These key-questions were investigated in a joint project of the Division for Municipal Water Management of the Styrian Government and the Institute of Sanitary Engineering and Water Pollution Control of the University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna. The initiative was based on the 2015 Styrian Water Supply Plan, which a.o. aims to successively minimize water supply interruptions, and to use a more systematic approach for preventing and managing incident, emergency and disaster situations. The respective project ran from the end of 2015 to spring 2017 and involved a survey of all Styrian water providers as well as the development of practice-oriented guidelines for incident prevention and management. The extensive survey gathered data on the general implementation status and helped identifying needs and starting points for improving incident prevention and management on the ground. 22 water associations and 287 municipalities were addressed in the first phase of the survey, while 573 water cooperatives and 420 water alliances in Styria were addressed in the second phase. The results were used to create a set of guidelines intended to help water providers to avoid supply disruptions at their facilities, and to be better prepared for “when things dont go as planned”. The survey results revealed the following: roughly 9% of the municipalities have already done an exemplary job in terms of prevention and management of incidents, emergencies and disasters, while further 11% fulfill all of minimum requirements which were pre-determined. Consequently, roughly 20% of the Styrian municipal water suppliers are well-prepared for potential incidents. However, with regard to two of three pre-determined implementation stages, nearly 13% of the municipalities fail to fulfill more than half of the minimum requirements, and a further 63% fail to fulfill essential requirements for the comprehensive prevention and management of incidents, emergencies and disasters. With 41% the result for water associations was generally much better: roughly 18% have already done an exemplary job in terms of preventing and managing incidents, emergencies and disaster situations, while a further 23% have already done a satisfactory job. Nearly 28% do not yet satisfactorily meet the implementation criteria. As such, the associations essentially consist of two groups: those that have already completed an extensive implementation, and those who have yet to implement essential components. Generally it seems that the smaller suppliers have not been so much “pro-active” in the field of incident management like the municipal suppliers. Only 2% of the water cooperatives have done an exemplary job, with another 4% “on the right track.” With regard to two of three pre-determined implementation stages, roughly 12% of the cooperatives fail to fulfill more than half of the minimum requirements and another 85% fail to fulfill essential requirements for the comprehensive prevention and management of incidents, emergency and disaster situations; among the water alliances, the percentage is even higher (95%). These results were used to help developing a set of guidelines intended to offer specific, practice-oriented implementation support for Styrian water providers of all types and sizes. A systematic approach for preventing and managing incidents, emergencies and disaster situations involving the following steps Team building and data baseline development as part of normal operations, Minimizing potential incidents (identifying and minimizing threats), Defining disruption scenarios, Planning incident responses and formulating instructions, Incident response training, Refining and revising the response plan on a regular basis (after training or an actual incident), Preparing instructions for responding to incidents, emergencies and disasters; and Defining the interfaces with and transition to disaster management. The guidelines feature brief introductions to various topics, as well as real-world examples, practical tips and bibliographic references for further study.(VLID)214302

Superstructure of mullite-type KAl 9 O 14

Large whiskers of a new KAl9O14 polymorph with mullite-type structure were synthesized. The chemical composition of the crystals was confirmed by energy-dispersive X-ray spectroscopy, and the structure was determined using single-crystal X-ray diffraction. Nanosized twin domains and one-dimensional diffuse scattering were observed utilizing transmission electron microscopy. The compound crystallizes in space group P21/n (a = 8.1880(8), b = 7.6760(7), c = 8.7944(9) Å, β = 110.570(8), V = 517.50(9) Å3, Z = 2). Crystals of KAl 9O14 exhibit a mullite-type structure with linear edge-sharing AlO6 octahedral chains connected with groups of two AlO4 tetrahedra and one AlO5 trigonal bipyramid. Additionally, disproportionation of KAl9O14 into K β-alumina and corundum was observed using in situ high-temperature optical microscopy and Raman spectroscopy

垂直流人工湿地系统中水流规律的研究

对一种新型的垂直流人工湿地系统的水流特性进行了研究。考察了系统的运行状况及介质中滞留区的分布范围，并且运用化学工程中反应器理论，采用示踪剂试验的方法得到了垂直流人工湿地系统的停留时间分布与污水的实际停留时间。根据水流停留时间分布函数对系统实际液流流态进行了数学模拟，提出二级串联的理想完全混合反应器（CSTR）模型能够较好地模拟垂直流人工湿地系统中水流的流动形态

反应器理论在复合垂直流构建湿地水流流态研究中的应用

运用反应器理论研究了一种新型的复合垂直流构建湿地系统 (IVCW )的水流流态 ,由示踪剂试验得到水流停留时间分布 (RTD) ,从而确定了IVCW在水力负荷为 2 0 0～ 80 0mm/d时 ,停留时间为 1 9～ 3 5h ,并由RTD曲线的特征值确定IVCW的水流流态介于理想推流与完全混合流之间 ,同时应用离散流模型 ,不仅较好地模拟了IVCW的实际水流流态 ,还得到了水流的Peclect准数在 1 1～ 1 9之间 .通过有植物与无植物系统的对照发现植物根系有利于IVCW的水流流态接近理想推流

反应器理论在复合垂直流构建湿地水流流态研究中的应用

运用反应器理论研究了一种新型的复合垂直流构建湿地系统（IVCW）的水流流态，由示踪剂试验得到水流停留时间分布（RTD），从而确定了IVCW在水力负荷为200-800mm/d，停留时间为19-35h，并由RTD曲线的特征值确定IVCW的水流流态介于理想推流与完全混合流之间，同时应用离攻流模型，不仅较好地模拟了IVCW的实际水流流态，还得到了水流Peclect准数在11-19之间。通过有植物与无植物系统的对照发现植物根系有利于IVCW的水流流态接近理想推流状态

复合垂直流湿地反应动力学及水流流态的研究

提出一种新型的复合垂直流湿地系统(IVCW),并对其反应动力学和系统的实际流态进行了研究.经过中试的运行试验,得到了系统对COD去除的反应速率方程,由示踪剂试验确定了系统中水流的停留时间分布(RTD),提出RTD的不同是湿地处理效率差异的主要原因,进而运用串联反应器模型和离散流模型两种非理想流态模型,模拟IVCW的实际水流流态,经过比较发现离散流模型模拟的效果较好