Hochbehälter [1]

Hochbehälter (Hochreservoir) im allgemeinen jeder künstlich hergestellte, unbewegliche Aufbewahrungsraum für Wasser oder andre Flüssigkeiten in solcher Höhenlage, daß letztere unter natürlichem Druck zur Verteilung gelangen können. Im besonderen aber versteht man darunter die bei Wasserversorgungen üblichen tunlichst in nächster Nähe, wenn möglich in Mitte der Versorgungsobjekte aufzustellenden Sammelbehälter, welche als Ausgleichsmittel zwischen regelmäßigen oder unregelmäßigen Zuflüssen und den – fast ohne Ausnahme unregelmäßigen – Entnahmen eintreten.

Fassungsvermögen. Die größten derartigen Behälter sind erforderlich, wenn es sich um die Ausgleichungen für lange Perioden (z.B. Jahrzehnte) handelt und die Zuflüsse in jenen Zeiten ausbleiben, in welchen die größten Entnahmen stattfinden. Dementsprechende Reservoire nennt man Sammelteiche bezw. Stauseen (s. Stauanlagen), wenn die oft Hunderte von Millionen Kubikmeter betragenden Wasseransammlungen durch Talsperren (Staumauer öder Staudämme, quer über das Tal erbaut) geschaffen werden müssen. Natürliche Reservoire dieser Art sind die großen Binnenseen. Die kleinsten Ausgleichbehälter findet man häufig in Speichern, Wassertürmen, über Traggerüsten (s. Feldreservoir) u.s.w. aufgestellt mit Inhalten bis zu Bruchteilen eines Kubikmeters. Zwischen diesen Extremen liegen in größter Mannigfaltigkeit in bezug auf Fassungsvermögen die Reservoiranlagen für gewöhnliche städtische Wasserversorgungen, welche in der Regel nur die Ausgleichung innerhalb der 24 Stunden eines Tages zu besorgen haben.

Selbstverständlich kann ein Reservoir nur dann seine obengeschilderte Aufgabe erfüllen, wenn nach Ablauf eines bestimmten Zeitraumes Z die Summen aller Zuflüsse gleich der Summe aller Entnahmen plus dem im Reservoir ursprünglich vorhandenen Inhalt a + k weniger dem in demselben verbleibenden Inhalt k ist. Teilt man den Zeitraum Z in kleinere Intervalle 1, 2, 3 ... n, ist ferner q₁ der Zufluß, v₁ der Verbrauch während des Intervalles 1, so wird am Ende des letzteren in das Reservoir ein (positiver oder negativer) Zuwachs q₁ – v₁ gelangt sein. Im zweiten Intervall ist der Zuwachs q₂ – v₂, also im ganzen bis zum Ende des zweiten Intervalles q₁ + q₂ – (v₁+ v₂) u.s.w. Soll nun jederzeit mindestens ein Vorrat von k Kubikmeter im Reservoir vorhanden sein, so bedingt dies die Beziehungen:

k q₁ – v₁, k (q₁ + q₂) – (v₁ + v₂), ... k (q₁ + q₂ + ... q_n) – (v₁ + v₂ + ... v_n).

Sind die Gleichungen nicht erfüllt bezw. ergeben sich negative Werte auf der rechten Seite und ist deren größter: (q₁ + q₂ + ... q_x) – (v₁ + v₂ + ... v_x) = – a, so muß man überall auf der rechten Seite a + k addieren, um die gestellte Bedingung zu erfüllen. Dann werden die Werte: (a + k + q₁) – v₁, (a + k + q₁ + q₂) – (v₁ + v₂), ... (a + k + q₁ + q₂ + ... q_n) – (v₁ + v₂ + ... a_n) alle positiv. Der größte derselben gibt den nötigen Minimalinhalt des Reservoirs an, während der erste Wert zeigt, daß bei Beginn des Betriebes mindestens a + k Kubikmeter Wasser vorhanden sein müssen. – Würde man den Betrieb nicht mit dem ersten, sondern z.B. mit dem vierten Intervall beginnen, so würde die Reihe der Gleichungen: q₄ – v₄, (q₄ + q₅) – (v₄ + v₅) u s. w., und es würde sich ein andres a herausstellen. Mit Probieren kann man also den günstigsten bezw. den ungünstigsten Betriebsanfang ermitteln. – Die verhältnismäßig kleinsten Reservoirinhalte sind bei künstlicher Wasserhebung möglich, wenn eine größere Anzahl von Maschinen bezw. der Wechsel in der Umdrehungszahl weniger Maschinen es gestattet, den Zulauf zum Reservoir in den Zeiten stärksten Verbrauchs innerhalb weiter Grenzen zu steigern, also Zulauf und Verbrauch zeitlich in nahezu gleicher Größe zu halten. Dabei ist selbstverständlich auch von Wichtigkeit, etwaige Unterbrechungen des Zulaufs zu den Stunden des geringsten Verbrauches (nachts) eintreten zu lassen. Berechnungen für solche Fälle s. [5], S. 735 ff.

Hat man das notwendige minimale Fassungsvermögen eines Hochbehälters festgestellt, so ist zu überlegen, ob nicht besondere Rücksichten (auf Feuersgefahr, Betriebsunterbrechungen bei künstlicher Wasserhebung, lange Zuleitungen bei Gravitationsversorgung u.s.w.) eine weitere Vermehrung des Inhaltes geraten erscheinen lassen. Die bei deutschen Wasserversorgungen üblichen Minimalinhalte der Hochreservoire gibt [1], jene bei französischen [2], S. 277, bei englischen [3], bei amerikanischen [4]. Weiteres und umfassende Literaturangaben in [5].

Höhenlage des Wasserspiegels in den Hochbehältern. Der tiefste Spiegelstand muß noch eine Wasserverteilung unter natürlichem Druck im Versorgungsobjekte bezw. für die höchsten Ausläufe des Wassers im letzteren zulassen; der höchste Spiegel liegt in der Regel mindestens 2,5–3 m und äußerstenfalls 10–12 m über dem tiefsten. Innerhalb dieser Grenzen richtet sich die Wahl nach dem Kostenminimum für den Bau des Behälters. Muß der letztere auf Substruktion gestellt werden, so ist das größere, bei den in die Erde eingelassenen Reservoiren das kleinere Maß anzunehmen. Im übrigen wird die notwendige Spiegelhöhe beeinflußt von der Situation des Reservoirs; liegt das letztere vor dem Verteilungsnetze, so ist eine höhere Spiegellage bedingt als wenn es hinter demselben liegt. Sind mehrere Reservoire vorhanden,[80] so müssen die Spiegellagen unter Rücksicht auf die gegenseitige Unterstützung, welche sich die einzelnen Behälter am Tage des größten Verbrauchs gewähren sollen, festgesetzt werden. Näheres hierüber in [5], S. 738 ff.

Hinsichtlich der baulichen Anlage unterscheidet man Sammelteiche (s. Stauanlagen), Zisternen (s.d.), unmittelbar auf oder in gewachsenem Boden erbaute und auf Substruktion gestellte Hochbehälter. In einzelnen Fällen dienen auch lange Zuleitungskanäle für das Wasser als Reservoire. Ist die Gründung im gewachsenen Boden möglich, so wird die Herstellung eines Hochbehälters bei gleichem Fassungsvermögen stets erheblich billiger als bei Aufstellung auf Substruktion. Die Ausführung des Baues erfolgt bei den zur Wasserversorgung dienenden Reservoiren am besten in Mauerwerk oder Beton; doch ist bei den auf Substruktion gestellten Bauten die Verwendung von Eisen manchmal unvermeidlich. Ist das notwendige Wasserfassungsvermögen gering, so wird in der Regel das in allen seinen Teilen von außen zugänglich anzulegende Reservoir in einer, bei großem Inhalte dagegen in zwei Abteilungen erbaut, letzteres in der Absicht, um bei erforderlichen Reinigungen und Reparaturen wenigstens die Hälfte des aufgenommenen Wassers zur Verfügung zu haben. Um den Spiegel in bezug auf Ansteigen an eine gewisse Grenze zu binden, ist entweder eine Ueberlaufvorrichtung oder ein selbsttätiger Abschluß der Wasserzuführung [6] erforderlich; zur Entleerung dient ein mit Schieber versehener Leerlauf. Gegen Temperatureinflüsse schützt man die Hochbehälter durch Erdüberdeckung oder (wenn dieselben auf Substruktion stehen) durch Umhüllung mit schlechten Wärmeleitern; manchmal werden auch Heizvorrichtungen eingerichtet, um ein Einfrieren zu verhindern oder zum Zwecke der Erhaltung höherer Temperaturen (bei Thermalwasserbehältern). Entlüftungen sind ebenfalls unerläßlich, Wasserdichtigkeit erstes Erfordernis. In manchen Fällen sind Wassermeßvorrichtungen angezeigt; unter allen Umständen Wasserstandszeiger. Im übrigen richtet sich die Disposition hauptsächlich danach, ob das Reservoir vor oder hinter dem Rohrnetze steht.

Steht das in Erde versetzte Reservoir vor dem Rohrnetze, so wird es auch als Durchgangsreservoir bezeichnet. Der Zulauf (Fig. 1) ist bei Z; im unmittelbar darauffolgenden Räume kann bei Bedürfnis die Meßvorrichtung vorgesehen werden. Das Wasser tritt sodann in die Kammer M, von welcher aus die Einlaufleitungen E in die beiden Reservoirabteilungen und die Umlaufleitung L abgehen, letztere für den Fall, daß das Reservoir ganz ausgeschaltet werden muß. Jede der Abteilungen I und II hat besondere Ablaufleitungen A, die sich mit der Umlaufleitung L vereinigen und in der Verteilungsleitung V fortsetzen. Der Ueberlauf U wird in der Regel in der Trennungsmauer zwischen I und II angebracht, durch ein Rohr in die Vorkammer S geführt und mit der Entleerungsleitung G vereinigt. Die in Fig. 1 eingetragenen Querstriche bedeuten Absperrschieber zur beliebigen Regulierung von Einlauf, Ablauf und Leerlauf. Steht das Reservoir hinter dem Rohrnetze (Endreservoir, Gegenreservoir), so kommen die Umlaufleitung L, die Vorkammer M, die Zuleitung Z und die Einläufe E in Wegfall. Das Wasser strömt jetzt (Fig. 2) durch dieselben Leitungen A in das Reservoir ein, durch welche es dann, wenn die Pressung in der Verteilungsleitung V sinkt, wieder zurückströmt. In diesem Falle empfängt also das Reservoir Wasser, d.h. die Verteilungsleitung V wird zur Zuleitung, wenn dem Verteilungsnetze mehr Wasser zufließt, als das Versorgungsobjekt braucht; im umgekehrten Falle wird Wasser abgegeben. In der Regel pflegt man dann an der Stelle S, an welcher die Verzweigungen beginnen, ein Standrohr einzuschalten mit Ueberlauf, was den normalen Betrieb auch dann gestattet, wenn beide Wasserkammern des Reservoirs außer Tätigkeit sind. – Ganz in ähnlicher Weise müssen die Vorrichtungen zu den gleichen Zwecken bei Reservoiren auf Substruktion disponiert werden.

Die einfachen gemauerten Reservoire, welche im gewachsenen Boden fundamentiert werden können, erhalten in der Regel rechteckige oder kreisförmige Grundrisse. Der Sohle gibt man, je nach der darüber befindlichen Wasserhöhe, 40–60 cm Stärke und stellt sie am besten in Beton mit wasserdichtem Verputze her; eine wenn auch geringe Neigung derselben gegen den Leerlauf (Grundablaß) ist Bedingung. Die Umfassungswände werden den auf sie kommenden Beanspruchungen entsprechend gestaltet. Ist der Behälter in Felsen eingesprengt, so genügt eine einfache Verkleidung des letzteren mit wasserdichtem Putz; liegt er in standfähigem Boden, der die Wasserpressung und eventuell den von der Ueberwölbung herrührenden Horizontalschub mit gleichem Gegendrucke erwidert (Fig. 3), so hat man bei Bestimmung der Mauerstärke lediglich darauf zu achten, daß die der Summe aller Vertikalpressungen in der Lamelle von der Tiefe = 1 entsprechende Resultante P auf keiner Stelle der Fundamentsohle eine ein bestimmtes Maß überschreitende spezifische Pressung erzeugt und ihr Angriffspunkt innerhalb des Kerns (s.d.) der Figur liegt, damit keine Zugspannung im Mauerwerk auftrete. Ist der Boden nicht standfähig, so ergibt sich die Resultante aller Kräfte, die auf die Wand von der Tiefe = 1 wirken, nach Fig. 4, wenn der Gewölbeschub S, der Wasserdruck W, der Erddruck E und das Mauergewicht P zusammengesetzt werden; sie hat nach Lage und Größe denselben Bedingungen wie vorhin zu genügen. Das gleiche gilt für eine freistehende Umfassungsmauer im Sinne der Fig. 5, hierbei fällt aber der Erddruck weg und die notwendige Stätte wird demgemäß wesentlich größer. In nicht standfähigem Boden werden die Gewölbe der [81] Reservoire bereits an der Sohle begonnen und bilden dann, wie Fig. 6 zeigt, zugleich die Einfassungen. Die Bestimmung der Stärken dieser Gewölbe erfolgt nach dem in Bd. 4, S. 510, angegebenen graphischen Verfahren. Diese Anordnung trifft man besonders häufig und mit Vorteil verwendet bei Hochreservoiren aus Beton. Bei letzterem Material sind auch kleine Zugspannungen zulässig, so daß das Verbleiben der Stützlinie im Kerne der Figur kein unbedingtes Erfordernis ist. Noch weniger wird dies bei den im Sinne von Fig. 7 da und dort angewendeten halbkugelförmigen Reservoiren in Monierkonstruktion verlangt, die deshalb mit relativ sehr dünnen Seitenwänden hergestellt werden können, aber gegen den Auftrieb durch Verankerung mit der Betonsohle gesichert werden müssen. – Die einfachen Reservoire werden fast ohne Ausnahme überwölbt, wobei selbstverständlich bei großen Anlagen die Gewölbestützen in den Wasserraum hereinreichen, bei rechteckigem Grundrisse der Behälter in der Regel in Form von durchbrochenen Wandungen. Haben die Behälter eine kreisförmige Grundfläche von bedeutender Ausdehnung, so erhalten sie zweckmäßig durch Säulen abgestützte Monierdecken. – Reservoire in Betoneisenkonstruktion werden in neuester Zeit wohl am häufigsten gebaut, weil sie sehr billig sind und man – seit eine Reihe von Ausführungen zu Bedenken keinen Anlaß gab – keine Vorurteile mehr gegen sie hat. Diese Reservoire erhalten in der Regel ganz flache, durch Unterzüge und Säulen gehaltene Decken und haben im vertikalen Sinne konstanten Wasserquerschnitt. Die gewöhnliche Anordnung zeigt Fig. 8 (Ausführung von Wayß & Freytag, Neustadt a. H.). Die sich sehr einfach gestaltende Berechnung der Decken, Unterzüge und Säulen ist in Bd. 1, S 739 ff., gezeigt, worauf wir verweisen. Bei allen solchen Anlagen ist in erster Linie darauf zu sehen, daß die Decke genügend drainiert wird, damit kein Sickerwasser lange darüber stehen bleibt; andernfalls dringt das Wasser in die Decke ein, spült den Kalk aus dem Beton aus und verursacht damit eine allmählich zunehmende Verschlechterung des letzteren. Dann sind selbstverständlich alle Voraussetzungen der Theorie hinsichtlich Zusammenhang von Beton und Eisen hinfällig.

Doppelte oder dreifache übereinander liegende Reservoire in Mauerwerk sind an einigen Orten (Paris, Rom) bei beschränktem Räume für die Grundrißentwicklung oder in Ausnutzung der Mauern des untersten Behälters als Substruktion für jene der darüberliegenden, höhere Spiegellagen bedingenden, erbaut worden. Wir verweisen auf die Abbildungen und Beschreibungen derartiger Bauwerke in [7]. Während die ganz im Boden liegenden Behälter eine ziemlich gleichmäßige Temperatur halten, also dadurch schädliche Bewegungen im Mauerwerke hindern, ist dies natürlich bei den freistehenden, mehrere Stockwerke umfassenden Reservoiren nicht erreichbar. Deshalb erfordern letztere nicht nur äußerst solide Herstellung in nur ganz vorzüglichen Baumaterialien, sondern auch große Unterhaltungskosten und besondere Maßnahmen, welche die Reparaturen[82] erleichtern. Um die Wasserdichtigkeit genauestens überwachen zu können, ist es geboten, den ganzen Bau zu unterkellern und für den Abzug des etwa von oben in diese Unterkellerungen dringenden Wassers zu sorgen. Einen wesentlichen Fortschritt in bezug auf die Wasserdichtigkeit erreicht man übrigens durch Anwendung von Monierüberzügen für Sohle und Seitenwände derartiger übereinander liegender Bassins, die kleine, durch Temperaturveränderungen bedingte Bewegungen mitmachen, ohne zu reißen.

Auf Substruktion stehende Reservoire in Holz, Gußeisen und Schmiedeeisen sind vielfach ausgeführt und gut bewährt. Hölzerne Behälter, nach Art der Fässer konstruiert, manchmal auch in parallelepipedischer Form, werden nur als Provisorien hergestellt. Bei den Konstruktionen aus Gußeisen werden einzelne Ringe auch in Muffenverbindung übereinander gesetzt [8] oder der Behälter wird in Segmente zerlegt und zusammengeschraubt. Sind die Wasserinhalte klein, so sind derartige Anlagen vorteilhaft. Bei größeren Wasserinhalten eignen sich schmiedeeiserne Behälter besser. Die ältere, übrigens bewährte (französische) Konstruktion mit durchhängendem Kugelboden, entsprechend Fig. 9, wurde lange Zeit verdrängt durch die Konstruktion Intze (D.R.P. Nr. 23187 und 24951), welche Zugspannungen im Auflagerring vermeidet. Fig. 10 stellt den nach System Intze gebauten Behälter in Düren dar. Die in beiden Figuren eingeschriebenen Maße sind Millimeter und geben die außen seitlich befindlichen die Blechstärken an. Neuerdings werden die Behälter vielfach mit Halbkugelböden versehen (D.R.P. Nr. 107890 und 117351) nach Bauart Klönne Fig. 11 und 12. In Fig. 11 ist der zylindrische Teil der Behälterwand als Träger ausgebildet, der die Gewichte auf das eiserne Standgerüst überträgt; in Fig. 12 (Ausführung über einem gemauerten Wasserturm) befindet sich das Auflager mit dem Halbkugelboden in der denkbar einfachsten Verbindung. Eine Anleitung zur Berechnung der nötigen Stärken gibt [9]. Der Einwand, daß in schmiedeeisernen Reservoiren die Qualität des Wassers Not leide, ist ungerechtfertigt. Hierher gehören auch die amerikanischen Standröhren mit Wandungen aus Stahlblech; sie werden in Lichtweiten bis zu 10 m auf große Höhen, also auch mit großen Wasserinhalten errichtet, in gutem Fundamente und durch seitlich angebrachte Taue verankert bezw. gegen Umsturz gesichert [10].

Reichliche Literaturangaben und Zeichnungen ausgeführter gemauerter und eiserner Reservoire finden sich in [5]. Bemerkt sei hier, daß, da weder Mauerwerk noch Beton wasserdicht sind, alle gemauerten bezw. Betonreservoire im Innern mit einem guten Verputz aus Portlandzementmörtel, der nicht unter 2,5–3 cm Stärke haben sollte, versehen werden müssen. Zu beachten ist, daß dort, wo die Umfassungsmauern sehr porös sind, der Verputz häufig Not leidet, weil dann unvermeidlich Schwitzwasser nach außen dringt und – besonders wenn das Wasser weich und kohlensäurehaltig ist – den Kalk im Zementmörtel des Verputzes auflöst. Man beobachtet an allen derartigen Wasserbehältern im Laufe der Zeit ein »Weichwerden« des Verputzes;[83] es ist deshalb größte Vorsicht geboten. Eiserne Reservoire sind mit Oelfarbe zu streichen. Zugänglich gemacht werden die Wasserbehälter entweder durch Steigeisen oder durch Leitern bezw. Treppen.

Die Baukosten der Hochbehälter hängen wesentlich von der Situation derselben, d.h. davon ab, ob bequeme Zufahrten zur Baustelle vorhanden sind oder nicht. In der Regel bezieht man für generelle Voranschläge den Herstellungspreis auf den Kubikmeter aufgespeicherten Wassers; er wird kleiner bei großen Reservoiren und umgekehrt. Sofern in einfachster Weise gebaut wird, insbesondere mit Weglassung der bei solchen Werken höchst überflüssigen sogenannten architektonischen Ausstattung, kann man für große Behälter in Mauerwerk oder Beton (mehr als 1000 cbm) 35–50 ℳ. pro Kubikmeter Wasserinhalt rechnen; kleinere kosten ca. 40–60 ℳ., einschließlich aller Installationen u.s.w., ausschließlich Grunderwerb. Die Kosten eiserner Behälter sind an sich nicht sehr groß; die ganze Anlage wird aber verteuert durch die Substruktion (den Wasserturm). Die Preise schwanken zwischen 50 und 200 ℳ., je nach Höhe und sogenannter architektonischer Ausstattung des Unterbaues.

Literatur: [1] Thiem, A., Anlage und Betriebsergebnisse deutscher Wasserwerke, Journ. s. Gasbel. u. Wasserversorg. 1884, Bd. 27, S. 416 ff. – [2] Bechmann, G., Salubrité urbaine, distributions d'eau etc., Paris 1888. – [3] Hastings, C.W., Waterworks Statistics, London (alljährlich ersch.). – [4] Baker, M.N., The Manual of American Waterworks, New York 1892. – [5] Lueger, O., Die Wasserversorgung der Städte, Darmstadt 1895, S. 734 ff. – [6] Ehmann, v., Die Versorgung der wasserarmen Alb, Stuttgart (o. J.), Blatt V der Tafeln. – [7] Spataro, D., Igiene delle abitazioni, Milano 1894, Bd. 3, 3. Teil. – [8] Gerstner, E., Das Großherzogliche Hofwasserwerk in Karlsruhe, Karlsruhe 1871. – [9] Forchheimer, Ph., Die Berechnung ebener und gekrümmter Behälterboden, Berlin 1894. – [10] Hazlehurst, J.N., Towers and Tanks for Water-Works, New York 1901.

Lueger.

Fig. 1.

Fig. 2.

Fig. 3., Fig. 4., Fig. 5.

Fig. 6.

Fig. 7.

Fig. 8.

Fig. 9., Fig. 10.

Fig. 11.

Fig. 12.