Grundwasser und Grundwasserleiter Ingenieurhydrologie Kolloquium 26.07.2010 Isabel Röber Lisa-Marie...
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Grundwasserund
Grundwasserleiter
Ingenieurhydrologie Kolloquium
26.07.2010
Isabel Röber
Lisa-Marie Mertins
Gliederung
Grundwasser - Daten
- Grundwasserbewegung
- Begriffe
- Gespanntes / ungespanntes GW
Grundwasserleiter - Def. Grundwassernichtleiter / Grundwasserleiter
- Lockergesteingrundwasserleiter
- Festgesteingrundwasserleiter
Grundwasser
• Grundwasser (GW) meist genutzter Rohstoff• einzige verlässliche Wasserressource• GW nimmt in vielen Ländern größten Anteil bei der
Trinkwasserversorgung ein BRD 70%• 1,5 Milliarden Menschen werden durch GW versorgt
• Grundwasser nimmt am Wasserkreislauf teil• die Verweilzeit reicht von unter einem Jahr bis hin zu
vielen Millionen Jahren• GW befindet sich in der gesättigten Feuchtigkeitszone
Grundwasser - Daten
• DIN 4049 Teil 3:– unterirdisches Wasser, das die Hohlräume der Erdrinde
zusammenhängend ausfüllt und dessen Bewegung ausschließlich oder nahezu ausschließlich von der Schwerkraft und den durch die Bewegung selbst ausgelösten Reibungskräften bestimmt wird
• Grundwasserförderung weltweit: 900 km³/a• Globale Grundwasserneubildung: 12.700 km³/a
Grundwasser - Daten
Grundwasserbewegung
• Art und Häufigkeit der auf der Erde vorkommenden Hohlräume variiert stark
• GWBewegung nur in zusammenhängenden Hohlräumen möglich
• Differenzierung u. a. nach Entstehung und Ausprägung• Zwei Arten:
– Poren-Hohlräume– Kluft-Hohlräume– Sonderform der Kluft-Hohlräume: Karst-Hohlräume
Grundwasser - Begriffe (1)
• fossiles GW = GW, das aus niederschlagsreichen Perioden vergangener Zeiten stammt und nicht am Wasserkreislauf teilnimmt
• Grundwasserkörper = Grundwasservorkommen, das eindeutig abgegrenzt ist
– Grundwassersohle = untere Begrenzung– Grundwasseroberfläche = obere Begrenzung
• Grundwasserstockwerke = mehrere GWKörper, die übereinander auftreten
– Schwebendes GW = oberstes freies GW
Grundwasser - Begriffe (2)
• GWMächtigkeit = Abstand GWSohle – GWOberfläche
• GWDruckfläche = gedachte Fläche durch die Endpunkte aller Standrohrspiegelhöhen– Standrohrspiegelhöhe = geodätische Höhe + Druckhöhe
• Grundwasserspiegel = druckmäßig ausgeglichene Grenzfläche zur Atmosphäre
• Grundwasserstand = Höhe des GWSpiegels über oder unter einer waagerechten
Bezugsebene
Grundwasser - Begriffe (3)
• Grundwasserneubildung = Entstehung von GW durch meteoritisches Wasser (oberflächliche Infiltration von atmosphärischen Niederschlagswasser )
– Reservoirtheorie = alle Gewässer der Erde werden von einem unterirdischen Wasserreservoir gespeist
– Versickerungstheorie = GW wird zum größten Teil aus atmosphärischen Niederschlägen
gespeist, aber auch durch Filtration gelangt Wasser durch Sohl- und Uferbereiche von Oberflächengewässern in den Untergrund
– Die Reservoirtheorie ist veraltet, allgemein anerkannt ist die Versickerungstheorie
Grundwasser - Begriffe
Ungespanntes Grundwasser
• GW, bei dem GWOberfläche und GWDruckfläche zusammenfallenStandrohrspiegelhöhe = Wasserspiegel
• bei Wasserentnahme aus einer Bohrung wird der GWKörper entleert
• es entwickelt sich ein zur Bohrung hin zunehmendes Gefälle (Absenktrichter)
Ungespanntes Grundwasser
Gespanntes Grundwasser
• GWOberfläche ungleich GWDruckfläche
• GW kann nicht seinem hydrostatischen Druck entsprechend ansteigen der Druck an der Oberfläche > atmosphärischer Druck
• liegt die GWDruckfläche höher als die Geländeoberfläche? das GW würde aus einer Bohrung frei herauslaufen
= artesisch gespanntes GW
Unterscheidung wirkt sich maßgeblich auf die Grundwasserentnahme aus!
Ungespanntes und Gespanntes GW
Ungespanntes und Gespanntes GW
Artesisch gespanntes GW
Grundwassernichtleiter (GWNL)
• Def.: Ein Gesteinskörper, der wasserundurchlässig ist• Bsp.: tonhaltige Schichten
• GWNL begrenzen Grundwasser leitende Schichten
es bilden sich Grundwasserstockwerke
• Aquifuge = Grundwassernichtleiter• Aquitarde = Grundwassergeringleiter
Grundwassernichtleiter (GWNL)
• Grundwassergeringleiter sind von großer Bedeutung
• noch so geringe Wassertransporte können Auswirkungen haben!
• Bsp.: Schadstofftransport– Altlasten, Deponie, Endlager von chem. Und radioaktiven
Stoffen
Grundwasserleiter (GWL)
• Def.: Ein Gesteinskörper, der Hohlräume aufweist und daher geeignet ist GW weiterzuleiten
• GWL begrenzt durch Aquifugen• GWL erstrecken sich nur über gesättigte Zonen• oberflächennahe GWL sind für Trinkwassergewinnung
geeignet
Grundwasserleiter (GWL)
• drei Grundtypen:– Porengrundwasserleiter– Kluftgrundwasserleiter– Karstgrundwasserleiter
• EU-Wasserrahmenrichtlinie:– alle GWL werden den verschiedenen Einzugsgebieten der
Gewässer zugeordnet und als Grundwasserkörper ausgewiesen
Grundwasserleiter (GWL)
Grundwasserleiter (GWL)
Porengrundwasserleiter (PorenGWL)
• Def.: Ein Gesteinskörper, dessen Hohlräume von zusammenhängenden Poren gebildet werden
• Porengrundwasser = GW im Locker- und Festgestein, dessen durchflusswirksamer Hohlraum Poren
sind
• PorenGWL sind gekennzeichnet durch:– geringe Grundwasserfließgeschwindigkeit– hohes Speichervermögen– gute Filtereigenschaften
PorenGWL ideal für die Trinkwassergewinnung
Porengrundwasserleiter (PorenGWL)
Porengrundwasserleiter (PorenGWL)
Kluftgrundwasserleiter (KluftGWL) (1)
• Def.: Ein Festgesteinsgrundwasserleiter, in dem die Wasserbewegung primär in nicht signifikant durch Lösungsvorgänge erweiterten Trennflächen, wie Klüfte, stattfindet
• Kluft = Oberbegriff für die Vielzahl an geologischen Trennflächen
• KluftGWL treten in sedimentären, metamorphen oder magamtischen Festgestein auf– sedimentär = abgelagertes Lockergestein– metamorph = die durch Metamorphose entstandenen Gesteine– magmatisch = bei der Erstarrung von Magma gebildete Gesteine
Kluftgrundwasserleiter (KluftGWL) (2)
• KluftGWL sind gekennzeichnet durch:– hohe Verweilzeiten des Wassers– die Abhängigkeit von Gebiergseigenschaften
(Durchlässigkeit)
• Durchlässigkeit beeinflusst durch:– Kluftdichte, -rauhigkeit und Art der Kluftfüllung
abhängig von:• Spannungszustand im Boden• felsmechanischen Eigenschaften (Bsp,: Scherfestigkeit)
– tiefenabhängige Druck- und Temperaturzunahme
Kluftgrundwasserleiter (KluftGWL) (3)
• Stofftransport– Kopplung: Transports im mobilen Wasser in der Kluft
mit
immobilen Porenwasser in der Gesteinsmatrix
Gesteinsmatrix kann als Speicher für Schadstoffe dienen
Kluftgrundwasserleiter (KluftGWL)
Kluftgrundwasserleiter (KluftGWL)
Karstgrundwasserleiter
• Def.: Ein Festgesteinsgrundwasserleiter, in dem die Wasserbewegung primär in signifikant durch Lösungsvorgänge erweiterten Trennflächen stattfindet = GWL in verkarstetem Gestein
• Sonderform des KluftGWL– in den vorhandenen Kluften kommt es zur Gesteinslösung durch
das zirkulierende GW– es entstehen große Höhlen und enge Schläuche
• GW erreicht oft hohe Fließgeschwindigkeiten• die Filtereigenschaft ist nicht so gut wie bei PorenGWL
– verschmutzungsempfindlicher
Karstgrundwasserleiter
Karstgrundwasserleiter
Grundwasserleiter-Zusammenfassung
Quellen
• www.wikipedia.de Grundwasser, Grundwasserleiter• http://www.bgr.bund.de/cln_116/nn_322882/DE/Themen/Wasser/
wasser__node.html?__nnn=true• www.wasser-wissen.de/abwasserlexikon• www.geodz.com• http://www.hydroskript.de/html/_index.html?page=/html/hykp1104.html• http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/90/5/Text_Teil_4.pdf• http://www.berlin.de/sen/umwelt/wasser/hydrogeo/de/broschuere/3.3-Bauen-
Grundwasser.pdf• http://www.hydrology.uni-kiel.de/lehre/vorlesung/ss06/269_gw1_2006.pdf• http://www.bau.htw-dresden.de/geotechnik/1LE/gt_ig_vrl_4.pdf• www.ruhr-uni-bochum.de/ • Brockhaus, Leipzig 2003
Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit!