E X KURS I O N E N

anläßlidi der Frühjahrstagung unserer Gesellsdiaft Wiesbaden 1954

Führung zu den Mineralquellen Wiesbadens am 28. Mai 1954

Berichterstattung: F. MICHELS

Unter der geologischen Führung von F. MICHELS (vgl. S . 1 13 dieses Bandes) und der technischen Führung durch die Herren des Städt. Tiefbauamtes und der Städt. Bäderverwaltung Wiesbaden, vor allen Dingen durch Herrn MAHLKE, wurden die Anlagen des Faulbrunnens, des Schützenhofbrunnens, der Adler­quelle und des Kochbrunnens gezeigt. Durch das Städt. Tiefbauamt war in sehr entgegenkommender Weise die Besichtigung der Bohrarbeiten an der Adler­quelle ermöglicht sowie die Möglichkeit gegeben, die Bohrproben, insbesondere der Bohrung der Kleinen Adlerquelle, zu besichtigen.

Im Anschluß an die Besichtigung fand ein Tee-Empfang der Städt. Kur­und Bäderverwaltung der Stadt Wiesbaden in der Brunnenkolonnade statt, bei dem Herr Kurdirektor MEINECKE seiner Freude Ausdruck gab, daß die Geologen als Erforscher der Geologie der Mineralquellen ihr so großes Interesse für Wies­baden zeigten. Gerade im Hinblick auf die Arbeiten an der Adlerquelle betonte er die so erfreuliche und erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen Bäderverwal­tung, Technik und Wissenschaft.

Am Abend dieses Tages konnten zahlreiche Teilnehmer der Tagung durch die freundliche Einladung der Intendantur der Hessischen Staatstheater Wies­baden die Oper „Aus einem Totenhaus" von L. Janacek besuchen.

Exkursion (B) zu den Anlagen der Wasserwerke Wiesbaden am 29. Mai 1954

Führung und Berichterstattung: F. MICHELS (Geologie) und F. W. VoGEL (Direktor des Städt. Wasserwerks Wiesbaden für den technischen Teil) Besichtigt wurden : 1 . S c h l ä f e r s k o p f - u n d K r e u z s t o l l e n nebst Rohrschutzanlagen, 2. das G r u n d w a s s e r w e r k W i e s b a d e n - S c h i e r s t e i n (Rhein­

wasserversickerung in Sedimentations- und Infiltrationsbecken) , 3. F l u ß :w a s s e r - A u f b e r e i t u n g s w e r k B i e b r i c h (direkte Ver­

arbeitung von Rheinwasser zu Trinkwasser) . 1 . S c h l ä f e r s k o p f - u n d K r e u z s t o l l e n n e b s t R o h r s c h u t z ­

a n l a· g e n. 4 Tiefstollen von insgesamt 1 1 442 m Länge erschließen in dem durch­

fahrenen Gebirge unzählige wasserführende Spalten und Klüfte des Taunus­quarzits zwecks Gewinnung hochwertigen Trinkwassers in großen Tiefen. Die eingebauten Verschlüsse ermöglichen, Spalt- und Kluftwasser im Gebirge, beson­ders in den beiden Quarzitzügen, aufzuspeichern. Bei größtem Stau können hin-

DOI: 10.1127/zdgg/106/175a

1 74 F. Nöring : Grundwasserersdiließung für landwirtsdiaftlidie Bewässerung

Sie scheinen nicht sehr bedeutend zu sein. Von den Flüssen, die von den Rand­gebirgen her in die Konya-Ebene strömen, ist der bedeutendste der Carsamba, der den Beysehir- und Sugla-See durchströmt und, bevor er bei Cumra zur Bewässerung verwandt wurde, in Morästen der Ebene verdunstete (Abb. 2) .

Die Ebene liegt 975-1010 m über dem Meer. Die Bohrungen ergaben eine große Mächtigkeit des Quartärs und des jungen Neogens. Paläontologisch ist die Grenze zwischen beiden Formationen nicht gesichert. Sie mag sich litho­logisch durch eine Farbnüance ausdrücken. Während die roten Mergel in der Tiefe tertiären Alters sein mögen, kann man die braunen Mergel der höheren Schichten dem Quartär zurechnen. Nach dieser Grenzziehung erreicht das Quar­tär Mächtigkeiten bis über 50 m. Die Rekonstruktion der Paläogeographie ergibt, daß von Westen kommende Flüsse (bei Konya) die roten Verwitterungserden des Gebirges abgeschwemmt und, vermischt mit Kalksteindetritus aller Korn­größen, als Mergel oder Geröllmergel sedimentiert haben. In stilleren Buchten kam es zur Ausscheidung von Kalkablagerungen. Geröll- und Kalksteinlagen, desgleichen die roten und braunen Farben der Mergel, werden nach Osten hin durch graue Mergel mehr und mehr ersetzt. Als gute Grundwasserleiter erwiesen sich die Kalkbänke und die tonarmen Gerölleinschaltungen. Alle bis jetzt ge­machten Beobachtungen sprechen dafür, daß das Grundwasser dem 120 km nordöstlich Konya gelegenen Großen Salzsee zustrebt, wo es verdunstet.

Die Sedimente der Ebene erinnern sehr an das Rotliegende der Saarsenke oder an die oberoligozänen Niederröderner Schichten, der tektonische Aufbau des Beckens an den des Rheintalgrabens.

Als Bewässerungsgebiete kommen die zentralen Teile der Ebene mangels Vorflut kaum in Betracht. Hingegen sind die dem Taurus angelehnten, west­lichen, morphologisch eine Stufentreppe bildenden Randstaffeln der Graben­senke als Bewässerungsgebiete geeignet. Einige hundert km2 können hier aus ertragsarmer Steppe in fruchtbare Gärten mit Hilfe von Bewässerung aus dem Grundwasser umgewandelt werden.

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Sdtriften

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Grundwassererschließung für landwirtschaftliche Bewässerung 1 73

und Dränungsmöglichkeit die größten Teile der Konya-Ebene für Bewässerung aus. Die Ebene stellt die trodcengefallene, fast horizontale Bodenfläche eines pleistozänen Binnensees dar.

Hydrogeologie der Konya-Ebene

Die 7600 km2 große, fast ebene und gänzlich meeresabßußl0se Ebene wird von Gebirgszügen umrandet, die bis zu 3488 m Meereshöhe erreichen (Aydos Dag) . Die oberflächliche Wasserscheide kommt bis auf 50 km an das Mittelmeer heran. Welche Wassermengen dem Niederschlagsgebiet der Konya-Ebene unter­irdisch durch Abfluß zum Mittelmeer verlorengehen, ist noch nicht ermittelt.

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1 7:::! F. Nöring

Abb. 1 . Die ariden Gebiete der Erde. Karte der Erde mit Ausschluß der Polargebiete in Mercator-Projektion. Senkrecht schraffierte Flächen : aride Gebiete nach WuNDT. Dicke

Linien : Faltengebirge der alpidischen und variszischen Orogenese (Auswahl) .

zonten) , in denen die Durchlässigkeit 5500fach geringer festgestellt wurde, erschweren die in ariden Gebieten erforderliche Wegschwemmung der schäd­lichen Salze. Jedes Grundwasser enthält nämlich bekanntlich Salze. Wasser von chemisch reiner, destillierter Beschaffenheit kommt in der Natur nicht vor. In­folgedessen hat das Bewässerungswasser in ariden Gebieten, wo der natürliche Niederschlag eine geringe Rolle spielt, zwei Funktionen zu erfüllen. Es muß der Pflanze das notwendige Wasser zum Pflanzenaufbau und zur Transpiration zur Verfügung stellen und gleichzeitig die von der Pflanze nicht verbrauchten Salze zum Grundwasser, das von einem oberflächlichen Vorfluter aufgenommen wird, wegtransportieren. Außerdem darf es nie mehr Salze enthalten als der Wurzelzone der Pflanze zuträglich ist. Ein willkürlich gewähltes Beispiel möge das erläutern: Ein zur Verfügung stehendes Grundwasser enthalte 1 g/l eines der Pflanze nicht dienlichen Salzes. Eine Konzentration von 2 g/l im Boden­wasser der Wurzelzone sei tragbar. Das auf- oder eingebrachte Wasser darf also nur zu 1/2 von der Pflanze verbraucht werden, damit es nicht die tragbare Grenze der Konzentration überschreitet. Also muß die zweifache Wassermenge gegeben werden, von der 1/2 der Pflanze zugute kommt und 1/2 zum Grundwasser ab­geführt wird. Hätte das zur Verfügung stehende Grundwasser 0,1 g des Salzes, so könnten 19 Teile von der Pflanze verbraucht werden, während 1 Teil zur Salzausschwemmung benötigt würde. Das zum Unterlieger gelangende Wasser wird immer salzreicher, und tatsächlich sind Fälle bekannt, wo mehr Wasser zur Entsalzung als zur Ernte benötigt wird. Über den maximalen Salzgehalt, mit dem das ablaufende Wasser eines Bewässerungsgebietes mit Rücksicht auf die Unterlieger belastet sein darf, sind in den USA gesetzliche Regelungen getroffen worden (STAFFORD & HuBERTY 1951) .

Gleichzeitig ergibt sich aus den Ausführungen, daß Bewässerung ohne Vorflut auf die Dauer nicht durchführbar ist. So scheiden z. B . mangels Vorflut

Grundwassererschließung für landwirtschaftliche Bewässerung 1 7 1

sation aus der durch das aride Klima hervorgerufenen Bodenversalzung. (Daß Salzvorkommen des tieferen Untergrundes das Grundwasser jedes Stockwerks beeinträchtigen können, betrifft nicht diese grundsätzliche Aussage.) Daher ist es für Wassererschließungen in ariden Gebieten typisch, daß große Tiefen ge­wählt werden. Selbst die Tiefe von 1000 m wurde überschritten. Die physika­lisch unhaltbare Ansicht, unterhalb des Meeresspiegels bestehe infolge „Vor­ßutmangel" keine Grundwasserbewegung, hat zeitweise den Fortschritt ge­hemmt, ist heute aber überwunden. Ein weiterer Grund für die Aufsuchung großer Tiefen ergibt sich aus der geologischen Tatsache, daß sich die geologische Formation der höheren Gebirge oft in der Tiefe unter den intramontanen Ebenen als Grundgebirge erwarten läßt.

Bedeutung der Kalkgebirge

In erdweiter Schau / gesehen, liegt darin eine besondere Gunst der ariden Gebiete, daß sie auf weite Strecken mit dem alpinen Faltengürtel zusammen­fallen. Die nordamerikanischen Gebiete liegen nahe dem Felsengebirge, die südamerikanischen den Anden, die nordafrikanischen (nur im nordwestlichen Teil) dem Atlas, das vorderasiatisch-iranisch-afghanische Gebiet dem Gebirgszug Taurus-Hindukusch. Die Gunst besteht darin, daß die Gebirge des alpinen Orogens nicht nur morphologisch große Höhen erreichen mit höheren Nieder­schlägen und geringerer Verdunstung, sondern daß in ihnen Kalkstein- (und Dolomit-) Formationen verbreitet sind, vielfach sogar, wie im Taurus, vorherr­schen. So empfangen sie bei geringerer Verdunstung höhere Niederschläge und entziehen zudem dank ihrer Verkarstung der Verdunstung und dem oberfläch­lichen Abfluß weit größere Niederschlagsanteile, als dies bei nichtauflösungs­fähigen Formationen der Fall ist. Der entzogene Anteil kommt dem unter­irdischen Abfluß, dem Grundwasser, zugute . Die Kalkformationen setzen sich oft unter den niederschlagsarmen Niederungen fort. Ihr unterirdisches Wasser kann erbohrt werden. Sie stellen riesige, natürliche Wasserleitungen in die Trockengebiete dar. (Die Ausführungen gelten naturgemäß auch für Kalkforma­tionen außerhalb des alpinen Orogens. ) Da die Wasserbewegung im Kalkgebirge häufig mehr in Form von Adern als im gesamten Gebirgsquerschnitt erfolgt, müssen Bohrungen tief genug vorgesehen werden, um die Wahrscheinlichkeit des Antreffens einer oder mehrerer wasserdurchströmter Kavernen zu erhöhen (Abb. 1) .

Aufgabe der Hydrogeologie

Trotz der bisher behandelten Besonderheiten besteht in der Tätigkeit des Hydrogeologeri im ariden Gebiet kein grundsätzlicher Unterschied zu dem im humiden Gebiet. In beiden Fällen ist seine Aufgabe, mittels geologischer Me­thoden Einzugsgebiet und Wanderweg des Grundwassers festzustellen, mittels hydrologischer Methoden die Neubildungsmenge zu ermitteln und für die Ge­winnung die Ausgleichsspeicherfähigkeit der Grundwasserleiter für wechselnde Zuflußmengen, das Vorliegen nach oben abdichtender Schichten und die für Durchlässigkeit und Gewinnungstiefe günstigsten Strukturen zu erforschen.

Boden und Wassermenge

Für künstliche Bewässerung sind Böden mit tiefem, durchlässigem Boden­profil, guter Wasserinfiltrationsmöglichkeit, gutem Luftaustausch, guter Wasser­und Nährstoffhaltung erwünscht. Böden mit Verdichtungshorizonten (B-Hori-

1 70 F. Nöring

Oberflächengewässers in Tiefen, die der Boden- und Pßanzenverdunstung ent­rückt sind, z. B . in Karstgebieten, in Schuttkegeln und in anderen stark durch­lässigen Gesteinen; episodisches oder periodisches Auftreten ausreichender Nie­derschläge oder oberßächlicher Zußüsse, von denen zwar ein Teil verdunstet, ein Teil auch im Sickerwasserbereich festgehalten wird, dennoch aber ein Teil bis zum Grundwasser hinabdringt. Im letztgenannten Fall ist die Gefahr der Ver­salzung besonders groß, da mit dem Eindringen des Wassers die durch Ver­witterung und Verdunstung kapillar aufsteigenden Wassers gebildeten Salze der Oberfläche und des Sickerwasserbereichs in das Grundwasser eingespült werden .

Vorteil der Platzwahl

Aus vorstehendem ergibt sich, daß als besonders grundwasserhöffig solche aride Gebiete ausgewählt werden können, die geographisch in der Nähe nieder­schlagsreicherer Gebirge liegen oder aber eine geringe Retention im Sicker­wasserbereich (Raum zwischen Erd- und Grundwasseroberßäche) aus geolo­gischen Gründen aufweisen. Die Auswahl der günstigsten Stellen ist notwendig, da jede Überschlagsrechnung zum Wasserhaushalt deutlich macht, daß ohnehin nur Bruchteile der ariden Gebiete in intensive landwirtschaftliche Kultur ge­nommen werden können. Die übrigen Voraussetzungen für das Pßanzengedeihen, Licht und Wärme, stehen im Überfluß zur Verfügung, geeignete Böden sind meist ausreichend zu finden. Infolge der dünnen Besiedlung der ariden Gebiete besteht im Gegensatz zu den dicht besiedelten Gebieten der Vorteil , daß der Platz der Erschließung ohne Erschwerung durch Vorhandensein zivilisatorischer Einrichtungen, rein nach hydrogeologischen und pedologischen Gesichtspunkten, ausgewählt werden kann.

Ersdtließungsziel

Die erforderliche Menge an Bewässerungswasser hängt von der Bewäs­serungsmethode, der Dauer der Vegetationsperiode, dem in dieser Zeit fallenden Niederschlag, der durch Wasserdampfsättiglmg, Temperatur und Bewegung der Luft bedingten Verdunstung, der Kulturart, der Beschaffenheit des Bodens und dem Salzgehalt des Grundwassers ab und ist daher recht verschieden. Dennoch sei zur Bildung einer richtigen Vorstellung über die Größenordnung für den der Materie Femstehenden gesagt, daß an vielen Stellen arider Gebiete mit etwa 1 l/s · ha = 8640 m3/d · km2 bewässert werden muß. Das ist eine weit größere Menge, als sie eine mitteleuropäische Großstadt zu ihrer Wasserversor­gung benötigt. Die Stadt Frankfurt a. M. z. B . mit 195 km2 Fläche benötigt als Sommerspitze rund 1000 m3/d · km2, also weniger als den achten Teil einer Kulturfläche im ariden Gebiet ! (Zum Beispiel der Stadt Frankfurt ist zu sagen, daß zwar Teile des Stadtgebietes unbesiedelt sind. Umgekehrt ist in der Ver­brauchszahl die Wasserabgabe an etwa 12 Landgemeinden enthalten. ) Es liegt also die schwierige hydrogeologische Aufgabe vor, in naturgegeben grundwasser­armen Gebieten große Grundwassermengen nachzuweisen. Sie ist an vielen Stellen der Erde gelungen.

Bedeutung der tiefen Stockwerke

Als Häufigkeitsregel kann behauptet werden, daß ein oberflächennahes Grundwasserstockwerk sein Einzugsgebiet mehr in der Nähe, ein tiefes Grund­wasserstockwerk mehr in der Feme besitzt. Die tiefen Grundwasserstockwerke versprechen den hydraulischen Kontakt mit Einzugsgebieten in niederschlags­reicheren Gebirgen, außerdem in chemischer Hinsicht Freiheit von Minerali-