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!