3.1 3.1 Grundwasser und Aquifere 3.1 Definitionen und Grundbegriffe Grundwasser (GW): Wasser unterhalb der Bodenoberfläche Grundwasserkörper: Grundwasservorkommen oder Teil davon Grundwasserleiter (GWL): geologische Formation, die aufgrund von Hohlräumen Wasser (Aquifer) führen kann Grundwasserstockwerk: wenn mehrere GWL durch gering- oder nahezu undurchlässige Schichten getrennt sind, wird von einer Gliederung des Grundwasserkörpers in Stockwerke gesprochen Lockergesteins-GWL: Poren-GWL aus Sanden und/oder Kiesen (v 1 m/d) Festgesteins-GWL: - Kluft-GWL (v einige Meter pro Tag) - Karst-GWL (v 100 m/d) Grundwassermächtigkeit: wassererfüllter Anteil eines GWL Grundwasserstauer: geologische Formationen, die GW nicht leiten (Aquiclude) gesättigte (Boden-)Zone: Hohlräume sind vollständig mit Wasser erfüllt ungesättigte (Boden-)Zone: Hohlräume enthalten Wasser und Luft (Vadose- Zone) Standrohrspiegelhöhe: Summe aus geodätischer Höhe und Druckhöhe (Druckspiegel) in einem Standrohr (engl. hydraulic head) Grundwasserdruckfläche: Verbindung einzelner Standrohrspiegelhöhen im Raum Grundwasserspiegel: Wasserspiegel in einer Grundwassermeßstelle Grundwasserstand: Höhe des Grundwasserspiegels zur Bezugsebene (z.B. NN) Grundwasseroberfläche: Oberfläche des Grundwasserkörpers Grundwasserflurabstand: Abstand zwischen Geländeoberkante (GOK) und Grundwasserspiegel freier (phreatischer) GWL: GWL mit frei beweglicher Grundwasseroberfläche innerhalb des GWL ( engl. unconfined oder water table aquifer) gespannter GWL: GWL, der von einer nahezu undurchlässigen Deckschicht überlagert ist. Die Standrohrspiegelhöhe ist höher als die Deckschicht. Extremfall: Artesischer GWL: Standrohrspiegelhöhe steht über Gelände. (engl. confined aquifer). halbgespannter GWL: GWL, der durch eine halbdurchlässige Schicht von einem weiteren GWL getrennt ist (engl. leaky aquifer) schwebender GWL: örtlich und oft zeitlich begrenzter Grundwasserkörper auf einer regional begrenzten schlecht durchlässigen Schicht innerhalb der ungesättigten Zone (engl. perched aquifer) Leakage: Ausgleich zwischen zwei GWL durch eine halbdurch-lässige Schicht
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3.1 Grundwasser und Aquifere 3.1 Definitionen und ... · 3) Stauquellen entstehen, wenn sich infolge von tektonische Verwerfungen ein Nicht-GWL über einen GWL schiebt und sich an
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3.1
3.1 Grundwasser und Aquifere3.1 Definitionen und Grundbegriffe
Grundwasser (GW): Wasser unterhalb der Bodenoberfläche
Grundwasserkörper: Grundwasservorkommen oder Teil davon
Grundwasserleiter (GWL): geologische Formation, die aufgrund von Hohlräumen Wasser
(Aquifer) führen kann
Grundwasserstockwerk: wenn mehrere GWL durch gering- oder nahezu undurchlässige
Schichten getrennt sind, wird von einer Gliederung des
Grundwasserkörpers in Stockwerke gesprochen
Lockergesteins-GWL: Poren-GWL aus Sanden und/oder Kiesen (v � 1 m/d)
Festgesteins-GWL: - Kluft-GWL (v � einige Meter pro Tag)
- Karst-GWL (v � 100 m/d)
Grundwassermächtigkeit: wassererfüllter Anteil eines GWL
Grundwasserstauer: geologische Formationen, die GW nicht leiten (Aquiclude)
gesättigte (Boden-)Zone: Hohlräume sind vollständig mit Wasser erfüllt
ungesättigte (Boden-)Zone: Hohlräume enthalten Wasser und Luft (Vadose- Zone)
Standrohrspiegelhöhe: Summe aus geodätischer Höhe und Druckhöhe (Druckspiegel) in
einem Standrohr (engl. hydraulic head)
Grundwasserdruckfläche: Verbindung einzelner Standrohrspiegelhöhen im Raum
Grundwasserspiegel: Wasserspiegel in einer Grundwassermeßstelle
Grundwasserstand: Höhe des Grundwasserspiegels zur Bezugsebene (z.B. NN)
Grundwasseroberfläche: Oberfläche des Grundwasserkörpers
Grundwasserflurabstand: Abstand zwischen Geländeoberkante (GOK) und
Grundwasserspiegel
freier (phreatischer) GWL: GWL mit frei beweglicher Grundwasseroberfläche innerhalb des
GWL ( engl. unconfined oder water table aquifer)
gespannter GWL: GWL, der von einer nahezu undurchlässigen Deckschicht
überlagert ist. Die Standrohrspiegelhöhe ist höher als die
D e c k s c h i c h t . E x t r e m f a l l : A r t e s i s c h e r G W L :
Standrohrspiegelhöhe steht über Gelände. (engl. confined
aquifer).
halbgespannter GWL: GWL, der durch eine halbdurchlässige Schicht von einem
weiteren GWL getrennt ist (engl. leaky aquifer)
schwebender GWL: örtlich und oft zeitlich begrenzter Grundwasserkörper auf einer
regional begrenzten schlecht durchlässigen Schicht innerhalb der
ungesättigten Zone (engl. perched aquifer)
Leakage: Ausgleich zwischen zwei GWL durch eine halbdurch-lässige
Schicht
3.2
3.2 Hydrologische Aufteilung des Untergrundes
3.2.1 Feuchtigkeitszonen
Abb. 3.1: Hydrologische Aufteilung des Untergrundes in die ungesättigte (Vadose) und
gesättigte Zone (Mattheß und Ubell, 1983)
Die erste hydrologische Aufteilung des Untergrunds ist nach dem Grad der Sättigung des
porösen Mediums mit Wasser.
a) die ungesättigte oder Vadose-Zone, wo die Poren nur teilweise mit Wasser
aufgefüllt sind. Diese Zone ist besonders in der Bodenphysik und in der
Landwirtschaft von Bedeutung, als Quellzone für das von Pflanzen
aufgenommene Wasser. Darüber hinaus ist sie aber auch die “Durchgangszone”
für die von der Erdoberfläche eingetragenen Schadstoffe.
b) die gesättigte Zone ist die eigentliche Grundwasser-Zone und der Hauptspeicher
von Untergrundwasser.
Wie später gezeigt wird, sind die physikalischen Gesetze der Geohydraulik in den beiden Zonen
sehr verschieden. Die der Vadose-Zone sind sehr viel komplexer und sind auch erst in jüngster
Zeit genauer erforscht worden. Dagegen sind die wesentlichen Zusammenhänge der
Grundwasserdynamik schon länger bekannt.
3.3
3.2.2 Aquifere und Aquitards
3.2.2.1 Hydrologische Klassifikation
Bei der hydrologische Klassifikation von Grundwasser-Aquiferen wird der Untergrund zunächst
nur als ein poröses Medium betrachtet dessen Poren mit Wasser gefüllt (Porosität), welches
sich mehr oder weniger gut bewegen kann (hydraulische Durchlässigkeit).
Abb. 3.2: Aquifere, Standrohrhöhen und Grundwasser (Bear and Verruijt, 1987)
Abb. 3.3: Aquifere, Standrohrhöhen und Grundwasser ( Mattheß und Ubell, 1983)
3.4
Zufolge Abb. 3.2 und 3.3 unterscheidet man:
1) Ungespannter (phreatische) (engl. unconfined) Aquifer:
Oberster Aquifer, der nach oben durch den Wasserspiegel abgegrenzt ist; daher ist die
Spiegelstandrohrhöhen gleich dem Wasserspiegel.
2) Gespannter (artesischer) (engl. confined) Aquifer:
Aquifer, der zwischen zwei mehr oder weniger undurchlässigen Schichten (Aquitard
oder Aquiclude “gesandwicht” ist. Die Spiegelstandrohrhöhe liegt über der oberen
Deckschicht und im Fall eines artesischen Aquifers sogar über der Erdoberfläche. Für
den Fall, daß die obere Deckschicht zum ungespannten Aquifer relativ durchlässig ist,
spricht man auch von einem halbgespannten Aquifer.
Beispiele: Pariser Becken ( mit ursprünglicher Sprunghöhe von 33 m über EO) und
Dakota Aquifer System (Abb. 3.4-3.6). Durch langjähriges Überpumpen liegt die
Spiegel standrohrhöhe allerdings heute unter EO. Geologisch entstehen artesische
Aquifer-Systeme vornehmlich in topographischen Senken, insbesondere wenn sich
durch Ablagerungen oder tektonische Verwerfungen noch impermeable Deckschichten
über dem GWL ausbilden (s. Abb. 3.6)
3) Leckender (leaking) Aquifer:
Ungespannter oder gespannter Aquifer, dessen Deck- oder Bodenschicht relativ
durchlässig ist. Die meisten Aquifere sind immer etwas leckend.
4) schwebender (engl. perched) Aquifer:
Diese sind oft Ursache von zeitweiligen Quellen im Mittelgebirge nach starken
Niederschlägen und bezeichnen eine Ansammlung von Grundwasser über einer
wasserundurchlässigen Schicht oberhalb eines Haupt-Aquifers.
5) Aquitard oder Aquiclude: Wasserundurchlässige oder wenig-durchlässige Schicht, die
Aquifere voneinander abgrenzt.
6) Aquifuge: Grundwassernichtleiter
Bedeutung des Aquifers als:
1) Wasser-Quelle (Problematik des Yields (Ergiebigkeit), s. Kap. 1.3.1.1)
2) Wasserspeicher
3) Wasserleiter
4) Filter
5) Kontrollfunktion für Basisabfluß von Fließgewässern