1 Prof. Dr. Christian Wolkersdorfer Prof. Dr. Christian Wolkersdorfer Abriss der Hydrogeologie Abriss der Hydrogeologie Was ist ein Aquifer? Was ist ein Aquifer? Veranstaltung im Wintersemester 2008/2009 Veranstaltung im Wintersemester 2008/2009 Veranstaltung im Wintersemester 2008/2009 Veranstaltung im Wintersemester 2008/2009 Präsentation basiert auf Präsentation basiert auf „Einführung Hydrogeologie“ „Einführung Hydrogeologie“ Prof. Dr. habil Broder J. Merkel (Bergakademie Freiberg) Prof. Dr. habil Broder J. Merkel (Bergakademie Freiberg) Inhalte • Einführung Einführung • Porosität und Permeabilität Porosität und Permeabilität • Warum fließt Grundwasser? Warum fließt Grundwasser? • Wie werden Porosität und Permeabilität bestimmt? Wie werden Porosität und Permeabilität bestimmt? • Wasserchemie und Isotopenchemie Wasserchemie und Isotopenchemie • Mikrobiologie und Seuchen Mikrobiologie und Seuchen • Transport von Partikeln, gelösten Stoffen und Transport von Partikeln, gelösten Stoffen und Wärme Wärme Wärme Wärme • Grundwasserschutz und Grundwassermanagement Grundwasserschutz und Grundwassermanagement • Grundwasserkontaminationen und Sanierung Grundwasserkontaminationen und Sanierung • Modellierung Modellierung
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Prof. Dr. Christian WolkersdorferProf. Dr. Christian Wolkersdorfer
Abriss der HydrogeologieAbriss der Hydrogeologie
Was ist ein Aquifer?Was ist ein Aquifer?
Veranstaltung im Wintersemester 2008/2009Veranstaltung im Wintersemester 2008/2009Veranstaltung im Wintersemester 2008/2009Veranstaltung im Wintersemester 2008/2009
Präsentation basiert auf Präsentation basiert auf „Einführung Hydrogeologie“„Einführung Hydrogeologie“Prof. Dr. habil Broder J. Merkel (Bergakademie Freiberg)Prof. Dr. habil Broder J. Merkel (Bergakademie Freiberg)
Inhalte
•• EinführungEinführung•• Porosität und PermeabilitätPorosität und Permeabilität•• Warum fließt Grundwasser?Warum fließt Grundwasser?•• Wie werden Porosität und Permeabilität bestimmt?Wie werden Porosität und Permeabilität bestimmt?•• Wasserchemie und IsotopenchemieWasserchemie und Isotopenchemie•• Mikrobiologie und SeuchenMikrobiologie und Seuchen•• Transport von Partikeln, gelösten Stoffen und Transport von Partikeln, gelösten Stoffen und
WärmeWärmeWärmeWärme•• Grundwasserschutz und GrundwassermanagementGrundwasserschutz und Grundwassermanagement•• Grundwasserkontaminationen und SanierungGrundwasserkontaminationen und Sanierung•• ModellierungModellierung
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Definition: Aquifer
•• GrundwasserleiterGrundwasserleiter: Fest: Fest-- oder Lockergestein oder Lockergestein mit Hohlräumen und einer bestimmten mit Hohlräumen und einer bestimmten Durchlässigkeit (hydraulische Leitfähigkeit) …Durchlässigkeit (hydraulische Leitfähigkeit) …
•• … aber… aber
-- alle Gesteine haben Hohlräumealle Gesteine haben Hohlräume
-- alle Gesteine sind in gewisser Weise alle Gesteine sind in gewisser Weise d hlä id hlä idurchlässigdurchlässig
•• ein guter Grundwasserleiter (Aquifer) hat ein ein guter Grundwasserleiter (Aquifer) hat ein großes Hohlraumvolumen und eine große großes Hohlraumvolumen und eine große Durchlässigkeit (Permeabilität)Durchlässigkeit (Permeabilität)
Weitere Begriffe
•• GrundwasserGrundwasser--leiterleiter
•• GeringleiterGeringleiter
•• AquifugeAquifuge
•• NichtleiterNichtleiter
•• AquicludeAquiclude•• AquiferAquifer
•• LeiterschichtLeiterschicht
•• LeiterLeiter
kk 11 1010 22 33 1010 55
AquifugeAquifuge
•• HemmerHemmer
•• Leaky Leaky aquiferaquifer
kk 11 1010 55 11 1010 1010
AquicludeAquiclude
•• StauerStauer
kk 11 1010 1010 11kkff = 1= 1··1010--22…3…3··1010--55 kkff = 1= 1··1010--55…1…1··1010--1010 kkff < 1< 1··1010--1010 m sm s--11
• Korrosion in Abhängigkeit vom CO2-Partialdruck (pCO2)p 2
• Oberflächen, Rissen, Spalten, Fugen
• Höhlen, Dolinen und unterirdische Fließsysteme
• Wasseradern“„Wasseradern
• triple-porosity-model (Worthington 1999)
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Verkarstung an Oberfläche ...
Marc Appelhans: Karren am Torrent de Pareis
Karst-Höhlen
http://www.sciencevision.at
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Doline (sinkhole)
地学ハイク写真帳: Aki Yoshidai
Dolinen (sinkholes)
Gerhard Mercator Universität GH Duisburg
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Karst versus Zeit
tropischer Kegelkarst
Neal & Suning: Guilin Li River Karst, China
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wie entsteht Kegelkarst?
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Zusammenfassung Karst-Aquifere
• unterirdisches „Kanalisationssystem“
i ht b d kt K t i t t fäh d t• nicht bedeckter Karst ist extrem gefährdet
• geringes Hohlraumvolumen
• extrem hohe Fließgeschwindigkeiten
v = 10 … 600 m/h
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sieht aus wie Karst, aber …
mechanische
Daniel Bürgin: Upper Antelope Canyon, USA
… mechanische Erosion
einer Sandsteinkluft
Aquifertypen
Einfach KlassifikationEinfach Klassifikation
GG S di tS di tFestFest--
K tK tDoppelDoppel--
GeneseGenese SedimenteSedimenteFestFest
gesteinegesteineKarstKarst
DoppelDoppelporositätporosität
FluviatilFluviatil
Aride FächerAride Fächer
ÄolischÄolisch
GlazialGlazial
TerrestrischTerrestrisch
MarinMarin
VulkanischVulkanisch
MetamorphMetamorph
MagmatischMagmatisch
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Aquifere mit doppelter Porosität (double porosity aquifers)
•• z.B. Sandsteinez.B. Sandsteine
W k it iW k it i•• Wasserwegsamkeit im Wasserwegsamkeit im PorenPoren-- und im Kluftsystemund im Kluftsystem
•• SchadstofftransportSchadstofftransport
Stephen R.H. Worthington 1999
Aquifertypen in Bayern
LfW 2001
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Bergbau („mine aquifer“)
• Tagebau verändert Grundwasserleiter
Ti f B b ä d t hh lti di• Tiefer Bergbau verändert nachhaltig die hydraulische Durchlässigkeit
Tagebau (open pit mining)
As Pontes, Spanien
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An underground Mine
Freiberg/Sachsen: Reiche Zeche, 3. Sohle
An underground Mine
Peißenberg/Bayern: Tiefstollen
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An underground Mine
weathered rockssettlement lagoon
soil cover
Precipitation Germany: ≈ 9.1 Billion m³Europe: ??
dissolution of secondary minerals
oxidation of di-sulphides
seeping water
weathered rocksdewatering adit
seeping water seeping waterpump
stream
lagoon
free convection
closed convection shaftshaft
undisturbed rock
mine water
Untertage Bergbau (underground operations)
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Zusammenfassung
• Aquifer: Festgestein oder Sedimentpaket, das in der Lage ist auf Grund seiner Hohlräume, g ,Wasser zu transportieren- Ein Aquifer kann, muss aber nicht Wasser enthalten
• Aquicludes: Festgesteine oder Sedimente, die kaum Wasser transportieren können
G i i• Leaky Aquifers: Grundwasserleiter, die nur eine geringe Durchlässigkeit für Wasser aufweisen