Hydraulische Betrachtungen in den Grundwasserleitern von Caldas
Novas - Gois - Brasilien
Diplomarbeit
vorgelegt von Kristina Gazi Matrikelnummer: 220639
Institut fr Angewandte Geowissenschaften Fachbereich
Hydrogeologie Technische Universitt Berlin Mrz 2009
Hiermit versichere ich, die vorliegende Arbeit ohne fremde Hilfe
und ausschlielich mit den angegebenen Hilfsmitteln angefertigt zu
haben.
Berlin, Mrz 2009
............................................. (Kristina
Gazi)
DANKSAGUNG Mein besonderer Dank gilt Herrn Prof. Trger. Ich
danke ihm fr die Vergabe des Themas und die Betreuung vor Ort.
Sowohl seine umfassende Einfhrung in das Gebiet als auch die
Bekanntmachung mit Ansprechpartnern und lokalen Behrden waren fr
die Durchfhrung des Projektes eine groe Hilfe. Bei der Organisation
AMAT bedanke ich mich fr die finanzielle Untersttzung, die mir den
Aufenthalt in Caldas Novas erst ermglicht hat. Herrn Gustavo von
der DNPM bin ich fr die Durchfhrung der zahlreichen Pumpversuche im
Gelnde sehr zu Dank verpflichtet. Bedanken mchte ich mich auch bei
Fabo Floriano Haesbaert und Silvio Fagundes fr ihr Engagement bei
den Gelndearbeiten, sowie deren Familien fr Ihre Gastfreundschaft
whrend meines Aufenthaltes in Caldas Novas. Herzlich bedanke ich
mich bei Prof. Jos Eli Guimares Campos und Meire sowie Ilka Crtes,
die mich sehr herzlich aufgenommenen haben whrend meines
Aufenthaltes in Braslia und Goiania. Meinen Eltern und Schwestern
mchte ich ganz besonders danken. Durch ihre liebevolle Untersttzung
haben sie die Fertigstellung dieser Arbeit mglich gemacht.
Christoph Schmidt danke ich fr die Untersttzung, fr die hilfreichen
Diskussionen ber fachliche Fragestellungen und die Ausdauer bei der
Anfertigung dieser Arbeit. Auch Marina Wurst mchte ich fr die sehr
hilfreichen Kommentare namentlich danken. Neben den vielen
Menschen, die mich sehr untersttzt haben, sei vor allem auch den
Mitarbeitern und Doktoranden der TU Berlin mein herzlichster Dank
ausgesprochen.
Kristina Gazi
InhaltsverzeichnisTABELLENVERZEICHNIS
.............................................................................................................III
ABBILDUNGSVERZEICHNIS.........................................................................................................
IV
ABKRZUNGSVERZEICHNIS.......................................................................................................
VI 1 1.1 1.2 1.3 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3 EINFHRUNG
...........................................................................................................................-
1 AUFGABENSTELLUNG
...............................................................................................................
- 2
UNTERSUCHUNGSKONZEPT......................................................................................................
- 2 VORANGEGANGENE ARBEITEN
...............................................................................................
- 3 GEOGRAPHISCHE GRUNDLAGEN
.....................................................................................-
6 LAGE DES UNTERSUCHUNGSGEBIETES
...................................................................................
- 6
KLIMA........................................................................................................................................
- 6 VEGETATION
.............................................................................................................................
- 8 MORPHOLOGIE
.........................................................................................................................
- 9 HYDROLOGIE
..........................................................................................................................
- 11 GEOLOGISCHE UND HYDROGEOLOGISCHE GRUNDLAGEN
.................................- 12 REGIONALE GEOLOGIE
..........................................................................................................
- 13 TEKTONIK
...............................................................................................................................
- 16 LITHOLOGIE IM
UNTERSUCHUNGSGEBIET:..........................................................................
- 17 ARAX
GRUPPE.....................................................................................................................
- 17 PARANO GRUPPE
................................................................................................................
- 17 HYDROGEOLOGIE IN DER REGION VON CALDAS
NOVAS..................................................... - 18
PORENGRUNDWASSERLEITER.............................................................................................
- 18 KLUFTGRUNDWASSERLEITER
.............................................................................................
- 19 -
3.1 3.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.4 3.4.1 3.4.2
4 VERARBEITUNG UND AUSWERTUNG DER BOHRPROFILE IM BEREICH VON
CALDAS
NOVAS............................................................................................................................-
21 4.1 4.2 5 GRUNDLAGEN DER PROFILE
..................................................................................................
- 21 ERGEBNISSE
............................................................................................................................
- 21 PUMPVERSUCHE IN CALDAS NOVAS
.............................................................................-
26 -
5.1 DURCHGEFHRTE ARBEITEN
................................................................................................
- 26 5.2 ALLGEMEINE ANGABEN ZUM PUMPVERSUCH
......................................................................
- 27 5.3 CHARAKTERISIERUNG UND KLASSIFIZIERUNG DER BRUNNEN
........................................... - 27 5.3.1 BRUNNEN 41
.........................................................................................................................
- 28 5.3.2 BRUNNEN 200
.......................................................................................................................
- 33 5.3.3 BRUNNEN 206
.......................................................................................................................
- 38 5.3.4 BRUNNEN 48
.........................................................................................................................
- 43 5.3.5 BRUNNEN 208
.......................................................................................................................
- 47 5.3.6 BRUNNEN 145
.......................................................................................................................
- 51 -
I
5.3.7 BRUNNEN 115
.......................................................................................................................
- 55 5.3.8 BRUNNEN 14
.........................................................................................................................
- 59 5.3.9 BRUNNEN 415
.......................................................................................................................
- 63 5.3.10 BRUNNEN 283
.....................................................................................................................
- 67 5.3.11 BRUNNEN 156
.....................................................................................................................
- 71 6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 7 8 9 10 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6
GESAMTBETRACHTUNG DER ERGEBNISSE UND SCHLUSSFOLGERUNG..........- 74
KOMMUNIZIERENDE KLFTE
................................................................................................
- 74 THERMISCHER BRUNNENSPEICHEREFFEKT
.........................................................................
- 75 HYDRAULISCHE VERHLTNISSE
...........................................................................................
- 78 HYDROGEOCHEMIE
................................................................................................................
- 82 SCHLUSSFOLGERUNG
.............................................................................................................
- 84
FEHLERBETRACHTUNG.....................................................................................................-
86 ZUSAMMENFASSUNG
..........................................................................................................-
88
LITERATURVERZEICHNIS.................................................................................................-
91
ANHANG.........................................................................................................................................
KARTEN
.........................................................................................................................................
GEOLOGISCHE
PROFILE...............................................................................................................
BRUNNENVERZEICHNISSE
............................................................................................................
PUMPVERSUCHSDIAGRAMME
......................................................................................................
AUSWERTUNGEN DER PUMPVERSUCHE
......................................................................................
DIGITALES MATERIAL
.................................................................................................................
II
TabellenverzeichnisTABELLE 1: KENNWERTE DES BRUNNEN 41
..........................................................................-
32 TABELLE 2: KENNWERTE DES BRUNNENS 200
......................................................................-
36 TABELLE 3: KENNWERTE DES BRUNNEN 206
........................................................................-
42 TABELLE 4: KENNWERTE DES BRUNNENS 48
........................................................................-
46 TABELLE 5: KENNWERTE DES BRUNNEN 208
........................................................................-
50 TABELLE 6: KENNWERTE DES BRUNNEN 145
........................................................................-
54 TABELLE 7: KENNWERTE DES BRUNNEN 115
........................................................................-
58 TABELLE 8: KENNWERTE DES BRUNNEN 14
..........................................................................-
62 TABELLE 9: KENNWERTE DES BRUNNENS 415
......................................................................-
66 TABELLE 10: KENNWERTE DES BRUNNEN 283
......................................................................-
70 TABELLE 11: ZUSAMMENSTELLUNG DER KENNWERTE UND EINTEILUNG DER
GRUPPEN.......- 78 TABELLE 12: TABELLARISCHE AUFLISTUNG DER
GRUNDWASSERSTNDE WHREND DER PUMPVERSUCHE VON DNPM
........................................................................................-
81 TABELLE 13: TABELLARISCHE AUFLISTUNG DER GRUNDWASSERTEMPERATUR
WHREND DER PUMPVERSUCHE VON DNPM
........................................................................................-
81 TABELLE 14: AUSZUG AUS DER CHEMISCHEN ANALYSE VON E-REINHOLD
2004. .............- 82 TABELLE 15: AUSZUG DER ANALYSEERGEBNISSE
AUS DER ARBEIT VON E. REINHOLD .... - 83 TABELLE 16:
ZUSAMMENSTELLUNG DER ERGEBNISSE AUS DEM PUMPVERSUCHEN
..............- 90 -
III
AbbildungsverzeichnisABB. 1: GRUNDWASSERGANGLINIE VON 1979 BIS
2008 ERSTELLT IN ZUSAMMENARBEIT VON DNPMUND
AMAT.................................................................................................................................
- 4 -
ABB. 2: BERSICHTSKARTE DER LAGE DES UNTERSUCHUNGSGEBIETES
........................................... - 6 ABB. 3:
KLIMADIAGRAMM VON DER SERRA DE CALDAS
....................................................................
- 7 ABB. 4: DIE VERTEILUNG DES CERRADO IN BRASILIEN, SATELLITENBILD
DER NASA, GRENZEN DER KOREGIONEN NACH ANGABEN DES WWF
...............................................................................
- 8 ABB. 5: CERRADO AUF DER SERRA DA
CALDAS..................................................................................
- 9 ABB. 6: SERRA DA CALDAS NACH EINEN BRAND
................................................................................
- 9 ABB. 7: DIE VEGETATIONSFORM CAMPOS CERRADO DER SERRA DE
CALDAS................................... - 9 ABB. 8:
HHENLINIENKARTE DER REGION UM CALDAS NOVAS
...................................................... - 10 ABB. 9:
SATTELITENBILDAUFNAHME VON CALDAS NOVAS
............................................................. - 10
ABB. 10: STAUDAMM UHE CORUMBA
..............................................................................................
- 11 ABB. 11: TEKTONISCHEN EINHEITEN SDAMERIKAS UND BRASILIENS
........................................... - 12 ABB. 12:
STRUKTURGEOLOGISCHEN EINHEITEN DER MITTLEREN TOCANTINS-PROVINZ
[NACH: D'ELREY SILVA ET AL. 2003, TRGER ET AL., 2003]
..................................................................
- 13 ABB. 13: GEOLOGISCHE KARTE DES UNTERSUCHUNGSGEBIETES
[GEOCENTER & GEOCALDAS; PIETZENER,
2001]..................................................................................................................
- 15 ABB. 14: DARSTELLUNG DER MODELLHAFTEN ANNAHMEN DER
GRUNDWASSERLEITERSITUATION. [HYDROGEOLOGIA DO ESTADO DO GOIS, 2006]
....................................................................
- 19 ABB. 15: TYPISCHES N-S PROFIL, ENTSPRICHT PROFIL 9 DES ANHANGS
......................................... - 22 ABB. 16: N-S PROFIL
11
....................................................................................................................
- 23 ABB. 17: STANDARTPROFIL
W-E.......................................................................................................
- 24 ABB. 18: LAGEPLAN DES BRUNNENS
41............................................................................................
- 28 ABB. 19 DARSTELLUNG DES BRUNNENAUSBAUS FR BRUNNEN 41
................................................ - 28 ABB. 20:
SCHICHTENPROFIL BRUNNEN 43
........................................................................................
- 29 ABB. 21: TYPISCHER GRUNDWASSERSPIEGEL- UND TEMPERATURVERLAUF
IM BRUNNEN 41......... - 30 ABB. 22: LAGEPLAN BRUNNEN 200
..................................................................................................
- 33 ABB. 23 SCHICHTENPROFIL UND AUSBAUDATEN DES BRUNNENS
200............................................. - 33 ABB. 24:
TYPISCHER GRUNDWASSERSPIEGEL- UND TEMPERATURVERLAUF FES BRUNNENS
200 ... - 35 ABB. 25: LAGEPLAN DES BRUNNEN 206
...........................................................................................
- 38 ABB. 26: SCHICHTENVERZEICHNIS UND AUSBAUDATEN
................................................................. -
38 ABB. 27: TYPISCHER GRUNDWASSERSPIEGEL- UND TEMPERATURVERLAUF DES
BRUNNENS 206... - 40 ABB. 28: LAGEPLAN DER BRUNNENS 48 UND
208.............................................................................
- 43 ABB. 29: SCHICHTENPROFIL UND AUSBAUDATEN DES BRUNNENS
48.............................................. - 43 ABB. 30:
TYPISCHER GRUNDWASSERSPIEGEL- UND TEMPERATURVERLAUF DES BRUNNENS
48..... - 44 -
IV
ABB. 31: DARSTELLUNG DER AUSBAUDATEN DES BRUNNENS
208.................................................. - 47 ABB. 32:
TYPISCHER GRUNDWASSERSPIEGEL- UND TEMPERATURVERLAUF DES BRUNNENS
208... - 49 ABB. 33: LAGEPLAN DES BRUNNENS
145..........................................................................................
- 51 ABB. 34: SCHICHTENVERZEICHNIS UND AUSBAUDATEN DES BRUNNENS
145................................. - 51 ABB. 35: TYPISCHER
GRUNDWASSERSPIEGEL- UND TEMPERATURVERLAUF DES BRUNNENS 145... - 52
ABB. 36: LAGEPLAN DES BRUNNENS
115..........................................................................................
- 55 ABB. 37: SCHICHTENVERZEICHNIS UND AUSBAUDATEN DES BRUNNENS
115.................................. - 55 ABB. 38: TYPISCHE
GRUNDWASSERSPIEGEL- UND TEMPERATURVERLAUF DES BRUNNENS 115..... -
57 ABB. 39: LAGEPLAN DES BRUNNENS
14............................................................................................
- 59 ABB. 40: SCHICHTENVERZEICHNIS UND AUSBAUDATEN DES BRUNNENS 14
................................... - 59 ABB. 41: TYPISCHER
GRUNDWASSERSPIEGEL- UND TEMPERATURVERLAUF DES BRUNNENS 14..... - 60
ABB. 42: LAGEPLAN DES BRUNNENS
415.........................................................................................
- 63 ABB. 43: SCHICHTENVERZEICHNIS UND AUSBAUPLAN DES BRUNNENS 415
.................................... - 63 ABB. 44: TYPISCHER
GRUNDWASSERSPIEGEL- UND TEMPERATURVERLAUF DES BRUNNENS 415... - 64
ABB. 45: LAGEPLAN DES BRUNNEN 283
...........................................................................................
- 67 ABB. 46: SCHICHTENVERZEICHNIS UND AUSBAUPLAN DES BRUNNEN
283...................................... - 67 ABB. 47: TYPISCHE
GRUNDWASSERSPIEGEL- UND TEMPERATURVERLAUF DES BRUNNENS 283..... -
68 ABB. 48: LAGEPLAN DES BRUNNENS
156..........................................................................................
- 71 ABB. 49: SCHICHTENVERZEICHNIS UND AUSBAUDATEN DES BRUNNENS
156.................................. - 71 ABB. 50: TYPISCHER
GRUNDWASSERSPIEGEL- UND TEMPERATURVERLAUF DES BRUNNENS 156... - 73
ABB. 51: DARSTELLUNG DES THERMISCHEN EINFLUSS AUF DEN ABSENKUNGS-
UND WIEDERANSTIEGSVORGANG IM BRUNNEN
283.....................................................................
- 76 ABB. 52: KORREKTUR EINER 100 M WASSERSULE IN ABHNGIGKEIT VON
DER TEMPERATUR BEIKONSTANTEM TEMPERATURGRADIENTEN, NACH I. STOBER,
1986........................................ - 77 -
V
AbkrzungsverzeichnisAbb. Ax Aq BFG CH CPRM DNPM E Eh Ga GH GW
GWL GWS IBGE kf-Wert Lf Lq S/cm Ma m/h m. u. GOK m. . NN N ND NE NE
ne nges. Abbildung Lithologische Einheit der Arax Gruppe
Lithologische Einheit der Arax Gruppe Braslia Faltengrtel
Carbonathrte [dH] Companhia de pequisa de recursos minerais
(Geologischer Dienst von Brasilien) Departamento Nacional de Produo
Mineral Ost (englisch) Redoxpotential Gigajahren (1000 Millionen
Jahre) Gesamthrte [dH] Grundwasser Grundwasserleiter
Grundwasserspiegel Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica
Durchlssigkeitsbeiwert in [m/s] Elektrische Leitfhigkeit [S/cm]
Leistungsquotient in [l/(s*m)] Mikrosiemens pro Zentimeter
Millionen Jahre Kubikmeter pro Stunde Meter unter Gelndeoberkante
Meter ber Normalnull Nord Nivl Dinamico (Betriebswasserspiegel) [m]
Nordost Nivl Estatico (Ruhewasserspiegel) [m] effektive Porositt
[%] nutzbare Porositt [%]
VI
Pmr Poq Pqa Pqc Q S SE SFK T t TDS UHE UNB UTM dH Frderrate
[m/h] Sd Sdost So Francisco-Kongo Kraton Transmissivitt [m/s];
Temperatur [C] Zeit [s]; klimatisch: Temperatur [C] Total Dissolved
Solution Usina hidreltrica (Wasserkraftwerk) Universidade de
Braslia Universal Transversal Mercator Koordinaten Grad deutscher
Hrte Lithologische Einheit der Gruppe Parano
VII
1 EinfhrungDas Untersuchungsgebiet der Diplomarbeit liegt in
Caldas Novas, einer Stadt in Zentralbrasilien, im Bundesstaat Gois.
Caldas Novas ist durch seine im Schnitt ber 36C warmen
Thermalquellen zu einem sehr beliebten Touristenort geworden.
Dadurch hat die Zahl der Hotels und Badeanlagen in den letzten zwei
Jahrzehnten um ein Vielfaches zugenommen. Mit dem Tourismus
einhergehend stieg auch die Einwohnerzahl um 500% auf mittlerweile
60 000 Einwohner. Die intensive Nutzung des thermalen Grundwassers
(GW) fhrte zu einer starken Absenkung des Grundwasserspiegels
(GWS). Erst die Einfhrung einer geregelten Entnahme des Wassers
durch das Departamento Nacional de Produo Mineral (DNPM) im Jahre
1996 verhinderte weitere Absenkungen. Die Abhngigkeit der
Hotelanlagen von der Verfgbarkeit des Thermalwassers fhrte zu
detaillierten Untersuchungen in diesem Gebiet. Dabei wurde versucht
die genaue Lage des Grundwasserneubildungsgebietes zu erkunden und
die Grundwasserchemie und -hydraulik nher zu verstehen. Die
wichtigsten geologischen Formationen, die den Untergrund von Caldas
Novas und der Umgebung aufbauen, sind die stark geklfteten
Sandsteine der Parano-Gruppe und die darber gelagerten
Glimmerschiefer der Arax Gruppe. Es liegen drei verschiedene
Kluftgrundwasserleiter vor. Der erste, genannt Arax A1, befindet
sich in der obersten Bodenzone im Arax Glimmerschiefer. Darunter
folgt der Grundwasserleiter (GWL) Arax A2, der einen halbgespannten
Kluftgrundwasserleiter darstellt. Die Grundwasserneubildung findet
hier zum Einen ber die Speisung des unterliegenden thermalen
Grundwasserleiters und zum Anderen durch Zusickerung aus dem Arax
A1 GWL statt. Der dritte GWL, Parano, ist ein gespannter
Kluftgrundwasserleiter, der sich im gleichnamigen Parano Sandstein
befindet. Bei diesem fhren die sehr dichten Arax Schiefer dazu,
dass sich gespannte Grundwasserverhltnisse aufbauten. Das
Einzugsgebiet fr die Grundwasserneubildung befindet sich dabei auf
der Serra de Caldas. Im ganzen Gebiet bahnt sich das Thermalwasser
seinen Weg an die Oberflche entlang von Schwchezonen und Strungen.
Die starke Nutzung der GWL fhrte in der Vergangenheit zu einer
Abnahme des Grundwasserspiegels und dadurch auch zu einer
Verringerung des artesischen Druckes, sodass heutzutage viele
natrliche Quellen bereits versiegt sind.
-1-
1.1 AufgabenstellungDie vorliegende Arbeit beschftigt sich mit
der Untersuchung der Grundwasserverhltnisse im Stadtgebiet Caldas
Novas in Gois - Brasilien. Auf der Grundlage von hydraulischen
Pumpversuchen und der Weiterverarbeitung der Schicht- und
Ausbaudaten der einzelnen Brunnen soll eine Vorstellung ber das
Vorhandensein von kommunizierenden Klften erreicht werden. Des
Weiteren soll geprft werden, ob eine Verbindung zwischen den
berechneten Gren der Durchlssigkeitsbeiwerte (kf-Wert) bzw. der
Transmissivitt (T) und der Entfernung zu den Strungen und
Schwchezonen vorliegt.
1.2 UntersuchungskonzeptIm Zeitraum vom 10. Mrz 2008 bis 02.Juni
2008 erfolgte die Gelndearbeit vor Ort. Im Blickpunkt standen dabei
vor allem die Digitalisierung der Schichtenverzeichnisse und
Ausbaudaten vorhandener Brunnen, sowie ein Langzeitmonitoring
ausgewhlter Brunnen im Zentrum der Stadt (siehe Anhang 10.1.4).
Zustzliche Informationen ber die hydraulischen Verhltnisse sollten
frhere archivierte Pumpversuche und Temperaturprofile liefern. Die
gesamten Daten wurden von den Ingenieurbros Geocaldas und Geocenter
zur Verfgung gestellt. Ein wichtiger Bestandteil dieser Arbeit
stellt die przise und detaillierte Aufnahme der Temperaturen und
Grundwasserspiegelhhen dar. Dies erfolgte durch den Einsatz von
Divern der Firma SCHLUMBERGER, die in zehn Sekunden Intervallen
eine Messung durchfhren und aufzeichnen. Die Loggerdateien wurden
nach Beendigung der Tests mit Hilfe von LDM ausgelesen. Diese
Software war im Lieferumfang der Diver enthalten. Im Anschluss
wurden die Dateien kompensiert, wofr ein zustzliches Barometer in
der Nhe des Brunnens 202 bentigt wurde. Die Auswertung der Dateien
erfolgte mit der Software AquiferTest 4.2 der Firma SCHLUMBERGER.
Die erstellte Datenbank von A. FACH aus dem Jahr 2002 wurde
aktualisiert und mit ergnzenden Daten versehen. Die
Weiterverarbeitung der vorhandenen Brunnendaten, Brunnenausbaudaten
und Bohrprofile durch das Programm GeODin 6.0 brachte weitere
Erkenntnisse zu der unterliegenden Geologie. Hierfr wurden
zahlreiche Profile durch das Untersuchungsgebiet gelegt (siehe
Anhang 10.2), was eine detaillierte Aussage ber die mglichen
Strungs- und Kluftlagen erlaubte.
-2-
Im Folgenden werden zunchst die hydrogeologisch relevanten
Arbeiten in diesem Gebiet erlutert um dann im zweiten Kapitel einen
berblick ber die geographischen Verhltnisse zu geben. Eine
detaillierte Ausfhrung der geologischen und hydrogeologischen
Gegebenheiten, sowohl regional als auch berregional, befindet sich
im Kapitel 3. Kapitel 4 beschreibt die Lage der erstellten Profile
und die daraus resultierenden geologischen Einheiten im
Untersuchungsgebiet. Der Schwerpunkt dieser Arbeit bildet Kapitel 5
mit der Beschreibung der untersuchten Brunnen in Verbindung mit den
Ergebnissen des Monitorings. Eine zusammenfassende Betrachtung der
Ergebnisse wird in Kapitel 6 gegeben. Hier werden die gewonnenen
Ergebnisse aus den geologischen Profilen und die Erkenntnisse ber
die hydraulischen Verhltnisse verglichen, um damit ein Bild ber die
Grundwasserverhltnisse des Untersuchungsgebietes zu liefern und die
Abhngigkeit zu den vorliegenden Strungen darzustellen. Als
Abschluss wird In Kapitel 7 eine Fehlerbetrachtung vorgenommen und
diesbezglich mgliche Manahmen diskutiert.
1.3 Vorangegangene ArbeitenDie wissenschaftliche Untersuchung
der Region Caldas Novas durch die staatliche Behrde DNPM begann
1968 und dauert bis heute an (GEOCENTER&GEOCALDAS, 2008). Der
DNPM - die Nationale Rohstoffbehrde- ist eine dem Ministerium fr
Bergbau und Energie zugeordnete Einheit. Sie ist als
Regierungsorgan mit der Verwaltung und berprfung der
Bergbauttigkeiten im gesamten Staatsgebiet beauftragt und
kontrolliert die Gewinnung und Nutzung der mineralischen Rohstoffe
[DNPM, 2008]. Seit 1996 werden im Untersuchungsgebiet selbst
monatliche Messkampagnen durchgefhrt, da der Grundwasserspiegel
durch die exzessive Entnahme des thermalen Grundwassers stark
abgesenkt wurde. Mit der Einfhrung regelmiger Messungen und der
staatlich kontrollierten Entnahme des Wassers, mit Hilfe von
Wasseruhren, konnten bereits erste Erfolge erzielt werden. Der
Grundwasserspiegel stieg nach Einfhrung dieser Manahmen um ber 30 m
an. Dies ist in der Abb. 1 grafisch veranschaulicht. Insgesamt
erholt sich der Grundwasserleiter sehr gut. Jedoch ist anhand der
Ruhewasserspiegelkurven whrend der DNPM Tests ein deutliches
Potential fr einen weiteren Grundwasserspiegelanstieg erkennbar. Um
den Grundwasserleiter zu stabilisieren wurde zustzlich das Abteufen
neuer Brunnen untersagt. Lediglich das Ersetzen ineffizienter
Brunnen darf veranlasst werden. Die neuen Brunnen sind dabei
wesentlich tiefer und reichen bis in den Parano Grundwasserleiter,
was zu einem Druckabfall im selbigen fhren kann. Erste Anzeichen
dafr sind bereits an der -3-
Kurve des Parano Grundwasserspiegels in Abb. 1 erkennbar. Um
genauere Aussagen machen zu knnen, muss dieser Trend weiter
beobachtet werden. Eine weitere Manahme war die Abschaltung der
Flachbrunnen, welche kaltes Wasser frderten. Die Manahme fhrte
dazu, dass dieses Wasser nun durch Klfte und Strungen bis in den
Arax Grundwasserleiter durchflieen kann und zu einem Groteil fr die
Grundwasserneubildung verantwortlich ist.
Abb. 1: Grundwasserganglinie von 1979 bis 2008 erstellt in
Zusammenarbeit von DNPM und AMAT
Die Universitt Braslia und die TU Berlin fhren seit 1999 eine
intensive Untersuchung der Region Caldas Novas in Zusammenarbeit
mit den dort ansssigen Geologen von Geocaldas & Geocenter
durch. In Rahmen dieser Zusammenarbeit kam es zu den folgenden
Diplomarbeiten: A. ZSCHOCKE (2000) beprobte die einzelnen Brunnen
und fhrte eine hydrochemische Bestandsaufnahme in der Region von
Caldas Novas und Rio Quente durch. Dabei wurden groe Unterschiede
zwischen den einzelnen Proben in Temperatur, Leitfhigkeit und
Silikatgehalt festgestellt. Dies fhrte zu einer Unterteilung der
Grundwasserleiter in Flachen GWL, Arax GWL und Parano GWL. Eine
weitere Arbeit, die sich mit der chemischen Zusammensetzung des
Grundwassers beschftigt, ist die Arbeit von E. REINHOLD (2005). Er
fhrte ebenfalls eine hydrochemische Korrelation durch. Dabei wurde
ein Vergleich zu den Ergebnissen von A.
-4-
ZSCHOCKE (2000) gemacht, um die nderung der
Grundwasserzusammensetzung durch die kontinuierliche Entnahme zu
erfassen. Mit den geohydraulischen Gegebenheiten der Serra de
Caldas befassten sich die Arbeiten von O. PIETZNER (2001). Dieser
fhrte Infiltrationstests in den Porengrundwasserleitern durch und
stellte die These auf, dass die Serra de Caldas das
Hauptinfiltrationsgebiet ist. Laut dieser gelangt das infiltrierte
Wasser ber Trennflchen und Strungen in Tiefen von bis zu 1200 m,
steigt entlang von Strungen auf und tritt schlielich an den
thermalen Quellen hervor. A. FACH (2002) fhrte eine Untersuchung
zum Flieverhalten im Kluftgrundwasserleiter anhand von Auffll-,
Pump- und Tracerversuchen durch. Er kam zu der Feststellung, dass
die hydraulischen Parameter der Arax-Schiefer
(Durchlssigkeitsbeiwert, Transmissivitt, Speicherkoeffizient) in
den oberen 200 m bis 300 m u. GOK um Grenordnungen von
Zehnerpotenzen kleiner sind, als in den folgenden Teufenbereich mit
Einfluss von ParanoWasser. Als Wasserwegsamkeiten im Parano-GWL
kommen vor allem die vertikalen Dehnungs-Klfte in Betracht. Whrend
sich im Arax-GWL die in der Raumlage der regionalen Faltung
AC-orientierten Strungen eignen. Die N bis ENE streichenden
Scherbrche auf der Serra de Caldas stehen aufgrund ihrer
tektonischen Genese am wenigsten unter Restspannungen und besitzen
die grten Kluftweiten. Dies zeichnet die Serra de Caldas aus und
macht sie zu einem guten Grundwasserneubildungsgebiet. Weitere
wichtige Arbeiten sind die Folgenden: Caldas Novas hot springs,
State of Gois, J.E. Guimares Campos et al. (2005) die sich mit den
geologischen Begebenheiten befassen. Zu nennen sind ebenfalls die
Arbeiten von U.TRGER, J.F.GAMBIER COSTA und F.F. HAESBAERT (2003),
welche die hydraulischen Gegebenheiten des Grundwassers in
Zusammenhang mit der Regionalen Geologie nher erlutern. Des
Weiteren waren die Arbeiten von A.A. DRAKE, Jr. (1980) und L.J.
Homem D'EL-REY SILVA, P.B.W. KLEIN und D.H.G.WALDE (2003) fr die
Kenntnis ber die Region wichtig.
-5-
2 Geographische Grundlagen 2.1 Lage des UntersuchungsgebietesDie
Stadt Caldas Novas liegt im Bundesstaat Gois in Zentralbrasilien.
Sie befindet sich etwa 200 km sdstlich der Bundeshauptstadt Goinia
und 250 km sdlich von Braslia. Die genaue Lage wird durch die
geographischen Koordinaten 1619 sdlicher Breite und 4857 westlicher
Lnge beschrieben (siehe Abb. 2). Die Stadt befindet sich im
Durchschnitt auf einer Hhe von 686 m und nimmt dabei eine
Gesamtflche von 1.600 km ein. Die Bevlkerungszahl ist in den
letzten Jahren rasant angestiegen. 2007 betrug die Einwohnerzahl
65.970 Einwohner [IBGE, 2008]. Das Untersuchungsgebiet befindet
sich im Zentrum der Stadt Caldas Novas und umfasst eine Flche von 3
km. Im West-Sdwesten der Stadt erhebt sich die Serra de Caldas und
sdstlich liegt der Stausee UHE Corumba.
Abb. 2: bersichtskarte der Lage des Untersuchungsgebietes
2.2 KlimaZentralbrasilien liegt in einer tropisch-periodischen
Klimazone, in der die Trockenzeit durchschnittlich drei bis vier
Monate dauert. Der Bundesstaat Gois, mit einer Flche von 341.290
km, hat ein semihumides Klima, whrend in der Stadt Caldas Novas
subtropisch bis semihumide Bedingungen herrschen. Eine langjhrige
Messung in der Region um Caldas Novas existiert leider nicht, daher
werden hierfr Daten von den Wetterstationen aus Goiania verwendet
und herangezogen. Das Jahr in Brasilien ist in Regenzeit (Sommer)
und Trockenzeit (Winter) unterteilt. Die Trockenzeit dauert von
April bis September. In den Sommermonaten Oktober bis Mrz fllt
-6-
ungefhr 80% des Niederschlags. Die mittlere Niederschlagsmenge
liegt dabei bei 1500 mm/a. Die Jahresdurchschnittstemperatur betrgt
23C. Dabei liegt die Temperatur im Sommer bei durchschnittlich 24C
und im Winter bei 19C [ALBUQUERQUE, 1998]. Die Luftfeuchtigkeit
unterscheidet sich stark in der Winter- und Sommerzeit. So steigt
sie von 14% whrend der Trockenzeit auf ber 68% in der Regenzeit
an.600 500 Niederschlag [mm] 400 300 200 100 0n. 05 Ap r. 05 Ju l.
05 O ut .0 5 Ja n. 06 Ap r. 06 Ju l. 06 O ut .0 6 Ja n. 07 Ap r. 07
Ju l. 07 O ut .0 7 Ja n. 08 Ap r. 08 Ju l. 08 O ut .0 8 Ja
22,1 22,0 21,9 Temperatur [C] 21,8 21,7 21,6 21,5 21,4 21,3 21,2
21,1
Niederschlag
Temperatur
Abb. 3: Klimadiagramm von der Serra de Caldas
Das Klimadiagramm in Abb. 3 entstammt der Wetterstation auf der
Serra de Caldas. Diese wurde erst vor drei Jahren in Betrieb
genommen. Dennoch kann man an den vorhandenen Daten eine sehr gute
bereinstimmung mit dem berregionalen Klima feststellen. Der
mittlere jhrliche Niederschlag in den Jahren 2005 bis 2007 liegt
bei 1695 mm/a. Der Groteil des Niederschlages fllt in den Monaten
zwischen Oktober und Mrz. Die Evapotranspiration ist sehr hoch und
wird mit etwa 72% der Niederschlagsmenge angenommen [PIETZENER, O.
2001]. Die mittlere Jahrestemperatur liegt bei 21,8C.
-7-
2.3 Vegetation22% des brasilianischen Territoriums sind von
einer savannenhnlichen Vegetationsform namens Cerrado bedeckt. Dies
entspricht einer Flche von 2 Mio. km2, die sich wie ein Band durch
Zentralbrasilien zieht und auch das Untersuchungsgebiet mit
einbezieht (Abb. 4).
Abb. 4: Die Verteilung des Cerrado in Brasilien, Satellitenbild
der NASA, Grenzen der koregionen nach Angaben des WWF
Diese Art derVegetation wird in fnf Unterbereiche differenziert:
Campos limpos besteht vorwiegend aus einer Graslandschaft. Campos
sujos besteht aus einer Graslandschaft, die vereinzelt kniehohe
Strucher und Bsche enthlt. Im Winter trocknet die Grasnarbe meist
vollkommen aus. Campos limpos und Campos sujos sind im sdlichen
Teil der Hochebene der Serra de Caldas vorzufinden. Campos cerrado
enthlt vereinzelt kleinere knochige Bume, Strucher und Grser. Diese
Vegetation findet man auf dem Hochplateau der Serra de Caldas und
in der Umgebung von Caldas Novas (Abb. 7). Vegetationsformen mit
vereinzelten Struchern und Bumen bis zu einer Hhe von 8 m werden
dem Cerrado zugeordnet. Der Cerrado hingegen besteht aus einem
engstndigen Baumbewuchs. Den Cerrado und den Cerrado, siehe(Abb.
5), findet man an den Hngen der Serra de Caldas und in den
Tiefebenen. Die Serra de Caldas ist whrend der Trockenzeit stark
durch Brnde bedroht. Die dicke Rinde bietet den Bumen jedoch einen
Schutz vor Feuer und starker Hitzeeinwirkung (siehe hierzu -8-
Abb. 6). Der dortige Boden ist sehr stark verwittert und
ausgewaschen und daher sauer. Es befinden sich hohe Eisen und
Aluminiumgehalte im Boden, welche die Gelb- und Rotfrbung des
Grundes verursachen. Ein Groteil der Bden sind Latosole. Der
menschliche Eingriff durch Rodung, intensive Landwirtschaft und
Vermehrung von exotischen Pflanzen bedrohen die Artenvielfalt und
das kosystem des Cerrado.
Abb. 5: Cerrado auf der Serra da Caldas
Abb. 6: Serra da Caldas nach einen Brand
Abb. 7: Die Vegetationsform Campos Cerrado der Serra de
Caldas.
2.4 MorphologieDie Region um Caldas Novas wird von einer sanft
hgeligen Morphologie geprgt. Die Stadt selbst liegt auf einer
durchschnittlichen Hhe von 686 m . NN. Westlich der Stadt erhebt
sich die Serra de Caldas, welche eine elliptische Form besitzt. Die
lngste N-S Erstreckung betrgt 15 km und E-W 9 km. Die lngste Achse
erstreckt sich NNS. Insgesamt nimmt die Serra de Caldas eine Flche
von 125 km2 ein. Die Serra de Caldas kann in drei Einheiten
untergliedert werden. Dies sind die Hochebene, die stark
zergliederte Randzone und die -9-
Tiefebene
[UNB
EXKURSIONSBERICHT,
2000].
Das
Hochplateau
hat
eine
durchschnittliche Hhe von 990 m . NN. Die hchste Erhebung von
1043 m NN befindet sich im NE der Serra de Caldas. Die Hnge weisen
ein umlaufendes Streichen auf. Das steile Einfallen der Schichten
fhrt zu tief eingeschnittenen Tlern, wobei die Tiefebene im
Durchschnitt nur 250 m tiefer liegt als das Hochplateau. In dieser
Tiefebene liegt auch die Stadt Caldas Novas. Im Osten erhebt sich
die Serra de Matinha, wo die durchschnittliche Hhe der
aufgefalteten Schiefer etwa 900 m NN betrgt (siehe Abb. 9).
Abb. 8: Hhenlinienkarte der Region um Caldas Novas
Abb. 9: Sattelitenbildaufnahme von Caldas Novas
- 10 -
2.5 HydrologieZwei groe Flsse dominieren die Region um Caldas
Novas und Serra de Caldas. Der Rio Corumb im Osten und der Rion
Piracanjuba im Westen. Der Rio Quente, der heie Fluss, entspringt
am westlichen Rand der Serra de Caldas bei Pausada. Er wird als der
grte thermale Fluss weltweit bezeichnet, und hateine
durchschnittliche Temperatur von 38C und einen Abfluss von 1 m3/s.
Das Flussbett hat eine Breite von 4 m und eine durchschnittliche
Tiefe von 90 cm. Der Fluss wird von 18 Quellen gespeist, welche
einen Gesamtabfluss von 6228 m3/h haben. Der Rio Quente mndet
zunchst in den Crrego Bagre und anschlieend in den Rio Piracanjuba.
Auf dieser 14 km langen Strecke werden 200 Hhenmeter berwunden
[Agncia Ambiental de Gois, 2008]. stlich der Stadt Caldas Novas
befindet sich der Staussee der UHE Dieser Corumb wurde (Abb. 1996
10). fertig
gestellt und erreichte bereits 1997 seine maximale Stauhhe von
90 m. Die geflutete Flche betrgt 65 km2. Der Stausee wird durch den
Ribeirao Pirapetinga, den Rio do Peixe und den Ribeirao Cachoeira
gespeist. Die oben genannten Abb. 10: Staudamm UHE Corumba Flsse
sind das ganze Jahr ber wasserfhrend. Entlang der Steilhnge der
Serra de Caldas entspringen mehrere Quellen, welche an Strungen
gebunden sind und durch das thermale Grundwasser gespeist
werden.
- 11 -
3 Geologische und hydrogeologische GrundlagenDie brasilianische
Plattform besteht aus zwei Groeinheiten, dem Amazonas Kraton und
dem So Francisco-Kongo Kraton (SFK). Der SFK wurde bereits whrend
des Archaikums und des Palo-Proterozoikums vollstndig gebildet. Im
Meso- bis Neo-Proterozoikum wurde der Amazonas Kraton gebildet.
Abb. 11: Tektonischen Einheiten Sdamerikas und Brasiliens
Whrend des Brasilianischen Zyklus kam es zu den meisten
tektonisch- magmatischen Ereignissen und zur Bildung der heutigen
lithologischen Einheit des Kontinents Sdamerika. Bei der Kollision
der beiden Kratone SFK und Amazonas whrend des Brasilianischen
Zyklus vor 450 bis 700 Ma kam es entlang der Plattenrndern zur
Bildung von mehreren grorumigen Faltengrteln. Der Brasilia
Faltengrtel (BFG) im Osten und der AraguaiaParaguay Faltengrtel im
Westen wurden dabei gebildet. Auf die Kollision der Kontinente
folgte eine intensive Phase der Bruchtektonik, die zur Entwicklung
von groen interkratonischen Becken fhrte. Whrend des Phanerozoikums
kam es zur Ablagerung von marinen und kontinentalen Sedimentserien
in den Paran-, Amazonas-, Paranaiba- und So Francisco-Becken. Die
genaue Lage der Becken ist in Abb. 11 dargestellt.
- 12 -
Im Mesozoikum wurden whrend einer weiteren Phase des Rifting
groe Flchen durch Deckenbasalte bedeckt. Im Laufe des Knozoikums
und den damit verbunden starken Klimavernderungen kam es zu einer
voranschreitenden Laterisierung der Sedimente.
3.1 Regionale GeologieDas Untersuchungsgebiet liegt in der
Provinz Tocantins. Die Provinz ist durch das Parnaba Becken im
Norden und das Paran Becken im Sden begrenzt. Im Osten begrenzt der
So Francisco-Kraton und im Westen der Amazonas Kraton die Region
(siehe hierzu untenstehende Abb. 12).
Abb. 12: Strukturgeologischen Einheiten der mittleren
Tocantins-Provinz [nach: D'EL-REY SILVA et al. 2003, TRGER et al.,
2003]
Der Faltengrtel der Tocantis-Provinz besteht aus dem
Araguay-Paraguay-Grtel im Westen und dem Braslia-Faltengrtel im
Osten (Abb. 12), welche sich whrend der Kollision der - 13 -
beiden Kratone vor 600 bis 650 Mio. Jahren gebildet haben. Dabei
wird die grte Flche vom Braslia-Faltengrtel eingenommen, welcher
dadurch auch den grten strukturellen Einfluss auf die Region ausbt.
Die Entwicklung des Brasilia Faltengrtels Vor 1,8 Ga 1,7 1,5 Ga 1,4
1,0 Ga 1,3 1,0 Ga 1,0 0,9 Ga Es liegt ein durch kontinentales
Rifting entstandenes marines Becken vor. Die abgelagerten Sedimente
liegen auf palozoischer kontinentaler Kruste. Andauerndes
kontinentales Rifting fhrt zur Bildung von plutonischem und
vulkanischem Gestein. Sedimentation von Quarzsanden der Parano
Gruppe und der Gruppe Canastra und Vazante. Es kommt zur Bildung
von ozeanischen vulkano-sedimentren Sequenzen und zur Sedimentation
der Serra-da-Mesa Gruppe. Einsetzen der mehrphasigen
Inversionstektonik, die zur eigentlichen Entstehung des Brasilia
Faltengrtels durch die Schlieung des Beckens fhrt. In diesen
Zeitraum kommt es zur Bildung des Rckens von Gois und zu weiteren
vulkanosedimentren Sequenzen. Vor 700 Ma 650 500 Ma 650 450 Ma
Sedimentation der Arax Gruppe. Bildung der Bambui Gruppe.
Brasilianischer Zyklus: die andauernde Kollision des So
Francisco-Kongo Kratons mit dem Amazonas Kraton fhrt zu einer
Beckeninversion und damit zur endgltigen Entstehung des BFG.
Einhergehend mit der Kollision kommt es zu post-tektonischem
granitisch geprgtem Plutonismus. Der BFG ist in seiner heutigen
Erscheinung ein N-S streichender Gebirgszug, der sich ber den
Westrand des SFK ber eine Lnge von mehr als 1000 km erstreckt. Eine
weitere Besonderheit ist, dass der Brasilia Faltengrtel aus zwei
verschiedenen Deformationsaltern besteht. Im Osten entspricht das
Deformationsalter dem des frhen Brasilianischen Zyklus (850 bis 900
Ma) Im Westen ist das Alter hher. Es wird angenommen, dass dieser
Teil whrend des Uruau Zyklus (vor etwa 1,5 Ga) entstanden ist. Der
BFG kann in drei Zonen untergliedert werden: den Magmatischen Rcken
von Goias, der Internen und der Externen Zone. Die Stadt Caldas
Novas befindet sich in der Internen Zone des Brasilia
Faltengrtels.
- 14 -
Die Gesteine der Internen Zone sind durch schwachen
Metamorphosegrad gekennzeichnet. Typische Gesteine der Externen
Zone sind leicht lithifizierte Sandsteine, Dolomite und Schiefer
[Fach, A. 2002]. Charakteristische Merkmale sind die grorumigen
berschiebungen und ostvergenten Falten, welche NW-SE streichen und
eine Ausdehnung von bis zu 800 km haben [Pietzner, A. 2001]. Die
Strungen um Caldas Novas streichen NWSE bzw. senkrecht dazu (siehe
Abb. 13). Die Streichrichtung der berschiebungen ndert sich in der
Nhe der Serra de Matinha auf N-S.
Abb. 13: Geologische Karte des Untersuchungsgebietes [GEOCENTER
& GEOCALDAS; PIETZENER, 2001]
Das Untersuchungsgebiet wird vom neo- bis sptproterozoischen
Gesteinen gebildet und wurde whrend des Brasilianischen Zyklus
durch drei Deformationsphasen berprgt. Dabei kam es zur Bildung von
Falten, axial-planarer Schieferung und Sprdbrchen, welche teilweise
durch Quarzadern verfllt wurden. Die Arax Schiefer zeigen
extensionale Spaltungsklfte und Scherbrche, welche sich bis in den
Parano-Quarzit fortsetzen. Die Entstehung der Entlastungsklfte
knnte durch die Erosion der aufliegenden Arax Schiefern und der
damit verbundenen Druckverringerung einhergehen. - 15 -
3.2 TektonikInsgesamt unterscheidet man 5 tektonische Phasen.
Die Deformationsphasen P1 bis P4 ereigneten sich whrend des
Brasilianischen Zyklus. P5 setze mit der Reaktivierung des
Sdatlantiks ein. Die Deformation whrend des Brasilianischen Zyklus
erfolgte dabei duktilruptil. Wobei es zur Ausbildung von
Schieferungen, Foliationen und Falten kam. Whrend der letzten Phase
wurden vorhandene Strukturen wie Strungen, Verwerfungen und
Aufschiebungen reaktiviert. P1: In der Phase P1 wurde die Arax
Gruppe einer sn und s1 Foliation unterworfen. Dabei fand eine
Ausrichtung der Tonminerale an den Schichtflchen nach WNW und WSW
statt. Die s1 Foliation liegt subparallel zu der sn Foliation vor.
Die Arax Gruppe befand sich zu dem Zeitpunkt der Deformationsphase
weiter im Inneren des BFG. Die Ausbildung der s1 Foliation der
Parano Gruppe ist weitstndiger, da das Gestein dem Druck eine hhere
Kompetenz entgegenbringen konnte. P2: Whrend der zweiten
Deformationsphase lag ein E-W ausgerichtetes horizontal
kompressives regionales Spannungsfeld vor. Dies fhrte zu einem
Deckentransport und zu Deckenberschiebungen in Richtung des SFK.
Des Weiteren kam es zur Ausbildung von Falten mit NNW/SSE
ausgerichteten Achenfoliationen. P3: In Phase drei vernderte sich
das Spannungsfeld so weit, dass eine Kompression N-S vorlag. Dies
fhrte zur Entstehung von langwelligen Faltenstrukturen, welche eine
orthogonale Faltenachsenorientierung zu P2 aufweisen und zur
Ausbildung von Interferenzfalten. Es konnten WNW/ESE einfallende
Quarzite der Parano Gruppe eingemessen werden. Die Foliation der
Arax Gruppe ist homogen, wodurch man auf einen Deckentransport vor
der Aufwlbung der Domstruktur der Serra de Caldas schlieen kann.
Die Aufwlbung der Domstruktur muss whrend der Deformationsphasen P2
und P3 stattgefunden haben. Die ovale Struktur mit NNW/SSE ist auf
die zweite Deformationsphase zurckzufhren. Durch die
fortschreitende Hebung des Doms glitten die jngeren Arax Schichten
herab und bildeten dabei Gravitations-Rutsch Strukturen, Falten und
tektonische Brekzien am Rande der Serra de Caldas. P4: In der
vierten Deformationsphase kam es zu einer ruptilen Deformation des
Gesteins. Die Folgen waren Brche, Strungen und Klfte. Die
resultierenden Klfte streichen dabei N-S.
- 16 -
P5:
In der letzten Deformationsphase kam es zur Reaktivierung von
Strungen und Trennflchen durch das Einsetzen von
Extensionstektonik. Entlang von grorumigen langgestreckten
Lineamenten kam es zu Entwicklung von Intrusivkrpern, welche durch
eine alkalisch karbonatische Magmenzusammensetzung charakterisiert
sind.
3.3 Lithologie im Untersuchungsgebiet:3.3.1 Arax Gruppe Die
Ablagerung und Bildung der Arax- Gruppe fand ursprnglich weiter
nordstlich statt. Whrend des Brasilianischen Zyklus, der
Kompression, wurden die Gesteine der AraxGruppe schuppenartig nach
Osten transportiert. In der Umgebung von der Serra de Caldas stehen
die Gesteine an der Oberflche an. Die gesamte Serra da Mathina
besteht aus den Arax Schiefern. Die Arax-Gruppe kann in drei
Schichten unterteilt werden. Die hangende Einheit (Ax) besteht aus
Muskovit-Biotit-Plagioklas-Quarz Schiefer, welcher teilweise
granatreich ist. Es liegen rtlich Einschaltungen von
Quarzit-Glimmerschiefer und Gneisen vor. Die mittlere Einheit (Aq)
besteht hauptschlich aus Quarziten und Quarzit-Glimmerschiefer. In
der liegenden Einheit (Ax) herrschen die gleichen
Gesteinszusammensetzungen wie in der hangenden Einheit. Jedoch
kommen hier Einschaltungen von sekundr ausgefllten Quarziten vor.
Whrend der verschiedenen Deformationsphasen wurde das Gestein stark
beansprucht. Die Ausbildung von isoklinalen Falten und
berschiebungsbahnen, mit daraus resultierender Deckenstapelung,
muss whrend der Hauptphase stattgefunden haben. Zeitgleich kam es
ebenfalls zur Ausbildung von Mylonithorizonten und der starken
transponierten Schieferung. Die Mchtigkeit der Arax Gruppe variiert
zwischen 350 m im Bereich von Strungen und mehr als 500 m durch
Deckenstapelungen im nrdlichen Bereich.
3.3.2
Parano Gruppe
Die Serra de Caldas besteht aus Plattformsedimenten der Parano
Gruppe. Durch die fehlende Araxdecke wird hier ein Einblick in die
liegenden Einheiten ermglicht. Die Serra de Caldas besteht aus
Quarziten und Metasilikate und vereinzelten Einschaltungen von
Tonschiefern. Die Quarzite sind im Meterbereich gebankt und zeigen
Sedimentstrukturen wie Rippelmarken und Schrgschichtungen auf.
Allgemein kann man die Parano Gruppe anhand der Korngre und der
Mineralzusammensetzung in vier Untereinheiten gliedern: die Poq,
Pqa, Pmr und Pp-(c) Einheiten. Die Ablagerungsbedingungen der
Sedimente vernderten - 17 -
dabei sich von der liegenden zur hangenden Einheit. Die
Transportenergie muss abgenommen haben, da eine Degradierung des
Korngrenspektrums zur hangenden Einheit hin vorliegt. Die Poq
Einheit besitzt eine Mchtigkeit von mehreren hundert Metern.
Auffllige Sedimentationsstrukturen sind Schrgschichtung,
Kreuzschichtung und Rippeln. Die mineralische Zusammensetzung
besteht dabei aus hellem Orthoquarzit. Die darauf folgende Schicht
Pqa ist maximal 80 m mchtig und ist stlich der Serra de Caldas
anzutreffen. Die Einheit besteht aus tonigem Quarzit, welcher eine
rtliche Frbung besitzt. Parallelschichtung und Rippelmarken sind
gut ausgeprgt. Es kam hierbei zu Ausbildung von mchtigen Bnken
welche bei den bergngen starke Erosions-Diskordanz aufweisen. Die
Pmr Einheit wird durch Wechsellagerungen aus cm bis dm mchtigen
Bnken geprgt, die aus Quarzsanden und Quarzsilten bestehen. Es kam
zur Ausbildung von Hummockey Strukturen und von asymmetrischen und
aufsteigenden climbing Rippeln. Aufschlsse dieser Einheit sind in
der Nhe der Pousada do Rio Quente aufzufinden. Die Gesamtmchtigkeit
der Einheit wird auf mehr als 100 m geschtzt. Die liegende Einheit
Pp-(c) besteht aus Metapeliten, Siliten und laminierten Peliten.
Vereinzelt treten Linsen mit Bndern von Marmor und Dolomit auf.
Diese besitzen teilweise eine Mchtigkeit von mehr als 100 m. Die
Gesamtmchtigkeit der Pp-(c) Einheit beluft sich auf mehr als 100 m.
Diese Einheit findet man vereinzelt im Stadtgebiet von Caldas
Novas.
3.4 Hydrogeologie in der Region von Caldas NovasIn dem
Untersuchungsgebiet liegen drei Grundwasserleiter (GWL) vor. Diese
knnen in einen Porengrundwasserleiter und zwei
Kluftgrundwasserleiter unterteilt werden. Alle drei GWLArten sind
in der Abb. 14 modellhaft dargestellt. Im Bereich von
Verwitterungshorizonten kommt es grundstzlich zur Ausbildung von
Porengrundwasserleitern. Anhand der lithologischen Einheiten der
Arax- und der Parano Gruppe knnen die beiden Kluftgrundwasserleiter
gut unterschieden werden.
3.4.1
Porengrundwasserleiter
Die Verwitterung des Parano Gesteins fhrte auf dem Serra de
Caldas Plateau zur Ausbildung von einer bis zu 60 m tiefen
Bodenschicht. Diese weist Eigenschaften eines
Porengrundwasserleiters auf, welcher daher auch
Porengrundwasserleiter PI genannt werden soll. Der sandige Boden
besitzt teilweise erhhte Tongehalte. Die Porositt der Bodenzone
wurde zu ne~20% und nges~40% bestimmt [Fach, A. 2002]. - 18 -
In der Region in und um der Stadt Caldas Novas findet man in den
obersten 20 bis 30 m auerdem eine stark verwitterte Bodenschicht
der Arax Schiefer. Diese wird dem Porengrundwasserleiter PII
zugeordnet. Insgesamt ist die Flche des PII Grundwasserleiters in
der Stadt Caldas Novas stark versiegelt, so dass hier nur eine
geringe Grundwasserneubildungsflche zur Verfgung steht.
Abb. 14: Darstellung der modellhaften Annahmen der
Grundwasserleitersituation. [Hydrogeologia do Estado do Gois,
2006]
3.4.2
Kluftgrundwasserleiter 3.4.2.1 Arax
Bei dem Arax GWL handelt es sich um einen Kluft-GWL, der in der
lithologischen Einheit der Arax Schiefer liegt. Die
Wasserwegsamkeiten sind dabei auf die Schieferungsflchen des
Phylits und auf Strungen und Klfte des Schiefers beschrnkt. Die
Gesamtporositt des Arax Schiefers ist sehr gering, da ein hoher
Tongehalt vorliegt. Seine Mchtigkeit variiert lokal und ist von der
tektonischen Inanspruchnahme der Schiefer in den einzelnen
Bereichen abhngig. Insgesamt nimmt die Grundwasserleitermchtigkeit
von den Bergflanken der Serra de Caldas bis in die Region von
Caldas Novas stetig zu. Nordstlich der Stadt Caldas Novas liegt
eine Mchtigkeit von mehr als 600 m vor, whrend Sie im zentralen
Bereich von Caldas Novas zwischen 150 m und 350 m variiert
Letzteres kann auf die Schollenlage der Arax Schiefer zurckgefhrt
werden. Der GWL wird in zwei Zonen, in Arax A1 und Arax A2,
untergliedert. Der Arax A1 befindet sich im oberen Bereich des
Kluft-GWL. Seine charakteristischen Merkmale sind die niedrigen
Lsungsinhalte, die im Durchschnitt bei 67 S/cm und einer Temperatur
zwischen - 19 -
28C und 35C liegen. Die Grundwasserneubildung findet hier ber
dem auflagernden flachen phreatischen GWL statt. Der Arax A2 GWL
befindet sich unterhalb des Arax A1 GWL. Dieser besitzt eine
Temperatur zwischen 35C und 49C. Die Leitfhigkeit steigt hier
deutlich an und liegt im Durchschnitt bei 139 S/cm. Der Arax A2 GWL
wird ber Klfte und Strungen zum Einen durch den unterliegenden
tieferen Parano GWL und zum Anderen auch durch die Zusickerung aus
dem Arax A1 GWL gespeist.
3.4.2.2 Parano Der Parano Kluft-GWL besteht aus den
Parano-Quarzit. Der Parano-Quarzit reicht bis in eine Tiefe von
2350 m u. NN der Ebene der Serra de Caldas. In dem Bereich von
Caldas Novas liegt ein gespannter Parano- GWL vor, welcher durch
die berlagernden Schiefer abgedichtet wird. Es besteht ein berdruck
von 0,5 kg/cm [Fach, A. 2002]. Einzige Ausnahmen sind die Klfte und
Brche, die sich vom Arax Schiefer in den Parano Quarzit fortsetzen
und zu einer Druckentlastung in den Klften fhren. Die Mchtigkeit
des Parano Grundwasserleiters im Bereich von Caldas Novas reicht
bis ber 1000 m. Die physochemischen Eigenschaften des Grundwassers
sind deutlich von denen der Arax Grundwasserleiter zu
unterscheiden. Die Temperatur liegt dabei zwischen 50,2C und 57,6C.
Der pH-Wert liegt zwischen 5,8 und 6,3. Die Leitfhigkeit ist mit
47,3 S/cm sehr gering [Reinhold, E. 2005]. Das Neubildungsgebiet fr
den Parano-GWL befindet sich ber der Serra de Caldas. Hier
durchstrmt das Wasser zunchst den Porengrundwasserleiter PI und
gelangt anschlieend ber Klfte und Strungen in grere Tiefen. Die
Erwrmung des Wassers ist auf die geothermischen Tiefenstufen
zurckzufhren. Das thermale Grundwasser steigt entlang von Klften
und Strungen im Bereich von Caldas Novas und Rio Quente wieder auf.
Die Aufstiegsgeschwindigkeit muss hoch sein, da das Wasser beim
Austritt immer noch eine sehr hohe Temperatur hat. Die einzelnen
lithologischen Einheiten der Parano Gruppe weisen unterschiedliche
Zusammensetzungen und Kompetenzen gegenber tektonischer
Beanspruchung auf, was in einer unterschiedlichen Ausbildung von
Klften resultiert. Die Poq (Orthoquarziten) und die Pmr Einheit
eignen sich am besten fr die Ausbildung von kommunizierenden
Klften.
- 20 -
4 Verarbeitung und Auswertung der Bohrprofile im Bereich von
Caldas Novas 4.1 Grundlagen der ProfileDie 2002 erstellte Datenbank
von FACH, A. wurde erweitert und aktualisiert. Fr die Anfertigung
der Profile wurden die Datenstze in das Programm GeODin 6.2
integriert. Die Lage der Profile ist in den Karten 10.1.2 und
10.1.2, im Anhang, dargestellt. Die einzelnen Profile befinden sich
im Anhang 10.2. Mit Hilfe von GeODin 6.2 wurden elf Nord-Sd und 14
West-Ost verlaufende Schnitte erstellt. Die geologischen
Schichtenverzeichnisse der Datenbank beruhen auf bereits
aufgenommenen und archivierten Bohrprotokollen. Diese stammen von
verschiedenen Bohrfirmen und unterscheiden sich somit in der
Detailgenauigkeit der aufgenommenen Schichten. Bei der Erstellung
wurden auch vorliegende Temperaturprofile mit eingebunden. Nur fr
wenige Brunnen lag solch ein Temperaturprofil vor, daher sind diese
auskartierten Klfte nur in den Profilen 1, 2 und 3 dargestellt.
4.2 ErgebnisseDie Nord-Sd Profile sind im Anhang mit den Zahlen
von 1 bis11 gekennzeichnet. Es ist festzuhalten, dass die Schichten
in den Profilen von 1 bis 5 ungestrt verlaufen. Im Profil 1,
welches im Nord-Osten der Stadt Caldas Novas aufgenommen wurde,
liegt eine 550 m mchtige Arax Schieferschicht vor gefolgt von einer
200 m mchtigen Marmorschicht. Die Mchtigkeit des Schiefers nimmt
nach Sden hin ab. Die genaue Lage des Parano Quarzits ist hierbei
nicht festzustellen, da die maximale Brunnentiefe von 400 m u. GOK
nicht ausreicht. Im Allgemeinen schwankt die Mchtigkeit des Arax
Schiefers von 200 m bis 400 m. Im Profil 1,3,4 und 9 ist auffllig,
dass der Parano Quarzit in den Bereichen eines Flusses bereits in
geringerer Teufe angetroffen wird. Ein Beispiel hierfr ist der
Brunnen 212, der im nordstlich Teil des Bairro do Turista I liegt.
Hier endet der Arax Schiefer bereits bei 430 m . NN (resultierende
Mchtigkeit des Arax Schiefers von 200 m) und es folgt der Parano
Quarzit. Nach Sden hin, weg von dem Crrego do Copo Grosso, nimmt
die Mchtigkeit des Arax Schiefers bis auf 360 m zu. Dies ist noch
einmal in der Abb. 15, welche ein typisches Profil im Bairro do
Turista I demonstriert, dargestellt. Es ist dabei festzuhalten,
dass die Mchtigkeit des Arax Schiefers im Bereich des Bairro do
Turista I im Allgemeinen bei ungestrten Lagerungsverhltnissen bis
in eine Tiefe von 350 m . NN reicht. Die Bche Crrego do Copo Grosso
und Ribeiro de Caldas zeichnen den - 21 -
Verlauf von stark tektonisch beanspruchten Bereichen nach. Sie
sind sowohl im Arax Schiefer als auch im Parano Quarzit durch
vermehrte Brekzienbildung deutlich zu erkennen. Diese Einheiten
werden auch als die Ruschelzone bezeichnet. Eine mgliche Genese
wre, dass hier groe Strungssysteme verlaufen, die zu einer
Ausbildung von Horst-Graben Strukturen fhrten. Die Entstehung kann
durch eine Aufschiebung nach NW erklrt werden.
Arax-GWL
Parano-GWL
Abb. 15: Typisches N-S Profil, entspricht Profil 9 des
Anhangs
Eine Besonderheit stellt das Profil 11 dar (siehe hierzu Abb.
16). Hierbei wurde der Bereich im westlichsten Teil von Caldas
Novas dargestellt. Es sind vermehrt Hebungen des Quarzits
festzustellen, dabei ist der Quarzit bereits bei 440 m. . NN
anzutreffen. Es knnte sich hier um die Staffelung von Auf- und
Abschiebungen des Gesteinsverbandes handeln. Dies wrde die
Brekzienbildung im Parano Quarzit erklren. Die Verwerfung im Norden
des Profils ist an der Oberflche durch den Bach Crrego do Copo
Grosso nachgezeichnet. Im Sden wird ihr Verlauf anhand des Ribeiro
de Caldas angedeutet. Die beiden Verwerfungen in Zentrum der Stadt
sind an der Oberflche nicht nachweisbar.
- 22 -
Abb. 16: N-S Profil 11
Die Abbildung der Verwerfungen ist hier sehr Modellhaft
dargestellt. Um die genaue Lage der Verwerfungen festlegen zu knnen
fehlt es an exakteren Schichtenverzeichnissen von Brunnen mit einer
Gesamtteufe von mehr als 400 m. Die West-Ost Profile wurden mit den
Buchstaben A bis N gekennzeichnet. Die Profile A bis C befinden
sich im Sden der Stadt Caldas Novas, D bis L in ihrem Zentrum und
die Profile M und N liegen im Norden. Aus den Profilen A und B geht
hervor, dass die Arax Schiefer eine Mchtigkeit von bis zu 400 m im
sd-stlichen Gebiet einnehmen. Die Mchtigkeit des Arax Schiefers
nimmt nach Norden hin leicht ab. In den Profilen ist ebenfalls gut
zu erkennen, dass die Ruschelzone in der Nhe von Bchen strker
ausgeprgt ist und der Parano Quarzit in diesen Bereichen bereits in
einer Tiefe von 450 m . NN auftaucht. Im Zentrum der Stadt variiert
die Tiefe der Bohrbrunnen. Daher kann man hier nur verallgemeinert
sagen, dass sich die Mchtigkeit des Arax Schiefers auf ca.300 m
beschrnkt. - 23 -
Bei der Betrachtung der Profile G, I und K ist festzustellen,
dass die Mchtigkeit der Arax Schiefer im westlichen Teil von Caldas
Novas stark abnimmt. Dabei wird eine Mchtigkeit von 200 m und im
Profil I sogar nur 70 m erreicht. Nach Osten hin nimmt die
Mchtigkeit der Schicht zu. Ob der gleiche Effekt in der Nhe der
Vorfluter im Osten entsteht bleibt hier ungeklrt, da diese Brunnen
nur bis in eine Tiefe von 350 m . NN reichen. Die einzigen Brunnen,
welche bis ins Parano Gestein reicht, sind Brunnen 206 und 200. In
der Abb. 17 ist ein Standardprofil von Westen nach Osten
dargestellt. Hierbei sind die einzelnen Schwankungen des Parano
Quarzits sehr gut verdeutlicht. Die Zone in der die Brunnen 24 und
399 liegen ist stark zerrieben. In diesem Bereich befindet sich das
Flussbett des Ribeiro de Caldas. Daraus lsst sich schlieen, dass
hier ebenfalls eine Verwerfungszone vorliegen muss. Das
Vorhandensein einer Marmorschicht ist im Zentrum der Stadt Caldas
Novas sehr selten und lsst auf eine Hebung der Gesteinsscholle
schlieen.
Arax-GWL
Parano-GWL
Abb. 17: Standartprofil W-E
In den nrdlicher gelegenen WestOst Profilen liegt die Parano
Gruppe grtenteils tiefer als 200 m u. NN. Somit erstreckt sich der
Arax Schiefer im Nordwesten der Stadt auf bis zu 500 m Mchtigkeit.
Dies ist sehr gut in den Profilen l bis N dargestellt, welche sich
im Anhang 10.2.2 befinden. Im Profil L ist hier auerdem auffllig,
dass nach einer 100 m mchtigen Parano Schicht eine 200 m mchtige
Marmorschicht folgt. Im Allgemeinen kann man die - 24 -
Lage der Marmorschicht nicht eindeutig festlegen, da diese bei
einem Groteil der Bohrungen nicht vorliegt. Man kann nur
feststellen, dass im Westen der Stadt keine markanten
Marmorschichten vorliegen. Zusammenfassend kann man sagen, dass
anhand der Profile die von CAMPOS et. al. postulierten
Strungsverlufe von 1980 sehr gut nachgewiesen werden konnten. Im
Bereich der Strungen beluft sich die Mchtigkeit der Arax Gruppe auf
nur 200 m woran sich der Parano Quarzit anschliet. Hier tritt ein
vertikaler Versatz von bis zu 200 m vor. Bei ungestrter Lagerung
besitzt der Arax Schiefer im Zentrum eine Mchtigkeit von 400 m. Im
NE der Stadt konnte eine Mchtigkeit von mehr als 550 m nachgewiesen
werden. Anhand dieser Erkenntnisse kann man davon ausgehen, dass
die Zone im Zentrum aus einer Scholle besteht, welche durch die
dargestellten Strungen im Anhang 10.1.1 begrenzt ist. Es besteht
jedoch der Verdacht, dass im Inneren der Scholle ebenfalls stark
gestrte Zonen vorliegen. Kleinere Verwerfungen bzw. Strungen knnen
hier in der Nhe der Brunnen 115 und 14 mit einer WSWENE Ausrichtung
vermutet werden. Ob tatschlich weitere Verwerfungszonen vorliegen
muss noch geklrt werden.
- 25 -
5
Pumpversuche in Caldas Novas
5.1 Durchgefhrte ArbeitenIm Rahmen dieser Arbeit wurden vor Ort
Pumpversuche durchgefhrt. Diese fanden in Zusammenarbeit mit der
monatlichen Messkampagne der staatlichen Behrde DNPM im Zeitraum
von April bis September statt. Das thermale Grundwasser hat in
Brasilien den Status eines Rohstoffs und unterliegt daher auch in
Caldas Novas der berwachung durch die Behrde DNPM. Die DNPM fhrt
monatlich eine 24 stndige Messkampagne durch. Dabei werden alle
Brunnen um 8 Uhr fr zunchst 12 Stunden in Betrieb genommen. Der
Betriebswasserspiegel, die Temperatur und die Frderrate werden von
einigen Brunnen registriert. Anschlieend mssen alle Brunnen 12
Stunden ausgeschaltet bleiben. Mit diesen Manahmen wird versucht,
durch den Wiederanstieg des Grundwassers auf den
Ruhegrundwasserspiegel zu schlieen. Leider reicht die Zeit von 12
Stunden oftmals nicht aus, um den Grundwasserleiter vollkommen zu
regenerieren. Whrend der Wiederanstiegsphase werden wiederum der
Ruhewasserspiegel und die Temperatur gemessen. Es wurden insgesamt
elf Brunnen mit MiniDivern der Firma SCHLUMBERGER ausgestattet.
Diese registrierten den Grundwasserspiegel und die Temperatur nach
jeweils 10 Sekunden fr die gesamte Dauert der Messkampagne. Die
Diver wurden so platziert, dass sie whrend der Pumpphase mehrere
Meter unterhalb des Betriebswasserspiegels lagen. Die Ausstattung
der Diver war unterschiedlich, so dass die Messung von
Grundwasserschwankungen bis zu 10er m nicht mit allen Divern mglich
war. Beim Monitoring wurde acht Brunnen ausgewhlt die GW aus dem
Arax- GWL frdern. Weitere drei Brunnen, welche im Parano GWL
verrohrt sind, wurden zustzlich beobachtet. Die Brunnen der Arax
GWL befinden sich zum grten Teil auf der stlichen Seite des Flusses
Ribeiro de Caldas (Brunnen 41, 200, 206, 145, 48 und 208).
Lediglich zwei der beobachteten Brunnen, die im Arax GWL
niedergebracht sind, befinden sich im westlichen Bereich des
Flusses. Dies sind Brunnen 115 und 14. Die betrachteten Brunnen des
Parano GWL befinden sich auf der westlichen Seite des Flusses im
Stadtteil Bairro do Turista I, die Brunnen 156, 283 und 415.
- 26 -
5.2 Allgemeine Angaben zum PumpversuchFr die Auswertung der
Pumpversuche wurden zunchst die gesammelten Daten analysiert und
die Absenkungs- und Wiederanstiegskurven in das Programm Aquifer
Test 4.2 der Firma SCHLUMBERGER eingelagert. Fr die Auswertung
mussten die Frderraten und die jeweilige Frderdauer angegeben
werden. Zur Auswertung der Graphen konnten verschiedene
vordefinierte Analyseverfahren benutzt werden. Hierbei wurde
hauptschlich versucht, die vorgegebenen Bedingungen einzustellen.
Die Auswertemethoden von COOPER&JACOB und THEIS wurden fr die
Interpretation der Absenkkurve herangezogen. Als Grundvoraussetzung
galten die Annahmen nach KRUSEMANN & DE RIDDER: Der
Grundwasserleiter hat eine scheinbar unendlich ausgedehnte Flche.
Der Grundwasserleiter ist homogen, isotrop und von gleichbleibender
Mchtigkeit. Der freie bzw. der gespannte Grundwasserspiegel ist
horizontal. Die gefrderte Wassermenge ist konstant. Der Brunnen ist
vollkommen, entnimmt Wasser aus dem gesamten Grundwasserleiter und
die Anstrmung erfolgt horizontal. Der Grundwasserleiter erhlt im
Bereich des Entnahmetrichters keine Zuflsse durch oberirdische
Gewsser. Der Brunnendurchmesser ist klein im Verhltnis zum
Entnahmebereich. Bei vielen Absenkungskurven erbrachte die
Auswertung nach Theis nicht zufriedenstellende Ergebnisse. Hierfr
wurden die Grundannahmen verfeinert, so dass eine weitere
Auswertung nach HANTUSH, DOPPELPOROSITTSMODELL (nach WARREN-ROOT)
und/oder MNCH ermglicht wurde. Fr den Wiederanstieg wurde die
Auswertung nach THEIS & JACOB verwendet.
5.3 Charakterisierung und Klassifizierung der BrunnenIn diesem
Kapitel wird auf den Ausbau, die Tiefenlage und die geologischen
Gegebenheiten eingegangen. Des Weiteren werden die einzelnen
Brunnen mit ihren charakteristischen Pumpund Temperaturkurven
dargestellt. Diese wurden ber sechs Monate hinweg whrend des DNPM
Monitorings beobachtet. Aus der Gesamtheit der Daten konnte eine
charakteristische Absenkungskurve und Wiederanstiegskurve
festgestellt werden. Die gesamten Datenkurven der einzelnen Monate
April bis September befinden sich im Anhang 10.4. Die Auswertung
der Pumpversuche anhand des Programms AquiferTest 4.2 wird
ebenfalls in diesem Kapitel dargestellt. Die einzelnen
Auswertgrafiken liegen im Anhang 10.5 bei. Die Ergebnisse der
Auswertung sind darber hinaus in tabellarischer Form noch mals
zusammengefasst. - 27 -
5.3.1
Brunnen 41
Der Brunnen 41 befindet sich auf dem Gelnde der Hotelanlage
Hotel Itatiaia, welche sich im Zentrum der Stadt Caldas Novas,
stlich des Bachs Ribeiro de Caldas, befindet (Abb. 18). Zu der
Hotelanlage gehren zwei weitere Brunnen, Brunnen 42 und Brunnen 43,
die sich in einem Umkreis von 50 m befinden. Der Brunnen ist seit
1983 im Betrieb und wurde seit dem nicht erneut berbohrt. Geologie
und Ausbaudaten: Aus den archivierten Unterlagen der Firma
GEOCALDAS geht hervor, dass nur die Ausbaudaten des Brunnens 41
aufgenommen worden sind, diese sind in Abb. 19 dargestellt. Fr die
Geologie wird ersatzweise geologische der gleiche Untergrund
angenommen wie bei dem ca. 50 m entfernten Brunnen 43. Der
Brunnen 41 reicht bis in eineAbb. 18: Lageplan des Brunnens 41
Tiefe von 250 m. Das Bohrloch wurde dabei in den obersten 82 m
mit einem 150 mm Vollrohr verrohrt und zementiert. Die darauf
folgenden 170 m befinden sich im Festgestein. Hier wurde auf eine
Verrohrung mit Filterstrecken verzichtet. Dies ist auch in der Abb.
20 noch grafisch dargestellt.
Abb. 19 Darstellung des Brunnenausbaus fr Brunnen 41
- 28 -
Die Aufnahme des geologischen Untergrundes ist nicht detailliert
aufgeschlsselt worden. Das Schichtprofil des Brunnens wurde in vier
Einheiten unterteilt. Die oberste Schicht besteht aus schwach
sandigem, schwach kiesigem und tonig bis schluffigem Boden. Darauf
folgt in 8 m Tiefe der Chloritquarzitschiefer der Arax Gruppe,
welcher mit feinen Quartzadern durchzogen ist. Die Schicht endet
bei 35 m u. GOK und es folgen die Chloritbiotitschiefer mit einer
Schichtmchtigkeit von 195 m. Dieses Schichtpaket besteht aus einer
Wechsellagerung von Chloritbiotitschiefern und
Quarzitbiotitschiefern. Unterhalb der 230 m u. GOK liegt eine
Brekzie aus BiotitquarzitschieferAbb. 20: Schichtenprofil Brunnen
43
komponenten vor. Die einzelnen Schichtgrenzen knnen fr den
Brunnen 41 leicht abweichen.
Grundwasserspiegel: Whrend der ersten Pumpphase fllt der GWS nur
sehr langsam ab. Der GWS liegt dabei zwischen 50 m u. GOK (April)
und 60 m u. GOK (September). Jedoch ist in allen Monaten in der
Zeit zwischen 14 und 15 Uhr ein rasanter Abfall des GWS zu
erkennen, welcher sich auf diesem Niveau fr mehr als eine Stunde
hlt. Anschlieend hebt sich der GWS genauso schnell wieder auf das
ursprngliche Niveau. Beim Ausschalten der Pumpen steigt der
Grundwasserspiegel rasant auf ein Niveau von weniger als 40 m u.
GOK. Anschlieend fllt dieser um wenige Meter um anschlieend wieder
konstant anzusteigen. Der Ruhewasserspiegel variiert dabei zwischen
30 und 38 m u. GOK. Whrend der Inbetriebnahme der Pumpe bei
Normalbetrieb fllt der GWS rasant ab. Der Grundwasserspiegel fllt
dabei um mehr als 20 m in wenigen Minuten. Dies ist in der Abb. 21
verdeutlicht. Anschlieend fllt der GWS nur sehr langsam ab. Beim
Ausschalten der Pumpe steigt der GWS innerhalb weniger Minuten
ebenfalls auf das ursprngliche Niveau an. Die
Ruhewasserspiegelkurve ist in dieser Phase gezackt. Sie besteht aus
mehreren kurz hintereinander folgenden Absenkungs- und
Wiederanstiegsphasen. Dies lsst auf Einflsse der umgebenden Brunnen
auf den GWS im Brunnen selbst schlieen.
- 29 -
Auerhalb des DNPM Monitorings werden die Pumpanlagen nur ber
Nacht fr zwlf Stunden angeschaltet.
Brunnen 4110:00:00 14:00:00 18:00:00 22:00:00 10:00:00 14:00:00
18:00:00 22:00:00 10:00:00 14:00:00 18:00:00 22:00:00 6:00:00
2:00:00 6:00:00 2:00:00 6:00:00
39
36
44
37
Grundwasserspiegel [m u. GOK]
49 38 54 39 59 40 64 41 69 T [C]
42 Grundwasserspiegel [m] Temperatur [C]
Abb. 21: Typischer Grundwasserspiegel- und Temperaturverlauf im
Brunnen 41
Temperatur Der zweite Parameter, der bei den Pumpversuchen mit
aufgezeichnet wurde ist die Temperatur. Allgemein ist zu sagen,
dass die Temperatur sehr stark von der Frderung abhngt. Bei
angeschalteten Pumpen steigt die Temperatur (siehe Anhang 10.4 bzw.
Tabelle 13 im Kapitel 6.3). Die Hchsttemperatur war im
Untersuchungszeitraum immer konstant bei 41,6C. Die mittlere
Temperatur whrend der Pumpphase betrgt 41,3C. Durch das Ausschalten
der Pumpen steigt die Temperatur zunchst um wenige zehntel Grad an
und nimmt anschlieend konstant ab. Dabei zeichnet die
Temperaturkurve eine Parabelform nach. Das Minimum liegt bei
durchschnittlich 36,8C. Nach Wiederanschalten der Pumpe tritt der
umgekehrte Effekt auf zum Ausschalten der Pumpe. Die Temperatur
sinkt zunchst um wenige Grad Celsius fr einige Minuten um dann
anschlieend um mehrere Grad Celsius anzusteigen. Allgemein kann man
sagen, dass die Temperaturkurve sehr genau den Zeitraum der
Frderung des Wassers widerspiegelt.
- 30 -
Auswertung mit Aquifer Test 4.2 Der Leistungsquotient fr den
Brunnen wurde mit Lq= 0,34 l/(s*m) berechnet. Er setzt sich
zusammen aus der mittleren Brunnenleistung von 6,1 l/s und einer
Absenkung von 20 m. Es wurde eine Frderrate von 22 m/h angenommen.
Weitere Annahmen waren, dass ein unvollkommener Brunnen und eine
Kluftgrundwasserleitermchtigkeit von 200 m vorliegen. Die Typkurve
und die Auswertgrafik liegen im Anhang 10.5.1 dieser Arbeit bei.
Bei der Auswertung wurde die Kurve in zwei Bereiche unterteilt. Der
erste Bereich beinhaltet einen steile Absenkungsgerade und der
zweite Bereich eine abflachende Gerade ab 300 Sekunden. Fr die
Auswertung der Absenkungskurve wurde hier zunchst das Verfahren der
Doppelporositt gewhlt. Der Verlauf dieser Typkurve zeigte eine gute
Deckung mit der Absenkungskurve des Pumpversuches nach 300
Sekunden. Anhand dieser Kurve wurde eine Transmissivitt von 1,35 x
10-4 m/s berechnet. Dieser Wert gilt jedoch nicht fr die Startphase
des Pumpversuchs. Bei dem Gradlinienverfahren nach COOPER &
JACOB wurden die einzelnen Teilbereiche berechnet. Dazu wurde das
Zeit-Absenkungsverfahren verwendet. Die beiden anderen
Gradlinienverfahren konnten nicht angewandt werden, da kein
weiterer Beobachtungsbrunnen in dem Einzugsbereich beobachtet
wurde. Die Absenkungskurve wurde in zwei Teilbereiche
untergliedert. Der erste Bereich umfasst die Datenpunkte zwischen
80 Sekunden und 350 Sekunden. Dabei erhlt man fr die Transmissivitt
einen Wert von 2,13 x 10-5 m/s. Die Absenkung verflacht mit der
Zeit, so dass im zweiten Bereich zwischen 300 Sekunden und 10.000
Sekunden die Transmissivitt mit 3 x 10-4 m/s bestimmt wurde. Bei
dem Verfahren nach Mnch wurde eine Transmissivitt von 8,34 x 10-4
m/s berechnet. Der Wiederanstieg wurde nach dem Verfahren von THEIS
& JAKOB bestimmt. Dabei lag die Transmissivitt bei 4,74 x 10-3
m/s. Sie ist somit um die Grenordnung eine Zehnerpotenz hher als
die berechneten Transmissivitten der Absenkung. Dennoch ist dieser
Wert als genauer zu betrachten, da weder Sickerstrecke noch
Brunneneintrittsverluste die verbleibende Absenkung beeinflussen
[H-R. LANGGUTH & R.VOIGT]. In der nachfolgenden Tabelle 1 sind
die Ergebnisse noch einmal tabellarisch zusammengestellt.
- 31 -
Tabelle 1: Kennwerte des Brunnen 41 Zeitintervall [s] 300 10.000
80 - 300 300 10.000 10.000 15.000 Doppel-porositt Cooper und Jacob
Cooper und Jacob Theis & Jacob Verfahren Transmissivitt [m/s]
1,35 x 10-4 2,13 x 10-5 3 x 10-4 4,74 x 10-3 K-Wert [m/s] 7,49 x
10-7 1,19 x 10-7 1,67 x 10-6 2,63 x 10-5
Allgemein ist festzustellen, dass sich die bestimmten
Transmissivitten unabhngig vom Verfahren in einem in sehr nach
Betracht. engen STOBER Diese Bereich beiden befinden. zwei sind Bei
der Bestimmung des als und Grundwassermodells Kombination kommen
Grundwasserleitermodelle Zweiporosittsmedium
Brunnenspeicherung und Skineffekt Einflsse. Dabei knnte man den
ersten Teilbereich unter den Einfluss der Klfte und des
Brunneneintrittsverlustes stellen. Die Klfte entleeren sich schnell
und besitzen ein geringes Rckhaltevermgen. Hierfr spricht auch die
kurzfristig sinkende Temperatur. Der zweite Bereich verluft entlang
einer Geraden, wobei die Temperatur proportional mit der Absenkung
zu nimmt. Die Bestimmungsgerade des Wiederanstiegs schneidet die
Absenkungsachse im positiven Bereich. Die Schlussfolgerung ist,
dass der GWL rumlich begrenzt ist und die Entnahmemenge durch
entsprechende Einspeisungen nicht wieder ausgeglichen werden kann
[LANGGUTH & VOIGT].
- 32 -
5.3.2
Brunnen 200 Der Brunnen 200 liegt im Zentrum der Stadt. Er gehrt
zu der Hotelanlage Pousada Cariama, welche das Wasser auch entnimmt
und nutzt. Fr den tglichen Gebrauch werden die Pumpen normalerweise
nur in den frhen Morgenstunden von 6 Uhr bis 10 Uhr und am spten
Nachmittag von 16 Uhr bis 20 Uhr in Betrieb genommen. Auf dem
Lageplan in Abb. 22 ist erkennbar, dass sich westlich weitere
Brunnen befinden.
Abb. 22: Lageplan Brunnen 200
Geologie und Ausbaudaten: In den Archivunterlagen wurden sowohl
Ausbaudaten als auch ein Schichtenverzeichnis hinterlegt. Der
Brunnen hat eine Gesamttiefe von 400 m. ber den Ausbau des Brunnens
ist nur bekannt, dass in den ersten 72 m ein Vollrohr eingesetzt
wurde. Eine weitere Sttzung des Bohrlochs fand nicht statt. Die
Filterstrecke kann somit ber die gesamten verbleibenden 330 m
angenommen werden. Aus dem Schichtenverzeichnis kann man entnehmen,
dass nach den ersten 20 m Bodenschicht eine fast 95 m mchtige
Chlorit-QuarzitSchieferschicht folgt. Darauf folgt bis in eine
Tiefe von 130 m u. GOK eine 15 m mchtige Quarzit-Schicht.
Anschlieend sind Chlorit-QuarzitSchiefer auf den folgenden 160 m
anzutreffen. In einer Tiefe von 290 m u. GOK liegt erneut Quarzit
vor. Dieser hat eine Mchtigkeit von 80 m. Die letzten 30 m werden
hier alsAbb. 23 Schichtenprofil und Ausbaudaten des Brunnens
200
Brekzie angesprochen. Diese besteht aus Quarzit und ist stark
geklftet.
- 33 -
Grundwasserspiegel: Der GWS fllt durch die Inbetriebnahme der
Pumpe fast senkrecht um mehr als 30 m ab. Dies geschieht in weniger
als einer Stunde. Anschlieend hat die Kurve einen asymptotischen
Verlauf gegen 82 m u. GOK. Der Betriebswasserspiegel liegt dabei
zwischen 82 m und 85 m u. GOK. Beim Ausschalten der Pumpe erfolgt
ein ebenfalls senkrechter Anstieg des GWS um etwa 30 m. Fr diese
Wegstrecke wird weniger als eine halbe Stunde bentigt. Danach
steigt die Kurve um weitere 10 m an und verluft asymptotisch gegen
30 m u. GOK. Der Ruhewasserspiegel liegt in der Regel bei 30 m u.
GOK in den Monaten April bis Juli. In den folgenden Monaten fllt
der Ruhewasserspiegel um mehr als sechs Meter ab. Whrend des Tests
mssen die Pumpen fr die Dauer von zwei Stunden in der Zeit von 14
bis 16 Uhr ausgeschaltet bleiben. Dies ist aus dem Kurvenverlauf
des GWS in der Abb. 24 im ersten Teilbereich sehr gut ersichtlich.
Das anschlieende Anschalten der Pumpe verringert den
Grundwasserspiegel auf das Niveau, welches bereits vor dem
Abschalten herrschte, whrend er durch das Abschalten der Pumpen
rasant an. Der Ruhewasserspiegel liegt zwischen 30 und 35 Meter u.
GOK. Die einzelnen Grafiken zu den jeweiligen Monaten befinden sich
in den Anlagen 10.4 dieser Arbeit. In der Abb. 24 ist die Zeit
whrend die Pumpen in Betrieb sind und die Zeit der ausgeschalteten
Pumpen sehr gut zu erkennen. Durch die nicht immer glatt
verlaufende Grundwasserspiegelkurve kann der Einfluss von
umliegenden Brunnen erkannt werden. Hierfr kommen die Brunnen 154,
206 und 38 in Frage.
Temperatur Die Temperatur fllt bei ausgeschalteten Pumpen von
42C auf 35,5C. Durch das Pumpen wird das Wasser zunchst fr kurze
Zeit klter und erwrmt sich dann sehr schnell auf 39C auf. Beim
Abschalten der Pumpe wird das Wasser zunchst um weitere 2C wrmer um
dann kontinuierlich abzukhlen. Die Abkhlungskurve verluft dabei in
Parabelform. Die einzelnen Peaks beim An- und Ausschalten der Pumpe
sind markante Kennzeichen. Anhand dieser kann man den genauen
Zeitpunkt der Inbetriebnahme der Pumpe feststellen.
- 34 -
Brunnen 20010:00:00 14:00:00 18:00:00 22:00:00 10:00:00 14:00:00
18:00:00 22:00:00 10:00:00 14:00:00 18:00:00 22:00:00 6:00:00
2:00:00 6:00:00 2:00:00 6:00:00
35 40
31
33 45 Grundwasserspiegel [m u. GOK] 50 55 37 60 65 70 75 80 41 T
[C] 35
39
43
Grundwasserspiegel [m]
Temperatur [C]
Abb. 24: Typischer Grundwasserspiegel- und Temperaturverlauf fes
Brunnens 200
Auswertung mit Aquifer Test 4.2 Der Leistungsquotient betrgt Lq=
0,06 l/(s*m). Die Auswertung der aufgenommenen Datenstze wurde in
zwei Bereiche unterteilt. Da in jedem Monat nach einer Pumpphase
von sechs Stunden der quasistationre Zustand des
Grundwasserspiegels durch einen ueren Umstand immer wieder
aufgehoben wird, wird nur der erste Teil der Absenkungskurve
betrachtet. Der zweite Teil der Kurve behandelt die
Wiederanstiegskurve. Fr die Auswertung der Absenkungskurve wurden
folgende Annahmen getroffen: es liegt ein Kluftgrundwasserleiter
vor, der 200 m mchtig ist. Der Brunnen ist unvollkommen und die
Frderrate betrgt 9 m/h. Das Auswertverfahren mit der Doppelporositt
bietet hierbei nur unzufriedenstellende Ergebnisse. Die Typkurve
passt sich der Absenkungsgeraden nicht an. Dagegen liefert das
Verfahren fr halbgespannte Grundwasserleiter nach HANTUSH sehr gute
Ergebnisse. Die Typkurve deckt sich in dem Zeitintervall zwischen
300 Sekunden und 22.000 Sekunden mit der Absenkungskurve. Die
HANTUSH-Kurve besitzt zum Startbeginn eine steiler einfallende
Absenkung, als die tatschlich gemessene Absenkungskurve im Brunnen
200. Die Transmissivitt liegt dabei bei 3,69 x 10-6 m/s bei Annahme
von einem 200 m mchtigen Grundwasserleiter. Der dazugehrige kf-Wert
ist 1,85x10-8 m/s. Um einen weiteren Vergleichswert zu erhalten,
wurde das Gradlinienverfahren nach COOPER & - 35 -
JAKOB mit herangezogen. Die Absenkungskurve wurde in drei
Abschnitte unterteilt. Aus den resultierenden Geraden erhlt man
Transmissivitten die zwischen 1,02 x 10-5 m/s und 7,46 x 10-6 m/s
schwanken. Die Auswertungen nach THEIS und nach MNCH brachten
hnliche Ergebnisse zum Vorschein. Die berechnete Transmissivitt
nach THEIS liegen bei 1,96 x 10-5 m/s und nach MNCH bei 2,92 x 10-5
m/s. Das Verfahren nach THEIS & JACOB fand ebenfallsbei der
Wiederanstiegskurve Anwendung. Die Typkurve ist relativ gut mit dem
gemessenen Wert zur Deckung zu bringen. Dabei wurde ein kf-Wert von
3,04 x 10-7 m/s berechnet und eine Transmissivitt von 6,08 x 10-5
m/s. Dies ist annhernd der Wert den man durch die Absenkungskurve
anhand der Berechnung von COOPER & JACOB, THEIS und MNCH
erhalten hat. Bei der Berechnung nach HANTUSH ist der kf-Wert um
eine Grenordung kleiner. Eine Zusammenfassung aller berechneten
Werte ist in der Tabelle 2 noch mal aufgelistet.Tabelle 2:
Kennwerte des Brunnens 200 Zeitintervall [s] 0 22.000
Doppelporositt Verfahren Transmissivitt [m/s] 2,61 x 10-5 K-Wert
[m/s] 1,31 x 10-7
300 - 1500
Cooper und Jacob
7,45 x 10-6
3,73 x 10-8
2.500 5.000
Cooper und Jacob
1,02 x 10-5
5,09 x 10-8
3.000 15.000
Cooper & Jacob
5,29 x 10-5
2,64 x 10-7
10.000 22.000 300 22.000 10.000 20.000
Theis Hantush Mnch
1,96 x 10-5 3,69 x 10-6 2,92 x 10-5
9,79 x 10-8 1,85 x 10-8 1,46 x 10-7
22.000 30.000
Theis & Jacob
6,08 x 10-5
3,04 x 10-7
Der Brunnen 200 kann laut KRUSEMAN & DE RIDDER anhand seiner
Absenkungskurve als ein gespannter Kluftgrundwasserleiter mit
Doppelporositt beschrieben werden. Die Auswertungen der
Absenkungskurve mittels der Doppelporositt ergab, wie oben bereits
- 36 -
erwhnt, keine bereinstimmende Typkurve. Die resultierenden
kf-Werte und die Transmissivitt stimmen mit den Berechnungen nach
MCH, THEIS und im dritten Teilbereich nach COOPER & JACOB
berein. Bei der Betrachtung des Wiederanstiegs konnte festgestellt
werden, dass die Gerade die x-Achse bei eine quivalentzeit (t/t`) =
2 schneidet. Laut LANGGUTH & VOIGT knnen daraus zwei Schlsse
gezogen werden. Entweder muss der Grundwasserspiegel whrend der
Frderphase durch Einspeisungen ernhrt worden sein, so dass sich der
Ausgangswasserspiegel vorzeitig einstellen konnte oder der
Speicherkoeffizient hat sich whrend der Absenkung verringert, zum
Beispiel durch irreversible Kompression. Beide Phnomene knnten hier
aufgetreten sein. Der Brunnen 200 ist bis in eine Tiefe von 400 m
u. GOK abgeteuft. Nach 300 m folgt stark geklfteter Quarzit. Die
wahrscheinliche zustzliche Einspeisung knnte durch Grundwasser aus
dem Parano Grundwasserleiter stammen, welches sich entlang von
Klften in der brekzisen Schicht bewegt. Hierfr spricht ebenfalls
die steigende Temperatur.
- 37 -
5.3.3
Brunnen 206 Der Brunnen 206 liegt im Zentrum der Stadt, unweit
des Shopping Tropical. Der Bach Ribereiro de Caldas befindet sich
in einer Entfernung von weniger als 100 m. Die genaue Lage ist in
der Abb. 25 dargestellt. Dieser Brunnen frdert das Wasser welches
das Hotel Residencial Jardim Belveder versorgt, ist jedoch im
Besitz des dem Hotels Stella. Die Pumpen werden normalerweise jeden
Tag angeschaltet. Die Pumpdauer betrgt dabei wenige Stunden. In dem
Zeitraum zwischen 22 Uhr und 6 Uhr wird in der Regel kein Wasser
gefrdert. Geologie und Ausbaudaten: Der Brunnen hat eine Ansatzhhe
von 678,88 m . NN und eine Endtiefe von 337 m . NN. Der Ausbau des
Brunnens ist nicht vollstndig aufgezeichnet worden. In der Abb. 26
ist das Schichtenverzeichnis und der Ausbauplan graphisch
dargestellt. Die ersten 275 m der Brunnens wurden durch ein
Vollrohr stabilisiert. Darauf folgt mit einer lnge von 34 m ein
Filterrohr und anschlieend noch einmal eine Vollrohr-Verrohrung
bis
Abb. 25: Lageplan des Brunnen 206
Abb. 26: Schichtenverzeichnis und Ausbaudaten des Brunnens
206
358 m u. GOK. Es ist nicht geklrt, ob ein Filterkies eingebaut
wurde. Die
ersten 20 m bestehen hauptschlich aus verwitterten
Glimmerschiefern mit den Hauptbestandteilen Ton und Schluff. Darauf
folgen hellgraue Chlorit-Quarzit-Schieferlagen. In einer Tiefe von
65 m kommt es zu einer Wechsellagerung von Quarzit mit
Chlorit-Quarzit- 38 -
Schiefern. Die einzelnen Lagen haben eine durchschnittliche
Mchtigkeit von 3 m. Die Quarzit Lagen bestehen aus hellgrauem
Quarzit und haben einen hohen Gehalt an hellen Glimmermineralen (es
handelt sich hier wahrscheinlich um Muskovit). Zwischen 80 m und
110 m Tiefe befindet sich eine reine Quarzitschicht. Bis in eine
Tiefe von 275 m folgt wiederum ein Chlorit-Quarzit-Schiefer. Dieser
wird von einer 2 m mchtigen Quarzitschicht in einer Tiefe von 145 m
durchzogen. In den untersten 63 m liegt wiederum ein Quarzit vor.
Letzterer ist stark tektonisch beansprucht und wird daher zum Teil
auch als Brekzie angesprochen. Der Quarzit ist sehr feinkristallin,
hart und hat eine rosa bis violette Frbung. In dem Bereich zwischen
290 und 294 m u. GOK liegen ebenfalls stark tektonisch beanspruchte
Schichten vor, auch brekzis sind. Die Verfilterung des Brunnen
liegt genau im Bereich der tektonisch am meisten beanspruchten
Schicht. Grundwasserspiegel: Der Grundwasserspiegelverlauf ist in
der Abb. 27 grafisch dargestellt. Die Darstellung des Monitorings
begrenzt sich auf die ersten 24 Stunden. Die folgenden 40 Stunden
entsprechen einem normalen Betriebsalltag. Bei angeschalteter Pumpe
sinkt der GWS whrend des Monitorings auf ein Niveau unter 55 m u.
GOK, dabei nimmt der GWS konstant ab. Der Bereich zwischen 10 bis
18 Uhr ist durch zwei Peaks abgegrenzt. Hierbei muss es sich um
einen kurzfristigen Pumpausfall handeln, da der Grundwasserspiegel
jeweils danach erneut schnell absinkt. Der Wiederanstieg verluft
die erste halbe Stunde rasant, wobei der Grundwasserspiegel um mehr
als 7 m ansteigt. Anschlieend ist der Verlauf sehr gleichmig. Nach
zehn Stunden hat sich der GWS auf einen Ruhewasserspiegel von 44,3
m u. GOK eingestellt. Der GWS im Normalbetrieb besitzt einen
Ruhewasserspiegel von 45,8 m u. GOK. Die Absenkung betrgt im
Durchschnitt 5 m. Eine Besonderheit beim Brunnen 206 ist, dass der
Brunnen im Einflussbereich eines umgebenden Brunnen stehen muss.
Dies ist sehr gut zu erkennen, wenn man die Ruhewasserspiegelwerte
zwischen 22 und 6 Uhr des Folgetages betrachtet. Der GWS nimmt um
2,3 m ab, obwohl die Pumpen hier still liegen. In der anschlieenden
Pumpphase fllt der GWS zunchst um 5 m ab und whrend der Frderung
steigt der GWS. Dies besttigt die Annahme, dass der
Brunnenwasserspiegel von einem Brunnen in der nheren Umgebung
abhngt. Der einzige Brunnen, welcher sich in der unmittelbaren Nhe
befindet ist der Brunnen 39. Dieser ist allerdings laut Unterlagen
von Geocladas stillgelegt und durch den Brunnen 206 ersetzt worden.
Weitere Brunnen die in Frage kommen sind die Brunnen 41, 42, 43,
200 und 38. Alle befinden sich in einem Umkreis von 80 bis 150 m -
39 -
Entfernung. Der Brunnen 200 kann von vorne rein ausgeschlossen
werden, da dessen Pumpen in der Nacht abgeschaltet sind (siehe
hierzu Abb. 24). Am wahrscheinlichsten ist also eine Abhngigkeit
vom Brunnen 41, da dieser nicht nur die geringste Entfernung zum
Brunnen 206 besitzt sondern darber hinaus im normalen
Betriebsalltag in der Zeit zwischen 22 Uhr und 10 Uhr Wasser
frdert. Diese Tatsache korrelieren sehr gut mit den vorliegenden
Grundwasserspiegelschwankungen.Brunnen 20610:00:00 14:00:00
18:00:00 22:00:00 10:00:00 14:00:00 18:00:00 22:00:00 10:00:00
14:00:00 18:00:00 22:00:00
6:00:00
2:00:00
6:00:00
2:00:00
44
6:00:00
35,5
46
36,5
Grundwasserspiegel [m u. GOK]
48
37,5
50
38,5
52
39,5
54
40,5
56 Grundwasserspiegel [m] Temperatur [C]
Abb. 27: Typischer Grundwasserspiegel- und Temperaturverlauf des
Brunnens 206
Temperatur: Die Temperatur des GW liegt whrend der Frderung
zwischen 38 C und 40,5C. Das GW khlt sich auf einen Temperatur von
36,5C ab, sobald die Frderung eingestellt wird. Es ist sehr
auffllig, dass sich die Temperaturschwankungen in einem Intervall
von 35,5C bis 40,7C bewegen. Es entstehen sowohl bei der
Inbetriebnahme der Pumpe also auch beim Ausschalten der Pumpe eine
Temperaturerhhung fr kurze Zeit um durchschnittlich 0,8C. Die
konstante Temperaturzunahme whrend der Pumpphase ist ein Zeichen
dafr, dass konstant GW aus einer tieferen Schicht gefrdert wird.
Auffllig ist, dass die Temperatur des GW nicht mit der
Grundwasserspiegelhhe korreliert. Eine Erklrung knnte durch die
Tiefenlage des Divers erklrt werden. Mglicherweise wird nicht die
gesamte GW-Sule von den Bewegungen im Untergrund beeinflusst. - 40
-
T [C]
Auswertung mit Aquifer Test 4.2 Der Leistungsquotient liegt hier
bei Lq= 1,17 l/(s*m).
Fr die Auswertung des Pumpversuchs wurde eine
Grundwasserleitermchtigkeit von 300 m angenommen. Des Weiteren
wurde eine Frderrate von 19 m/h vorgegeben. Bei der Auswertung
anhand der Doppelporositt erhlt man eine gute Angleichung der
Typkurve mit der Absenkungskurve. Die dabei errechnete
Transmissivitt betrgt 6,06 x 10-5 m/s. Bei dieser Art der
Berechnung werden Teilbereiche der Absenkungskurve nicht
bercksichtigt, bei denen der Grundwasserspiegel kurzfristig
ansteigt. Daher wurde die Absenkungskurve zustzlich anhand des
Gradlinienverfahrens nach COOPER & JACOB ausgewertet. Dabei
sind zwei verschiedene Steigungen festgestellt worden. Die daraus
resultierenden Transmissivitten liegen zwischen 1,07 x 10-4 und
1,99 x 10-4 m/s und sind somit hher als die berechneten
Transmissivitten nach der Doppelporositts-Methode. Die Auswertung
anhand von MNCH wurde als letztes Verfahren fr die Absenkung
vorgenommen. Die Ergebnisse des vorherigen Verfahrens werden
hierbei noch mal besttigt und die berechnete Transmissivitt von
1,95 x 10-4 m/s stimmt mit den Ergebnissen nach COOPER & JACOB
vollkommen berein (siehe Tabelle 3). Der Wiederanstieg nach THEIS
& JACOB lieferte die gleichen Werte wie das Verfahren nach MNCH
mit einer Transmissivitt von 1,98 x 10-4 m/s. Die Gerade des
Wiederanstiegs schneidet die x-Achse bei einer quivalenzzeit von
(t/t)>2. Nach LANGGUTH & VOIGT ist dieser Effekt durch
Einspeisungen whrend der Frderphase zu erklren. Die Einspeisung
findet dabei aus zwei Bereichen statt. Zu einem wird Wasser aus der
hangende