Lehrende Strömungsmodellierung

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1 WS08 Spezielle Hydrogeologie I dienstags : Strömungsmodellierung freitags: physiko-chemische Aspekte des Stofftransportes Prof. Sabine Attinger, Prof. Kai-Uwe Totsche Universität Jena Folie 1 Lehrende Strömungsmodellierung Prof. Dr. Sabine Attinger Department Hydrosystemmodellierung (Leiterin) am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschun in Leipzig Professor für Hydrogeologie am IGW FSU Jena Kontakt: Sabine.attinger@ufz.de Telefon Folie 2

2 Lehrende Strömungsmodellierung Jun-Prof. Dr. Anke Hildebrandt Juniorprofessorin für Ökologische Modellierung, Gebiet Ökohydrologie Betreuung Übungen Kontakt: Telefon Folie 3 Der globale Wasserkreislauf Reservoire (blaue Ziffern) in km3, Flüsse in km3/jahr (schwarze Ziffern) Folie 4

3 Süßwasserressourcen Grundwasser 0,79% Bodenfeuchte % Atmosphärischer Wasserdampf 0,00094% Flüsse 0,00015% Eiskappen, Gletscher 1.7% 0,0098% Seen 0.007% Biota 0,00008% Folie 5 Grundwasser Niederschlag Artesicher Brunnen (ohne Pumpe) Brunnen (Entnahme mit Pumpe) Evaporation und Transpiration Neubildungsgebiet Gespannter GWL Evaporation Runoff Infiltration Aquifer Stream Wasserspiegel Lake Infiltration Ungespannter Aquifer Less permeable material Gespannter Aquifer such as clay Confirming permeable rock layer Folie 6

4 Grundwasserprobleme Grundwasserübernutzung Lokale Grundwasserspiegelabsenkungen Versalzung von Grundwasser Verschmutzung von Grundwasser durch Kontaminationen Folie 7 Wassernutzung Weltweite Nutzung (jährlich): 4430 Kubikkilometer Süßwasser aus Aquiferen, Seen und Flüssen entnommen Verwendung: 70 % für die Bewässerung in der Landwirtschaft, 25 % in der Industrie und zu 5 % im Haushalt als Brauch- und Trinkwasser Grundwasser hat daran einen Anteil von etwa einem Viertel. Weitere 2350 Kubikkilometer (jährlich) aus Oberflächengewässern nutzt man direkt vor allem zum Verdünnen und zum Abtransport von Abwässern, für den Erhalt der flussnahen Flora und Fauna, sowie um die Schifffahrt über Kanäle und Flüsse während Trockenperioden aufrechtzuerhalten. Die Gesamtmenge entspricht bereits 54 Prozent des zugänglichen und sich durch Niederschläge erneuernden Oberflächen- und Grundwasserabflusses. Folie 8

5 Grundwassernutzung: Frage: Was sind die Herausforderungen für die Wasserversorgung? Welchen Plan sollte es für die Bewirtschaftung geben? Diskutieren Sie in einer Kleingruppen diese Frage! Folie 9 Lokale Grundwasserabsenkungen Unter der Grundwasserabsenkung versteht man eine gewollte oder ungewollte Absenkung des Grundwasserspiegels. Die Grundwasserabsenkung kann natürliche Ursachen haben (z.b. Erdbeben). Für die meisten Grundwasserspiegeländerungen ist aber der Mensch verantwortlich. Grundwasserabsenkungen können gewollt im Rahmen von Tagebergbau, Bauarbeiten und in der Landwirtschaft durch Drainagesysteme auftreten. Aber auch ungewollte durch Regulierung von fließenden Gewässern, Tiefbauarbeiten und Trinkwassergewinnung. Folie 10

6 Grundwasserabsenkungen Frage: Welche Folgen kann eine Grundwasserspiegelabsenkung haben? Diskutieren Sie in einer Kleingruppen diese Frage! Folie 11 Versalzung von Grundwasser In küstennahen Regionen: Aufgrund des Dichteunterschieds zwischen Süß- und Meerwasser bildet sich an der Aquifer-Sohle stets ein Salzwasserkeil aus, der im Allgemeinen vom ablandigen Abfluß zurückgedrängt wird. Auf Meeresinseln: Durch Regen bilden sich flache Süßwasserlinsen, die auf dem Salzwasser schwimmen. In küstenfernen Regionen: Sole (Salzlauge) kann in tiefer liegenden geologischen Gesteinsschichten vorkommen, wie zum Beispiel im Zechstein in den europäischen Sedimentbecken. Folie 12

7 Versalzung von Grundwasser Frage: Warum ist Versalzung ein Problem? Und durch welche Eingriffe in den Wasserhaushalt kann Versalzung von Grundwasser verstärkt werden? Diskutieren Sie in einer Kleingruppe diese Frage! Folie 13 Grundwasserverschmutzungen Grundwasserverschmutzung ist ein Teilaspekt der Umweltverschmutzung und stellt ein ernstzunehmendes Problem dar. Ursachen können sein: die wasserlöslichen oder flüssigen Bestandteile illegal deponierter Abfälle aus privaten Haushalten, Industrie und Gewerbe Abwasser aus undichten Kanalisationsrohren Übermäßiges Düngen von Feldern mit Mist und Gülle hauptsächlich aus der Massentierhaltung In Industrie oder Gewerbebetrieben absichtlich oder unabsichtlich freigesetzte Schadstoffe (z. B. durch unentdeckte Leitungsleckagen, fahrlässiges Verhalten von Betriebsangehörigen, Betriebsunfälle, in früheren Zeiten auch aufgrund fehlenden Problembewusstseins) Folie 14

8 Grundwasserverschmutzung Frage: Was können die Folgen einer Grundwasserverschmutzung sein? Diskutieren Sie in einer Kleingruppe diese Frage! Folie 15 Grundwasserprobleme Skizieren Sie die Grundwasserprobleme, die Sie gerade diskutiert haben, in einer schematischen Skizze (wie in Folie 4). Gehen Sie dafür wieder in Ihre Kleingruppen! Folie 16

9 Grundwasserprobleme Was müssen wir wissen, um Grundwasserprobleme quantitativ zu beschreiben? Warum brauchen wir Modelle? Bitte diskutieren Sie wieder in Kleingruppen! Folie 17 Mögliche Antworten Wo kommt das Grundwasser her? Fließt das Grundwasser? Und warum? Wie schnell fließt es? Wo fließt das Grundwasser hin? Gibt es menschliche Eingriffe, die wir berücksichtigen müssen? Folie 18