Aspekte der Angewandten Geologie

Transkript

1 Aspekte der Angewandten Geologie Geohydromodellierung Institut für Geowissenschaften Christian-Albrechts-Universität zu Kiel 2-1

2 Wo ist das Grundwasser? 2-2

3 Hier 2-3

4 d 2-4

5 Das unterirdische Wasser befindet sich in der wasserungesättigten und der wassergesättigten Bodenzone. Die ungesättigte Zone ist unterhalb der Landoberfläche und erstreckt sich bis zum Grundwasser. Sie beinhaltet Adsorptions-, Kapillar und Sickerwasser sowie die Bodenluft. Das Grundwasser befindet sich unterhalb der Grundwasseroberfläche bis in Tiefenbereiche, in denen keine zusammenhängenden Hohlräume im Gestein mehr existieren. 2-5

6 leiter Grundwasserleiter sind die Teile der Erdrinde, die Wasser enthalten und es weiterleiten können (z.b. zu einem Trinkwasserbrunnen). Dies sind oft nur die obersten geologischen Schichten. Synonym wird der Ausdruck Aquifer verwendet. Hydrogeologisch unterscheidet man zwischen Poren-, Kluft- und Karstgrundwasserleitern. Gesteine, die Grundwasser nicht speichern oder weiterleiten, sind Grundwasser-geringleiter/-nichtleiter (Aquiclude; Aquifuge) 2-6

7 leiter in Deutschland Die Karte zeigt die in Deutschland verbreiteten Typen and Grundwasserleitern. 49 % der Fläche Deutschlands sind mit Porengrundwasserleitern bedeckt, 12% von Kluftgrundwasserleitern, 6% von Karstgrundwasserleitern. 33% sind Grundwassergeringleiter, sodass ca ein drittel Deutschlands nur über lokale und geringe Grundwasservorkommen verfügt. 2-7

8 leiter Gesteine können als eine Ansammlung von einzelnen Gesteinskörpern beschrieben werden, zwischen denen Luft- oder Flüssigkeitserfüllte Hohlräume auftreten. Die einzelnen Gesteinskörper variieren von 10-9 m bis ca. 10 m. Lockergesteine: Tone Schluffe Sande Kiese Steine Festgesteine: verfestigte Sedimentgesteine Magmatite Metamorphite 2-8

9 leiter Korngrößen und Bestimmungsmethoden für Lockersedimente 2-9

10 leiter Sieblinien als Summenkurven der Kornfraktionen 2-10

11 Adsorptionswasser Adsorptionswasser ist durch molekulare Kräfte (van der Waals sche Kräfte) an die Oberfläche des Gesteins gebundenes Wasser. (H-Bindung der Sauerstoffatome im Gestein mit den Wassermolekülen; Oberflächenladung des Gesteins auf Wasserdipole) Adsorptionswasser ist nur einige molekulare Wasserschichten mächtig. 2-11

12 Kapillarwasser Der Übergang zwischen Grundwasser und ungesättigter Zone wird durch den Kapillarsaum gebildet. Hier befindet sich das Kapillarwasser (Haftwasser) 2-12

13 Das Kapillarwasser bildet an den Berührungsstellen mit dem Gestein gekrümmte Menisken aus. Dadurch werden die Grenzflächen zwischen Wasser und Bodenluft minimiert. Die kapillare Steighöhe gibt an, wie hoch Wasser in einer Pore aufsteigt: h c = 4 σ cos(α)/(d ρ g) h c = kapillare Steighöhe σ = Oberflächenspannung Wasser-Luft α = Benetzungswinkel Wasser-Luft d = Durchmesser der Pore (=2r) ρ = Dichte des Wassers g = Erdbeschleunigung Es gilt näherungsweise: h c = 3.0 * 10-5 /d [m] 2-13

14 Sickerwasser Sickerwasser stammt aus dem Niederschlag und bewegt sich unter Einfluss der Schwerkraft im Boden nach unten. Bei geringen Wassergehalten des Bodens kann es durch die Kapillarität zurückgehalten werden. Grundwasser ist also Sickerwasser, das nicht mehr weiter nach unten sickern kann. 2-14

15 Schwebendes, freies und gespanntes Grundwasser 2-15

16 Artesisches (gespanntes) Grundwasser 2-16

17 Quellen Das Grundwasser tritt oberirdisch in Quellen aus, in Fliessgewässer ein oder gelangt direkt ins Meer 2-17

18 Donausversickerung und Wiederaustritt in der Aachquelle 2-18