Entwicklung eines Karst-Aquifersystems am Beispiel des Muschelkalks im nördlichen Baden-Württemberg

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1 Entwicklung eines Karst-Aquifersystems am Beispiel des Muschelkalks im nördlichen Baden-Württemberg Randolf Rausch GTZ-International Services

2 Fragen: Warum ist der gleiche Schichtabschnitt des Muschelkalks bei gleicher Exposition gegenüber der Vorflut in einem Gebiet stark, in einem anderen kaum verkarstet? Warum treten in einem Gebiet überwiegend salinare Wässer auf, in einem anderen jedoch nicht? Sind Forschungsergebnisse durchweg von einem Gebiet auf das andere übertragbar?

3 Lithologie des Muschelkalks

4 Die Veränderung der Gesteine eines Aquifers dauert je nach Gesteinsart unterschiedlich lang. Im Muschelkalk sind von Bedeutung: - die Auslaugung der Salinargesteine und - die Verkarstung der Karbonatgesteine. Die Vorgänge sind abhängig von der Exposition, d.h. Nähe zur Landoberfläche.

5 Mächtigkeitsreduzierung des Mittleren Muschelkalks durch Steinsalz- und Sulfatgesteinsauslaugung

6 Konsequenz: 50 m Gesteinsverlust in relativ kurzer Zeit Zerbrechen von Gesteinen Intensivierung der Klüftung Beschleunigung der Verkarstung

7 Wie läuft die Auslaugung ab? Entscheidend ist die Exposition zur Erdoberfläche mit der Grundwasserführung. Die Exposition zur Erdoberfläche im süddeutschen Schichtstufenland ist abhängig von der Schichtstufenentwicklung.

8 Schichtstufenentwicklung im nördlichen Baden-Württemberg Lage der Schichtstufen und Vorfluter während des Oligozäns / Beginn Miozän

9 Schichtstufenentwicklung im nördlichen Baden-Württemberg Lage der Schichtstufen und der Vorfluter während des Obermiozäns

10 Schichtstufenentwicklung im nördlichen Baden-Württemberg Lage der Schichtstufen und der Vorfluter während des älteren Pleistozäns

11 Schichtstufenentwicklung im nördlichen Baden-Württemberg Entwicklung der Schichtstufen und Exposition des Muschelkalkaquifers vom Oligozän bis Quartär

12 Konsequenz Bereiche die heute räumlich in der Schichtstufenlandschaft nebeneinander liegen, sind zeitlich als Verkarstungsstadien nacheinander entstanden!

13 Aquifersysteme des Muschelkalks 1 bis 3: heutige Bereiche des Muschelkalkaquifers

14 Entwicklung der Verkarstung im Muschelkalk Bereich/ Entwicklungsstadium Beginn der Verkarstung noch nicht begonnen Miozän Oligozän Salinar im Mittleren Muschelkalk nicht ausgelaugt Steinsalz weitgehend ausgelaugt, Sulfatgestein angelöst Steinsalz vollständig ausgelaugt, Sulfatgestein bis auf Reste ausgelaugt Erdfälle keine mo: sehr zahlreich mo: sehr zahlreich, aber plombiert mm + mu: keine mm + mu: vorhanden Ständig oberirdisch abflusslose Gebiete keine mo: viele mo + mm: wenige (Plombierung) mu: vorhanden Höhlen keine mo: viele mo: sehr selten (Plombierung) mm: keine mu: vorhanden Schwebende Schichtgrundwasserstockwerke keine mo: fast flächendeckend vorhanden mm + mu: keine mo: selten mu: vorhanden

15 Bereich 1: Entwicklung der Verkarstung im Muschelkalk Beginn der Verkarstung noch nicht begonnen Salinar im Mittleren Muschelkalk nicht ausgelaugt Erdfälle keine Ständig oberirdisch abflusslose Gebiete keine Höhlen keine Schwebende Schichtgrundwasserstockwerke keine

16 Aquifersystem: Bereich 1 Simulierte Piezometerhöhenverteilung im mo

17 Bereich 1: Hydrogeologische Eigenschaften Durchlässigkeit sehr gering, vertikale Anisotropie Fliessgeschwindigkeit nutzbares Hohlraumvolumen mittlere Quellschüttung mittlere Verweildauer Hydrochemie 1 m/a < 0,1 % keine Quellen mehrere 1000 Jahre stark sulfatisch, oft chloridisch

18 Bereich 2: Entwicklung der Verkarstung im Muschelkalk Beginn der Verkarstung Miozän Salinar im Mittleren Muschelkalk Erdfälle Steinsalz weitgehend ausgelaugt, Sulfatgestein in Auslaugung mo: sehr zahlreich mm + mu: keine Ständig oberirdisch abflusslose Gebiete mo: viele Höhlen mo: viele Schwebende Schichtgrundwasser -stockwerke mo: fast flächendeckend vorhanden mm + mu: keine

19 Aquifersystem: Bereich 2 Verkarstung im mo: Erdfälle

20 Aquifersystem: Bereich 2 Verkarstung im mo: Trockentäler und Bachschwinden

21 Aquifersystem: Bereich 2 Verkarstung im mo: schwebende Schichtgrundwasser - stockwerke

22 Aquifersystem: Bereich 2 Verkarstung im mo: grundwasserführende Karströhren

23 Aquifersystem: Bereich 2 Verkarstung im mo: Höhlen

24 Aquifersystem: Bereich 2 Verkarstung im mo: Markierungsversuche

25 Hydrogeologische Eigenschaften: Bereich 2 Durchlässigkeit Fliessgeschwindigkeit nutzbares Hohlraumvolumen mittlere Quellschüttung mittlere Verweildauer Hydrochemie mo: hoch mm: sehr gering; Sulfatkarst hoch mu: gering mo: bis 400 m/h mm: < 10 m/d; Sulfatkarst > 100 m/d mu: > 10 m/d mo: 1 2 % mm: < 0,5 %; Sulfatkarst > 2 % mu: < 0,5 % mo: bis 100 l/s mm: < 5 l/s mu: < 1 l/s mo: < 1 bis 3 a mm: bis mehrere Jahrzehnte; Sulfatkarst < 5 a mu: bis mehrere Jahrzehnte mo: hydrogenkarbonatisch mm: sulfatisch, chloridisch mu: hydrogenkarbonatisch, sulfatisch, chloridisch

26 Verteilung der Grundwasserneubildung für Unterkeuper und Oberen Muschelkalk

27 Grundwassergleichen im Oberen Muschelkalk

28 Grundwasserströmungsrichtung im Oberen Muschelkalk

29 Bereich 3: Entwicklung der Verkarstung im Muschelkalk Beginn der Verkarstung Oligozän Salinar im Mittleren Muschelkalk Erdfälle Steinsalz vollständig ausgelaugt, Sulfatgestein bis auf Reste ausgelaugt mo: sehr zahlreich, aber plombiert Ständig oberirdisch abflusslose Gebiete mm + mu: vorhanden mo + mm: wenige (Plombierung) mu: vorhanden Höhlen Schwebende Schichtgrundwasserstockwerke mo: Plombierung mm: keine mu: vorhanden mo: selten mu: vorhanden

30 Aquifersystem: Bereich 3 Verkarstung im mu: Höhlen

31 Aquifersystem: Bereich 3 Trockental im mu Plombierter Karst im mo Salzauslaugungsrückstände

32 Hydrogeologische Eigenschaften: Bereich 3 Durchlässigkeit Fliessgeschwindigkeit nutzbares Hohlraumvolumen mittlere Quellschüttung mittlere Verweildauer Hydrochemie mo + mm: mittel mu: hoch mo + mm: bis 50 m/h mu: bis 400 m/h mo + mm: 1% mu: 1-2 % mo: < 5 l/s mu: bis 70 l/s mo + mm + mu: > 1 bis 3 a mo: hydrogenkarbonatisch mm: hydrogenkarbonatisch, gel. sulfatisch mu: hydrogenkarbonatisch, gel. sulfatisch

33 Für was? Trink-/ Mineralwassererschliessung Grundwasserschutz Grundwasserschadensfälle Deponien Hydrogeologische Modelle

34 Umm Er Radhuma Karst-Aquifer-System

35 Botschaft: Bei der Beschreibung eines Grundwasserleiters ist auch dessen Genese zu berücksichtigen. Hierzu ist es erforderlich einen Grundwasserleiter nicht nur im Raum, sondern auch in der Zeit zu betrachten.

36 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit!