Einführungsvorlesung zu Wasser Das Öl des 21. Jahrhunderts

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Britta Brahms
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1 Fakultät Forst-, Geo- und Hydrowissenschaften, Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Grundwasserwirtschaft Prof. Dr. Rudolf Liedl Einführungsvorlesung zu Wasser Das Öl des 21. Jahrhunderts

2 Einführungsvorlesung Wassernutzung weit vor dem 21. Jahrhundert Wasserkreislauf und Wasserressourcen Wasserbewirtschaftung bei Hermosillo (Mexiko) Wassergewinnung für Dresden Infos zum Thema Wasser im Internet: (global) (national) TU Dresden, Liedl Folie 2 von 40

3 Wassernutzung weit vor dem 21. Jahrhundert TU Dresden, Liedl Folie 3 von 40

Das Wissen über einzelne Prozesse und ihre technische Umsetzung nimmt kontinuierlich zu.

4 Zeitliche Einordnung Die technische Wassergewinnung beginnt mit dem Sesshaftwerden des Menschen. Sie ist eine Voraussetzung für das Entstehen von Hochkulturen (z. B. Mesopotamien, Ä- gypten). Das Wissen über einzelne Prozesse und ihre technische Umsetzung nimmt kontinuierlich zu. Damit verbunden ist ein Übergang Naturmythologie Naturphilosophie Naturwissenschaft. erste Talsperre für Wasserversorgung in Jawa (Jordanien) um ca v. Chr. erste Wassersammelstollen (Kanate) im Iran etwa im 8. Jhdt. v. Chr. TU Dresden, Liedl Folie 4 von 40

5 Hethitisches Quellheiligtum Aufstau der Quelle durch einen Staudamm zu einem Teich von ca. 30 m 35 m Fläche Entstehungszeit ca v. Chr. Verbindung von Wasserfassung mit Heiligtum im Sinne der damaligen Naturmythologie TU Dresden, Liedl Folie 5 von 40

Der Ausbau ermöglichte das Schöpfen von Wasser aus einem tiefer

6 Klepsydra-Quelle Die Quellfassung befindet sich am Nordabhang der Athener Akropolis. errichtet im 5. Jhdt. v. Chr. Der Ausbau ermöglichte das Schöpfen von Wasser aus einem tiefer gelegenen, vom natürlichen Fels geschützten Becken. TU Dresden, Liedl Folie 6 von 40

7 Brunnen im antiken Griechenland TU Dresden, Liedl Folie 7 von 40

häufig mit Nebensträngen Abteufen vertikaler Luftschächte (Tiefe 2 m 400 m) für den Bau und die spätere Unterhaltung.

8 Prinzip von Wassersammelstollen (Kanate) Wassersammelstollen ermöglichen die Nutzung von Grundwasser ohne vertikale Wasserförderung (Brunnen) arabischer Name: Kanat Stollen sind leicht geneigt; das gesammelte Wasser fließt im freien Gefälle. häufig mit Nebensträngen Abteufen vertikaler Luftschächte (Tiefe 2 m 400 m) für den Bau und die spätere Unterhaltung. Stollenbreite: cm; Stollenhöhe: cm; Stollenlänge: 1 80 km Gefälle: 20 cm/km 50 cm/km TU Dresden, Liedl Folie 8 von 40

9 Kanate in Afghanistan und Iran Kanate im heutigen Afghanistan Kanat bei Isfahan (Iran) Im Iran sind heute noch ca Kanate in Betrieb (ca. 50 % der früheren Höchstzahl). TU Dresden, Liedl Folie 9 von 40

Talsperre Proserpina Diese Talsperre diente als

Emerita Augusta (heute: Merida, Südwestspanien).

wurde um Christi Geburt erbaut. Lage: ca.

10 Talsperre Proserpina Diese Talsperre diente als Wasserreservoir für die römische Provinzhauptstadt Emerita Augusta (heute: Merida, Südwestspanien). Die Staumauer (mit luftseitigem Stützkörper aus Erde) wurde um Christi Geburt erbaut. Lage: ca. 5 km außerhalb der Stadt Wasserzuleitung mittels Aquädukt TU Dresden, Liedl Folie 10 von 40

11 Wasserversorgung von Köln Das römische Köln ( Colonia Claudia Ara Agrippinensium ) wurde über mehrere Wasserleitungen mit Quellwasser versorgt. Zunächst wurde Mitte des 1. Jhdts. die sog. Vorgebirgsleitung gebaut. Diese bestand aus einer Sammel- und vier Einzelleitungen (vier Quellen in ca. 10 km Entfernung vom Stadtgebiet). Gegen Ende des 1. Jhdts. wurde zusätzlich die Eifelleitung errichtet (Quellen in ca. 50 km Entfernung vom Stadtgebiet). Diese blieb bis zur zweiten Hälfte des 3. Jhdts. in Betrieb. Die Wasserführung der Eifelleitung wird mit m³/d bis m³/d angegeben. TU Dresden, Liedl Folie 11 von 40

12 Quellfassung Grüner Pütz TU Dresden, Liedl Folie 12 von 40

13 Quellfassung Hausener Benden TU Dresden, Liedl Folie 13 von 40

14 Überleitung ins moderne Rohrnetz TU Dresden, Liedl Folie 14 von 40

15 Wasserkreislauf und Wasserressourcen TU Dresden, Liedl Folie 15 von 40

16 Globaler Wasserkreislauf 200 mm/a 700 mm/a 500 mm /a 1200 mm/a 1000 mm/a 110 mm/a 90 mm/a Alle Angaben sind Durchschnittswerte. Die räumliche Variabilität ist hoch! km³ Wasser nehmen jährlich aktiv am Kreislauf teil. TU Dresden, Liedl Folie 16 von 40

Differenzierung nach Erdteilen 740 587 153 165 756 418 338 0 165 790 507 283 740 416 324 Niederschlag Verdunstung Abfluss in mm/a 1600

17 Differenzierung nach Erdteilen Niederschlag Verdunstung Abfluss in mm/a Alle Angaben sind Durchschnittswerte. Die räumliche Variabilität ist hoch! TU Dresden, Liedl Folie 17 von 40

Wassermengen Das Gesamtvolumen an Wasser auf der Erde beträgt ca. 1 358 710 150 km³ ( 10 18 m³).

18 Wassermengen Das Gesamtvolumen an Wasser auf der Erde beträgt ca km³ ( m³). Prozentuale Aufteilung: Salzwasser 97,2 % Süßwasser, frei verfügbar 0,65 % Süßwasser als Eis 2,15 % Das Gesamtvolumen an Süßwasser auf der Erde beträgt somit ca km³ ( m³). TU Dresden, Liedl Folie 18 von 40

19 Mengenangaben zum freien Süßwasser Das Gesamtvolumen an freiem (= nutzbarem!) Süßwasser auf der Erde beträgt ca km³ ( m³). Prozentuale Aufteilung: Grundwasser 97,55 % Wasserdampf 0,15 % Bodenfeuchtigkeit 0,80 % Seen, Flüsse, Ströme 1,50 % TU Dresden, Liedl Folie 19 von 40

20 Süßwasserverteilung TU Dresden, Liedl Folie 20 von 40

21 Wasserkreislaufdaten für Deutschland 500 mm/a 770 mm/a Alle Angaben sind Durchschnittswerte. Die räumliche Variabilität ist hoch! GOK 70 mm/a 200 mm/a Gwsp. TU Dresden, Liedl Folie 21 von 40

Wasserbilanz für Deutschland Niederschlag =

mehr unter 50 mm/a 150 bis 200 mm/a 300 bis 400 mm/a

22 Wasserbilanz für Deutschland Niederschlag = Verdunstung + Abfluss unter 450 mm/a 600 bis 650 mm/a 750 bis 800 mm/a 1800 mm/a und mehr unter 350 mm/a 500 bis 525 mm/a 575 bis 600 mm/a 650 mm/a und mehr unter 50 mm/a 150 bis 200 mm/a 300 bis 400 mm/a 2000 mm/a und mehr TU Dresden, Liedl Folie 22 von 40

23 Wassererschließung in Deutschland TU Dresden, Liedl Folie 23 von 40

24 Wasserbewirtschaftung bei Hermosillo (Mexiko) TU Dresden, Liedl Folie 24 von 40

25 Vegetation TU Dresden, Liedl Folie 25 von 40

26 Lageskizze TU Dresden, Liedl Folie 26 von 40

Situation starke landwirtschaftliche Nutzung in einem Gebiet zwischen Hermosillo und dem Pazifik seit ca. 1960 (Anbau von z. B.

27 Situation starke landwirtschaftliche Nutzung in einem Gebiet zwischen Hermosillo und dem Pazifik seit ca (Anbau von z. B. Bohnen, Mais und Weizen) arides Klima (Niederschlag < mögliche Verdunstung für mind. 6 Monate im Jahr) Bewässerung der Felder erforderlich ca. 500 Förderbrunnen mit einer jährlichen Entnahmemenge von m³ (Zeitraum ) Absenkung des Grundwasserspiegels (= Übernutzung des Grundwasserleiters, d. h. es wird mehr Grundwasser entnommen als neu gebildet wird) zusätzlich Salzwasserintrusion bis in ca. 25 km Entfernung vom Pazifik als Folge des Pumpbetriebs Eine Vielzahl von Brunnen ist nicht mehr benutzbar. Landwirtschaftliche Nutzfläche musste teilweise aufgegeben werden. Bodenabsenkung in Mexiko-Stadt TU Dresden, Liedl Folie 27 von 40

28 Salzwasserintrusion TU Dresden, Liedl Folie 28 von 40

29 Lösungsansatz: Änderung der Bewirtschaftung Wassernutzer (hauptsächlich Farmer) verzichteten freiwillig(!!!) auf 50 % ihrer Nutzungsrechte. Dies hat zur Folge, dass die Wasserentnahme aus dem Grundwasserleiter der Grundwasserneubildung entspricht, d. h. es liegt keine Übernutzung mehr vor. Grundsätzlich wäre ein weiterer Ankauf von Wasser bzw. Nutzungsrechten möglich. Wirtschaftlich vorteilhafter erschien jedoch eine Umstellung von bewässerungsintensiven Pflanzen wie Mais und Bohnen auf hochwertige Produkte, die weniger Wasser benötigen, z. B. Tafeltrauben oder Kürbis. TU Dresden, Liedl Folie 29 von 40

30 Wassergewinnung für Dresden TU Dresden, Liedl Folie 30 von 40

31 Anlagen zur Wassergewinnung TU Dresden, Liedl Folie 31 von 40

32 Wasserherkunft GWA = Grundwasseranreicherung TU Dresden, Liedl Folie 32 von 40

Grundwasser genehmigte Entnahme (1995): 5500 m 3 /d 12 16 m

33 Grundwasser genehmigte Entnahme (1995): 5500 m 3 /d m Elbtalschotter m Fein- und Mittelsand (Heidesande) Abb. rechts: allg. Schemaskizze eines Vertikalfilterbrunnens Fassung Sternweg TU Dresden, Liedl Folie 33 von 40

landseitig stets auch echtes Grundwasser gefördert

34 Uferfiltration Filterfunktion des Untergrunds Das erhaltene Wasser ist in jedem Fall Mischwasser, da landseitig stets auch echtes Grundwasser gefördert wird. TU Dresden, Liedl Folie 34 von 40

35 Versorgung von Dresden mittels Uferfiltrat Versorgungsbrunnen Wasserwerk Hosterwitz TU Dresden, Liedl Folie 35 von 40

ist der Langsam-Sandfilter an der Sohle des

36 Grundwasseranreicherung mittels Sickerbecken Wesentliches Funktionselement von Sickerbecken ist der Langsam-Sandfilter an der Sohle des Beckens. TU Dresden, Liedl Folie 36 von 40

37 Wasserversorgung von Dresden mittels Grundwasseranreicherung Sickerbecken Wasserwerk Hosterwitz TU Dresden, Liedl Folie 37 von 40

38 Beispiel einer Talsperrenfassung TU Dresden, Liedl Folie 38 von 40

39 Versorgung von Dresden mit Oberflächenwasser (Talsperre Malter) Talsperre Klingenberg Talsperre Lehnmühle Talsperren im Erzgebirge TU Dresden, Liedl Folie 39 von 40

40 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! TU Dresden, Liedl Folie 40 von 40

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