Aspekte der Angewandten Geologie Sebastian Bauer
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Aspekte der Angewandten Geologie Sebastian Bauer Geohydromodellierung Institut für Geowissenschaften Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Sebastian Bauer Hydrogeomodellierung Aspekte der Angewandten Geologie CAU, Wintersemester 2008/2009 2-1 Wo ist das Grundwasser ? Sebastian Bauer Hydrogeomodellierung Aspekte der Angewandten Geologie CAU, Wintersemester 2008/2009 2-2 Grundwasser Hier Sebastian Bauer Hydrogeomodellierung Aspekte der Angewandten Geologie CAU, Wintersemester 2008/2009 2-3 Grundwasser d Sebastian Bauer Hydrogeomodellierung Aspekte der Angewandten Geologie CAU, Wintersemester 2008/2009 2-4 Grundwasser 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. Sebastian Bauer Hydrogeomodellierung Aspekte der Angewandten Geologie CAU, Wintersemester 2008/2009 2-5 Grundwasserleiter 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) Sebastian Bauer Hydrogeomodellierung Aspekte der Angewandten Geologie CAU, Wintersemester 2008/2009 2-6 Grundwasserleiter 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. Sebastian Bauer Hydrogeomodellierung Aspekte der Angewandten Geologie CAU, Wintersemester 2008/2009 2-7 Grundwasserleiter 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 Sebastian Bauer Hydrogeomodellierung Festgesteine: verfestigte Sedimentgesteine Magmatite Metamorphite Aspekte der Angewandten Geologie CAU, Wintersemester 2008/2009 2-8 Grundwasserleiter Korngrößen und Bestimmungsmethoden für Lockersedimente Sebastian Bauer Hydrogeomodellierung Aspekte der Angewandten Geologie CAU, Wintersemester 2008/2009 2-9 Grundwasserleiter Sieblinien als Summenkurven der Kornfraktionen Sebastian Bauer Hydrogeomodellierung Aspekte der Angewandten Geologie CAU, Wintersemester 2008/2009 2-10 Grundwasser 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. Sebastian Bauer Hydrogeomodellierung Aspekte der Angewandten Geologie CAU, Wintersemester 2008/2009 2-11 Grundwasser Kapillarwasser Der Übergang zwischen Grundwasser und ungesättigter Zone wird durch den Kapillarsaum gebildet. Hier befindet sich das Kapillarwasser (Haftwasser) Sebastian Bauer Hydrogeomodellierung Aspekte der Angewandten Geologie CAU, Wintersemester 2008/2009 2-12 Grundwasser 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: hc = 4 σ cos(α)/(d ρ g) hc = kapillare Steighöhe σ = Oberflächenspannung Wasser-Luft α = Benetzungswinkel Wasser-Luft d = Durchmesser der Pore (=2r) ρ = Dichte des Wassers g = Erdbeschleunigung Es gilt näherungsweise: hc = 3.0 * 10-5/d [m] Sebastian Bauer Hydrogeomodellierung Aspekte der Angewandten Geologie CAU, Wintersemester 2008/2009 2-13 Grundwasser 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. Sebastian Bauer Hydrogeomodellierung Aspekte der Angewandten Geologie CAU, Wintersemester 2008/2009 2-14 Grundwasser Schwebendes, freies und gespanntes Grundwasser Sebastian Bauer Hydrogeomodellierung Aspekte der Angewandten Geologie CAU, Wintersemester 2008/2009 2-15 Grundwasser Artesisches (gespanntes) Grundwasser Sebastian Bauer Hydrogeomodellierung Aspekte der Angewandten Geologie CAU, Wintersemester 2008/2009 2-16 Grundwasser Quellen Das Grundwasser tritt oberirdisch in Quellen aus, in Fliessgewässer ein oder gelangt direkt ins Meer Sebastian Bauer Hydrogeomodellierung Aspekte der Angewandten Geologie CAU, Wintersemester 2008/2009 2-17 Grundwasser Donausversickerung und Wiederaustritt in der Aachquelle Sebastian Bauer Hydrogeomodellierung Aspekte der Angewandten Geologie CAU, Wintersemester 2008/2009 2-18
