Inhalt

1  Einleitung  2

2  Bedeutung  2

3  Grundwasser  2

3.1  Grundwasserleiter bzw. Grundwasserstauer  2

3.2  ungespanntes und gespanntes Grundwasser  3

4  Grundwasserneubildung  4

4.1  Faktoren der Grundwasserneubildung  4

4.2  Unterirdisches Einzugsgebiet  5

5  Grundwasserbewegung  6

5.1  Dynamik des Grundwassers  7

5.2  Darcy-Gesetz  8

5.3.  jährliche Schwankungen des Grundwassers  8

5.4  Retention-Rückhaltevermögen  9

5.5  Grundwasserzehrung  1

6  Grundwassermodellierung  10

6.1  Grundwasserhaushalt  10

6.2  Modell der Verweildauer  11

6.3  Piston-Flow-Modell  11

6.4  Dispersiona-Modell  11

6.5  Exponentialmodell  12

7  Vergleich Grundwassermodellierung mit Einzugsgebietmodellen  12

8  Fazit  13

9  Literatur  14

2

1 Einleitung

Diese Hausarbeit hat das Grundwasser zum Thema und soll dessen Vorkommen, Verhalten und Dynamik aufzeigen. Das Grundwasser schließt sich der ungesättigten Zone im Erdreich an und ist ein bedeutender Bestandteil des Wasserkreislaufes. Ich versuche die wichtigen Einflussfaktoren auf den Grundwasserhaushalt heraus zu stellen und am Ende der Arbeit einige Modellkonzepte vorzustellen und einen Vergleich der Grundwassermodellierung mit dem oberirdischen Einzuggebiet zu ziehen.

2 Bedeutung

Grundwasser stellt ca. 50 % der gesamten Wasservorräten der Erde da. Ihm gebührt daher große Bedeutung, denn es trägt in weiten Gebieten die Hauptlast der Wasserversorgung. Es dient als Beregnungs- Brauch und vor allem als Trinkwasser. In Deutschland wird 75% der Wasserversorgung durch das Grundwasser gesichert. Die Beschaffenheit des Grundwassers ist nicht so großen Schwankungen wie oberirdische Gewässer unterworfen und stellt durch seine hohe Qualität den wertvollsten Teil der Wasserressourcen dar (HÖLTING, B. 1980:265 ff.). Das Wasser fungiert als mobile konvektive Transportphase und als Lösungsmittel ist es stark an Lösungs- und Stofftransportprozessen beteiligt. Seine katalytische Eigenschaft, führt beim Grundwasserfließen zu Selbstreinigungsvorgängen. Das oberflächennahe Grundwasser ist ein bestimmendes Element bei der Vegetationsausprägung und Grundwassersenkungen können zur Veränderung dieser führen. Grundwasserabsenkung kann im Bereich der Forst-und Landwirtschaft zu Ertragsminderung und im Siedlungsbereich zu Baugrundschäden führen (Keller, R. 1980 ff.).

3 Grundwasser

Das Grundwasser wird nach der DIN 4049 als „Unterirdisches Wasser, das die Hohlräume der Erdrinde zusammenhängend ausfüllt und dessen Bewegung ausschließlich oder nahezu ausschließlich von der Schwerkraft und den durch die Bewegung selbst ausgelösten Reibungskräften bestimmt wird.“ definiert (JORDAN, H. & H.-J. WEDER 1995:31). Die Grundwasserzone schließt sich direkt der ungesättigten Zone an und wird auch als gesättigte Zone bezeichnet. In der gesättigten Zone, wird nach den verschiedenen Vorkommen das Grundwasser unterschieden. Es wird in juveniles und fossiles Wasser unterteilt, wobei das juvenile Wasser von flüssigen Gesteinsschmelzen bei der magmatischen Differentiationen abgegeben wird, aufsteigt und somit am Wasserkreislauf teilnimmt. Das fossile Wasser dagegen nimmt an dem aktuellen Wasserkreislauf nicht direkt teil und ist von wasserundurchlässigem Gestein umgeben. Diese Art von Grundwasser findet man häufig in ariden Gebieten und bewegt sich, wenn überhaupt äußerst langsam und in geologischen Zeiträumen. Eine weiter Form ist das konnate Wasser, welches bei der Sedimentierung in den Poren eingeschlossen wurde. Dieses Wasser reagiert mit den Sedimentpartikeln und ist an bestimmte Schichten gebunden und wird auch als Formationswasser

bezeichnet(BAUMGARTNER, A.& H.-J. LIEBSCHER 1990:408 f.).

3.1 Grundwasserleiter bzw. Grundwasserstauer

Die Eigenschaften von Böden sind Wasser zu speichern und Wasser zu leiten. Daher werden Gesteine mit einem großen Porenvolumen und Porosität als Grundwasserleiter bezeichnet, da diese Böden (Sand & Kies) eine hohe Leitfähigkeit und ein gutes Speichervermögen von Wasser besitzen (DYCK, S. & G. PESCHKE 1995:320). Grundwasserleiter oder Aquifere werden nach ihrer Festigkeit und Hohlräumen unterteil. Der Lockergestein-Aquifer besitzt

2

keine Klüfte oder Trennfugen und das Wasser zirkuliert in den Poren, daher wird dieser auch Porengrundwasserleiter genannt. Dieser Grundwasserleiter kann viel Wasser speichern und gibt dieses nur langsam an den Vorfluter ab. Die zweite Form ist der Festgestein-Aquifer, der durch Klüfte und Trennfugen charakterisiert ist und wenig Wasser speichern kann und das Wasser schnell dem Vorfluter zuführt. Es findet eine Unterteilung des Festgesteins-Aquifer in nichtverkarstungsfähige und verkarstungsfähige Gesteine (Karstgrundwasserleiter) wie Sulfatgestein oder Karbonatgestein statt. In diesem Aquifer zirkuliert das Wasser in Klüften, Trennfugen und an Trennflächen (BAUMGARTNER, A.& H.-J. LIEBSCHER 1990:409 ff.). Gesteine die als Grundwasserstauer bezeichnet werden, lassen Wasser nur sehr geringfügig durchsickern, wenn ihre Mächtigkeit und Lagerungsbeständigkeit gering ausfällt. Die weitaus weniger vorhanden vollständigen Grundwasserstauer wie Rupelton, stauen das Wasser auf Grund ihrer großen Mächtigkeit zu 100%. Wenn im Boden Grundwasserleiter durch Grundwasserstauer getrennt sind und diese übereinander liegen und Grundwasser enthalten, wird auch von Grundwasserstockwerken gesprochen. Befindet sich ein höheres, isoliertes Grundwasserstockwerk über der durchgängigen Grundwasseroberfläche, spricht man von schwebenden Grundwasser (MARCINEK, J. & E. ROSENKRANZ 1996:249 f.).

Abb. 1 Geohydrologische Begriffe (MARCINEK, J. & E. ROSENKRANZ 1996:249)

3.2 ungespanntes und gespanntes Grundwasser

Kann der Grundwasserspiegel auf Veränderungen des atmosphärischen Druck (Luftdruck) reagieren, spricht man vom ungespannten oder freien Grundwasser. Somit ist der Wasserdruck gleich dem Atmosphärendruck, da das Wasser durch Poren oder Klüfte im Gestein im direktem vertikalem Kontakt mit der Atmosphäre steht. Das gespannte Grundwasser wird an seinem Aufstieg durch undurchlässige oder schlecht durchlässige Schichten gehindert. Der Grundwasserleiter füllt sich mit Wasser bis zur Deckfläche und Druck baut sich auf. Somit ist der Wasserdruck an der Deckfläche höher als der Luftdruck und beim Anbohren, von gespannten Grundwasser, steigt das Wasser im Standrohr über die obere Begrenzung des Aquifers im Rohr auf. Deshalb wird solch ein Grundwasserspiegel auch als Druckspiegel bezeichnet (BAUMGARTNER, A.& H.-J. LIEBSCHER 1990:406 ff.).

„Ein „Sonderfall“ des gespannten Grundwassers ist das artesische Wasser, dass sobald es auf natürlichem oder künstlich geschaffenem Wege an die Erdoberfläche gelangen kann, ständig oder zeitweilig unter Druck austritt“ (MARCINEK, J. & E. ROSENKRANZ 1996:250).

3